二、土地利用/覆被城乡梯度差异的热环境效应

城市化是人类社会发展的必然趋势。城市化进程中建筑物、沥青或水泥马路等不透水下垫面逐渐代替了原有的农田、森林、河流、湖泊等自然地表覆盖，伴随着下垫面特征的这种巨大变化，城市的近地层大气结构和微气象环境也发生相应的变化（Arnfield，2003；胡非 等，2003）。如城区水体、绿地面积的减少会使气温升高、湿度降低（徐敏 等，2002），但如果在城市区域增加水体、绿地等自然地表，则有利于城市的减温、增湿（Saaroni et al.，2002；郭勇 等，2006），有利于减缓城市热岛效应（佟华 等，2005；宫阿都 等，2007）。由于水体的辐射特征和热力特征与周围类型有显著差异，显示出与周边不同的小气候或影响着周边的局地气候，傅抱璞（1997）分析了不同自然条件下的水体气候效应，毛以伟等（2005）分析了三峡水库水体的热气候效应，吕雅琼等（2007）和赵林等（2010）分别研究了青海湖和金塔绿洲水库的冷（暖）湖效应。而近年来由于城市发展中城市热岛效应突出问题，城市中水体对局地气候及人居环境的影响也引起关注（柳孝图 等，1997）。杨凯等（2004）分析了上海中心城区6处不同类型的城市河流及水体周边的小气候效应，并探讨了主要影响因素。李书严等（2008）研究了水体的微气候效应，研究结果表明城市中的水体对其周边的小气候有着明显的调节作用，水体的面积和布局是影响小气候效应的重要因素。轩春怡等（2010）研究表明无论是分散型布局还是集中型布局，城市水体面积的增加，都在一定程度上使城市气温降低、湿度增加、平均风速增大。比较而言，分散型水体布局对城市区域微气象环境的影响更为显著。遥感技术则提供了一种面向空间区域研究城市水体热环境效应的有效途径。遥感监测热环境的原理是基于不同地物在远红外波段具有辐射差异，通过远红外传感器对城市地表温度进行大面积观测而得到的地物热量空间差异分布，从而可以对城市水体及其周边环境进行监测与分析。本研究利用卫星遥感资料开展城乡梯度的热环境效应研究，对于认识城市热环境机理和减缓热岛效应方面具有借鉴意义。

采用2001—2017年EOS/MODIS卫星资料8天合成的MODIS地表温度产品（MOD11A2，空间分辨率为1 km）评估城乡梯度差异的热环境效应。该产品是MODIS卫星的重要业务产品之一，它对陆地地表温度的监测能达到1 K（1σ）的精度，且能有效监测城市热岛强度及季节变化（王建凯 等，2007）。2001—2017年大湾区陆面温度整体呈现出从东南向西北递减，从沿海地区向内陆山地递减的空间分布格局（图2-15）。东莞、深圳、佛山、广州等硬化路面分布较为集中的地区陆面温度明显高于周边相邻地区。肇庆、惠州北部、广州北部（从化区）等山地分布较为密集地区的温度要明显低于城市集中地区。为了探究土地利用/覆被城乡梯度差异的热环境效应，根据城市距离市中心的距离和市中心—近郊—远郊—乡村的城乡梯度，将城市划分为10个圈层（即10个同心圆），并统计不同圈层内的平均陆面温度（图2-16）。10个城市的陆面温度从城市中心区向近郊和远郊过渡的过程中逐级递减，以广州、惠州、佛山、香港等城市最为典型。通过与周边地区典型城市厦门、福州、南昌、长沙、贵阳、南宁、昆明等对比发现（图2-17），这些城市同样表现出城乡梯度变化的温度递减效应。

城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性。城市地表含水量少，热量更多地以显热形式进入空气中，导致空气升温。同时城市地表对太阳光的吸收率较自然地表高，能吸收更多的太阳辐射，进而使空气得到的热量也更多，从而使温度升高。

既然城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是引起热岛效应的主要原因，那么在城市中通过各种途径增加自然下垫面的比例，便是缓解城市热岛效应的有效途径之一。城市绿地是城市中的主要自然因素，因此大力发展城市绿化，是减轻热岛效应影响的关键措施。绿地能吸收太阳辐射能量，而所吸收的辐射能量又有大部分用于植物蒸腾耗热和在光合作用中转化为化学能，用于增加环境温度的热量大大减少。绿地中的园林植物，通过蒸腾作用，不断地从环境中吸收热量，降低环境空气的温度。除了绿地能够有效缓解城市热岛效应之外，水面、风等也是缓解城市热岛效应的有效因素。水的热容量大，在吸收相同热量的情况下，升温最小，表现出比其他下垫面的温度低；水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。风能带走城市中的热量，也可以在一定程度上缓解城市热岛效应。因此在城市建筑物规划时，要结合当地的风向，不要把楼房全部建设成为东西走向的，要建设成为便于空气流通的模式。

提高城市下垫面反射率是有效缓解城市热岛效应的重要课题。目前对于城市热岛反射率的研究主要倾向于对反射路面、反射墙体和城市峡谷反射率方面。反射路面的研究摆在首位。所谓的反射路面是指在道路路面表层喷涂具有较高反射率和放射率的材料。反射路面通过反射材料，减少白天对太阳辐射的“主动”吸收，在不消耗其他能量的同时抑制了温度的升高，降低道路表面日最高温度，也降低夜间散热（郑木莲 等，2013；黄文红 等，2012；开前正 等，2011）；反射墙体方面，徐永祥等（2010）对国内的热反射涂料的研究进展进行了归纳和总结，阐述了各类反射涂料的反射光谱，并对热反射涂料的未来发展充满信心；城市峡谷（即由道路以及道路两边的建筑形成一个类似于峡谷的地貌）反射率方面，卢曦等（2005）通过量化城市感热通量，发现城市峡谷是其主要来源，夜间主要的热量来源于墙壁白天吸热。梁槚等（2016）提出了城市峡谷反射率的理论计算模型，并通过人造城市峡谷模拟观测反射率验证理论计算模型，得出峡谷纵横比是影响其反射率的决定因素。本研究主要关注城乡梯度差异的热环境效应，也包括反射率对城乡梯度差异的响应。如图2-18所示，粤港澳大湾区各个城市的反射率都不高，大多位于0.2左右，2001年、2010年和2017年3个年份的反射率大小基本一致。反射率不像陆面温度一样表现出明显的城乡梯度效应，各圈层的反射率大小变化不是很剧烈。香港、珠海、佛山、东莞和中山的反射率随着梯度增加而轻微减小，江门和肇庆则轻微增加。厦门、福州、南昌、长沙、南宁等其他城市反射率的变化规律与粤港澳大湾区城市基本一致，没有明显增减变化（图2-19）。

反射率的梯度效应影响因素较为复杂，但大多和表面材料有关。如夏天，草坪温度32℃、树冠温度30℃的时候，水泥地面的温度可以达到57℃，柏油马路的温度更高达63℃，这些高温物体形成巨大的热源，显著升高了城市的陆面温度。城市建筑和街道的表面材料对于城市热环境有重要的影响。它们吸收太阳辐射，并通过对流和辐射的过程将积聚的热量散发到大气中，引起环境温度的增加。因此，材料的光学性质和热学性质往往在很大程度上决定了城市的建筑能耗和舒适程度。所谓“冷材料”，是指一类具有高反射率和高红外发射率的材料，它们的使用可以增加城市反射率，被认为是一种很有前景的缓解热岛效应的方法（郑木莲 等，2013；黄文红 等，2012）。相比于传统材料，“冷材料”在相同条件下会维持更低的表面温度。将“冷材料”覆盖在屋顶即形成“冷屋顶”。“冷屋顶”指表面具有高反射率和高红外发射率的屋顶，这两种性质可以导致屋顶表面温度降低，从而减少屋顶表面与空气的换热，进而降低环境温度；将“冷材料”放置于道路表面即形成“冷路面”。传统的路面表面材料是由混凝土和沥青组成，由于反射率较低，在炎热的夏季吸收大量的太阳辐射，因而地表温度往往很高。“冷路面”是一类与传统路面相比储热量较小、表面温度较低的路面，可以通过对路面材料改性而实现。此外，反射率大小还和城市绿化（公园绿地、绿色屋顶、其他绿色设施）、土地利用规划、通风廊道建设等有密切关系。 zeVelugAofMwTwB4Bb7ppSVKQI4mPpzctfzPPQKl1XAvbSn2jm/fzGz+iHoiArUA