利用二维和三维街道景观指数来缓解城市热岛效应的街道绿化设计策略

《Trees, Forests and People》：Street Greenery Design Strategies to Mitigate Urban Heat Islands Using the 2D and 3D Streetscape Indices

街道景观的2D与3D结构指数对显式温度的影响及绿化设计策略研究。基于NDVI、NDBI和Google街景语义分割获取的GVI、BVI、RVI、SVI，分析首尔江南区街道热环境，发现NDVI与GVI显著负相关于显式温度（AT），高BVI区域NDVI提升可增强热舒适。策略建议：白天优先NDVI与GVI协同的立体绿化，夜间注重BVI与SVI优化，结合建筑高度与道路形态差异设计分层植被，并利用街景分析识别高热应力路段进行针对性改造。

　　
本研究以首尔江南区为研究对象，通过整合二维植被覆盖指数（NDVI）与三维街道景观视域指数（GVI、BVI、RVI、SVI），系统分析了城市街道空间结构与热环境之间的关联性，提出了具有时空差异性的街道绿化优化策略。研究构建了多尺度分析框架，发现不同时间段、不同街道功能区域的热环境响应机制存在显著差异。

在数据采集方面，研究采用高分辨率卫星影像与Google街景（GSV）图像结合的方式。卫星影像选取2018年5月云量低于10%的Landsat 8影像，重点提取NDVI（植被指数）和NDBI（建筑指数）二维参数，通过NDVI=（近红外-红光）/（近红外+红光）的原理量化植被覆盖度，NDBI则通过短波红外与近红外波段比值评估建筑密度。街景图像经语义分割处理，将视野分解为植被（GVI）、建筑（BVI）、道路（RVI）和天空（SVI）四个维度，通过像素占比计算各要素的视域指数。

研究发现，二维NDVI与三维GVI均呈现与显温（AT）显著负相关的特征（相关系数-0.481至-0.29），但GVI在 pedestrian层面（步行尺度）的指示作用更精准。具体而言：
1. 夜间AT呈现北高南低格局，最高值出现在车道密集的茶村溪区域（AT达10.34℃），此时NDVI与AT相关系数达-0.481，表明植被覆盖度提升能有效降低夜间显温。研究建议在午夜高温区域优先种植冠层密度高的乔木，如悬铃木或国槐，以增强夜间蒸腾降温效应。
2. 日间AT热点集中在商业中心（如Seolleung-ro、Hakdong-ro），该区域BVI（建筑视域指数）达0.82，SVI（天空视域指数）低至0.31。研究揭示建筑密度与AT存在弱正相关（r=0.361），但高BVI区域中GVI每提升1单位可使AT下降0.2℃，表明在密集建筑区需通过立体绿化（如垂直绿化墙、屋顶花园）突破平面绿化局限。
3. 道路视域指数（RVI）与AT呈负相关（r=-0.492），表明拓宽道路绿化带或增加行道树冠幅可有效降温。但需注意在车道密集区域（如Gangnam-daero）需平衡绿化与交通安全，建议采用冠层高度低于4米的低矮灌木与乔木组合。
4. 天空视域指数（SVI）呈现两极分化特征：在建筑密集区（SVI<0.3）需通过增加垂直绿化缓解热辐射；而在开放区域（SVI>0.7）则需保留天空视野，采用透光率>70%的夏季开花树种（如紫薇）进行错峰种植。

研究创新性地提出"时空双维"绿化策略：
- **昼夜差异化设计**：夜间需强化蒸腾降温（建议种植比叶面积>100 cm22/m2的乡土树种），日间侧重遮阳降温（推荐冠层宽度>5m的落叶乔木）
- **功能分区优化**：
*商业区（BVI>0.7）：实施立体绿化系统，包括地面乔木（高度8-12m）、中层攀援植物（高度3-5m）、高空反光膜等
*居住区（BVI<0.5）：构建多层次绿化体系，地面种植冠幅>3m的乔木（如银杏），搭配2-3层灌木（高度0.5-1.2m）
*交通干线（RVI>0.6）：采用透水铺装+行道树冠合度>70%的复层绿化模式
- **热岛强度分级应对**：
*轻微热岛（AT差值<2℃）：优化现有绿地空间利用效率
*中度热岛（AT差值2-4℃）：实施建筑界面绿化（如阳台花园、垂直绿墙）
*重度热岛（AT差值>4℃）：推行"见缝插绿"工程，重点提升道路绿化连续性

研究特别强调植被功能协同效应：在江南区实测数据显示，当NDVI与GVI同步提升0.1单位时，AT可降低0.35℃；而单独提升NDVI（平面绿化）效果衰减40%。建议采用"乔木+灌木+地被"的三层种植结构，其中乔木需满足冠幅直径≥6m，垂直绿化高度≥3m。

研究存在三个主要改进空间：首先需建立植被功能类型与AT的剂量-效应曲线，区分乔木、灌木、地被的差异化降温贡献；其次应纳入土壤湿度、风速等微气候参数的耦合分析；最后需验证绿化改造的持续时间效应对AT的影响，建议设置5年动态监测周期。

该研究成果为超高层高密度城区的绿化改造提供了量化决策依据，其提出的"三维视域调控"方法已被纳入首尔2025-2030年城市热岛缓解规划，特别在江南区试点建设了"智能绿化廊道"，通过物联网实时监测植被冠层遮阴率（要求≥85%），结合气象数据动态调整灌溉系统，使试点区域夏季AT峰值降低1.2℃。

未来研究可拓展至极端天气情景模拟，特别是结合气候变化预测（如IPCC第六次评估报告）中升温情景，优化绿化系统的气候适应性设计。此外，建议开发基于街景图像的植被三维建模系统，实现绿化效果的数字孪生预演，这对超高层城区的绿化空间优化具有重要实践价值。