本科毕业设计（论文）

外文翻译

公园缓解城市热岛效应的效应:以亚的斯亚贝巴为例

作者：Gudina Legese Feyisa ^a, Klaus Dons ^b, Henrik Meilby ^c

国籍：丹麦

出处：Landscape and Urban Planning 123 (2014) 87–95

中文译文：

摘 要：城市绿色基础设施可以在一定程度上缓解城市变暖，然而植被的降温效果会因空间、时间和植物特性的不同而存在差异。为了加深对城市地表和气温降温效应的了解，将对亚的斯亚贝巴21处公园进行研究，针对其中9个公园的60个地块进行了为期15天的气温和湿度测量。此外利用Landsat ETM 的热波段，在更大的空间尺度上考察了所有21个公园的降温影响。用线性混合效应模型检验了植被特征与观测温度之间的关系。结果表明：桉树的降温效果显著高于其它树种组(Plt;0.05)，对温度影响最小的树种为水柏和柏木。在更大的空间尺度上，公园对周围环境的降温效果(公园降温强度，PCI)与NDVI和公园面积呈显著正相关(Plt;0.01)，PCI与公园形状指数(SI)呈负相关。观察到降温效果的范围(公园冷却距离，PCD)与SI和公园面积呈正相关。最大PCI值为6.72PCDC，最大PCD值为240m，降温效果主要受到树种群、郁闭度、公园大小和形状等因素的影响，最大温度为6.72pCI，最大PCD值为240m。因此，该研究为绿地的物种选择和空间设计在冷却环境中的重要性提供了见解。

关键词：冷却强度；冷却距离；小气候；地表温度；城市热岛；植被

1．引言

城市化带来了几个令人不快的环境变化。在城市化过程中，土地覆盖变化和自然表面被以高于周围乡村环境温度为特征的城市结构所取代，这种模式被称为城市变暖。大量城市气候研究表明，城市表面的热、光和几何特性影响吸热和辐射特性，并导致所谓的城市热岛效应(Coutts等人，2007年；Gartland，2008年；Krayenhoffamp;Quot；Voogt，2007；Voogtamp;Quot；2003)。

城市高温影响着城市居民的健康、经济、休闲活动和福祉。特别是，老年人和穷人等弱势群体的健康受到气候变暖引起的热应激的严重影响(Hajat，Kovats，amp;Lachowycz，2007；Patz，Campbell-Lendrum，Holloway，amp;Foley，2005；Tan等人，2010年)。城市变暖也可能加剧空气污染，例如，城市变暖会增加地表臭氧浓度，从而对人类健康产生几个负面影响(Jacobamp;Winner，2009；Weaver等人，2009)。此外，由于全球变暖，城市热岛的规模和负面影响可能会加剧(Corburn，2009)。在许多正在经历快速城市化的热带国家，城市热岛的强度和负面影响可能是巨大的(McGregoramp;Nieuwolt，1998)。

人们正在实施各种策略来改善城市室外和室内环境的热舒适性。室内空调设施可以有效地消除热压力，但是，这一策略同时也可能通过向室外环境释放额外的热量来提高城市热岛指数(Tremeacet al.，2012)。沈、周和达克瓦(2013)的一项研究表明，在夏季，典型办公室的降温需求。中国杭州大都市区的建设将会增加。由于环境温度升高0.5℃而增加10.8%。类似地，阿克巴里、波美兰茨和塔哈(2001)的一项研究表明。美国城市用电量平均增长2-4%。气温每升高1℃，估计会有5-10%。的城市电力需求被用于给建筑物降温，以补偿0.5-3.0℃的升温所增加的能源使用量。因此，用于冷却的能源使用量的增加可能会导致其他环境问题，如碳排放增加。在全球气候变化的背景下，据报道，城市建筑是温室气体的主要排放来源(McKibben，2007)，提高热工性能的自适应策略。因此，在建筑物中环境需要以降低能源消耗为目标，从而也减少了碳排放(McKibben，2007年；Smithamp;Levermore，2008年)。

早期的研究表明，像公园这样的城市绿地。可以显著缓解城市热岛效应(Georgiamp;Zafiriadis，2006；Oliveira，Andrade，amp;Vaz，2011；Susca，Gaffin，amp;Delllsquo;Osso，2011)。绿色植被可以改善室内和室外的热量和提高舒适性，同时提供多种环境服务，如碳储存(埃斯科贝多、瓦雷拉、赵、瓦格纳和Zipperer，2010；Jana，Biswas，Majumder，Roy，amp;Mazumdar，2010；任等人，2011)，减少空气污染(Tallis，Taylor，Sinnett，amp;。Freer-Smith，2011；Yen等人，2011)，并充当城市生物多样性热点(Cornelisamp;Hermy，2004)。城市植被也可以为提高生活质量和人的素质做出贡献。通过暴露在大自然中的幸福感(Dallimer，Irvine等人，2012年；Dallmer、Rouquette等人，2012年)。因此，在城市规划和建筑设计中可能是必不可少的，也可以适应和减轻当地的热影响和全球变暖进程。

城市植被带来的不同程度的降温。文献中所报道的，取决于所使用的方法和进行研究的环境研究，这涉及到地面气温测量，显示出1-7℃的公园冷却效应(Chang等人，2007年；沙华-巴尔、皮尔穆特和埃雷尔，2009)。涉及遥感的研究，表面温度数据从以下来源导出的技术，卫星传感器的热红外波段也报告了城市绿地降温效果的变化(Chen等人，2012年)。

根据Bowler，Buyung-Ali，Knight的一篇评论论文Pullin(2010)，大部分都是关于城市植被降温效应的研究。涉及单个公园内的测量，而且只有有限的。许多研究已经检验了公园对周围环境的降温效果地区，限制时间应用的一个明显因素，在多个区域内和在多个区域进行同步气温测量，离公园的距离是此类研究设计的高昂成本。另一方面，热远程传感器可以提供时间同步的。估计整个城市的地表温度。从遥感器估算地表温度，提供有关热属性的基本信息，改变城市大气的部分最低气温的土地覆盖 (Voogtamp;Oke，2003)。

最近，Schwarz，Schlink，Franck和Grossmann(2012)和Chen等人的研究(2012)的数据显示，地面气温测量值与热传感器估计的地表温度呈显著正相关。另一方面，根据地表和气温测量对植被降温效果的估计可能会产生不同的结果。城市气候研究清楚地表明，由于数据采集的性质和这些数据类型的信息内容的不同，有必要区分气温和地表温度(Arnfield，2003；Voogtamp;Oke，2003)。城市热岛研究通常用于评估地表热岛(SUHI)的强度，并将地表温度与地表能量通量联系起来，以描述景观特性、模式和过程(Quattrochiamp;Luvall，1999)，城市热岛研究是基于陆地卫星上的热传感器获得的表面温度，用于评估地表热岛(SUHI)的强度，并将地表温度与地表能量通量联系起来以描述景观特征、模式和过程(Quattrochiamp;Luvall，1999)。地表温度调节城市大气最低层的气温，并决定地表辐射和能量交换(Voogtamp;Oke，1998)。对来自卫星传感器的热红外数据进行分析，通过在整个城市提供同步观测数据和密集的数据网格，提供植被表面、建筑物和其他非植被环境之间的温度变化的基本信息。

确定植被对白天气温和地表温度的降温效果涉及复杂的过程。植被通过蒸发冷却、遮荫效应及其热和光学性质来冷却环境(Dimoudiamp;Nikolopoulou，2003；Jonsson，2004；Oke，1988；Pearlmutter，Bitan和Berliner，1999)。与一般具有高储热能力和导热系数的不透水表面相比，植被的储热能力和导热系数较低(Oke，1988；Spronken-Smithamp;Oke，1999)，因此可能向环境释放较少的热辐射,然而植物对空气和地表温度的降温影响可能会因环境因素和植物特定的热和光学特性而有所不同。具有高反射表面(高反照率)的植被可以通过减少热辐射的数量和强度来降低表面温度，因为来自较冷表面的对流热通量较小(Taha，1997) ，热辐射也可能降低局地和顺风环境空气温度。

例如，Oke(1988)指出，与落叶林相比，针叶林的反照率较低，可能的解释是，由于粗叶和树冠的结构，针叶林捕获了更多的辐射。林(2010)的一项实验研究也表明，城市公园的降温效率主要受树叶颜色和树叶密度的影响。生长在干燥和炎热环境中的植物已经进化成通过解剖和生理适应吸收较少的辐射，从而以不同于在更潮湿或更寒冷环境中生长的植物的方式影响热环境(Oke，1988)。植物叶片的蒸发冷却量和热红外辐射的减少量可能随蒸散量而变化，蒸散量除其他因素外，还随季节、气候条件和当地可用水而变化很大(DeBruinamp;Jacobs，1993年)。不同的植物物种有不同的适应和保湿机制(Pugnaireamp;Valladares，2007),因此不同物种对环境的热影响可能会有所不同

尽管试图理解城市植被的冷却效应的研究做出了贡献，但从文学角度进行概括是困难的。在他们对城市绿地热效应研究的系统回顾中，Bowler等人(2010)指出，大多数研究都只考虑了一个公园的降温效应,同一篇综述论文还显示，只有少数研究提供了距离公园边界不同的地点的数据。应用地面小气候测量和卫星遥感技术，研究公园内树木降温效果的变化及其与树种和生物物理位置变量的关系；研究绿地对周围环境的热影响，找出热差的主要决定因素和最大距离。本文的主要目的是：研究绿地降温效果的变化及其与树种和生物物理位置变量的关系；研究绿地对周围环境的热影响，找出热差的主要决定因素和最大距离；研究绿地对周围环境的热影响，找出热差的主要决定因素和最大距离。本文的主要目的是：研究绿地降温效果的变化及其与树种和生物物理立地变量的关系。

2．研究方式

2.1 研究区域

这项研究是在亚的斯亚贝巴(9°01′01Prime;N和38°45′08Prime;E)进行的，亚的斯亚贝巴是埃塞俄比亚的首都和最大的城市(图1)。亚的斯亚贝巴是该国发展最快的城市之一。根据埃塞俄比亚中央统计局(中央统计局，2012年)的数据，阿迪斯巴市2012年总人口约为304.1万人，城市总面积为527平方公里。根据联合国人居署(2008年)的数据，这座城市是非洲发展最快的城市之一，1990年至2006年的年均增长率为4.1%。该市海拔2025-3028米，年平均气温16-18毫米(℃)。亚的斯亚贝巴的年平均降雨量为1255毫米。Conway、Mold和Bewket(2004年)对一百多年来气候记录的回顾表明，亚的斯亚贝巴的最低气温和最高气温分别上升了0.4℃/十年和0.2℃/十年。

该署共选出二十一个绿化地区(主要由树木植被覆盖，面积介乎零点八五至二十二点三公顷)，其中部分绿化地区并未正式指定为公园。在这项研究中，我们使用“公园”一词来指植被茂密的绿色区域(通过对高分辨率航空照片的目测估计，树冠覆盖率至少为60%)，最小面积约为1公顷。我们采用粮农组织对树木的定义，即只有一个主干的多年生木本植物。这21个绿地包括官方公园、教堂周围的绿地、政府办公室和私人公园。在选定的公园周围的区域在建筑密度和高度方面几乎没有变化，这些区域被认为是阿迪斯贝的代表性区域。图1显示了一张地图，其中21个绿色区域覆盖在数字高程模型(DEM)背景上。

图 1.研究区地图，显示各个公园叠加在ASTER GDEM上(30米空间网格)。绿色区域的边界是通过谷歌地球TM高分辨率图像数字化得出的。公园的边界不得遵循实际的行政边界。在邻近土地覆盖与公园相似的情况下(例如Afincho ber)，划定的区域包括公园和邻近的绿地。地面气温测量包括的公园有：Afincho ber，Biheretsigie，Ferensay，Gola，Hamle 19，Kolfe，Peacock，Sheger和Yeka。

2.2 数据收集和分析

我们使用自动数据记录仪测量了距地面1.5米的气温和湿度，并从陆地卫星图像中得出了地表温度。地面测量提供了小气候水平的高时间分辨率(Hung，Uchihama，Ochi，amp;Yasuoka，2006)。相比之下，热遥感提供了整个城市尺度上的地表温度的同步视图，但来自陆地卫星(Landsat)等卫星传感器的热遥感不能提供关于地表温度时间变化的足够细节。另一方面，对于地面测量，很难在大范围内同时记录多个点的数据。因此，通过将这两种方法结合起来，我们试图克服各自的局限，更好地了解城市树木植被的降温效果。

2.2.1 地面公园小气候数据采集与公园特征描述

对9个绿地被抽样进行地面测量。在每个选定的绿地中使用了系统的随机抽样技术，以确定应该进行小气候测量的点(地块)。在每个绿色区域内随机布置的60times;60m网格的交叉点处选择了60个样地。

样地的坐标是通过使用ArcGIS版本10

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Efficiency of parks in mitigating urban heat island effect: An example from Addis Ababa

Gudina Legese Feyisa, Klaus Dons, Henrik Meilby

Keywords: Cooling intensity Cooling distance, Microclimate Surface temperature Urban heat island Vegetation

Abstract

Urban green infrastructure can to a certain extent mitigate urban warming. However, the cooling effect of plants varies with space, time, and plant-specific properties. To contribute to our understanding of the cooling effect of vegetation on urban surface and air temperature, 21 parks in Addis Ababa were studied. Air temperature and humidity were measured for 60 plots in nine of the parks for 15 days. Furthermore, the thermal band of Landsat ETM was used to examine the cooling impact of all 21 parks on a larger spatial scale. Linear mixed-effects models were used to examine the relationship between characteristics of the vegetation and observed temperature. It emerged that Eucalyptus sp. had a significantly higher cooling effect than any other species group (P lt; 0.05) and the species with the least effect on temperature were Grevillea and Cupressus. On a larger spatial scale, the cooling effect of parks on their surroundings (Park Cooling Intensity, PCI) was positively related to the NDVI and area of parks (P lt; 0.01). A negative relationship was observed between PCI and park shape index (SI). The range within which the cooling effect could be observed (Park Cooling Distance, PCD) was positively related to SI and park area. The maximum PCI was 6.72 ◦C and the maximum PCD was estimated at 240 m. We conclude that the cooling effect is mainly determined by species group, canopy cover, size, and shape of parks. Thus, the study provides insights regarding the importance of species choice and spatial design of green spaces in cooling the environment.

1.Introduction

Urbanization has brought about several undesirable environ-mental changes. In the process of urbanization, land cover changes and natural surfaces are replaced by the urban fabric which is characterized by higher temperatures than the surrounding rural environment, a pattern described as urban warming. A large body of urban climate studies have shown that thermal, optical and geometric properties of urban surfaces affect heat absorptive and radiative properties and lead to the so-called Urban Heat Island(UHI) effect (Coutts et al., 2007; Gartland, 2008; Krayenhoff amp;Voogt, 2007; Voogt amp; Oke, 2003).

High temperatures in urban areas affect health, economy, leisure activities and wellbeing of urban dwellers. In particular, the health of vulnerable people, such as the old and poor, is highly affected by thermal stress caused by warming (Hajat, Kovats, amp; Lachowycz,2007; Patz, Campbell-Lendrum, Holloway, amp; Foley, 2005; Tan et al.,2010). Urban warming may also enhance air pollution, for example by increasing surface ozone concentration with several negative impacts on human health (Jacob amp; Winner, 2009; Weaver et al.,2009). Furthermore the magnitude and adverse effects of UHI maybe intensified as a consequence of global warming (Corburn, 2009).In many tropical countries, where rapid urbanization is undergoing, the intensity and negative impacts of UHI are likely to be substantial(McGregor amp; Nieuwolt, 1998).

Various strategies are being implemented to improve thermal comfort of outdoor and indoor urban environments. Indoor air conditioning facilities may efficiently eliminate thermal stress. However, this strategy may, at the same time, enhance UHI by releasing additional heat to the outdoor environment (Tremeacet al., 2012). A study by Shen, Chow, and Darkwa (2013) indicated that in the summer the cooling demand of a typical office building in Hangzhou metropolitan area of China would increase by 10.8% due to ambient temperature increasing by 0.5◦C. Similarly, a study by Akbari, Pomerantz, and Taha (2001) indicated that electricity consumption in US cities on average increases by 2–4%for every 1◦C increase in temperature and estimated that 5–10%of the urban electricity demand is spent on cooling buildings to compensate for 0.5–3.0◦C warming. The increased energy use for cooling may therefore cause other environmental problems such as increased carbon emission. In the context of global climate change, urban buildings are reported to be a major source of greenhouse gas emission (McKibben, 2007). Adaptive strategies of improving thermal environments, therefore, need to aim at lowering energy use in buildings, thereby also reducing carbon emissions (McKibben,2007; Smith amp; Levermore, 2008).

Earlier studies have shown that urban green spaces such as parks can considerably mitigate the UHI effect (Georgi amp; Zafiriadis, 2006;Oliveira, Andrade, amp; Vaz, 2011; Susca, Gaffin, amp; Dellrsquo;Osso, 2011).The green vegetation can improve both indoor and outdoor thermal comfort, while at the same time providing multiple environmental services, such as carbon storage (Escobedo, Varela, Zhao, Wagner, amp;Zipperer, 2010; Jana, Biswas, Majumder, Roy, amp; Mazumdar, 2010;Ren et al., 2011), reduced air pollution (Tallis, Taylor, Sinnett, amp;Freer-Smith, 2011; Yin et al., 2011) and act as urban biodiversity hotspots (Cornelis amp; Hermy, 2004). Urban vegetation can also contribute to improving the quality of life and enhancing human well-being through exposure to the nature (Dallimer, Irvine, et al.,2012; Dallimer, Rouquette, et al., 2012). Integration of green spaces in urban planning and building designs may, therefore, be essential for adaptation to and mitigation of thermal impacts of both local and global warming processes.

Different levels of cooling by urban vegetation have been reported in the literature, depending on the methods used and the environments where under which studies are undertaken. Studies that involved ground-based air temperature measurements have sh

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