2024
10/29
[城市形态对地表温度的季节性影响——以杭州为例]
●●●
PART.01
研究背景
虽然快速城市化促进了社会和经济发展，但也导致了各种社会和生态问题。城市化本身导致了剧烈的景观变化和不可逆的景观变化，不透水表面的比例显著增加，而牺牲了自然土地覆盖。城市热岛 （UHI） 是城市化的生态后果之一，指的是城市地区温度高于郊区和农村地区的现象。城市热环境的变化严重影响了城市居民的健康，导致呼吸、心血管和心理健康问题。
一般来说，影响 UHI 的指标包括两类：自然物理指标（即气候、风和降水）和社会经济指标（即城市形态、城市绿化率和人口密度）。由于每个城市的社会和经济发展需求以及总面积的限制，在城市规划中只考虑二维结构的景观模式是不现实的。从热循环、人为热通量和风速的角度来看，三维 （3D） 景观模式也是影响城市热环境的重要特征。2D 和 3D 指标对 LST 的影响在 4 个季节中表现差异显著。并且季节性影响的一般模式仍然不清楚，并且在不同地区有所不同。此外，在以前的研究中已经使用了许多统计方法来检查城市形态指标对 LST 的相对贡献。因此，需要进一步研究探讨不同季节多维因子与LST的关系，以期为城市三维结构的科学规划提供参考。
本研究旨在获得不同季节 LST 与多维城市形态指标之间的定量关系，以生成实际城市形态规划的策略。具体而言，本研究的目标是：（1） 分析杭州市三维建筑指标的空间格局;（2） 检查不同网格大小下多维建筑指标对热环境相对贡献的季节性变化;（3） 讨论主要预测变量对热环境的边际效应的季节性敏感性。
PART.02
数据与方法
1.数据来源
本研究中使用的遥感数据集包括 Landsat 8 Operational Land Imager/Thermal Infrared Sensor(OLI/TRIS)影像和Landsat 9 OLI-2/TRIS-2 影像。3D 建筑数据，包括建筑物的轮廓和高度信息，是通过开放的应用程序编程接口 （API） 从在线百度地图中提取的。
2.研究方法
（1） 土地覆被分类
将 RF 模型用作土地覆盖的主要分类器。为了提高土地覆被分类的准确性，为五个类样本中的每个样本选择了 100 多个面要素输入。Python 中的 'sklearn' 包用于实现该模型。根据景观特征，将研究区分为建筑区、森林植被、非森林植被、水域和裸地五类。建筑群的建筑面积以及建筑物的轮廓和高度信息被用来计算 3D 景观指标。
（2）城市形态指标
城市环境是一个特殊的多维环境，主要是因为建筑物之间惊人的高度差异。因此，有必要同时测量 2D 和 3D 建筑形态指标。此外，根据以往研究中使用的分析单位，以及该数据集的边界，我们选择了 300 m 到 1500 m 的 5 种网格尺寸（300 m、600 m、900 m、1200 m 和 1500 m）进行分析和比较。不同的网格大小为理解 LST 与建筑形态指标之间的关系提供了不同的视角，并有助于确定进一步研究的最佳分析单位。
（3）模型训练和验证
应用RF模型对 LST 进行统计分析每个 2D 和 3D 城市形态指标的重要性和边际效应。它是一种非线性、非参数且广泛使用的机器学习方法，已被证明比其他线性或非线性方法更精确。此外，RF 模型可以为每个变量提供定量权重，而无需考虑自变量的交互作用。在本研究中，多维建筑指标被视为自变量，而 LST 被视为随机森林建模的因变量。
得到每个特征的相对贡献率的公式如下：
PART.03
重要图表
PART.04
研究结论
本研究采用 RF 回归模型定量分析 LST 上 9 个多维建筑指标的季节性差异。得出如下结论：
（1）3D 视图中建筑物分布的空间特征与杭州的城市规划一致。立方指数（CI） 和 容积率 （FAR） 的高值像素集中在西湖湖滨区域；而高建筑比（HBR）和建筑高度标准差 （AHSD）的检测结果则集中在钱塘江两岸。
（2）建筑覆盖率（BCR）、HBR 和 AHSD 对 LST 的影响最强，四个季节的平均相对重要性值在 13.23–33.50% （BCR） 、11.37–20.06% （HBR） 和 9.02–24.12% （AHSD） 之间。从季节不同来看，二维建筑指标在春夏季发挥主导作用，而三维建筑指标在秋冬季发挥主导作用。然而，这一主导指标的作用随着温度的降低而减弱。
（3）根据边际效应分析，BCR、CI和聚合指数（AI）是主要的供热指标，而AHSD和HBR是主要的城市降温指标。其中，BCR 的加热效果最强。上述发现为杭州等城市气候背景下 LST 与多维建筑指标之间的关系提供了新的见解。所提出的城市形态规划科学建议可有效缓解 UHI 效应，从而有助于实现可持续发展的目标。
PART.05
小编说
该文章题目为“Seasonal effects of urban morphology on land surface temperature in a three-dimensional perspective: A case study in Hangzhou, China”，于2024年发表在Building and Environment期刊，IF=7.1。
引用：Sijia Han, Hao Hou, Ronald C. Estoque, Yaoyao Zheng, Chuhui Shen, Yuji Murayama, Jing Pan, Ben Wang, Tangao Hu,Seasonal effects of urban morphology on land surface temperature in a three-dimensional perspective: A case study in Hangzhou, China,Building and Environment,Volume 228,2023,109913.
文献声明
欢迎转载、转发本号发布的内容，可留言或后台联系小编进行授权。未经授权允许的，请勿在其他渠道或平台转载转发。文中部分来源于网络的图片，以及转述他人的内容，如涉及作品版权和其他问题，请留言联系小编处理。
本期编辑：肖文文
本期文案：肖文文
<<< END >>>
