规划问道本刊“学术动态（Planning Reviews）”栏目，推介国内外学术书籍和文献报告、关注国际研究动态和前沿热点、分享规划案例研究。本期“城市规划技术与方法”专栏，向大家推介一篇量化研究城市形态与城市热岛效应关系的文献。
（专栏编辑：肖扬，同济大学建筑与城市规划学院副教授）
来源：WU W B，YU Z W，MA J，et al. Quantifying the influence of 2D and 3D urban morphology on the thermal environment across climatic zones[J]. Landscape and Urban Planning. 2022，226：104499.
城市热岛（UHI） 对人类健康和城市可持续发展产生了巨大负面影响。二维城市指标在UHI中的作用已充分记载，而三维城市结构在UHI中的作用仍不明晰，特别是在跨气候区。研究选取了中国四个主要气候区的62 个代表性城市冬夏季的白天和夜晚数据，通过MODIS获取了季节性区域热岛强度（SRHII），对二维/三维城市形态和UHI 的相对重要性和作用进行研究。结果表明：①湿润亚热带气候的城市比其他气候区城市在夏季的白天温度高约2 ℃。②三维城市结构可以有效提升SRHII的城市特征解释度，平均优化水平为21%。③城市树木比其他绿地空间有更高的降温效果，而高层建筑也可减少UHI效应。④在夏天，同等比例的树木和建筑体积提供最大的降温效应。研究为三维城市特征对SRHII的影响提供了新视角，对城市气候韧性规划和热相关风险管理提供参考。
城市热岛是城市气温和地表温度比周边非城市区域温度更高的现象，城市热岛影响着空气质量、能源消耗和热相关疾病。当前大量研究聚焦于二维城市结构指标对UHI的影响，包括边缘密度、最大斑块指数等。与二维城市结构相比，城市三维结构能更好地表征城市，并且能更好地理解城市热环境模式和热传导过程。三维指标包括建筑高度、树冠高度、建筑高宽比、天空可视度等。当前研究三维结构对城市热岛的影响多基于特定的城市或区域尺度，但不同城市的降雨、湿度、气温与城市热岛显著相关，因此在进行二维/三维城市结构对城市热岛的研究时需要考虑气候分区。
研究通过获取中国62个城市的MODIS 8-DAY遥感数据来计算UHI，通过全球森林冠层高度数据集、FROM-GLC10数据集等构建包括各类面积比率、最大斑块指数、边缘密度、斑块密度、景观斑块指数二维城市形态以及平均建筑高度、建筑体积、平均树高、树体积三维城市形态。
通过增强回归树模型（boosted regression tree，BRT） 方法对二维和三维城市形态对冬夏季的不同气候区SRHII的相对重要性进行研究。结果表明在Cfa （temperate-no dry season-hot summer） 气候区的夏天白天，前三重要的因素依次为建筑边缘密度、建筑面积、树木体积；在Cfa的冬季白天，前三依次为DEM、水体面积和景观斑块指数；在冬夏季的夜晚，最重要影响因素为建筑体积。在Cwa （temperatedry-winter-hot summer） 气候区，最重要两个因素依次为建筑面积与树木面积。在Dwa （cold-dry winter-hot summer） 气候区，在冬夏季的白天，DEM和树木体积重要性最高；在冬夏季的夜晚，建筑体积重要性最高。在Bsk （arid- steppe-cold） 气候区，建筑面积是最重要的影响因素。根据BRT汇总结果可知，DEM和不透水表面面积是影响SRHII的最重要的两个因素。进一步将指标分为二维、二维/三维两组进行BRT分析发现，加入三维指标后可以有效提升模型解释度，比原水平平均高21.6%。
通过广义线性模型对不同气候区的30个二维和三维指标与SRHII进行模型拟合。结果表明，对于二维指标来说，土地覆盖组成和配置对不同气候区的UHI都有显著影响，而前者影响更加显著。除了Dwa区域外，在不同季节的白天和夜晚，建筑面积和SRHII都有强相关关系，非建筑的不透水面积也有类似关系且R2系数相对更小。在Cwa气候区，提升建筑边缘密度和建筑最大斑块指数可以有效缓解热岛效应。相反，提升树木边缘密度和树木最大斑块指数会提升热岛效应。水面面积与SRHII的关系因时间而异，白天呈现负相关关系，夜晚呈现正相关关系。对于三维指标来说，建筑体积在夜晚与SRHII呈显著正相关并在Bsk气候区提供了冬季天的显著降温效应。树高对SRHII有复杂影响，而树木体积表明在白天与SRHII负相关，夜间与SRHII正相关。
在研究热岛缓解措施时，三维和气候特征都不可忽视。基于研究结果，提出以下缓解热岛建议：①当规划新绿地时，树木应被优先考虑，因为其具有更好的降温效应；②建筑和树木配置如何影响城市热岛需要纳入考虑，如增加建筑间隔和保证绿地的完整性可以缓解热岛效应；③考虑到高层建筑的降温效应，在中低层建筑的周边需要配置更多的蓝绿空间以缓解热岛效应；④灰绿设施的面积和体积比率需要纳入考虑，合理配置绿地以提高整体降温效应；⑤气候韧性规划需要考虑区域气候条件并需要因地制宜。
（供稿：陶贵鑫，同济大学建筑与城市规划学院博士研究生）
本文为《城市规划学刊》原创文章
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原文始发于微信公众号（城市规划学刊upforum）：【学术动态】量化二维和三维城市形态对跨气候区域热环境的影响 | 2022年第6期
