优化城市形态设计以提高夏季户外热舒适度并减少制冷能耗：多参数的协同影响分析

《Sustainable Cities and Society》：Optimal Urban Morphology Design to Enhance Summer Outdoor Thermal Comfort and Reduce Cooling Energy Use: Synergistic Impact Analysis of Multiple Parameters

城市绿地类型对干热和湿热的影响差异显著，树冠结构主导的植被能有效缓解湿热，而灌木和草地组合在干旱气候中加剧湿热。研究提出需根据气候类型优化植被配置策略。

　　城市绿化已经成为全球范围内缓解城市热应激的重要策略之一。然而，当前的城市绿化设计方案更多地关注于降低干热（主要指空气温度），而对湿热（即空气温度与湿度共同作用对人类热舒适的影响）关注较少。湿热不仅影响人体的热舒适度，还可能对健康造成更大的威胁，尤其是在湿度较高的环境中，人体通过出汗蒸发来散热的能力会显著下降。因此，如何在不同气候条件下有效设计绿化方案，以兼顾干热和湿热的缓解，成为当前城市环境研究的重要课题。

本研究通过对中国23个城市的夏季微气候数据进行元分析，评估了7种不同类型的城市绿地（包括树木、灌木和草类的组合）在5种不同气候区中对干热和湿热的影响。研究发现，以树木为主的绿地在降低干热和湿热方面表现更为显著，而以灌木和草类为主的绿地则主要降低空气温度，但往往导致湿热增加，尤其是在干旱气候条件下。这一发现为城市绿化策略的优化提供了新的视角，强调了在不同气候背景下，植被类型对热舒适度的影响存在显著差异。

在城市中，热应激是一个重要的气候问题，影响着居民的生活质量与健康。随着极端高温事件的频率和强度预计会增加，采取有效的措施来缓解热应激显得尤为重要。绿化措施，如城市森林、公园、街道树木、草坪和绿色屋顶等，已经被广泛用于降低城市温度。然而，这些措施对湿热的影响机制尚不明确，特别是在不同气候条件下，其效果可能存在显著差异。因此，本研究旨在通过系统评估不同植被类型对城市热应激的影响，为城市微气候规划提供科学依据。

城市绿地的类型多样，其结构和功能也各不相同。树木、灌木和草类是城市绿化中常见的植被类型，它们的组合形式多种多样，影响着城市微气候的不同方面。树木因其较高的高度和广阔的树冠，能够提供较强的遮阳效果，同时通过蒸腾作用增加空气湿度。而灌木和草类虽然也能通过蒸腾作用调节空气湿度，但其遮阳效果相对较弱，因此在降低空气温度方面不如树木有效。然而，这种湿度的增加可能会在某些情况下加剧湿热，尤其是在空气湿度本身较高的地区。

在干旱气候条件下，以灌木和草类为主的绿地虽然能够降低空气温度，但同时也增加了空气湿度，从而导致湿热的上升。例如，在大陆性沙漠气候中，这些绿地的降温效果分别为-2.21±2.1°C和-0.59±1.2°C，但湿度的增加分别达到了+1.21±1.3°C和+1.34±0.8°C。这表明，在这种气候条件下，虽然绿化能够提供一定的降温效果，但其对湿热的影响可能更为复杂，甚至可能适得其反。而在湿润的亚热带气候中，以灌木和草类为主的绿地虽然也能降低空气温度，但由于湿度较低，其对湿热的缓解效果相对较弱。

植被对湿热的影响主要受到背景气候的制约。在以树木为主的绿地中，树木的高度和树冠面积对湿热的缓解起到了关键作用，这两个因素共同贡献了约33.72%的湿热降低效果。这解释了为什么以树木为主的绿地在缓解湿热方面更为有效。在不同气候条件下，植被类型的选择需要更加精细化，以确保既能有效降低空气温度，又能适度调节空气湿度，从而实现最佳的热舒适度。

本研究的创新之处在于，它首次利用元分析方法，结合标准化的实地测量数据和卫星气候数据，对不同植被类型在夏季对中国多个城市干热和湿热的影响进行了系统评估。虽然这些微气候数据并非直接由我们测量获得，但它们来源于已发表的实证研究，为数据的整合和大规模推断提供了可靠的基础。通过这种方法，我们能够更全面地理解植被类型、区域气候背景以及昼夜变化模式如何共同调节干热和湿热，并进一步探讨其对热舒适度的影响。

研究结果表明，城市绿化策略的制定不能仅仅关注于降低空气温度，还必须充分考虑湿度的变化。特别是在干旱和半干旱地区，植被类型的选择需要更加谨慎，以避免湿热的增加对居民健康造成负面影响。同时，在湿润气候条件下，植被的降温效果可能受到湿度的制约，因此需要结合当地的气候特点，优化植被配置。这不仅有助于提高城市居民的热舒适度，还能在一定程度上缓解由极端高温引发的健康风险。

此外，本研究还强调了城市绿化在不同气候区中的适应性问题。例如，在干旱地区，增加植被覆盖率可能会导致空气湿度上升，从而加剧湿热，这与一些研究中提到的“绿化可能在某些情况下反而加重热应激”的观点相一致。因此，在制定城市绿化策略时，需要综合考虑当地的气候条件，避免单一的绿化方案适用于所有气候类型。在湿润气候条件下，虽然植被的降温效果可能不如干旱地区显著，但其对湿热的缓解作用仍然存在，因此仍需合理配置植被类型。

在实际应用中，城市绿化的设计应当更加注重植被类型的多样化和功能的互补性。例如，在高温干燥的地区，可以优先选择具有较强遮阳和蒸腾作用的树木，以同时降低空气温度和湿度。而在湿度较高的地区，可以选择灌木和草类为主的植被，以在不显著增加湿度的情况下实现降温效果。此外，城市绿化还应考虑空间布局的合理性，避免植被过度集中导致局部湿热的加剧。

研究还指出，植被对湿热的影响不仅取决于其类型，还受到灌溉制度和区域气候条件的影响。因此，在城市绿化规划中，需要结合当地的水资源状况和气候特征，制定合理的灌溉策略，以确保植被既能发挥降温作用，又不会导致湿热的增加。同时，不同气候区的城市在绿化设计上应当有所区别，以适应各自独特的环境条件。

总体而言，本研究为城市绿化策略的优化提供了重要的科学依据。它强调了在不同气候条件下，植被类型对热舒适度的影响存在显著差异，因此在实际应用中需要因地制宜地选择植被类型。通过综合考虑干热和湿热的影响，城市绿化不仅能够改善微气候环境，还能在一定程度上提升居民的生活质量和健康水平。未来的研究可以进一步探讨不同植被类型在更广泛的气候区中的适应性，以及如何通过植被配置的优化来实现最佳的热舒适度。