论文速递:城市建筑空间2D/3D要素与日夜地表温度间的时空不稳定关系探究

文摘   科学   2024-05-13 10:54   福建  

1 研究背景

 当前,城市热岛已成为影响城市居民生产生活最显著的局地气候现象之一,厘清城市要素与地表温度(LST)间的定量关系是构建未来气候友好型城市的重要理论基础。城市是一个具有复杂地理要素的人类活动空间组织形式,随着城市现代化建设的不断发展,城市地类的景观破碎度显著增加,复杂化趋势明显,造成了2D/3D城市要素与LST关系的时空不稳定性(spatiotemporal non-stationary)本研究使用ECOSTRESS日夜LST数据,基于街区单元视角,采用局地气候分区体系(local climate zones, LCZ)对城市建筑空间进行LCZ类别识别与划分,探究我国新晋“火炉城市”福州建筑空间内2D/3D城市要素与日夜LST间的时空不稳定关系。本研究旨在:(1)通过定量化与可视化的方式揭示城市热环境要素的时空不稳定性;(2)对比分析最小二乘法OLS全局回归分析模型与地理加权回归GWR、多尺度地理加权回归MGWR模型的特点与优缺点;(3)究影响日夜LST变化的主要城市要素及其特征。

2 研究区概况

本研究聚焦于福州城市化建设程度最高的主城区,以城市道路网络作为基础依据,参照高清城市地图与城市建设实际情况,以我们城市管理与法定控规的基础单元——街区,作为统计单元,将研究区共划分出2272个街区单元(Fig. 1)。

3 城市要素的选取与LCZ的在地化定义

将不同维度的城市要素进行分类,主要分为3个类别,分别为景观组分Landscape composition (2D),建筑与植被形态Building and vegetationmor phology (3D),以及景观构型Landscape pattern (2D) (Table 1)。根据研究区城市建设的实际情况,对LCZ各建筑类型指标进行在地性优化Table 2展示在本研究中主要涉及的LCZ建筑类型及其在地化的定义与示意图。

Table 1. 2D and 3D urban features selected in this study.
Table 2. Localized definition of LCZ built types.

*representing exclusion from the quantitative analysis of urban building spaces.

4 重要图表


5 重要结论

(1) 现代城市的热环境要素具有显著的时空不稳定性具体表现为日夜LST的空间自相关性以及城市要素与LST间的空间异质性这一时空不稳定性是影响回归模型拟合精度的不可忽视的重要因素与全局OLS回归模型相比,基于局部尺度的GWR模型能更好地刻画这种不稳定性提高模型拟合精度MGWR模型在GWR的基础上进行了带宽(bandwidth)优化能够进一步提升模型拟合度

(2) 日间LPI_B (largest patch index of building patches)AI_B (aggregation index of building patches)是导致城市建筑空间LST升高最具影响力的要素,而BH (building height)在一定程度上具有降温效应然而在夜间情况则完全相反LPI_B具有降温效应BH则具有增温效应

(3) 与植被形态相比建筑形态对城市建筑空间整体LST的影响更大此外从维度比较来看建筑形态的多样化凸显了2D3D建筑特征对LST变化的影响具有同等的重要性同时2D植被形态对LST的相对影响力高于3D这或许是由于城市建筑空间内的植被多以低矮的灌木与草地为主树木相对稀疏同时统一管理的城市绿化具有较高的标准化形态造成了3D植被要素对建筑空间的LST变化影响的局限性

(4) 在实际规划中应注意城市热环境的空间不稳定特征针对不同空间配置的街区或局地空间应采用差异化的城市热环境优化方案综合考虑2D/3D城市特征之间的交互作用平衡有限城市空间下的经济性和生态性

引用格式:

Lin, Z., Xu, H., Han, L., Zhang, H., Peng, J., & Yao, X. (2024). Day and night: Impact of 2D/3D urban features on land surface temperature and their spatiotemporal non-stationary relationships in urban building spaces. Sustainable Cities and Society, 108, 105507. https://doi.org/10.1016/j.scs.2024.105507.

校对:陈佳慧
编辑:任萌杰

环境资源遥感
福州大学遥感信息工程研究所
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