基于多源数据与WRF模型的城市绿地降温效应研究

快速城市化改变下垫面属性，影响地表物质和能量循环，导致区域气候变化，危及居民生活与安全。建设满足城市居民和生态需求的可持续绿地系统是协助城市应对气候变化的根本途径之一，这迫切需要科学认识绿地景观格局－过程－功能的相互作用机制。本项目拟以南京市为例，基于实地调查与观测，结合多源遥感数据，应用GIS技术，探求城市绿地景观不同结构要素的降温效应及机制，阐明城市"冷岛"空间变异特征及其与绿地空间格局之间的定量关系；采用SLUETH模型模拟未来土地利用变化，探讨城市化过程对绿地格局的潜在影响；通过对典型绿地的实地与问卷调查，采用重力模型和图谱理论，基于最小路径方法，构建绿地生态与"宜人"景观网络；最后，利用WRF模型模拟研究不同城市扩展情景下，城市绿地降温潜力差异，提出通过绿地景观规划提升城市应对气候变化能力的策略。研究成果对减缓气候变化对城市环境与居民生活的影响具有重要的科学意义和实际应用价值。

城市化导致土地利用类型及格局发生改变，大量的绿地和农田被建设用地代替，下垫面热属性特征与格局相应改变，加上人类生活和生产排放的废热，使城市热岛效应不断加剧、恶化，城市宜居环境受到严重威胁。城市发展对区域热环境变化的影响被越来越关注，成为建设宜居、可持续生态城市的热点问题。城市绿地是城市自然景观的重要组成部分，对缓解城市热岛效应具有极其重要的作用。建设可持续绿地系统是协助城市应对气候变化建设凉爽未来的根本途径之一，这迫切需要科学认识绿地景观格局及其与热环境调控功能的相互作用机制。本项目以南京市为例，基于对气象植被等的实地调查与观测，结合多源遥感数据，应用GIS，RS和LiDAR等技术，并基于ENVI-met和WRF 模式数值模拟，多尺度分析了城市绿地降温效应机制、特征及影响因素，提出基于绿色基础设施建设调控城市热环境的相应策略。研究在应用LiDAR和HOBO气象观测站等定点观测获取植被和气象等数据的基础上，科学的量化了植被冠层结构和遮阴特征，挖掘了植被降温主要影响因素及机制，可以指导城市绿化植被物种的科学选择，实现有效降温；在街区尺度，基于ENVI-met 三维微气候数字模模型分析了城市绿地类型及建筑物布局等对局地微气候，特别是热环境的影响特征，量化了小尺度破碎绿地带来的降温服务，为绿地降温服务价值量化和指导绿地格局设计有效缓解热环境和节能提供了科学的方法和思路；在城市尺度基于遥感数据，城市绿地景观不同结构要素的降温效应及机制，阐明城市绿地“冷岛”空间变异特征及其与绿地空间格局之间的定量关系，并提出“大陆-岛屿”格局能更好发挥降温效应；最后，在定点观测数据支持下，研究采用SLEUTH模型模拟未来土地利用变化，并结合度WRF模式数值模拟研究不同城市扩展情景下，城市热环境的改变及城市绿地降温潜力差异，提出通过绿地景观规划提升城市应对气候变化能力的策略。本项目从植被降温影响因素、降温机制，到绿地格局优化分析、评价和未来绿地应对气候变化潜力的多尺度综合分析，为更好的选择树种，合理的规划和优化布局城市绿地单元，实现基于绿色基础设施协助城市应对气候变化，构建未来凉爽城市提供科学的理论基础和重要的参考。