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城市居住区绿地小微尺度下垫面构成对环境微气候的影响以北京地区为例

花匠小妙招
2024-09-16 09:31

城市化进程加快，大量自然地表被取代，工业生产与人口激增产生大量热排放，密集的建筑群又加剧城市内部通风不良，由此产生的热岛效应（UHI），不仅会引发城市气候异常，造成能源和水资源消耗，还影响近地层大气循环加剧空气污染，甚至对城市生物物候与生态系统过程等都具有不同程度的负影响[1-3]。不仅如此，城市气候与居民健康风险和生活品质密切相关，高温区域居民身体不适、失眠、热痉挛的概率甚至死亡率远高于非高温区域[4]。2015年11月，《城市生态建设环境绩效评估导则（试行）》将城市热环境质量纳入考核评价指标体系，城市气候治理已成为我国城市建设和发展的重要研究内容。

城市地表环境高度异质化。气象学上将由下垫面不均一与人类活动所产生的小范围近地层气候特点称为微（小）气候。除强风、降雨等强烈气候主导时，城市区域气候特征由各种微（小）气候共同组成[5]。微气候可调节性强，直接影响城市居民日常生活的舒适度。近年来，下垫面景观对微气候的影响日益受到关注。绿地植被与水体的“绿洲效应”[6-9]、建筑物与不透水铺面等人工下垫面对环境温度的负影响[10-11]等均有报道。不仅如此，当这些下垫面以不同大小、形状、比例和分布相互组合，各类下垫面的构成格局也会影响微气候水平[12-13]。景观格局指数是利用分类地图量化一定空间范围内地表景观在景观、类型与斑块级别的分布、大小与形状等空间结构特征的运算指数[14]。Chen等[15]研究景观格局指数解释地表温度（LST）的适用性时发现，一些经过筛选的格局指数可用来预测LST分布与水平。邹婧等[16]也发现，绿地、水域等的一些格局指数与LST显著相关，有些指数甚至有明显的阈值特征。

此外，描述特定城市空间景观结构时，需依赖分析尺度。不同空间尺度，下垫面结构对微气候的影响是否存在差异值得探讨。前人关于土地覆盖类别与格局同热环境关系的研究大多集中在城市与局地范围[17-19]，与人居生活密切相关的小微尺度研究几乎空白。但Wu 等[20]在邻里尺度（居住区）基于数值模拟和现场测量对植被空间布局降温效果的研究显示，不同植被空间布局对空气温度的影响不同且差异显著。不仅如此，大尺度研究对植被下垫面的分类精度往往很低[21-23]。但一些群落尺度研究已证实，不同类型与郁闭度等级的植被垫面对空气温度、湿度的影响有差异[24-26]。例如，高吉喜等[27]发现，降温效果，乔灌草型 > 乔草或乔木型 > 灌草型 > 草地型；而增湿效果，乔木型 > 乔灌草 > 乔草型 > 灌草型 > 草地型；郁闭度和绿量对绿地降温增湿功能有明显影响，冠层郁闭度介于0.60 ~ 0.85、三维绿量密度 ≥ 5 m3/m2的乔灌草或乔草型群落降温增湿效果最大。可见，空间尺度越小，研究所需的下垫面分类精度越高。基于此，为定量解析城市居住区绿地小微尺度不同下垫面类型和格局对环境微气候的影响，本研究通过实地监测与高精度下垫面提取重点探究：（1）四季不同下垫面类型日均空气温度、湿度特征；（2）小微尺度不同类型下垫面格局对环境微气候的影响。研究结果将为今后基于调节环境微气候，改善城市热舒适性的小微尺度城市室外空间规划设计提供理论指导。

1. 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

城市居住区拥有高度异质化的内部环境和复杂的下垫面格局，是城市环境的“缩影”，适合开展小微尺度研究。基于（1）典型城市居住区、（2）内部具备多样下垫面类型、（3）周边无大型绿地的原则，本研究通过前期踏查选定以望京花园居住区为主，包含其邻近城市河道的区域（图1）作为研究样地。样地占地约28.6 hm2，内部环境相对独立，十分适合用以探讨小微尺度下垫面结构与环境微气候的相互关系。

图 1 21个下垫面类型样方和7个复合样方的位置分布示意图

图像来源：2014年9月谷歌地图。Picture source: Google maps, September 2014.Site A ~ G：样方A ~ G；HVC1 ~ 3：高郁闭度植被垫面1 ~ 3；MVC1 ~ 3：中郁闭度植被垫面1 ~ 3；LVC1 ~ 3：低郁闭度植被垫面1 ~ 3；WB1 ~ 3：水体垫面样点1 ~ 3；BS1 ~ 3：裸土垫面样点1 ~ 3；BA1 ~ 3：建筑垫面样点1 ~ 3；PA1 ~ 3：不透水铺装垫面样点。下同。Site A−G: quadrat A−G; HVC1−3: high canopy density vegetation 1−3; MVC1−3: moderate canopy density vegetation 1−3; LVC1−3: low canopy density vegetation 1−3; WB1−3: water-body 1−3; BS1−3: bare soil 1−3; BA1−3: building area 1−3; PA1−3: paved area 1−3. The same below.

Figure 1. Locations of study area, 21 type quadrats and 7 pattern quadrats

1.2 样方选择

微环境下垫面类型试验中，建筑（BA）、不透水铺面（PA）、裸土（BS）、水体（WB）和植被（VC）5类下垫面被选为研究对象。特别地，本研究对植被垫面进一步根据年平均郁闭度，划分为低郁闭度（LVC）、中郁闭度（MVC）、高郁闭度植被（HVC）。本研究中，低、中、高郁闭度植被样方均由常绿落叶混交群落组成，年平均郁闭度分别为小于40%、40% ~ 70%和70%以上。研究区域内，每种下垫面类型设3个重复样方，每个样方均满足10 m × 10 m范围内只有一种特定类型的均匀下垫面。微环境下垫面格局试验中，在研究样地范围内设置7个半径50 m范围的复合下垫面样方，内部均包含不透水铺面、建筑和低、中、高郁闭度植被5种下垫面类型（北京居住区用地内裸土与水体垫面应用较少，格局试验不纳入考虑）。7个复合样方21个类型样方和7个复合样方的位置见图1，基本信息见表1。

表 1 3类植被垫面的基本信息

Table 1. Details of the sampling vegetation underlying surface

群落编号
Community No.群落类型
Community type郁闭度
Canopy density/%平均株高
Average plant height/m平均冠幅
Average crown diameter/m平均胸径(地径)
Average DBH (GD)/cm HVC1 针阔混交−乔灌草型
Coniferous broadleaved mixed-arbor shrub grass type (M-TSG) 89 6.21 4.30 11.25 HVC2 针阔混交−乔灌草型 M-TSG 83 6.93 2.22 15.35 HVC3 针阔混交−乔灌草型 M-TSG 92 4.79 3.91 8.73 MVC1 阔叶−乔灌草型
Broadleaved trees, shrubs and grasses (B-TSG) 61 5.40 3.95 16.00 MVC2 针阔混交−乔灌草型 M-TSG 48 8.84 3.26 10.18 MVC3 针阔混交−乔草型
Mixed coniferous and broadleaved
trees and grasses (M-TG) 53 9.29 4.46 14.53 LVC1 针阔混交−乔灌草型 M-TSG 38 5.32 1.66 7.23 LVC2 针阔混交−乔草型 M-TG 19 3.98 4.08 7.60 LVC3 针阔混交−乔灌草型 M-TSG 32 8.84 3.26 8.18 1.3 环境微气候测定 1.3.1 测定时间、测定方法与测点设置

实地监测能更准确地反映小微尺度环境微气候的实际情况。为避免强气候条件干扰，本研究微气候测定统一选定在晴朗无风无霾（风速 ≤ 2 m/s、避开中度及以上污染天气）的天气条件。下垫面类型试验开展于2016年1月中旬、3月下旬、8月上旬和9月下旬。下垫面格局试验开展于2016年1月下旬、4月中旬、8月下旬和10月上中旬。每个观测日08:00—18:00每2 h测定一轮。6轮平均值代表该样方空气温度、湿度的日平均水平。

下垫面类型试验的测点设置在各样方中心处（水体样方沿水岸线性监测），格局试验的测点设置在复合样方50 m半径范围内随机均匀分布的3个位置（图2），观测高度始终距地面1.2 m。移动观测过程中，每个测点停留约6 ~ 7 min，测点间快速移动约1 min，每个观测组完成一轮耗时约50 ~ 55 min，各测点监测时间严格记录。

图 2 格局试验复合样方范围内测点示例(样方E、G)

Figure 2. Arrangement example of three measuring points for pattern site (quadrat E and G)

1.3.2 空气温度、湿度测定

空气温度（AT）与相对湿度（RH）借助TES-1341温湿风测定仪测定。仪器加装防辐射罩避免阳光直射。测定时，于测点位置待仪器读数稳定后每间隔1 min记录数据，共记录6组，均值代表各点空气温度、湿度的当次测值。

1.3.3 测定数据校正

由于空气温度、湿度对测量时间的变化敏感，在研究样地范围内固定位置（林荫铺装广场中心位置）设置一处独立固定监测站，记录并计算观测日08:00—18:00各整点时刻的空气温度、湿度变化率。日变化率和监测时间被用作校正移动数据的参考。

1.4 下垫面构成特征测定 1.4.1 下垫面类型信息调查

实地调查获得下垫面类型样方信息，包括各样方的位置和下垫面类别等。植被样方记录其冠层郁闭度。

1.4.2 下垫面格局信息测定

利用ArcGIS10.2软件对研究样地卫星图像进行下垫面分类解释，导入Fragstats软件计算各类下垫面的格局指数。指数选定基于以下原则：（1）对环境微气候有潜在影响；（2）计算容易，重叠信息较少；（3）在景观设计领域具有较高的实用性和参考价值；（4）最小冗余。最终选定5个斑块类型级别的景观指数如表2所示。表3显示了7个复合样地各类下垫面的景观格局指数情况。

表 2 所选景观指数

Table 2. List of selected landscape indexes

景观指数 Landscape index水平 Level描述 Description单位 Unit范围 Range 斑块所占景观面积比例
Percent of landscape (PLAND) 类型 Type 某一斑块类型占景观的面积比率
Area ratio of a certain patch type to the landscape % 0 ~ 100 斑块密度
Patch density (PD) 类型 Type 每公顷某一斑块类型斑块的个数
Number of a certain patch type per hectare 个/hm2
number/ha > 0 平均斑块面积
Mean patch size (MPS) 类型 Type 某一斑块类型的平均斑块面积
Mean patch size of a certain patch type hm2
ha > 0 破碎度指数
Fragmentation index (FI) 类型 Type 某一斑块类型被分割的破碎程度
Degree of fragmentation of a certain patch type > 0 聚集度指数
Aggregation index (AI) 类型 Type 某一斑块类型相互聚集的程度
Degree of aggregation of a certain patch type % 0 ~ 100

表 3 所选格局样方的景观指数信息

Table 3. Landscape index information of selected pattern quadrats

景观指数
Landscape index样方编号 Quadrat No. Site ASite BSite CSite DSite ESite FSite G PA PLAND 50.130 33.523 33.334 58.203 31.113 25.268 50.814 PD 5.391 5.375 4.030 2.695 2.687 2.696 2.694 MPS 0.093 0.062 0.083 0.216 0.116 0.094 0.189 FI 32.258 48.077 24.184 4.630 8.636 10.672 5.302 AI 97.391 95.903 97.281 98.456 96.532 96.076 98.500 BA PLAND 24.661 22.902 48.178 26.951 20.857 18.920 33.127 PD 2.696 4.031 4.030 5.390 8.060 6.739 5.389 MPS 0.092 0.057 0.120 0.050 0.026 0.028 0.062 FI 10.929 35.211 16.722 60.000 193.050 142.349 48.780 AI 99.099 98.592 98.263 97.892 97.103 97.487 97.700 LVC PLAND 3.101 20.618 15.427 9.468 24.448 30.602 10.278 PD 2.696 10.749 13.433 12.128 13.433 9.434 10.778 MPS 0.012 0.019 0.012 0.008 0.018 0.032 0.010 FI 86.957 364.583 782.609 1 025.641 494.505 185.185 736.842 AI 97.909 95.606 93.370 93.152 95.612 96.290 94.260 MVC PLAND 20.903 8.247 2.005 1.919 13.952 17.551 3.700 PD 8.087 4.031 2.687 2.695 9.403 8.087 4.042 MPS 0.026 0.021 0.008 0.007 0.015 0.022 0.009 FI 193.798 97.561 133.333 140.845 405.405 230.415 217.391 AI 97.075 97.003 95.497 94.404 94.949 96.280 96.133 HVC PLAND 1.205 14.710 1.056 3.459 9.631 7.660 2.080 PD 1.348 2.687 1.343 2.695 4.030 2.696 2.694 MPS 0.009 0.055 0.008 0.013 0.024 0.028 0.008 FI 0.000 18.282 0.000 78.125 83.682 35.211 129.870 AI 99.085 98.132 96.856 98.218 97.184 注：HVC：高郁闭度植被垫面；MVC：中郁闭度植被垫面；LVC：低郁闭度植被垫面；BA：建筑垫面样点；PA：不透水铺装垫面样点。下同。Notes: HVC, high canopy density vegetation；MVC, moderate canopy density vegetation; LVC, low canopy density vegetation; BA, building area；PA, paved area. Same as below.

（1）斑块所占景观面积的比例（PLAND）

式中： Ai为斑块类型i的总面积，A为所有景观的总面积。

（2）斑块密度（PD）

式中： ni为斑块类型i的个数。

（3）平均斑块面积（MPS）

式中：MPSi为斑块类型i的平均斑块面积，Ni为斑块类型i的斑块数。

（4）斑块破碎度（FI）

式中：FIi为斑块类型i的破碎度。

（5）斑块聚集度（AI）

式中：gii为同类型相似邻接斑块数，max为最大值。

1.5 数据分析

利用单因素方差分析与Duncan多重比较检验不同下垫面类型日均温度、湿度差异。双变量相关分析用于分析四季下垫面格局特征与空气温度、湿度之间的关系。所有统计分析采用SPSS 22.0软件，P < 0.05视为具有统计学意义。

2. 结果与分析

2.1 不同类型下垫面的微气候水平

空气温度方面（图3），冬季7种下垫面类型的日均温度在4.85 ~ 6.90 ℃之间（均值5.79 ℃），不同下垫面类型间差异显著（P1 = 0.043）。硬质铺装垫面的日均温度最高，中郁闭度植被、高郁闭度植被与水体（最低值）垫面明显低于其他类型。春季硬质铺装垫面（18.24 ℃）最高，是水体垫面（14.89 ℃）的1.22倍。不同下垫面类型间差异显著（P2 = 0.020）。夏、秋季7种下垫面类型的日均温度分别在30.73 ~ 36.20 ℃（均值33.17 ℃）和23.99 ~ 27.25 ℃（均值25.33 ℃）之间。不同类型间差异夏季极显著（P3 = 0.007），秋季显著（P4 = 0.014）。排序上均呈现硬质铺装最高，建筑垫面次之，裸土、低郁闭度和中郁闭度植被垫面随后的整体趋势，夏季日均温度最低的是高郁闭度植被垫面，秋季则为水体垫面。

图 3 四季7种下垫面类型的日平均空气温度

不同小写字母表示多重比较的差异。下同。Different lowercase letters indicate the differences of multiple comparisons. The same below.

Figure 3. Daily average air temperature (AT) among seven underlying surface types in the four seasons

相对湿度方面（图4），7种下垫面类型的四季日均湿度分别在22.16% ~ 25.20%（均值23.47%）、30.00% ~ 34.37%（均值31.94%）、50.23% ~ 58.23%（均值54.63%）和40.53% ~ 46.61%（均值44.02%）之间。四季不同下垫面类型间均存在显著差异（P1 = 0.03；P2 = 0.032；P3 = 0.017；P4 = 0.027）。夏季极值间差异最大，冬季最小。7种类型四季的排序比较相似，水体、高郁闭度植被与中郁闭度植被垫面的日均湿度总是显著高于其他类型，增湿效果较强。

图 4 四季7种下垫面类型的日平均相对湿度

Figure 4. Daily average relative humidity (RH) among seven underlying surface types in the four seasons

2.2 下垫面格局对环境微气候的影响

图5显示了四季7个复合样地日均温度、湿度水平。空气温度方面，样地D、G的日均温度四季均保持较高水平，而样地F多数情况下最低。相对湿度方面，样地F的日均湿度冬、夏、秋三季均最大，样地C、D、G始终处在较低水平。

图 5 四季不同下垫面格局样方的日平均空气温度、湿度分布

Figure 5. Distribution of daily average AT and RH at seven underlying surface pattern quadrats in four seasons

表4显示四季7个复合样地日均温度、湿度同测点周边半径50 m范围内下垫面格局指数间的Pearson相关系数。空气温度方面，冬季，样地日均温度与硬质铺装面积占比、聚集度显著正相关，与低郁闭度植被面积占比和中郁闭度植被斑块密度显著负相关；其余指标未达到显著水平。春季，样地日均温度与硬质铺装面积占比、聚集度显著正相关，而与低郁闭度植被面积占比、平均斑块面积和中郁闭度植被面积占比、斑块密度显著负相关；硬质铺装面积占比的影响最大。夏、秋季节，与样地日均温度显著正相关的有低郁闭度植被破碎度和硬质铺装面积占比、聚集度；显著负相关的有低郁闭度与中郁闭度植被的平均斑块面积和中郁闭度植被面积占比。多个显著相关指数中，低郁闭度植被平均斑块面积的影响总是最高，硬质铺装聚集度次之。总体上，硬质铺装、低郁闭度植被与中郁闭度植被的覆盖率、面积大小和分布情况对小微尺度空间空气温度的影响较明显。不同季节样地日均温度与各下垫面景观指数之间的相关程度不同。夏、秋季节空气温度对下垫面格局的响应更强烈，冬季最弱。相对湿度方面，冬季，样地日均湿度与硬质铺装面积占比、聚集度显著负相关，而与低郁闭度植被面积占比、平均斑块面积和中郁闭度植被斑块密度显著正相关。春季，样地日均湿度与低郁闭度植被破碎度和硬质铺装面积占比、聚集度显著负相关，而与低郁闭度植被平均斑块面积和中郁闭度植被面积占比、斑块密度显著正相关。冬、春两季硬质铺装聚集度影响最大。夏季，样地日均湿度与低郁闭度植被破碎度和硬质铺装面积占比、聚集度显著负相关，与低郁闭度植被面积占比、平均斑块面积和中郁闭度植被面积占比、斑块密度显著正相关。低郁闭度植被平均斑块面积的影响突出。秋季，样地日均湿度与低郁闭度植被破碎度和硬质铺装面积占比、聚集度显著负相关，与低郁闭度植被面积占比和中郁闭度植被面积占比、斑块密度显著正相关。硬质铺装、低郁闭度植被与中郁闭度植被的格局特征对微环境湿度影响明显。

表 4 四季各景观指数与日平均空气温度与相对湿度的相关性

Table 4. Spearman correlations between landscape indexes and daily average AT and RH in four seasons

景观指数
Landscape index日均空气温度 Daily average AT/℃日均相对湿度 Daily average RH/% 冬季 Winter春季 Spring夏季 Summer秋季 Autumn冬季 Winter春季 Spring夏季 Summer秋季 Autumn PA PLAND 0.852* 0.895** 0.761* 0.808* −0.844* −0.794* −0.823* −0.809* PD 0.089 0.093 −0.245 −0.158 0.076 0.175 0.055 −0.045 MPS 0.616 0.639 0.740 0.736 −0.703 −0.735 −0.675 −0.619 FI −0.040 −0.060 −0.379 −0.281 0.219 0.292 0.193 0.067 AI 0.784* 0.842* 0.933** 0.898** −0.908** 0.897** −0.888** −0.825* BA PLAND 0.362 0.445 0.647 0.564 −0.572 −0.583 0.610 −0.56 PD −0.561 −0.547 −0.236 −0.271 0.427 0.343 0.413 0.484 MPS 0.382 0.453 0.422 0.380 −0.462 −0.408 −0.491 −0.473 FI −0.745 −0.730 −0.489 −0.510 0.655 0.596 0.637 0.708 AI 0.421 0.411 0.041 0.105 −0.25 −0.154 −0.245 −0.322 LVC PLAND −0.759* −0.833* −0.692 −0.72 0.773* 0.684 0.771* 0.759* PD −0.143 −0.065 0.242 0.245 −0.081 −0.174 −0.149 −0.106 MPS −0.709 −0.854* −0.875** −0.917** 0.860* 0.801* 0.907** 0.868 FI 0.536 0.633 0.820* 0.830* −0.745 −0.800* −0.788* −0.724* AI −0.443 −0.507 −0.711 −0.701 0.637 0.715 0.675 0.629 MVC PLAND −0.579 −0.631* −0.767* −0.780* 0.729 0.783* 0.760* 0.763* PD −0.758* −0.758* −0.705 −0.733 0.785* 0.818* 0.791* 0.835* MPS −0.413 −0.511 −0.799* −0.767* 0.669 0.734 0.712 0.635 FI −0.681 −0.598 −0.278 −0.325 0.507 0.504 0.476 0.574 AI −0.035 0.174 −0.429 −0.433 0.291 0.357 0.359 0.211 HVC PLAND −0.485 −0.536 −0.658 −0.539 0.624 0.605 0.599 0.488 PD −0.429 −0.408 −0.228 −0.174 0.367 0.320 0.342 0.345 MPS −0.352 −0.439 −0.656 −0.536 0.556 0.543 0.548 0.407 FI 0.214 0.216 0.473 0.451 −0.326 −0.367 −0.298 −0.287 AI −0.120 −0.119 −0.519 −0.409 0.314 0.364 0.296 0.302 注：粗体为显著变量，**表示极显著相关(P < 0.01)，*表示显著相关(P < 0.05)。Notes: significant variables are marked in bold, ** stands for extremely significant correlation (P < 0.01); * stands for significant correlation (P < 0.05).

3. 讨　　论

小微尺度是与人居日常关系最密切的适人户外空间尺度。特别在居住区用地中，供居民活动休憩的场地、绿地等节点空间都是小微尺度。这种空间尺度下，各类下垫面要素相互嵌插组合，共同影响微气候水平，进而影响城市居民的使用感受。以往多有研究在城市或局地尺度探究地表覆盖及其格局对近地层热环境的影响。本研究基于高精度下垫面分类解译，提高了不同郁闭度级别植被垫面的提取精度。据此探究小微尺度下垫面类型及其格局特征对环境微气候的影响机制，是未来借助景观设计策略改善小微尺度户外空间热环境的理论基础。

前人研究已证实，下垫面热力性质决定其蓄热与散热特征，这是导致不同类型下垫面微气候差异显著的根本原因。Lin等[28]曾发现夏季午后不透水人工铺面的表面温度可高于植被表面10 ℃之多。刘娇妹等[29]的冬季研究也发现，4种下垫面的日间气温呈水体 < 绿地 < 建筑物空间 < 道路铺装，湿度排序相反。本研究在小微尺度也证实了类似观点。白天时，植被垫面可拦截太阳辐射，抑制温度上升，降低蓄热，还能通过蒸散作用释放水分散失热量[30-31]。郁闭度越高的植被垫面降温、增湿效应越强也越稳定。水体比热容较大，吸收太阳辐射后蓄热少，升温幅度小，表面蒸发也向周围增湿降温，因而微气候效应显著。裸土垫面虽存在土壤蒸发，但由于直接暴露于太阳辐射下，蓄热较多，升温迅速。并且由于裸土垫面缺少植被覆盖，湿度保持差，其降温增湿效果明显逊于水体与植被垫面。建筑与硬质铺装垫面蓄热系数高，受到太阳辐射后吸收大量热量迅速加热周围空气。同时，人工垫面无水分蒸散，蓄积的热量消耗慢，表面与周围温度总是较高，而湿度很低。即使冬季太阳辐射减弱，大量阔叶树落叶，不同类型下垫面在蓄热与散热方面的差异较夏季减弱，但植被垫面仍可通过常绿植物蒸散作用，结合土壤蒸发对周围实现一定程度的降温增湿。因此，四季硬质铺装、建筑与裸土垫面的日均温度总是较高，而中郁闭度植被、高郁闭度植被与水体垫面的降温作用明显。

同时，本研究发现复合样地日均温度、湿度与不同类型下垫面景观指数之间的相关程度存在季节性差异。斑块类型水平，面积占比反映某一斑块类型在整个景观中的规模和优势程度。平均斑块面积代表某一斑块类型的平均大小，斑块密度则表达单位面积上某类斑块的数量，既能反映这类型斑块在景观中的规模，也能反映其破碎度。面积占比、平均斑块面积和斑块密度相互补充，是景观格局分析的基础指数。破碎度指数专门表征某一斑块类型被分割的破碎程度，反映其空间结构复杂性。聚集度指数则反映某一斑块类型在测定空间范围内的分布特征。总体上，硬质铺装与中郁闭度和低郁闭度植被的面积占比、平均斑块面积、聚集度及破碎度指数等对环境温度、湿度的影响更显著。小尺度空间硬质铺装覆盖率越高，分布越聚集，日均温度越高，湿度越低。邹春城等[32]发现LST与下垫面类型的形状、面积、结构等空间格局有关。连片不透水铺面的热岛效应强烈，与本研究结果一致。此外，本研究中低郁闭度和中郁闭度植被的面积占比与斑块面积越大，分布越聚集，空气温度越低，湿度越高。这是由于具有一定规模的群落或绿地才能有效影响周围热湿环境。绿地越破碎分散，降温增湿效果越差。大尺度遥感研究也有类似结论。Sahar等[33]研究发现绿地的空间结构（破碎化程度、形状复杂度、绿化带朝向）和植被类型共同影响绿地降温效果。Masoudi等[34]主张绿地植被的斑块大小、形状复杂度、聚集、破碎和连通性对LST有显著影响。形状更简单、连通性更强、破碎程度更低的较大面积植被斑块与低LST密切相关。

未来进行热舒适型人居户外空间的景观设计时，可考虑通过提升郁闭度70%以上的高郁闭度植被的斑块面积和总面积占比，避免过于破碎分散聚集式布局的方式改善户外空间微气候。总体占比高、斑块面积大且分布聚集的成片硬质铺装应尤其避免。中等郁闭度的植被与水体垫面及其格局特征虽不是影响小微尺度户外微气候的最关键驱动因子，但其热调节效应也较为明显，且有助于丰富户外空间景观构成。总体上，本研究关注影响小微尺度微气候水平的下垫面特征因子，对于指导未来小微尺度城市空间设计具有积极的理论参考意义。但本研究同样具有一定的局限性，尽管研究所选样地、样方均具有常见城市复杂下垫面环境的典型代表性。但受试验条件所限，样本量有限。未来仍有必要通过扩大样本与数据采集量开展深入研究，进一步佐证研究观点。

4. 结　　论

本研究中，小微尺度下垫面的类型与格局特征对环境微气候具有显著影响。四季，不同类型下垫面之间日均空气温度、湿度的差异均达到了显著及以上水平。不同季节7种类型下垫面日均空气温度、湿度的排序有所不同；空气温度方面，高郁闭度植被与水体垫面的降温、增湿效果优秀。非植被垫面表面“干热”明显，尤以硬质铺装与建筑垫面突出。借助景观格局指数可实现对不同类型下垫面格局特征的量化。不同季节与空气温度、湿度相关关系达到显著水平的景观指数不尽相同，但总体上存在一定规律。各类下垫面的面积占比、斑块面积是影响小微尺度环境空气温度、湿度的关键格局特征，破碎度与聚集度也有一定影响。未来进行热舒适型小微尺度户外空间设计时，应提高中郁闭度、高郁闭度植被的覆盖率和斑块面积，减少破碎化绿地设计，采用聚集式布局，降低硬质铺装的覆盖面积或利用绿地将其分隔。避免在多层建筑密集的区域设置休憩活动空间等。

致谢　感谢北京林业大学园林学院韩晶、吴思佳等在试验采样工作中给予的帮助。