城市环境研究所在城市高密度建成区屋顶绿化降温效应模拟研究方面取得新进展

快速城市化进程中城市高密度地区面临发展空间不足、生态空间匮乏、城市热岛效应显著等问题，严重影响了城市的可持续发展。大量研究证实，屋顶绿化是解决城市高密度地区用地紧缺与生态建设矛盾、缓解城市热岛效应的有效措施。然而，目前针对城市高密度地区屋顶绿化降温效应的多情景量化模拟研究较少，且缺乏城市尺度上基于规划情景的城市高密度建成区内屋顶绿化降温效率空间化模拟方法。中国科学院城市环境研究所可持续城镇化与智慧城市研究组（吝涛团队）通过文献综述和前期实证研究发现绿化屋顶降温效率存在边际效用递减规律。在此基础上，结合遥感地表温度反演和数理统计模型，提出了一种简化且易操作的绿化屋顶降温效应空间量化模型，可用于模拟不同规划情景下城市高密度建成区绿化屋顶的降温效果。进一步，为了说明模型的适用性和可操作性，该研究以厦门岛为案例，定量化模拟和比较了三种规划情景下绿化屋顶的降温强度和影响范围，并为厦门热岛效应缓解和绿化屋顶规划建设提供了建议和对策。

　　主要发现如下：

　　（1） 文献综述和实证研究表明，绿顶降温效率与绿顶面积以及距绿顶的距离密切相关。具体来说，绿顶降温效率随着屋顶绿化面积的增加而增加，当屋顶绿化面积达到某个阈值时，绿顶降温效率达到最大或趋于平缓 (图1a)；绿顶对周围环境的降温效率随着距绿顶边界距离的增大而减小并最终消失（图1b-c)。

图1 绿化屋顶降温效率边际效用递减规律概念图

　　（2） 绿化屋顶降温效应模拟结果表明，在大型绿色空间和水体缺乏的高密度城市化区，绿顶在调节热环境方面起着重要的作用。当绿顶的实施比例达到一定规模时，高密度城市化区内会出现局部冷岛现象，其效果等同于小型绿色空间和水体所带来的降温效果。当绿顶覆盖范围扩大到整个厦门岛时，厦门岛内热岛面积削减的最大潜力值约为4.04 km2至 9.75 km2。

图2 不同屋顶绿化规划情景下厦门岛地表温度模拟结果以及热力景观空间分布差异对比

　　（3） 厦门岛三种绿顶降温效应情景模拟对比结果表明，提高单个绿化屋顶的最大降温效率或增加绿化屋顶实施规模均能有效改善局部热环境，但所有情景下厦门岛北部的热环境并不能得到显著改善。因此，建议厦门岛北部应采取其他的城市热岛效应缓解策略，如改变建筑表面材料或安装高反照率的冷屋顶等。

　　该研究为城市规划者和政府部门在城市高密度地区开展基于屋顶绿化建设的城市热岛效应缓解策略的可行性决策提供了重要依据。相关成果以Modeling green roofs’ cooling effect in high-density urban areas based on law of diminishing marginal utility of the cooling efficiency: A case study of Xiamen Island, China为题，发表于Journal of Cleaner Production，林美霞博士生为第一作者，吝涛研究员和天津大学左进副教授为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院国际对外合作重点项目（GJHZ202118）、国家重点研发计划（2016YFC0502903）以及国家自然科学基金（41771573, 41771570）的资助。

　　论文链接 https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0959652621024926