科研动态

研究揭示粤港澳大湾区城市群区域热岛效应驱动机制

来源: 时间:2021-09-10

  城市化进程的加快和人口密度提高已造成城市广泛的热岛效应。作为全球城市化的显著特征,城市群已经成为区域经济集中的必然产物以及工业化和城市化高度发展的高级空间组织形式,城市之间距离的减少甚至消失会显著改变区域热环境。因此,传统的从单一城市视角分析热岛强度的方法已经不适用于城市群热岛效应评估,而应该将城市群中所有城市视为一个整体,从区域的角度重新评估城市群热岛强度。另外,当前研究强调城市热岛效应驱动因子的影响大小,但这些驱动因子如何影响城市热岛强度的机制还不清楚,导致无法采取更有针对性的热岛缓解措施。

  为此,“粤港澳大湾区城市群生态系统观测研究站”生态系统观测与修复团队将大湾区作为一个整体区域,以耕地地表温度为参考温度研究了2003-2017年粤港澳大湾区城市群区域地表热岛强度的时空格局,利用增强回归树模型分析了植被、气候、地形、地表反照率、社会经济等潜在驱动因子对热岛强度的相对重要性和偏依赖关系,阐明了各驱动因子对城市群区域地表热岛时空变异的相对贡献及边际效应。

  研究发现,城市化具有明显的增温效应,日间热岛通常比夜间具有更高的强度和更大的空间异质性(图1)。日间热岛强度的季节动态整体呈现从夏季到冬季逐渐降低的趋势,夜间则相反,表明夏季日间和冬季夜间具有相对较强的区域热岛效应。

  图1 粤港澳大湾区城市群区域季节/日夜热岛强度空间格局变化

  研究还发现,无论年尺度还是季节尺度,森林覆盖率和背景气温分别对日间和夜间热岛强度起主导作用(图2)。除此之外,不同季节的热岛强度还主要受其他因子影响:对于日间热岛,其他主要因子包括夏季的人为热排放和降水、过渡季的人为热排放和地形、冬季的气温和地表反照率;对于夜间热岛,所有季节的人为热排放、夏季和过渡季的植被活力、冬季的降水也具有重要贡献。

  图2 热岛驱动因子的相对重要性

  此外,偏依赖关系图显示了在保持其他驱动因子不变的情况下,某驱动因子与热岛强度的边际效应,能够探测热岛强度对每个驱动因子变化的非线性响应。热岛强度与各驱动因子的边际效应在日间和夜间的显著差异阐明了不同的驱动机制(图3)。

  图3 热岛强度对不同热岛驱动因子的响应模式

  该研究揭示了粤港澳大湾区城市群区域热岛效应时空变异各驱动因子的相对重要性及其潜在驱动机制,为城市规划者和决策者制定更有针对性的热岛缓解策略提供科学参考,对助力构建宜居湾区具有重要意义。

  研究成果发表在环境科学与生态学领域国际权威期刊Science of the Total Environment,论文第一作者为耿守保助理研究员,通讯作者为杨龙研究员。相关研究得到国家自然科学基金项目、广东省科学院发展专项资金项目的联合资助。

  论文信息:

  Geng S, Yang L*, Sun Z, Wang Z, Qian J, Jiang C, Wen M. Spatiotemporal patterns and driving forces of remotely sensed urban agglomeration heat islands in South China. Science of The Total Environment, 2021, 800: 149499.

  原文链接:

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721045733

(省科学院广州地理研究所/供稿)

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