城市热岛综合风险及其景观减缓与适应机制

Urban heat island effects make direct influence and indirect threaten to urban residents and ecosystems, which is an important event in urban climate change. It is a hotspot in scientific research and climate change adaptation that how to mitigate and adapt the risk from urban heat island effects. The influencing mechanism studies of urban heat island have been very sufficient, but the conclusions are very hard to apply to practice. To solve these problems, this research try to make mitigation and adaptation matrix by risk assessment of negative influence from urban heat island, and improve the pertinence of strategies by spatial heterogeneity analysis of mitigation function. We will take Beijing as the study area, using time-series thermal infrared remote sensing data and high resolution imagine identifying heat islands and classifying them. The heat vulnerability will be assessed by exposure-sensitivity-adaptation framework. The spatial overlay effect and temporal accumulation effect of high temperature and poor air quality areas will be analyzed. Using risk source analysis based on heat island dynamic classification and prediction model of climate change, heat island risk mapping will be used to get the necessity. Heat island risk adaptation and mitigation matrix will be constructed by necessity and possibility of pattern optimization. Based on the analysis of temperature regulation function of source landscape by structural equation and geo-detector, the landscape optimization strategies to mitigate and adapt risk will be concluded. This research will help to construct the paradigm of livable landscape ecology, and promote heat island effect research to climate change adaptation practice.

城市热岛效应直接影响及间接威胁居民和生态系统健康，是城市尺度气候变化的重要表征之一。针对目前热岛机理研究难以应用实践的障碍，项目选择北京市六环内为研究区，综合利用遥感影像、地面观测、手机信令、社会经济调查统计等多源数据，拟通过与居民健康关系紧密的热岛负面影响开展风险评估构建减缓与适应矩阵，借由热岛动态分类的风险源分析与气候变化预测模式得到热岛综合风险程度，并根据结构方程和地理探测器等模型获得缓解热岛效应“源”景观的降温距离、效率与稳定性等功能机理，结合格局优化可能性构建热岛风险适应与减缓矩阵及其格局优化策略。该研究以格局分析获得的热岛动态类型为机理分析对象，结合缓解热岛功能的空间异质性分析提升热岛缓解机理分析的针对性，通过暴露-敏感-适应框架评价热脆弱性及空气质量耦合分析推动宜居景观生态学研究范式的构建，以景观生态学、生态风险等理论方法为热岛效应研究应用于气候变化适应实践提供定量化依据。

城市热岛效应直接影响及间接威胁居民和生态系统健康，其格局动态及对景观格局的响应机理研究成为景观地理学的重要研究领域。由于缺少对热岛效应负面影响的评估，难以衡量缓解措施实施的必要性，造成热岛效应影响机理研究难以应用实践。为解决上述问题，本项目提出城市热岛综合风险概念评估热岛效应可能带来的负面影响及其时空分异，重点开展了动态热岛分类及其格局特征、热岛综合风险机理分析与减缓适应矩阵、适应与减缓的景观功能机理与策略等方面的研究。该项目结合形态学空间格局分析和叠加分析等方法，识别了四个长期热岛区分布于北京市西南、南部与东南部，蓝绿色空间极度缺乏和建筑物呈现高密度低层数特征，是导致热岛长期稳定存在的原因；于长期热岛区开展的热风险问卷表明该区域居民通常感知到较高的热风险，且由于社会经济特征和环境适应能力的差异，多层住宅区、胡同住宅区和城中村等不同社区类型中影响风险感知的因素有显著差异；在市域尺度，基于职住功能视角和“暴露性-敏感性-适应性”框架评估热脆弱性，获得高脆弱性分布以及影响人数，得到商业区是值得关注的高脆弱性地区；此外，空气污染会加剧热岛综合风险，耦合协调度模型发现热岛与PM2.5的关系在季节上具有良好的协同发展特点且在夏季最强，涉商功能区具有典型的热岛和空气污染相互加强作用。对于热岛综合风险高的区域，建议采取减缓和适应措施，减缓措施需考虑热岛效应影响机理的空间异质性，包括社会经济要素、景观组分和空间配置在不同生物物理梯度上、功能区块中、地理单元中对地表温度影响的空间分异。基于“源-汇”景观理论，通过定量分析源景观的降温功能及效率，发现城市公园绿地、绿地屋顶、农业园区在不同程度和范围上均会降低热岛综合风险。研究成果推动了热岛效应研究进程，深化了景观格局-过程与宜居景观生态学的理论研究，同时对城市景观格局优化和适应气候变化具有重要的实践意义。