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公园绿地景观作为城市景观的重要组成部分[1],不仅在空间维度上反映城市的绿化水平和状态信息,同时,在一定程度上还反映了人们的城市景观审美认知[2]和生态功能的供需水平[3]。然而在城市经济发展的驱动下,城市人口数量急剧膨胀,城市不断向外扩张,导致绿地生态系统被破坏和城市环境及形态结构改变[4]。公园绿地作为人们心理压力与现实负担的缓冲区[5−6],不仅能够调节城市微气候、缓解温室效应,而且对城市生态改善、居民健康有积极的促进作用[6−8]。同时,城市里大面积的灰色基础设施中营造结构各异功能互补的城市公园绿地体系,可弱化过度城市化带来的负面影响,对绿地空间格局配置、城市景观生态规划和可持续发展具有重要意义[9−10]。
目前,海口市绿地景观的研究区域集中于中心城区[11]、城市公园[12]和海岸带[13]等,研究内容侧重于绿地空间公平性评价[14−15]、适应性评价[16]、基于景观格局指数[17]的绿地景观质量和生态服务价值评估等,但公园绿地时空演变的研究较少,城市绿地空间配置与绿地格局演变机制研究更少。因此,本研究在海口城市公园演变过程和状态的基础上,基于状态与演变监测模型(State-and-Evolution Detection Models,SEDMs)探究海口城市绿地空间配置,分析城市绿地景观格局时空演变特征,为海口市公园景观的合理规划和建设提供参考。
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遥感数据包括QuickBird影像(2008年11月、2013年11月)、Worldview影像(2013年12月、2017年12月)和Landsat 8 OLI_影像(2020年1月)。在ENVI处理平台完成遥感数据的辐射定标和大气校正,并提取公园绿地。同时收集了海口市矢量路网、小区、公园和路口及2020年的兴趣点(point of interest,POI)数据。
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在相关研究[18]的基础上,引入斑块密度(PD)、景观破碎度(SPLIT)、景观蔓延度(CONTAG)、景观分离度(DIVISION)等景观格局指数,定量描述2008—2020年海口市建成区公园绿地景观格局时空演变特征。
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基于ArcGIS网络分析模块,对建成区居民到达最邻近目的地的最小距离以及公园服务范围进行定量测算,从而进行可达性配置评价[19−20]。利用海口市POI矢量数据模拟海口市建成区环境,综合考虑研究区域基础设施、交通、环境和阻力因素等,评估海口市民到达城市公园的便捷程度,探究演变过程中各城市公园之间的空间连通性。
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由于海口市高温多雨的气候条件和错综复杂的热带植被状况,本研究选取11月至翌年3月数据计算NDVI[21],以此时计算的NDVI[22]均值作为全年的NDVI均值,以此评估市民在一定范围内绿地数量的供给水平。利用NDVI对植被区域敏感的特征来反映市民的绿地可获得性水平。
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SEDMs是用于监测景观格局变化的土地利用模型[23−24]。该模型综合了景观模式时空动态分析模型(Spatiotemporal Dynamic Analysis of Landscape Patterns)的特点和景观模式变化类型,可以更准确地评估景观格局过程变化结果和土地利用变化过程。
斑块数(L1)、斑块周长(L2)、斑块面积(L3)和平均斑块分形维度(L4)是描述景观格局时空变化的量化指标,通过识别斑块空间形态差异能有效获取景观破碎化、景观聚合等景观格局演变特征的反馈信息[24]。因此本研究选取以上4个景观指数作为评判指标模拟海口市城市公园绿地的景观格局变化。
景观状态变化类型分为景观破碎、景观扩张和景观聚合3种形式。SEDMs模型将这3种形式分为6种景观状态作为景观结构演变的评判依据。其中,景观破碎化包括分离型(D)、收缩型(S)和穿孔型(P) 3种景观状态,表示在自然或人工驱动下斑块被分割成更小的、独立的斑块;景观扩张包括创建型(C)和扩张型(E) 2种景观状态,表示景观格局中不同斑块类型斑块面积的增加;景观聚合仅有聚合型(A) 1种景观状态,表示同种类型斑块团聚,斑块连通性和面积增加。将统计的评判指标生成数据集,根据相邻调查时间段4个景观格局指数的差值(∆Li)评判斑块类型。
$$ X_a=\left\{L_{ai}|i=1,2,3,4\right\}\text{;}X_b=\left\{L_{bi}|i=1,2,3,4\right\} \text{;} $$ (1) $$ \Delta L_i = L_{bi} - L_{ai} \text{;} $$ (2) $$ T_{\rm{S}}(X_a\to X_b) =\left\{\begin{array}{l}\text{S}\text{,}\text{if}\;\Delta L_1=0,\text{ }\Delta L_2 < 0,\text{ }\Delta L_3\leqslant 0,\text{ }\Delta L_4\geqslant 0 \\ \text{P}\text{,}\text{if}\;\Delta L_1=0,\text{ }\Delta L_2 < 0,\text{ }\Delta L_3 > 0,\text{ }\Delta L_4\geqslant 0 \\ \text{D}\text{,}\text{if}\;\Delta L_1 > 0,\text{ }\Delta L_2 < 0,\text{ }\Delta L_4\geqslant 0 \\ \text{E}\text{,}\text{if}\;\Delta L_1=0,\text{ }\Delta L_2 > 0,\text{ }\Delta L_4 < 0 \\ \text{A}\text{,}\text{if}\;\Delta L_1 < 0,\text{ }\Delta L_2\geqslant 0,\text{ }\Delta L_4 < 0 \\ \text{C}\text{,}\text{if}\;\Delta L_1 > 0,\text{ }\Delta L_2 > 0,\text{ }\Delta L_4 < 0 \\ {\rm{N}},\text{ otherwise} \end{array} 。 \right.$$ (3) 式(1)~(3)中:a、b表示所选取的任意调查时间段,i表示第i个评判指标,ai、bi表示在a或b调查时间段第i个指标,Lai、Lbi表示在a或b时间段对应的指标值,Xa、Xb则表示从Xa到Xb随机2个时间段斑块数、斑块周长、斑块面积和平均斑块分形维度4个景观格局指数的集合,TS为相邻的调查时间段,S、P、D、E、A、C分别表示6种景观破碎化状态,N表示调查时间段内没有产生格局演变。
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从表1可见:2008—2020年,7种公园绿地类型的斑块数、斑块面积、斑块周长、平均斑块分形维度的最佳像元为52 m×52 m。根据评判指标的变化表明:①城市综合公园斑块周长在研究期间增长了19.99 m,但平均面积下降了3.73 hm2,其格局呈现破碎化趋势。②社区公园斑块周长从801.59 m骤降至576.93 m,其他评判指标无明显变化,说明其格局逐渐简单规则化,且至少发生过1次景观格局演变。③历史名园斑块平均面积从1.81 hm2降至1.49 hm2,再增长到1.91 hm2;分维数和斑块周长在2013年达到峰值,随后有所降低,斑块形状趋于规则化。④其他专类公园斑块数年均增加8.33个,斑块分形维数数值则从1.06降至1.04,表明海口市建成区专类公园类型趋于单一、简单化。⑤遗址公园斑块面积由3.05 hm2降至1.64 hm2,周长增长1.25倍,表明景观破碎化现象明显。⑥游乐公园与遗址公园相似,呈现景观破碎化趋势。⑦游园的斑块数从35个增加到130个,但斑块面积从1.71 hm2降至0.84 hm2,景观破碎化程度逐渐加深。
表 1 2008—2020年海口市公园绿地斑块结构变化指数
Table 1. Change index of green patch structure in Haikou Park from 2008 to 2020
年份 综合公园 社区公园 历史名园 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 2008 7 36.12 208.40 1.06 1 0.91 801.59 1.01 2 1.81 532.15 1.06 2013 7 36.12 204.98 1.07 1 0.09 595.24 1.05 2 1.87 617.20 1.20 2017 8 31.60 185.59 1.06 1 0.99 467.84 1.03 2 1.49 401.00 1.07 2020 8 32.39 228.39 1.06 1 0.82 576.92 1.03 2 1.91 557.69 1.01 年份 遗址公园 游乐公园 其他专类公园 游园 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 2008 2 3.05 410.55 1.07 1 13.79 159.05 1.07 44 8.49 656.11 1.08 35 1.71 532.15 1.06 2013 2 1.67 535.46 1.10 1 15.15 198.78 1.09 52 7.84 635.30 1.07 119 0.94 745.67 1.05 2017 3 1.43 526.32 1.03 1 11.43 192.15 1.07 117 7.96 535.41 1.06 126 0.86 601.40 1.03 2020 2 1.64 512.82 1.08 1 10.64 219.78 1.08 122 6.69 582.51 1.05 130 0.84 644.36 1.04 说明:L1、L2、L3、L4分别表示斑块数(个)、斑块面积(hm2)、斑块周长(m)、平均斑块分形维度。 -
2008—2020年海口市建成区各类型城市公园的景观格局总体上呈破碎化趋势,大部分城市公园处于穿孔型(图2),部分城市公园呈现空间聚集化或景观扩张趋势。城市综合公园的景观格局处于分离型(∆L1>0,∆L2<0,∆L4=0),其格局演变过程可能受城市交通或者园林道路建设的影响;社区公园格局发生了多次演变,由分离型转变为扩张型(∆L1=0,∆L2>0,∆L4<0),最后演变为穿孔型(∆L1=0,∆L2<0,∆L3>0,∆L4≥0),很大程度上归因于外界的人为干扰因素,演变过程较为复杂,致使其他性质的用地类型逐渐转变成社会公园建设;历史名园景观格局由原来的穿孔型转变为扩张型,表明海口市园林建设一定程度上促进了历史名园绿地面积的增长;其他专类公园空间格局连通性良好,绿地面积持续增长,景观格局出现了明显的景观聚合现象,处于聚合型(∆L1<0,∆L2≥0,∆L4<0);遗址公园、游乐公园、游园3种公园类型12 a间均未发生明显的景观格局变化,属于穿孔型的景观格局。
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由表2可知:海口市建成区公园绿地景观破碎度指数和景观蔓延度指数都呈增长趋势,2008—2020年分别增长了1.990和2.143,其中2013年蔓延度最低,而2020年蔓延度最高。表明公园绿地景观异质性在一定程度上增加,但优势斑块(其他专类公园、综合公园)之间具有良好的空间连接度,总体趋势向高集聚方向发展。
表 2 2008—2020年海口市建成区公园绿地总体空间破碎度和蔓延度分析
Table 2. Analysis of the overall spatial fragmentation degree and spread degree of park greenspace in Haikou built-up area from 2008 to 2020
年份 斑块密度/(个·hm−2) 景观破碎度 景观蔓延度/% 2008 13.096 10.477 72.518 2013 23.326 12.274 71.344 2017 19.332 11.480 73.996 2020 20.927 12.467 74.661 从表3可见:综合公园的景观分离度指数呈先升后降的趋势,2017年为0.991,而2020年下降为0.988。同时,其他专类公园在2013年达0.947,随后有所降低。总体来看,各类型公园的整体集成度较低,空间联系差。由于设计规划策略和政策的影响,在2013年前后,根据《海口市城市绿线管理办法》《海口市城市绿地绿线控制规划(第一批)》等相关规定和园林绿地建设的持续推进,海口市公园绿地建设获得“井喷式”发展,但整体空间分布规律分散程度较高,绿地空间结构单元复杂化,各类型绿地斑块碎片化。2017年,为响应“创建全国文明城市和国家卫生城市”攻坚战,提出了“城市更新”“生态城市”等工作战略部署,园林空间景观品质获得显著成效,绿地空间整体分布由离散式向连续集中式布局发展。2020年综合公园的规范化管理,有效保证了各综合公园之间的空间连续性,但部分专类公园景观分离度仍较高,需进一步加强公园管理措施。
表 3 2008—2020年海口市建成区各类型公园绿地空间分离度分析
Table 3. Spatial separation degree analysis of different types of parks greenspace in the built-up areas of Haikou from 2008 to 2020
年份 G11 G12 G133 G134 G135 G139 G14 2008 0.967 1.000 1.000 0.999 1.000 0.939 0.999 2013 0.973 1.000 1.000 1.000 1.000 0.947 0.999 2017 0.991 1.000 1.000 1.000 1.000 0.923 0.999 2020 0.988 1.000 1.000 1.000 1.000 0.932 1.000 说明:G11为综合公园,G12为社区公园,G133为历史名园,G134为遗址公园,G135为游乐公园,G139为其他专类公园,G14为游园。 -
将2008—2020年NDVI平均值、园林绿地面积、绿化覆盖率、公园数、公园面积与人均公园绿地面积等进行纵向比较,量化海口市公园绿地的可获得性水平。从表4和表5可见:2020年,建成区的绿化覆盖率和人均公园绿地均高于园林城市标准值(绿化覆盖率≥36.0%,人均公园绿地面积≥7.5 m2·人−1),城市园林绿地面积从3 558 hm2增加到8 008 hm2,呈线性增长趋势,近几年海口市建成区人均公园绿地面积为12.3~12.5 m2·人−1,但绿化覆盖率在2015年达到峰值(42.9%)后下降趋势明显。7种类型公园的面积占比发生变化,综合公园、专类公园和游园3种类型公园面积占所有公园面积的比例从2008年的96.55%增加到2020年的97.04%,海口建成区公园建设的重心正在朝这3类公园偏移。同时,海口市建成区NDVI在12 a间发生了剧烈变化。虽然建成区公园面积由628 hm2增加到了1 062 hm2,但海口市建成区绿地植被面积在2013年绿化程度仍处于较低水平,在2017—2020年回升并保持稳步增长,总体趋势逐渐向高绿化水平发展。其中,NDVI高的区域主要分布在万绿园、世纪公园、白沙门公园等处于近郊或者绿地面积较广的区域,NDVI低的区域分布在人民公园、海瑞墓等处于市中心或者城市下垫面硬质面积较多的区域。
表 4 2008—2020年海口市园林绿化指标
Table 4. Landscaping indicators of Haikou City from 2008 to 2020
年份 城市园
林绿地
面积/hm2建成区
绿化覆
盖率/%公园数/
个公园面
积/hm2人均公园
绿地面积/
(m2·人−1)年度
NDVI2008 3 558 40.5 17 628.00 9.5 0.315 2009 3 613 41.0 17 628.41 10.5 2010 3 657 41.5 19 852.00 11.8 2011 3 672 42.0 19 852.70 12.0 2012 4 660 42.0 19 852.70 12.0 2013 4 672 42.5 19 852.70 11.5 0.169 2014 5 745 42.7 19 852.70 12.5 2015 5 806 42.9 19 852.70 12.8 2016 5 708 40.6 19 852.70 12.1 2017 5 736 40.8 19 922.70 12.3 0.226 2018 6 676 41.0 19 922.70 12.5 2019 7 128 41.0 19 922.70 12.5 2020 8 008 41.0 21 1 062.00 12.3 0.261 园林城市标准 ≥36.0 ≥7.5 表 5 2008—2020年海口市公园绿地类型面积与占比
Table 5. Area and proportion of park green space types in Haikou City from 2008 to 2020
绿地类型 2008年 2013年 2017年 2020年 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 综合公园 252.84 35.57 252.84 31.82 252.80 19.27 259.12 21.19 社区公园 0.91 0.10 0.09 0.01 0.99 0.08 0.82 0.07 历史名园 3.62 0.50 3.74 0.47 2.98 0.23 3.82 0.31 遗址公园 6.10 0.86 3.34 0.42 3.29 0.33 3.28 0.27 游乐公园 13.90 1.96 15.15 1.91 11.43 1.00 10.64 0.87 其他专类公园 373.56 52.56 407.68 51.30 931.32 70.98 933.18 66.77 游园 59.85 8.42 100.86 14.08 108.36 8.26 109.20 9.08 -
图3为Bigemap全能版地图提供的海口市POI位置。
图 3 2020年海口市建成区POI位置模拟的城市概况
Figure 3. City profile simulated by POI location in the built-up area of Haikou in 2020
如图4所示:以距离为阻抗属性构建服务区,分析居民生活圈与公园设施点之间的网络拓扑关系,对服务区分析求解后获取公园所覆盖的服务范围,并探究小区居民到达附近公园设施点的便捷程度。建成区的公园服务范围主要覆盖了海口市秀英区西海岸、美兰区海甸区域、龙华区北部区域、琼山区东部区域。对于位于其他区域小区位置的居民来说,至少需要行驶1 km以上或步行时长超过15 min才能到达附近的公园。
运用ArcGIS以距离为阻抗属性构建最近设施点分析POI数据(图5),综合考虑学校区域、路口、单行道等不利因素的影响,分析公园(事件点)与小区(设施点)之间的拓扑关系,对设施点分析求解后获取小区到公园的最佳路径。建成区东部尤其是东北部的小区到公园的最佳路径较短,且公园类型多、数量多,代表公园有世纪公园、万绿园、金牛岭公园等。因此它们的辐射范围更广,景观与人居环境空间连通性强,便捷程度较高。建成区西部的小区到公园的最佳路径较长,且公园数量少,主要位于近城区或者处于湿地保护区,景观空间布局简单分散,便捷程度较低。
Evaluation of landscape pattern evolution and spatial configuration of urban park green space in Haikou City based on SEDMs model
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摘要:
目的 研究城市公园绿地体系动态特征与城市空间布局关系,为海口市城市绿地空间格局合理配置、城市景观生态规划和高质量绿化模式提供参考。 方法 以海口市2008—2020年4期遥感数据和兴趣点(point of interest,POI)数据为主要数据源,在研究公园绿地景观格局演变特征的基础上,基于状态与演变监测模型(State-and-Evolution Detection Models,SEDMs),通过公园绿地空间评价(公园可获得性水平与可达性水平),探究城市环境与公园绿地的空间配置关系。 结果 2013—2017年社区公园和历史名园的景观格局变化明显,其他类型公园无明显演变特征;2008—2020年海口市城市公园绿地面积持续增长,各类型绿地发展不平衡且建成区居民公园绿地保持稳定增长;海口市建成区东部和北部的大型公园可达性较高且辐射范围较广;西部和南部的公园数量较少、辐射范围小且可达性差。 结论 海口市公园绿地景观格局由复杂化趋于景观破碎化和局部规则化,景观空间结构由离散非连续布局向局部中心集聚式布局发展,绿地植被总体趋势向高集聚空间、高质量绿化模式发展。图5表5参26 Abstract:Objective This study, with a quantitative portrait of the relationship between the dynamic characteristics of urban park green space system and urban spatial layout, is aimed to provide reference for the rational configuration of urban green space pattern, urban landscape ecological planning and high-quality greening mode in Haikou in the future. Method Based on the four periods of remote sensing data and point of interest (POI) data from 2008 to 2020 in Haikou, this study studied the evolution characteristics of green landscape pattern in the park and established State-and-Evolution Detection Models (SEDMs) to explore the spatial configuration relationship between urban environment and park green space through the spatial evaluation of park green space (park availability and accessibility). Result The landscape pattern of community parks and historical gardens changed significantly from 2013 to 2017, while other types of parks demonstrated no obvious evolutionary features. The area of urban parks in Haikou continued to grow from 2008 to 2020, with unbalanced development of various types of green spaces and stable growth of parks for residents in the built-up area. Large parks in the eastern and northern parts of the built-up area of Haikou had higher accessibility and wider radiation range. Parks in the western and southern parts were smaller in numbers and radiation range with poor accessibility. Conclusion The park green space has evolved from complexity to landscape fragmentation and local regularity, and the landscape spatial structure has developed from discrete discontinuous layout to local centralized layout whereas the general trend of green land vegetation has been featured with a high concentration space and high-quality green pattern. [Ch, 5 fig. 5 tab. 26 ref.] -
Key words:
- urban park greenspace /
- SEDMs /
- availability /
- accessibility /
- evolution of landscape pattern
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表 1 2008—2020年海口市公园绿地斑块结构变化指数
Table 1. Change index of green patch structure in Haikou Park from 2008 to 2020
年份 综合公园 社区公园 历史名园 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 2008 7 36.12 208.40 1.06 1 0.91 801.59 1.01 2 1.81 532.15 1.06 2013 7 36.12 204.98 1.07 1 0.09 595.24 1.05 2 1.87 617.20 1.20 2017 8 31.60 185.59 1.06 1 0.99 467.84 1.03 2 1.49 401.00 1.07 2020 8 32.39 228.39 1.06 1 0.82 576.92 1.03 2 1.91 557.69 1.01 年份 遗址公园 游乐公园 其他专类公园 游园 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4 2008 2 3.05 410.55 1.07 1 13.79 159.05 1.07 44 8.49 656.11 1.08 35 1.71 532.15 1.06 2013 2 1.67 535.46 1.10 1 15.15 198.78 1.09 52 7.84 635.30 1.07 119 0.94 745.67 1.05 2017 3 1.43 526.32 1.03 1 11.43 192.15 1.07 117 7.96 535.41 1.06 126 0.86 601.40 1.03 2020 2 1.64 512.82 1.08 1 10.64 219.78 1.08 122 6.69 582.51 1.05 130 0.84 644.36 1.04 说明:L1、L2、L3、L4分别表示斑块数(个)、斑块面积(hm2)、斑块周长(m)、平均斑块分形维度。 表 2 2008—2020年海口市建成区公园绿地总体空间破碎度和蔓延度分析
Table 2. Analysis of the overall spatial fragmentation degree and spread degree of park greenspace in Haikou built-up area from 2008 to 2020
年份 斑块密度/(个·hm−2) 景观破碎度 景观蔓延度/% 2008 13.096 10.477 72.518 2013 23.326 12.274 71.344 2017 19.332 11.480 73.996 2020 20.927 12.467 74.661 表 3 2008—2020年海口市建成区各类型公园绿地空间分离度分析
Table 3. Spatial separation degree analysis of different types of parks greenspace in the built-up areas of Haikou from 2008 to 2020
年份 G11 G12 G133 G134 G135 G139 G14 2008 0.967 1.000 1.000 0.999 1.000 0.939 0.999 2013 0.973 1.000 1.000 1.000 1.000 0.947 0.999 2017 0.991 1.000 1.000 1.000 1.000 0.923 0.999 2020 0.988 1.000 1.000 1.000 1.000 0.932 1.000 说明:G11为综合公园,G12为社区公园,G133为历史名园,G134为遗址公园,G135为游乐公园,G139为其他专类公园,G14为游园。 表 4 2008—2020年海口市园林绿化指标
Table 4. Landscaping indicators of Haikou City from 2008 to 2020
年份 城市园
林绿地
面积/hm2建成区
绿化覆
盖率/%公园数/
个公园面
积/hm2人均公园
绿地面积/
(m2·人−1)年度
NDVI2008 3 558 40.5 17 628.00 9.5 0.315 2009 3 613 41.0 17 628.41 10.5 2010 3 657 41.5 19 852.00 11.8 2011 3 672 42.0 19 852.70 12.0 2012 4 660 42.0 19 852.70 12.0 2013 4 672 42.5 19 852.70 11.5 0.169 2014 5 745 42.7 19 852.70 12.5 2015 5 806 42.9 19 852.70 12.8 2016 5 708 40.6 19 852.70 12.1 2017 5 736 40.8 19 922.70 12.3 0.226 2018 6 676 41.0 19 922.70 12.5 2019 7 128 41.0 19 922.70 12.5 2020 8 008 41.0 21 1 062.00 12.3 0.261 园林城市标准 ≥36.0 ≥7.5 表 5 2008—2020年海口市公园绿地类型面积与占比
Table 5. Area and proportion of park green space types in Haikou City from 2008 to 2020
绿地类型 2008年 2013年 2017年 2020年 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 综合公园 252.84 35.57 252.84 31.82 252.80 19.27 259.12 21.19 社区公园 0.91 0.10 0.09 0.01 0.99 0.08 0.82 0.07 历史名园 3.62 0.50 3.74 0.47 2.98 0.23 3.82 0.31 遗址公园 6.10 0.86 3.34 0.42 3.29 0.33 3.28 0.27 游乐公园 13.90 1.96 15.15 1.91 11.43 1.00 10.64 0.87 其他专类公园 373.56 52.56 407.68 51.30 931.32 70.98 933.18 66.77 游园 59.85 8.42 100.86 14.08 108.36 8.26 109.20 9.08 -
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