第1044篇|文献研读|SCS|基于LCZs的亚热带高密度城市城市空间特征如何影响地表城市热岛效应——以澳门为例

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       近年来，世界各地高温灾害频发，尤其是在城市化地区。气候变化问题，包括持续的全球变暖和快速的城市化进程，给城市带来了严峻的高温挑战。大量研究证实，城市地表热岛效应（SUHI）是指城市地区地表温度高于农村环境的现象，是城市热环境问题的主要表现之一。

       城市空间特征是指由二维或三维空间要素，它与城市热环境密切相关。许多研究试图从2D和3D角度探讨多维USC指标对UHI/LST的影响：土地利用和土地覆被（土地利用类型及其空间构成和配置）、建筑物形态（建筑物高度、建筑物密度、天空景观系数）、街道几何（街道宽度、高宽比）等。然而，缺乏城市类别的标准化分类标准导致了对USC影响的矛盾结论。此外，专注于不同城市形态的研究结果无法转移到研究区域以外的其他地区。为了填补城市土地分类通用标准及其在不同地区的适用性和可转移性的空白，学者们提出了城市土地利用块（LU）、城市地形区（UTZ）、城市气候区（UCZ）和城市功能区（UFZ）来描述城市土地类型并进行后续的UHI分析。

       此外，为了系统化和标准化地解决城市热环境问题，Scholoars提出了局部气候区（LCZ）方案，它通过建筑物形态、街道几何形状、土地利用和土地覆盖类型与辐射、热和代谢特性将城市地点分为17种类型。该方案已广泛应用于城市热环境研究。以往对LCZ-LST或LCZ-SUHII的研究主要使用空间分析和传统统计方法来探索两者之间的时空关系。从时间角度来看，LCZ上热指数的季节性、昼夜和年际差异是根据特定时间点或连续时间段来体现的。从空间角度来看，一些研究比较了LCZ和LST/SUHII的耦合空间分布，或从区域尺度分析了LCZ比例变化对LST的空间非平稳影响。此外，许多研究还致力于研究LCZ在各种背景气候和地理条件下对SUHI适用性。此外，鉴于LCZ方案的本地化，基于LCZ的SUHII的定义和计算可能因城市、地区和大洲而异。

       在此基础上，进一步从LCZ的角度对USCs对表面热环境的影响进行了定量分析。大量研究探讨了不同LCZ类型中两个变量之间的全局线性回归关系;通常，普通最小二乘回归用于计算和比较USC指标相关系数的统计显著性（例如，负/正相关、系数的绝对值、显着性水平）。一些研究进一步考察了不同季节、气候背景和空间尺度下LCZ之间的温度-USC关系。然而，OLS是一种全局回归模型，适用于横截面数据的相关性分析，但忽略了变量的空间自相关和异质性。相比之下，考虑时空依赖性的地理加权回归（GWR）模型以及地理和时间加权回归（GTWR）模型被证明特别适合于城市热环境调查。许多研究都应用GWR来探索城市因素对SUHII的影响如何变化。

       此外，对于带内差异，应注意检测不同LCZ热环境的主要影响USC指标。深入了解这种重要性排名有助于城市规划者、城市管理者和政府官员以最低的城市更新或建设成本规划舒适健康的生活环境。尽管已经进行了一些探索来填补这一空白，但大多数是定性分析，而不是系统阐述。最近，越来越多的研究试图使用地理探测器方法（GDM）来填补这些空白，这是一种针对空间数据的统计方法。其突出的优势是通过检测分层元素的空间变化来揭示变量对地理现象的非线性驱动效应，以及分析驱动因素之间的相互作用。因此，它最近被广泛用于确定城市形态对城市温度的关键驱动因素。

       为了填补上述研究空白，作者选择中国澳门作为研究区，一个典型的亚热带高温低密度城市，具有多样化的LCZ类别，以探讨城市空间特征对LCZ之间和内部SUHII影响的差异。本研究的新颖性主要来自于通过将GWR、GTWR模型和地质探测器的应用扩展到城市热环境研究，检查和量化了“LCZ—USC—LST”关系的时空异质性。因此，本研究的研究结果将有可能促进城市规划和设计建议，以优化各种LCZ类型（尤其是建筑类型）的城市形态，以创造以舒适为导向的生活环境。

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       城市热环境是可持续城市规划和设计中的主要关注点，尤其是对于亚热带城市。本文基于澳门近十年的遥感影像和基本空间数据，在150 m*150 m网格尺度上探讨了城市空间特征（USC）对地表城市热岛强度（SUHII）空间异质性的影响。此外，还从局部气候区（LCZ）的角度研究了两者之间的关系。SUHII以表面温度 LST）表示，而USC包括涵盖城市建设强度、形态和土地覆盖的多个指标。

分析结果表明，澳门SUHII和USC在7年的空间格局相似，为后续多数平均法的分析奠定了基础。较热的地区主要位于半岛的西部和北部，以及近海岛屿的中部和北部，那里聚集了大多数紧凑的中层和大型建筑。具体来说，在14种LCZ类型中，LCZ 8的平均SUHII最高，更能说明的是，在构建类型中，LCZ 2和LCZ 3的温度高于前两种类型。

       通过比较三种回归模型（OLS、GWR和GTWR），验证了USCs对SUHII影响的空间非平稳性，并且考虑时间异质性不一定能提高本研究的模拟精度。OLS模型提供了各个变量的全局一般影响的定量结果，而GWR模型在局部尺度上显示了更详细的信息，因此，其整体拟合优于OLS模型。根据GWR回归系数和局部R2的空间分布，规划者可以确定每个USC因素的变暖或降温效应最突出的地方，以及UHI缓解措施的应用最有效的地方。此外，根据风险检测器的结果，GWR的回归系数因LCZ类型而异，并显示出某些LCZ对之间的显著差异。一个有趣的发现是，紧凑LCZ的回归系数通常与开放类型的回归系数大不相同。然而，在紧凑和开放的LCZ中，不同高度的LCZ的回归系数显示出相同的趋势。

       因子检测器和交互作用检测器的结果可用于指导每种构建类型的热缓解策略。降低建筑密度在所有类型的LCZ中通常都是相对有效的，而增加孔隙率在LCZ 2中具有最显着和最典型的冷却效果。对于开放式LCZ，NDVI是改善其热环境的关键因素。此外，对于每种类型的LCZ，可以对8个USC指标对SUHII的影响程度进行排序，为局部尺度上针对特定地点和量身定制的城市热缓解措施提供科学证据。

       考虑基于LCZ方案的“USC-SUHII”关系的空间异质性，对于规划具有有效和高效的城市热缓解建议的凉爽社区具有建设性和启发性。虽然这项研究是在澳门进行的，但其广义的分析框架可以应用于具有相似城市形态和气候条件的其他城市或地区。在未来的研究中可能会克服两个限制。首先，样本量相对有限，受研究区域范围的限制。建议在更广泛的空间尺度上进行研究，以提高研究结果的准确性和普遍性。其次，鼓励将其他因素整合到回归模型中，以提高其准确性和适应性，例如气候变量（风速、湿度、海拔等）和其他反映人类活动的因素。

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       该文题目为“How urban spatial characteristics impact surface urban heat island in subtropical high-density cities based on LCZs: A case study of Macau”，于2024年发表于《Sustainable Cities and Society》(IF=10.5)。