陈明 胡义 戴菲*
CHEN Ming, HU Yi, DAI Fei*
中图分类号：TU986 文献标识码：A
文章编号：1673-1530(2019)12-0074-05 DOI：10.14085/j.fjyl.2019.12.0074.05 收稿日期：2019-05-08
修回日期：2019-10-09
摘要：缓解大气颗粒物污染、营造清洁健康的城市环境是中国绝大部分城市须解决的问题之一。城市绿地能有效 缓解PM2.5，然而当前对绿地空间形态的研究不足，导致能在规划设计中直接应用的成果不多。基于武汉市9个城 市绿地空间形态要素量化差异与实地测量的PM2.5浓度大小，探索二者深层的量化关系规律。结果显示：1）PM2.5
消减量随绿地规模的增加呈增长趋势，当规模大于5~10 hm2消减量减缓；2）绿地面积、周长及形状指数与PM2.5
的消减量显著正相关，分维指数与近圆形形状指数相关性不显著；3）PM2.5的消减效率随绿地规模的增加急剧下降，
当绿地规模超过5~10 hm2，消减效率变化不明显。通过量化分析，揭示对PM2.5消减具有显著影响的城市绿地空 间形态指标，提出适当的规模、不规则或复杂的绿地形态及分散式的布局等绿地优化策略。
关键词：风景园林；城市绿地；空间形态；PM2.5
基金项目：国家自然科学基金（编号 51778254，51538004）
Abstract: Alleviating the pollution of atmospheric particles and creating a clean and healthy urban environment is one of the problems to be solved in most cities in China. Urban green space can effectively reduce the PM2.5. However, the research on the spatial forms of green space is insufficient, which leads to few achievements that can be directly applied in planning and design. Based on the quantitative difference of spatial morphological elements and field measurement of PM2.5 concentration of nine urban green spaces in the city of Wuhan, this study exlpores the deep quantitative relationship between green spaces and PM2.5. The results show that:
1) the decrease of PM2.5 increases with the expansion of the green space scale. The reduction will slow down when the scale is larger than 5~10 hm2; 2) The area, perimeter and shape index of the green space are positively correlated with the reduction of PM2.5. The fractal dimension index and the related circumscribing circle have no significant correlation. 3) The reduction efficiency of PM2.5 decreases sharply with the increase in the green space scale. The reduction efficiency is not obvious when the scale of green space exceeds 5~10 hm2. Through quantitative analysis, this paper reveals the spatial morphology index of urban green space, which has a significant impact on PM2.5 reduction, and puts forward some green space optimization strategies, such as appropriate scale, irregular or complex green space forms and decentralized layout.
Keywords: landscape architecture; urban green space; spatial form; PM2.5
Fund Items: National Nature Science Foundation of China (No. 51778254, 51538004) 陈明/男/华中科技大学建筑与城市规划学
院在读博士研究生/研究方向为城市绿色基 础设施、风景园林规划与设计
CHEN Ming is a Ph.D. student in the School of Architecture & Urban Planning, Huazhong University of Science and Technology.
His research focuses on urban green infrastructure, landscape planning and design.
胡义/男/硕士/杭州绿城亚运村开发有限 公司景观管理高级专员/研究方向为居住区 园林绿化施工
HU Yi, Master, is a senior specialist for landscape management in Hangzhou Green Town Asian Games Village Development Co., Ltd. His research focuses on landscape greening construction in residential areas.
戴菲/女/博士/华中科技大学建筑与城市 规划学院教授、博士生导师/本刊特约编辑/ 研究方向为城市绿色基础设施、绿地系统规 划、大气颗粒物
通信作者邮箱（Corresponding author Email）：
58801365@qq.com
DAI Fei, Ph.D., is a professor in the School of Architecture & Urban Planning, Huazhong University of Science and Technology and a contributing editor of this journal.
Her research focuses on urban green infrastructure, green space system planning, and atmospheric particulate matter.
陈明，胡义，戴菲.城市绿地空间形态对PM2.5的消减影响：以武汉市为例[J].风景园林，2019，26（12）：74-78.
开放科学（资源服务）
标识码（OSID）
快速城镇化产生了大量城市问题，以PM2.5
为首要污染物的大气颗粒物污染成为中国城市 普遍面临的严峻挑战[1-2]，也对人们的健康造成 极大威胁，引发一系列呼吸系统疾病[3]。清洁健 康的城市环境是人们日常生活的基本保障，被 世界卫生组织列为健康城市的首条标准。改善 空气质量、降低城市PM2.5浓度成为中国绝大部
分城市需要解决的问题之一。
大 量 研 究 表 明， 城 市 绿 地 能 有 效 缓 解 PM2.5[4]，这主要是由于空气中的PM2.5经过布朗 运动与植物的枝叶结构发生碰撞导致PM2.5的 沉降、阻滞、吸附及吸收[5]。目前关于城市绿 地形态与PM2.5的研究较少，较多集中于线性 的绿地 — 道路绿地形态的研究[6-8]，以及不
同植物群落配置对PM2.5的影响等更微观尺
度[9-10]。徐欢等[11]针对徐州市25 hm2的云龙
公园分析其内部PM2.5浓度的不均匀性，同 丽嘎等分析了包头市若干个规模不等的公园 绿地（约60~700 hm2）内外PM2.5浓度的差 异[12]。与绿地形态相近的研究多数基于城市 空气质量监测点为中心形成的圆形缓冲区，
分析此范围内通过遥感影像提取的绿色斑块 空间格局对PM2.5的影响。其中基于1~6 km 不同尺度的方形栅格空间单元，发现PM2.5浓 度与绿色斑块的景观分割指数显著相关，但 其相关性随季节发生变化[13]，因此对于改善 PM2.5的绿地布局形式目前存在不稳定性。通 过0.1 km、0.3 km、0.5~5 km不同尺度的圆形或 方形空间单元，以边缘密度、边缘长度衡量绿 地的形状复杂程度，研究表明形态越复杂的绿 色斑块能消减更多的PM2.5[14-16]。林地和草地的 斑块密度与PM2.5浓度呈显著负相关，表明破 碎化的绿色斑块更有利于PM2.5的消减[17]。
然而，上述研究主要关注的是城市普通 街区中的绿化覆盖层面的绿色斑块，城市公 园绿地、附属绿地等不同绿地类型是城市绿 地系统规划直接调控与作用的对象，具有实 际管控意义，而当前研究缺乏相应的考量。
有专家学者对城市绿色基础设施、园林绿化 的PM2.5调控措施提出了观点[18-19]，然而关于 这些城市绿地空间形态与PM2.5之间的量化关 系基本仍为空白，因此在高密度城市中难以 提出具体的空间优化策略。鉴于此，本研究
以华中地区高密度城市—武汉市为例，基 于城市绿地分类标准选取城市中的不同形态 绿地，通过实地测量分析绿地对PM2.5浓度的 消减量，探索二者之间的深层量化关系规律，
以期为城市绿地的空间优化布局提供参考。
1 研究方法
1.1 研究区概况与城市绿地筛选
武汉市是中国华中地区极具代表性的高 密度城市，据《2018年武汉市绿化状况公报》
统 计， 截 至2018年， 武 汉 市 建 成 区 绿 地 面 积达到22 408.23 hm2，已有22个开放公园，
400余个街头小游园、小片林、小绿地遍布城 区。然而在城市化过程中，绿地和水体不断受 到侵蚀，面临严重的生态破损。城市的PM2.5
呈现冬季污染严重、夏季空气优良的时间格 局，反映中国城市PM2.5污染的普遍特征。
虽然主城区内绿地数量较多，为了确保研 究数据的精度，首先排除绿地附近有其他大规 模绿地或水体的样本，以及避免影响消减PM2.5
效果的其他可能因素，例如周围有工地等。其 次根据武汉市绿地系统规划，并结合实际建设 情况，通过现场踏勘选取了具有代表性的9个 不同空间形态的城市绿地（图1，表1）。
1.2 绿地空间形态指标
通过Google Earth下载空间像素分辨率
为0.5 m的武汉市遥感图像。运用ArcGIS软
件进行人工目视解译提取绿地，并转换为1 m 分辨率的栅格文件导入Fragstats软件，精确计
算斑块层面上的绿地空间形态指标。由既往 研究可知，城市普遍街区中绿色斑块的面积、
形状等均会显著影响PM2.5[20-22]，并根据其他相 近研究成果（湖泊湿地）的梳理[23]，笔者从面 积、边界、形状、复杂性等方面衡量绿地的空 间形态特征，因此选取的空间形态指标包括斑 块面积指数（patch area）、斑块周长指数（patch perimeter）、形状指数（shape index）、分维数
（fractal dimension index）及近圆形形状指数（related circumscribing circle），共5项反映空间形态的代 表性指标（表2、3）[24]。
1.3 PM2.5测量
于武汉PM2.5污染最严重的冬季开展实测
（2018年12月—2019年1月），选择连续晴朗、
无雨雪、无风或微风，以及相似的PM2.5污染 的 天 气， 于 每 天09：00—12：00、12：00—
15：00、15：00—17：00 3个时间段进行3组
测量，每个公园各测1天。由于9个绿地分布 在武汉市主城区内的不同空间位置，采用公 园内外固定布点的方式进行测量，以消除背 景浓度的影响[25]。其中，对照点设置在每片 绿地外围或边缘空旷、无绿化覆盖区以及无 明显污染源的地方，为了能充分反映绿地内 部的PM2.5浓度水平，借鉴类似研究分析居住 区景观格局对PM2.5的影响[26]194，结合绿地内 部的可达性，依据绿地面积相对均匀地布置 4~6个监测点（图2）。此外，利用运动相机
GoPro同步记录实测现场周围情况，用以分析
突发状况造成的数据偏差。
1 9个城市绿地分布图
Distribution map of nine urban green spaces
1 表 1 9 个城市绿地的基本属性
Tab. 1 Basic attributes of nine urban green spaces
序号 公园名称 绿地类型 区位 面积 /hm2 形状图示
1 中医院绿地 附属绿地（AG） 2~3 环 0.5
2 紫菘公寓绿地 附属绿地（AG） 2~3 环 1.2
3 地大樱园 附属绿地（AG） 2~3 环 1.7
4 南干渠游园东段 公园绿地（G11） 2~3 环 7.5 5 关山荷兰风情园 公园绿地（G11） 2~3 环 7.6
6 王家墩公园 公园绿地（G11） 2 环内 12.2
7 常青公园 公园绿地（G11） 2~3 环 21.0
8 中山公园 公园绿地（G11） 2 环内 31.2
9 解放公园 公园绿地（G11） 2 环内 64.6
绿地内外的PM2.5浓度测量通过2台手持 粉尘监测仪TSI8532进行测量。监测时，这些 仪器均以三脚架进行固定，将传感器放置到 成年人呼吸的高度（1.5 m）。2台TSI8532分 别在内部监测点以及外部固定点每10 s记录 一次数据，记录3 min，每个点得到18组数据。
由于2台TSI8532的测量值存在一定误差，参
考Dos Santos-Juusela等的方法，测量前以外部 对照点的仪器为准[27]，对公园内部的测量仪 器进行了校准，经过测试，校准公式如下：
C=C0×0.93 （1）
式中，C0是绿地内部监测点的原始PM2.5浓度，
C是绿地内部监测点校准后的PM2.5浓度。
参考Fan等的方法，城市绿地对PM2.5的 消减量的计算公式如下[26]195：
ΔC=Cs-Ci （2）
式中，ΔC是绿地内外部PM2.5浓度差，反映 绿地的PM2.5消减量，Cs是绿地外部对照点的 PM2.5浓度，Ci是绿地内部各个监测点的PM2.5
浓度。
1.4 数据分析与处理
利用Excel对实测数据进行整理，利用
SPSS19.0软件进行统计分析。首先，分析不同
空间形态绿地的PM2.5消减量的整体特征。其 次，通过双变量相关分析绿地空间形态指标与 PM2.5消减量之间的关联性，得到对PM2.5具有 显著消减效应的绿地空间形态指标，并构建回 归方程。最后，考虑到不同绿地面积的差异性，
通过单位面积绿地的PM2.5消减量进一步分析
通过单位面积绿地的PM2.5消减量进一步分析