摘要

全球气候变化和城市化进程的加快，使得城市热岛效应变得更加明显；在夏季高温多发的环境下，给人们的健康和公共卫生系统带来了不小的冲击，已有实证研究表明，城市绿色空间可以依靠植被的蒸腾作用以及冠层的遮阴作用，来达到缓解极端高温的效果。但目前城市绿色空间存在布局不均、结构单一、植物配置不合理等问题，这使得城市绿色空间的生态功能、尤其是热环境调节功能受到很大影响。因此，改进绿色空间的设计，提高其应对气候变化的能力，已经成为跨学科研究的一个热点问题。

本文选取典型的夏季持续高温城市湖南长沙作为研究对象，开展相关分析与实证研究，以减少热环境公共健康风险为宗旨,从城市绿色空间热环境主要影响因素的角度出发,对城市绿色空间的热环境和人体热舒适情况进行系统的考察。研究查阅相关文献梳理出城市绿色空间布局形式（绿地分布、绿地率）、植物群落形式（栽种方式、群落结构）、植物功能形态（冠幅、叶面积指数）以及城市绿色空间下垫面四种城市绿色空间热环境主要影响因素,并针对各影响因素利用NVI-met微气候模拟软件建立起多个理想控制模型,分析各个工况下距地面1.5米处的空气温度、相对湿度、风速和PMV的反应特性,通过相关数据分析提出相应的改进措施,并对研究样地进行了验证模拟。

研究主要得到以下结论：

（1）绿地布局绿地率对热环境也起到一定作用(P<0.01)，集中式布局结合30%-40%绿地率降温效果最好但绿地率增大存在边际递减效应。。

（2）从植物群落结构来看，乔灌草复层结构降温增湿作用明显强于纯乔木林（平均降温0.6℃）但是种植方式（孤植、列植、群植）对气温的影响无显著性差异。

（3）作为影响微气候的重要因素，在叶面积指数由1.5增大到4.5范围内，可使气温下降约1.2℃，使PMV下降1.64个单位，大大提高人的热舒适性。虽然树冠直径对微气候影响较小，但是它与大叶面积指数相结合时有很好的协同作用。

（4）从研究结果可以看出，不同的地表覆盖类型对于环境温度、湿度以及人体热舒适度有着很大的差别（P＜0.001）。草地由于具有良好的热岛抑制作用，在降温效果上比传统的硬化表面（沥青、混凝土）好，平均温差可达1.58℃；而它明显的增湿效应又可以使相对湿度提高约5%，从而大大提高人的热舒适度（PMV值下降幅度约0.2）。与之相比，硬化路面容易造成“城市热岛效应”，造成局部地区气温不断上升，进而对居民的热舒适感产生影响。

关键词： 城市热环境；公共健康风险；城市绿色空间；ENVI-met模拟；人体热舒适度

Optimization of Green Space Based on Reducing Public Health Risks of the Thermal Environment

Abstract

The acceleration of global climate change and urbanization has intensified the urban heat island effect. In summer, the frequent occurrence of high temperatures poses significant impacts on public health and healthcare systems. Empirical studies have shown that urban green spaces can mitigate extreme heat through vegetation transpiration and canopy shading. However, current urban green spaces suffer from issues such as uneven distribution, monotonous structure, and irrational plant configuration, which greatly compromise their ecological functions, particularly thermal regulation. Therefore, improving green space design to enhance climate resilience has become a hot topic in interdisciplinary research.  

This study selects Changsha, a typical summer heatwave city in Hunan Province, as the research subject to conduct relevant analyses and empirical studies. Aiming to reduce heat‑related public health risks, the study systematically examines the thermal environment and human thermal comfort of urban green spaces from the perspective of key influencing factors. Based on a literature review, four main factors affecting the thermal environment of urban green spaces are identified: spatial layout form (green space distribution, green space ratio), plant community form (planting pattern, community structure), plant functional morphology (crown width, leaf area index), and underlying surface type. For each factor, multiple ideal control models are established using the NVI‑met microclimate simulation software. The response characteristics of air temperature, relative humidity, wind speed, and PMV at 1.5 m above ground are analyzed under different scenarios. Corresponding improvement measures are proposed based on the data analysis, and a validation simulation is conducted on a selected study site.  

The main conclusions are as follows:  

(1) Green space layout and green space ratio have a significant effect on the thermal environment (P<0.01). A centralized layout combined with a green space ratio of 30%–40% achieves the best cooling effect, but increasing the green space ratio beyond this range leads to diminishing marginal returns.  

(2) In terms of plant community structure, the multi‑layered arbor‑shrub‑grass structure exhibits significantly better cooling and humidifying effects than pure arbor forest (average cooling of 0.6°C). However, planting patterns (solitary, linear, or cluster planting) show no significant differences in their impact on air temperature.  

(3) Leaf area index (LAI) is an important factor affecting the microclimate. Increasing LAI from 1.5 to 4.5 reduces air temperature by approximately 1.2°C and lowers PMV by 1.64 units, greatly improving human thermal comfort. Although crown diameter has a relatively small effect on the microclimate, it shows a good synergistic effect when combined with a high LAI.  

(4) The results indicate that different underlying surface types greatly affect ambient temperature, humidity, and human thermal comfort (P<0.001). Grassland, due to its strong heat island suppression effect, provides better cooling than traditional hardened surfaces (asphalt, concrete), with an average temperature difference of 1.58°C. Its significant humidifying effect increases relative humidity by about 5%, thereby greatly improving human thermal comfort (PMV decreases by approximately 0.2). In contrast, hardened pavement tends to exacerbate the urban heat island effect, leading to localized temperature rises and negatively affecting residents’ thermal comfort.  

Keywords:Urban thermal environment; Public health risk; Urban green space; ENVImet simulation; Human thermal comfort

目   录

毕业论文原创性声明

摘要

Abstract

1 绪论

1.1研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3相关概念界定

1.4 国内外研究进展

1.5研究内容

1.6研究方法

2.研究区域概况

2.1研究区域调研

2.2热环境影响因素筛选与理想模型构建

2.3指标选择及计算方法

2.3.1 热环境指标

2.3.2 热环境公共健康风险评价指标选择

2.4模型可行性验证

3城市绿色空间布局形式对热环境影响

3.1不同布局形式绿色空间理想模型建立

3.2微气候模拟结果分析

3.3小结

4城市绿地空间植物群落形式对热环境影响

4.1不同植物群落形式绿地空间理想模型建立

4.2微气候模拟结果分析

4.3小结

5城市绿色空间植物功能形态对热环境影响

5.1不同乔木参数绿色空间理想模型建立

5.2微气候模拟结果分析

5.3小结

6.城市绿色空间下垫面结构对热环境影响

6.1不同下垫面绿色空间理想模型设置

6.2微气候模拟结果与分析

6.3小结

7城市绿色空间设计策略研究

7.1研究样地绿色空间优化方案设计

7.2样地绿色空间优化结果分析

7.3绿化空间设计优化策略

结论

参考文献

致谢

附录A 样地气象因子实测数据

1 绪论

1.1研究背景

1.1.1城市热岛效应加剧,高温危害公共健康

全球气候变暖越来越严重城市化进程也在不断加快,近二十年来城市越来越热的现象就变得很严重。研究发现城市热岛强度同人口密度和土地利用方式有关联,高温天气会对人们的健康造成影响,容易引起中暑头晕乏力等现象还会增加心血管以及呼吸系统疾病的发生率[1]。

高温问题给个人健康带来严重危害,加大了城市公共卫生体系压力并对医疗应急系统稳定造成巨大考验。世界卫生组织等机构多次提到改善城市热环境降低高温的危害是保护公众健康的重要举措。因此用绿色空间来缓解城市的炎热减少健康的威胁就是现在城市建设中必须解决的一个现实问题[2]。

1.1.2长沙热环境问题突出,公园降温能力弱

1.5研究内容

基于城市热环境与公共健康相关理论,采用ENVI-met数值模拟软件对长沙市不同城市空间内各种绿色元素对城市热环境以及人体热舒适度影响进行分析研究并据此给出降低城市热环境公共健康风险城市绿色空间优化建议,主要包括以下几点。

（1）总结归纳目前国内外有关城市热环境绿色空间降温效应、ENVI-met 软件模拟及热环境与公共健康关联的研究进展,综合分析长沙开展城市绿色空间热环境优化研究的意义及论文的可行性；

（2）用长沙典型城市街区作为研究对象,得到该地区温度湿度风速等实际测量结果,检验ENVI-met软件和模型的可靠性,调查目前长沙城市绿色空间的创建情况以及所存在的问题；

（3）利用网络上可获取数据（OpenstreetMap、高德开放平台等）获取有关长沙城市绿色空间的信息,然后根据这些信息进行汇总、整理并得出研究模型所需的标准及参数设置。

（4）对于长沙市城市绿色空间而言,分别探讨不同类型绿地植物配置以及下垫面三个因素对热环境影响,在此基础上利用ENVI-met建立相应模型计算各个工况下空气中温度、相对湿度、风速、PMV等参数,选择最有利于缓解该地区热岛效应并且提高人们在其中活动时舒适度最佳方案。

（5）把模拟的结果总结起来,根据最好的绿地类型来改善长沙典型的街区现在的绿色空间,然后同长沙夏季典型的气候条件下现在的状况模拟结果作比较检验,最后得出以减少热环境公共健康风险为目的的长沙城市绿色空间优化方案。

1.6研究方法

城市热环境现在已经是城市气候以及环境研究当中比较新的而且被大家所重视的一个方面。目前关于城市热环境的研究方法有很多种,用到实际当中去的ENVImet这个软件做研究可以准确地处理热环境相关的数据分析出空间上的特点,并且可以做模拟分析。

（1）文献研究法将有关城市热岛效应、绿色空间降温作用、热舒适度评定、公共健康影响等各方面文章整理出来,总结出目前的研究主要观点方法体系以及存在的问题,建立起本研究的理论基础和技术结构,为选题论证指标选取方案拟定提供支撑。（2）情景模拟法

用ENVI-met等微气候模拟软件建立不同的绿色空间优化设计情景,模拟各个情景下的微气候数据,对比分析各个方案的降温效果和健康风险降低情况,找出最好的设计方案。

（3）实验法实验法属于研究城市热环境的一种常用手段,主要就是用上定的实验条件来控制有关变量,然后去观测以及记载热环境怎样变再根据这些变化来推断出热环境是怎么变的,从而找出热环境改变的原因和影响因素。（4）定量分析法

定量分析法就是收集整理有关热环境的数据,用数学统计学的方法以及相关的软件把热环境的特点、影响因素等变成可以量化的指标来研究,得到准确公正的研究结果。

长沙市一直看重城市绿色空间的创建,根据亚热带气候的特点以及城市发展的方向来制定相应的措施,按照因地制宜、突出生态、依靠人民、统筹安排的原则,慢慢形成起生态骨架带动、各个层次上的节点支持、全城范围内的联系起来的城市绿色空间体系,缓解城市热岛现象、保证老百姓公共健康的生态环境供给。近些年来,长沙一直在推进公园城市、千园之城的创建,把城市绿色空间的质量提高和改善作为主要任务,不断地改善绿色空间的分布情况,提高绿色空间的质量以及生态的作用。

2.1.4 研究范围确定

本文选取长沙市黎托生态公园作为研究对象（图3）,把长沙夏季常见的7月份当作研究的时间段,用历史天气情况来确定2025年7月15日的天气为模拟的参照数据。ENVI-met模型中有关背景气候参数的规定是按照国家气象科学数据中心（http://data.cma.cn）给出的湖南－长沙（57687）站数据。

3.2.2对相对湿度的影响

在 ENVI-met 5.6.1软件 Leonardo 模块中将K=2,Data、Contour、Symbol设置为RelativeHumidity（%）,分别导出12 组模型在离地 1.5m 高度、日间 14:00。14时刻的相对湿度模拟结果图,结果详见下表（表13）。

结合14时的场地模拟数据可以看出,50%绿地率的规则散点式布局为最高平均湿度,20%绿地率的集中式绿地布局平均湿度最低,50%绿地率的集中式布局为最高湿度,20%绿地率的自然集群式绿地布局湿度最低。

就绿地率的影响方面而言,三种绿地布局模式的场地相对湿度会绿地率的提高而表现出逐步上升的趋势。就集中式绿地布局而言20%绿地率对应的场地平均湿度为48.2%,30%绿地率可上升至50.7%,40%绿地率为52.4%,50%绿地率达到53.6%,绿地率由20%上升到30%时场地湿度增加的幅度最大,平均可以提高百分之二点五,在绿地率继续达到40%和50%的情况下,湿度增长速度变慢和相应的平均提高幅度分别下降到1.7%和1.2%。

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图 10 14时不同绿地布局相对湿度情况

Fig 10 Relative Humidity of Different Green Space Layouts at 14:00

(图片来源：基于ENVI-met软件模拟，使用Excel工具对输出结果经行可视化处理）

根据双因素方差分析的结果（表14）,绿地布局（F=34.62,p=0.0004）和绿地率（F=533.33,p<0.0001）都会使场地平均湿度产生很大的影响。绿地率的F值比绿地布局大并且绿地率对于湿度的影响更大。随着绿地率的增大湿度也会随之升高。

表 14  绿地布局与绿地率对场地相对湿度的双因素方差分析结果

Table 14 Two-way ANOVA Results of Green Space Layout and Greening Rate on Site Relative Humidity

变异来源	平方和 SS	自由度 df	均为 MS	F 值	显著性 p 值
绿地布局	1.350	2	0.675	34.62	0.004
绿地率	31.200	3	10.400	533.33	<0.001
误差	0.117	6	0.0195	-	-
总计	32.667	11	-	-	-

结论

本文以降低城市热环境公共健康风险为目标,选取长沙市黎托生态公园作为研究样地,基于ENVI‑met数值模拟平台,系统分析了绿色空间布局形式（包括绿地布局和绿地率）、植物群落形式（包括种植方式和群落结构）、植物功能形态（包括冠幅与叶面积指数）以及下垫面类型这四类核心要素对街区热环境和人体热舒适的影响。通过构建理想模型并结合现状验证,提出了多因素协同作用下的绿色空间优化方案,并对优化前后的微气候和热舒适效果进行了对比验证。主要结论如下：

（1）绿色空间布局形式对热环境影响显著,集中式布局与高绿地率降温效果最佳。 绿地布局和绿地率对空气温度、相对湿度以及PMV都有显著影响（p＜0.01）,其中绿地率是调控湿度和热舒适度的主导因素。集中式布局在50%绿地率的情况下,可以形成连片的低温区域,降温效果最好；规则散点式布局的温湿度分布最为均衡；自然集群式布局的风环境最稳定。提高绿地率能够明显降低PMV、改善热舒适,但这种改善的边际效应会随着绿地率的升高而逐渐减弱。

（2）植物群落结构中乔-灌-草复层结构降温增湿效果最强,种植方式对热环境的独立影响有限。群落结构对空气温度有显著影响（F=16.95,p=0.0035）,其中乔‑灌‑草结构的平均温度最低,为35.0℃,比乔木结构低了0.6℃；在种植方式里,群植的降温效果最好。不过,群落结构和种植方式对相对湿度、风速以及PMV的影响,都没有达到统计上的显著水平（p＞0.05）；这说明植被配置的核心作用主要体现在降温方面,而在增湿和通风方面的独立贡献相对有限。

（3）叶面积指数是调控微气候的主导因子,冠幅的独立影响不显著。叶面积指数对空气温度、相对湿度和PMV都有显著影响（p＜0.01）；当LAI从1.5提高到4.5的时候,平均温度下降了大约1.2℃,PMV下降了大约1.64,热舒适状况得到明显改善。冠幅对各项指标的影响都没有达到显著水平（p＞0.05）,不过大冠幅（6到8米）与高LAI（3.0到4.5）之间存在协同增效的作用；而低LAI搭配大冠幅的配置,则容易出现局部升温的现象。

（4）下垫面类型对热环境与热舒适具有极显著影响,天然草地综合表现最优。不同类型下垫面对空气温度、相对湿度、风速以及PMV的影响,都达到了极显著水平（p＜0.001）。天然草地的平均温度最低（35.65℃）,湿度最高（52.32%）,PMV也最低（6.15）,在降温、增湿和改善热舒适方面的效果最好；沥青路面和普通混凝土则表现为明显的热源,平均温度分别高达37.23℃和37.10℃,PMV处于较高的热不舒适区间,而且沥青路面还存在显著的“热溢出效应”。

（5）基于多要素协同的绿色空间优化方案可有效改善热环境与降低公共健康风险。本研究以规则散点式布局、30%到40%的适宜绿地率、乔-灌-草复层植被结构、冠幅6到8m且叶面积指数在3.0到4.5之间的优质乔木配置,以及提高天然草地占比作为核心优化策略,对黎托生态公园的绿色空间进行了系统性的优化改造。模拟结果显示,该优化方案能够明显改善场地的高温湿热环境；在下午两点的高温关键时段里,场地平均空气温度降低了0.20℃,场地风速提升了0.03到0.16 m/s,人体热舒适的PMV指标最大降幅可以达到1.46,户外整体的热舒适水平得到了明显提升。其中,绿道沿线与植被覆盖区域的降温、增湿和通风协同改善效果最为突出,有效均衡了场地内部的热环境差异,大幅降低了人群在极端高温时段里的户外热应激风险,能够切实缓解城市绿地可能带来的公共健康隐患。

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摘要

全球气候变化和城市化进程的加快，使得城市热岛效应变得更加明显；在夏季高温多发的环境下，给人们的健康和公共卫生系统带来了不小的冲击，已有实证研究表明，城市绿色空间可以依靠植被的蒸腾作用以及冠层的遮阴作用，来达到缓解极端高温的效果。但目前城市绿色空间存在布局不均、结构单一、植物配置不合理等问题，这使得城市绿色空间的生态功能、尤其是热环境调节功能受到很大影响。因此，改进绿色空间的设计，提高其应对气候变化的能力，已经成为跨学科研究的一个热点问题。

本文选取典型的夏季持续高温城市湖南长沙作为研究对象，开展相关分析与实证研究，以减少热环境公共健康风险为宗旨,从城市绿色空间热环境主要影响因素的角度出发,对城市绿色空间的热环境和人体热舒适情况进行系统的考察。研究查阅相关文献梳理出城市绿色空间布局形式（绿地分布、绿地率）、植物群落形式（栽种方式、群落结构）、植物功能形态（冠幅、叶面积指数）以及城市绿色空间下垫面四种城市绿色空间热环境主要影响因素,并针对各影响因素利用NVI-met微气候模拟软件建立起多个理想控制模型,分析各个工况下距地面1.5米处的空气温度、相对湿度、风速和PMV的反应特性,通过相关数据分析提出相应的改进措施,并对研究样地进行了验证模拟。

研究主要得到以下结论：

（1）绿地布局绿地率对热环境也起到一定作用(P<0.01)，集中式布局结合30%-40%绿地率降温效果最好但绿地率增大存在边际递减效应。。

（2）从植物群落结构来看，乔灌草复层结构降温增湿作用明显强于纯乔木林（平均降温0.6℃）但是种植方式（孤植、列植、群植）对气温的影响无显著性差异。

（3）作为影响微气候的重要因素，在叶面积指数由1.5增大到4.5范围内，可使气温下降约1.2℃，使PMV下降1.64个单位，大大提高人的热舒适性。虽然树冠直径对微气候影响较小，但是它与大叶面积指数相结合时有很好的协同作用。

（4）从研究结果可以看出，不同的地表覆盖类型对于环境温度、湿度以及人体热舒适度有着很大的差别（P＜0.001）。草地由于具有良好的热岛抑制作用，在降温效果上比传统的硬化表面（沥青、混凝土）好，平均温差可达1.58℃；而它明显的增湿效应又可以使相对湿度提高约5%，从而大大提高人的热舒适度（PMV值下降幅度约0.2）。与之相比，硬化路面容易造成“城市热岛效应”，造成局部地区气温不断上升，进而对居民的热舒适感产生影响。

关键词： 城市热环境；公共健康风险；城市绿色空间；ENVI-met模拟；人体热舒适度

Optimization of Green Space Based on Reducing Public Health Risks of the Thermal Environment

Abstract

The acceleration of global climate change and urbanization has intensified the urban heat island effect. In summer, the frequent occurrence of high temperatures poses significant impacts on public health and healthcare systems. Empirical studies have shown that urban green spaces can mitigate extreme heat through vegetation transpiration and canopy shading. However, current urban green spaces suffer from issues such as uneven distribution, monotonous structure, and irrational plant configuration, which greatly compromise their ecological functions, particularly thermal regulation. Therefore, improving green space design to enhance climate resilience has become a hot topic in interdisciplinary research.  

This study selects Changsha, a typical summer heatwave city in Hunan Province, as the research subject to conduct relevant analyses and empirical studies. Aiming to reduce heat‑related public health risks, the study systematically examines the thermal environment and human thermal comfort of urban green spaces from the perspective of key influencing factors. Based on a literature review, four main factors affecting the thermal environment of urban green spaces are identified: spatial layout form (green space distribution, green space ratio), plant community form (planting pattern, community structure), plant functional morphology (crown width, leaf area index), and underlying surface type. For each factor, multiple ideal control models are established using the NVI‑met microclimate simulation software. The response characteristics of air temperature, relative humidity, wind speed, and PMV at 1.5 m above ground are analyzed under different scenarios. Corresponding improvement measures are proposed based on the data analysis, and a validation simulation is conducted on a selected study site.  

The main conclusions are as follows:  

(1) Green space layout and green space ratio have a significant effect on the thermal environment (P<0.01). A centralized layout combined with a green space ratio of 30%–40% achieves the best cooling effect, but increasing the green space ratio beyond this range leads to diminishing marginal returns.  

(2) In terms of plant community structure, the multi‑layered arbor‑shrub‑grass structure exhibits significantly better cooling and humidifying effects than pure arbor forest (average cooling of 0.6°C). However, planting patterns (solitary, linear, or cluster planting) show no significant differences in their impact on air temperature.  

(3) Leaf area index (LAI) is an important factor affecting the microclimate. Increasing LAI from 1.5 to 4.5 reduces air temperature by approximately 1.2°C and lowers PMV by 1.64 units, greatly improving human thermal comfort. Although crown diameter has a relatively small effect on the microclimate, it shows a good synergistic effect when combined with a high LAI.  

(4) The results indicate that different underlying surface types greatly affect ambient temperature, humidity, and human thermal comfort (P<0.001). Grassland, due to its strong heat island suppression effect, provides better cooling than traditional hardened surfaces (asphalt, concrete), with an average temperature difference of 1.58°C. Its significant humidifying effect increases relative humidity by about 5%, thereby greatly improving human thermal comfort (PMV decreases by approximately 0.2). In contrast, hardened pavement tends to exacerbate the urban heat island effect, leading to localized temperature rises and negatively affecting residents’ thermal comfort.  

Keywords:Urban thermal environment; Public health risk; Urban green space; ENVImet simulation; Human thermal comfort

目   录

毕业论文原创性声明

摘要

Abstract

1 绪论

1.1研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3相关概念界定

1.4 国内外研究进展

1.5研究内容

1.6研究方法

2.研究区域概况

2.1研究区域调研

2.2热环境影响因素筛选与理想模型构建

2.3指标选择及计算方法

2.3.1 热环境指标

2.3.2 热环境公共健康风险评价指标选择

2.4模型可行性验证

3城市绿色空间布局形式对热环境影响

3.1不同布局形式绿色空间理想模型建立

3.2微气候模拟结果分析

3.3小结

4城市绿地空间植物群落形式对热环境影响

4.1不同植物群落形式绿地空间理想模型建立

4.2微气候模拟结果分析

4.3小结

5城市绿色空间植物功能形态对热环境影响

5.1不同乔木参数绿色空间理想模型建立

5.2微气候模拟结果分析

5.3小结

6.城市绿色空间下垫面结构对热环境影响

6.1不同下垫面绿色空间理想模型设置

6.2微气候模拟结果与分析

6.3小结

7城市绿色空间设计策略研究

7.1研究样地绿色空间优化方案设计

7.2样地绿色空间优化结果分析

7.3绿化空间设计优化策略

结论

参考文献

致谢

附录A 样地气象因子实测数据

1 绪论

1.1研究背景

1.1.1城市热岛效应加剧,高温危害公共健康

全球气候变暖越来越严重城市化进程也在不断加快,近二十年来城市越来越热的现象就变得很严重。研究发现城市热岛强度同人口密度和土地利用方式有关联,高温天气会对人们的健康造成影响,容易引起中暑头晕乏力等现象还会增加心血管以及呼吸系统疾病的发生率[1]。

高温问题给个人健康带来严重危害,加大了城市公共卫生体系压力并对医疗应急系统稳定造成巨大考验。世界卫生组织等机构多次提到改善城市热环境降低高温的危害是保护公众健康的重要举措。因此用绿色空间来缓解城市的炎热减少健康的威胁就是现在城市建设中必须解决的一个现实问题[2]。

1.1.2长沙热环境问题突出,公园降温能力弱

1.5研究内容

基于城市热环境与公共健康相关理论,采用ENVI-met数值模拟软件对长沙市不同城市空间内各种绿色元素对城市热环境以及人体热舒适度影响进行分析研究并据此给出降低城市热环境公共健康风险城市绿色空间优化建议,主要包括以下几点。

（1）总结归纳目前国内外有关城市热环境绿色空间降温效应、ENVI-met 软件模拟及热环境与公共健康关联的研究进展,综合分析长沙开展城市绿色空间热环境优化研究的意义及论文的可行性；

（2）用长沙典型城市街区作为研究对象,得到该地区温度湿度风速等实际测量结果,检验ENVI-met软件和模型的可靠性,调查目前长沙城市绿色空间的创建情况以及所存在的问题；

（3）利用网络上可获取数据（OpenstreetMap、高德开放平台等）获取有关长沙城市绿色空间的信息,然后根据这些信息进行汇总、整理并得出研究模型所需的标准及参数设置。

（4）对于长沙市城市绿色空间而言,分别探讨不同类型绿地植物配置以及下垫面三个因素对热环境影响,在此基础上利用ENVI-met建立相应模型计算各个工况下空气中温度、相对湿度、风速、PMV等参数,选择最有利于缓解该地区热岛效应并且提高人们在其中活动时舒适度最佳方案。

（5）把模拟的结果总结起来,根据最好的绿地类型来改善长沙典型的街区现在的绿色空间,然后同长沙夏季典型的气候条件下现在的状况模拟结果作比较检验,最后得出以减少热环境公共健康风险为目的的长沙城市绿色空间优化方案。

1.6研究方法

城市热环境现在已经是城市气候以及环境研究当中比较新的而且被大家所重视的一个方面。目前关于城市热环境的研究方法有很多种,用到实际当中去的ENVImet这个软件做研究可以准确地处理热环境相关的数据分析出空间上的特点,并且可以做模拟分析。

（1）文献研究法将有关城市热岛效应、绿色空间降温作用、热舒适度评定、公共健康影响等各方面文章整理出来,总结出目前的研究主要观点方法体系以及存在的问题,建立起本研究的理论基础和技术结构,为选题论证指标选取方案拟定提供支撑。（2）情景模拟法

用ENVI-met等微气候模拟软件建立不同的绿色空间优化设计情景,模拟各个情景下的微气候数据,对比分析各个方案的降温效果和健康风险降低情况,找出最好的设计方案。

（3）实验法实验法属于研究城市热环境的一种常用手段,主要就是用上定的实验条件来控制有关变量,然后去观测以及记载热环境怎样变再根据这些变化来推断出热环境是怎么变的,从而找出热环境改变的原因和影响因素。（4）定量分析法

定量分析法就是收集整理有关热环境的数据,用数学统计学的方法以及相关的软件把热环境的特点、影响因素等变成可以量化的指标来研究,得到准确公正的研究结果。

长沙市一直看重城市绿色空间的创建,根据亚热带气候的特点以及城市发展的方向来制定相应的措施,按照因地制宜、突出生态、依靠人民、统筹安排的原则,慢慢形成起生态骨架带动、各个层次上的节点支持、全城范围内的联系起来的城市绿色空间体系,缓解城市热岛现象、保证老百姓公共健康的生态环境供给。近些年来,长沙一直在推进公园城市、千园之城的创建,把城市绿色空间的质量提高和改善作为主要任务,不断地改善绿色空间的分布情况,提高绿色空间的质量以及生态的作用。

2.1.4 研究范围确定

本文选取长沙市黎托生态公园作为研究对象（图3）,把长沙夏季常见的7月份当作研究的时间段,用历史天气情况来确定2025年7月15日的天气为模拟的参照数据。ENVI-met模型中有关背景气候参数的规定是按照国家气象科学数据中心（http://data.cma.cn）给出的湖南－长沙（57687）站数据。

3.2.2对相对湿度的影响

在 ENVI-met 5.6.1软件 Leonardo 模块中将K=2,Data、Contour、Symbol设置为RelativeHumidity（%）,分别导出12 组模型在离地 1.5m 高度、日间 14:00。14时刻的相对湿度模拟结果图,结果详见下表（表13）。

结合14时的场地模拟数据可以看出,50%绿地率的规则散点式布局为最高平均湿度,20%绿地率的集中式绿地布局平均湿度最低,50%绿地率的集中式布局为最高湿度,20%绿地率的自然集群式绿地布局湿度最低。

就绿地率的影响方面而言,三种绿地布局模式的场地相对湿度会绿地率的提高而表现出逐步上升的趋势。就集中式绿地布局而言20%绿地率对应的场地平均湿度为48.2%,30%绿地率可上升至50.7%,40%绿地率为52.4%,50%绿地率达到53.6%,绿地率由20%上升到30%时场地湿度增加的幅度最大,平均可以提高百分之二点五,在绿地率继续达到40%和50%的情况下,湿度增长速度变慢和相应的平均提高幅度分别下降到1.7%和1.2%。

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图 10 14时不同绿地布局相对湿度情况

Fig 10 Relative Humidity of Different Green Space Layouts at 14:00

(图片来源：基于ENVI-met软件模拟，使用Excel工具对输出结果经行可视化处理）

根据双因素方差分析的结果（表14）,绿地布局（F=34.62,p=0.0004）和绿地率（F=533.33,p<0.0001）都会使场地平均湿度产生很大的影响。绿地率的F值比绿地布局大并且绿地率对于湿度的影响更大。随着绿地率的增大湿度也会随之升高。

表 14  绿地布局与绿地率对场地相对湿度的双因素方差分析结果

Table 14 Two-way ANOVA Results of Green Space Layout and Greening Rate on Site Relative Humidity

变异来源	平方和 SS	自由度 df	均为 MS	F 值	显著性 p 值
绿地布局	1.350	2	0.675	34.62	0.004
绿地率	31.200	3	10.400	533.33	<0.001
误差	0.117	6	0.0195	-	-
总计	32.667	11	-	-	-

结论

本文以降低城市热环境公共健康风险为目标,选取长沙市黎托生态公园作为研究样地,基于ENVI‑met数值模拟平台,系统分析了绿色空间布局形式（包括绿地布局和绿地率）、植物群落形式（包括种植方式和群落结构）、植物功能形态（包括冠幅与叶面积指数）以及下垫面类型这四类核心要素对街区热环境和人体热舒适的影响。通过构建理想模型并结合现状验证,提出了多因素协同作用下的绿色空间优化方案,并对优化前后的微气候和热舒适效果进行了对比验证。主要结论如下：

（1）绿色空间布局形式对热环境影响显著,集中式布局与高绿地率降温效果最佳。 绿地布局和绿地率对空气温度、相对湿度以及PMV都有显著影响（p＜0.01）,其中绿地率是调控湿度和热舒适度的主导因素。集中式布局在50%绿地率的情况下,可以形成连片的低温区域,降温效果最好；规则散点式布局的温湿度分布最为均衡；自然集群式布局的风环境最稳定。提高绿地率能够明显降低PMV、改善热舒适,但这种改善的边际效应会随着绿地率的升高而逐渐减弱。

（2）植物群落结构中乔-灌-草复层结构降温增湿效果最强,种植方式对热环境的独立影响有限。群落结构对空气温度有显著影响（F=16.95,p=0.0035）,其中乔‑灌‑草结构的平均温度最低,为35.0℃,比乔木结构低了0.6℃；在种植方式里,群植的降温效果最好。不过,群落结构和种植方式对相对湿度、风速以及PMV的影响,都没有达到统计上的显著水平（p＞0.05）；这说明植被配置的核心作用主要体现在降温方面,而在增湿和通风方面的独立贡献相对有限。

（3）叶面积指数是调控微气候的主导因子,冠幅的独立影响不显著。叶面积指数对空气温度、相对湿度和PMV都有显著影响（p＜0.01）；当LAI从1.5提高到4.5的时候,平均温度下降了大约1.2℃,PMV下降了大约1.64,热舒适状况得到明显改善。冠幅对各项指标的影响都没有达到显著水平（p＞0.05）,不过大冠幅（6到8米）与高LAI（3.0到4.5）之间存在协同增效的作用；而低LAI搭配大冠幅的配置,则容易出现局部升温的现象。

（4）下垫面类型对热环境与热舒适具有极显著影响,天然草地综合表现最优。不同类型下垫面对空气温度、相对湿度、风速以及PMV的影响,都达到了极显著水平（p＜0.001）。天然草地的平均温度最低（35.65℃）,湿度最高（52.32%）,PMV也最低（6.15）,在降温、增湿和改善热舒适方面的效果最好；沥青路面和普通混凝土则表现为明显的热源,平均温度分别高达37.23℃和37.10℃,PMV处于较高的热不舒适区间,而且沥青路面还存在显著的“热溢出效应”。

（5）基于多要素协同的绿色空间优化方案可有效改善热环境与降低公共健康风险。本研究以规则散点式布局、30%到40%的适宜绿地率、乔-灌-草复层植被结构、冠幅6到8m且叶面积指数在3.0到4.5之间的优质乔木配置,以及提高天然草地占比作为核心优化策略,对黎托生态公园的绿色空间进行了系统性的优化改造。模拟结果显示,该优化方案能够明显改善场地的高温湿热环境；在下午两点的高温关键时段里,场地平均空气温度降低了0.20℃,场地风速提升了0.03到0.16 m/s,人体热舒适的PMV指标最大降幅可以达到1.46,户外整体的热舒适水平得到了明显提升。其中,绿道沿线与植被覆盖区域的降温、增湿和通风协同改善效果最为突出,有效均衡了场地内部的热环境差异,大幅降低了人群在极端高温时段里的户外热应激风险,能够切实缓解城市绿地可能带来的公共健康隐患。

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