巴基斯坦卡拉奇城市热浪脆弱性评估及土地利用/土地覆盖的生态评价：以一个发展中的特大城市的视角

《Environmental and Sustainability Indicators》：URBAN HEATWAVE VULNERABILITY ASSESSMENT AND ECOLOGICAL EVALUATION OF LAND USE/LAND COVER IN KARACHI, PAKISTAN: A DEVELOPING MEGACITY PERSPECTIVE

城市热浪脆弱性评估与风险地图构建研究基于遥感与地理信息系统技术，分析2000-2022年卡拉奇热浪事件与土地利用/覆盖（LULC）、地表温度（LST）及城市热岛效应（UHI）的空间关联性。通过AHP层次分析法构建脆弱性矩阵，发现市中心及密集城区因UHI加剧和植被锐减成为高风险区， UTFVI指数显示生态质量恶化。研究提出需优先实施绿地规划、建筑密度管控及热适应基础设施，以响应联合国可持续发展目标11。

　　### 热浪风险评估与城市热岛效应研究：以卡拉奇为例

随着全球气候变化的影响日益加剧，热浪事件的发生频率和强度显著上升。作为世界最大的城市之一，卡拉奇正面临严重的热浪问题，其夏季城市热岛（UHI）现象尤为突出，显示出热浪对当地人口健康和生存条件造成严重影响。因此，本研究旨在通过基于脆弱性的热浪风险评估方法，分析卡拉奇市内可能受到热浪影响的区域，并为城市管理者提供应对热相关灾害的策略建议。

#### 研究背景与意义

热浪是一种持续数天的极端高温现象，通常在夏季发生，对特定区域产生显著的气候影响。世界气象组织（WMO）将热浪定义为连续三天的最高气温超过平均最高气温5摄氏度以上。近年来，由于城市化和环境退化，卡拉奇的热浪事件变得更加频繁和严重。例如，2015年夏季热浪导致超过1200人死亡，凸显了热浪对公共健康的威胁。这种趋势表明，未来热浪的频率和强度可能进一步上升，因此，建立有效的热浪风险评估体系变得尤为重要。

城市热岛效应是热浪加剧的一个关键因素，它是指城市地区由于人类活动和建筑密集而比周边农村地区温度更高的现象。卡拉奇的热浪事件不仅与气温升高有关，还与土地利用和土地覆盖（LULC）的变化密切相关。例如，城市区域的扩张导致植被减少，而植被的减少又进一步加剧了热岛效应。此外，缺乏电力和供水的基础设施问题，使得热浪期间受影响的人群更加脆弱。

为了更好地理解热浪的分布和影响，本研究采用了一种结合地理信息系统（GIS）和遥感技术的综合方法，分析了2000年至2022年间卡拉奇地区的热浪事件、土地利用变化和城市热岛效应。通过这种方式，研究人员可以识别出热浪最严重的区域，并制定相应的缓解措施，以改善城市居民的生活质量和健康状况。

#### 研究方法与技术手段

本研究采用多种遥感数据和地理信息方法，以评估热浪风险和城市热岛效应。首先，研究人员使用了来自NASA LPDAAC的MODIS MOD11A1和MOD11A2数据，获取了2000年至2022年的土地表面温度（LST）数据。这些数据被用于计算热浪事件的频率、持续时间、强度和幅度等参数。

其次，通过Google Earth Engine（GEE）平台，研究人员分析了植被指数（NDVI）和土地利用土地覆盖（LULC）数据。NDVI反映了植被覆盖的状况，而LULC分类则用于识别城市和非城市区域的分布变化。这些数据被整合到GIS框架中，以便进行空间分析和风险评估。

此外，研究还引入了城市热场方差指数（UTFVI），用于衡量城市热岛效应对环境的影响。UTFVI的计算基于LST数据和土地利用类型，能够提供更全面的生态评估。通过这些数据的综合分析，研究人员能够构建一个基于脆弱性的热浪风险评估矩阵，该矩阵综合考虑了暴露度（exposure）和易感性（susceptibility）两个维度。

在评估过程中，研究人员采用了层次分析法（AHP）来确定各指标的权重。AHP是一种多准则决策方法，能够帮助识别不同因素在热浪风险评估中的相对重要性。通过AHP，研究人员能够对热浪事件的多个指标进行排序，并为每个指标分配相应的权重，从而更准确地评估不同区域的热浪风险水平。

#### 研究结果与分析

研究结果表明，卡拉奇市内的热浪事件数量在2000年至2022年间显著增加。特别是2015年之后，热浪事件的数量呈现快速增长的趋势，表明该地区在近年来面临更频繁和更严重的热浪挑战。这种趋势与城市化进程加快和植被减少密切相关。

土地利用和土地覆盖的变化是影响热浪风险的重要因素。从2000年到2022年，卡拉奇的裸露土地面积从82.93%下降至72.34%，而城市建成区的比例则从6.18%上升至19.3%。植被覆盖面积也出现了明显的减少，尤其是在城市核心区域。这种变化表明，城市扩张正在加剧热岛效应，并使得城市居民更容易受到热浪的影响。

在热浪风险地图中，研究人员发现，2000年时，卡拉奇的核心城市区域热浪风险较低，但到了2022年，这些区域的热浪风险显著上升，甚至被归类为极高风险区。这说明，随着城市化的发展，热浪对居民健康的影响正在变得更加严重。与此同时，非城市区域的热浪风险相对较低，因为这些地区的人口密度较低，且植被覆盖相对较好。

此外，研究还发现，城市热场方差指数（UTFVI）在2000年至2022年间显著上升。这表明，卡拉奇的城市热岛效应正在加剧，使得城市环境的生态评价指数下降。特别是城市核心区域，其UTFVI值已经处于最高水平，表明该地区的生态状况非常糟糕。相比之下，非城市区域的UTFVI值更高，进一步表明这些地区的环境状况更加恶劣。

#### 研究发现与启示

研究结果表明，卡拉奇的热浪风险与城市热岛效应密切相关。随着城市化进程的加快，土地利用类型的变化使得热浪的影响更加显著。例如，城市建成区的扩张导致植被减少，从而加剧了热岛效应，使得城市居民更容易受到高温的影响。

此外，热浪事件的频率和强度也在增加，这与全球气候变化的趋势一致。研究人员指出，由于气候变化导致的平均气温上升和气候变率增加，未来的热浪事件可能会更加频繁和严重。因此，采取有效的缓解措施显得尤为紧迫。

在研究过程中，研究人员还发现，缺乏电力和供水的基础设施问题使得热浪期间受影响的人群更加脆弱。例如，在2015年的热浪事件中，由于电力供应不足，许多居民无法使用空调设备，导致高温对健康的影响更加严重。因此，改善基础设施，特别是在热浪高风险区域，是缓解热浪影响的重要措施之一。

#### 研究建议与政策制定

基于研究结果，研究人员提出了多项建议，以帮助卡拉奇市政府和相关机构制定有效的缓解策略。首先，建议在新建和现有建筑项目中增加至少5%的绿化面积，以符合可持续发展目标（SDG 11）的要求，并改善城市的热环境。其次，建议通过合理的土地利用规划，将高风险区域与低风险区域区分开来，并采取相应的措施，如增加绿地、优化城市设计等，以减少热浪对居民的影响。

此外，研究人员还建议对高风险区域进行重点监测，并在热浪发生期间采取紧急措施，如提供临时避难所、加强公共健康宣传等。这些措施不仅可以降低热浪对居民健康的威胁，还可以提高城市的整体抗灾能力。

最后，研究指出，由于卡拉奇地区的复杂性和有限的气象数据，未来的研究需要进一步考虑更多的数据来源和分析方法。例如，可以结合更多的地面气象观测数据，以及更高分辨率的卫星数据，以提高热浪风险评估的准确性。同时，研究还建议在热浪发生期间，加强与当地社区的合作，以确保缓解措施能够有效实施并惠及所有居民。

#### 研究局限与未来方向

尽管本研究取得了重要成果，但仍存在一些局限性。首先，研究依赖于有限的卫星数据和地面气象观测数据，这些数据可能无法全面反映卡拉奇的热浪情况。其次，由于城市环境的复杂性，如海陆风效应和温度逆温现象，使得热浪的预测和分析变得更加困难。

未来的研究可以考虑引入更多的数据源，如社交媒体数据、交通数据等，以更全面地了解热浪对城市居民的影响。此外，研究还可以扩展到其他城市，以比较不同城市在热浪风险方面的差异，并制定更具针对性的缓解策略。

总之，本研究为卡拉奇市的热浪风险评估提供了重要的参考，并为未来的研究和政策制定指明了方向。通过结合遥感技术和地理信息系统，研究人员能够更准确地识别热浪高风险区域，并为城市管理者提供科学依据，以采取有效的缓解措施，保护居民的健康和生活质量。