粤港澳大湾区热环境差异研究：非线性关系与基于城市绿化的解决方案

本研究通过LightGBM和SHAP方法揭示粤港澳大湾区11个城市热环境（UTE）与城市形态间的非线性关系，发现NDVI在0.6-0.8区间具有峰值冷却效应，水体日间降温但夜间失效，建筑高度>20米会加剧夜间热岛效应。研究提出基于形态-热响应模式的城市聚类方法，为气候适应性城市规划提供数据支持。

　　

Highlight

粤港澳大湾区城市景观的快速转型迫切需要深入了解热环境（UTE）动态以制定有效缓解策略。我们的研究通过系统性多城市调查填补关键知识空白，揭示城市形态与热调节之间复杂的相互作用。虽然大量文献承认植被的冷却能力，但我们基于SHAP的分析量化了特定NDVI阈值（0.6–0.8），在此区间冷却效能达到峰值，超出此范围效益递减。这一发现为优化绿色空间设计提供了精确指导，挑战了"越多绿化越好"的传统观念。

Discussion

我们的研究结果强调了城市热缓解策略的情境依赖性。水体的热调节能力表现出显著的昼夜不对称性——日间有效降温但夜间普遍失效，不过香港和广州的例外情况揭示了区域内部的气候调节机制。景观形状指数（LSI）与日间升温的正相关关系在高值区趋于饱和，佛山和东莞在LSI>1.2时甚至出现冷却转变，而澳门则持续升温。这种差异凸显了城市形态与局部气候条件相互作用产生的复杂热响应。

三维城市结构对热环境的影响同样呈现非线性特征。建筑高度超过20米会加剧夜间热聚集，特别是在20-40米区间最为明显。容积率（FAR）通常恶化热环境，但香港和珠海的反常日间冷却案例表明，高密度开发也可能通过促进通风而产生降温效益。这些发现促使我们重新思考高密度城市的热环境管理范式。

我们提出的城市聚类方法基于形态-热响应模式，将大湾区城市划分为四类：平衡形态型、广阔绿地理、复杂环境型和多样绿空间型。这种分类不仅捕捉了形态-热协同效应，更重要的是为制定差异化城市设计策略提供了科学依据。

Conclusion

本研究通过对大湾区11个城市的热环境驱动因素进行全面分析，利用LightGBM和SHAP方法解码城市形态与热动态之间的非线性相互作用。通过建立同质气候框架，我们提供了关于区域内热环境变化的前所未有的见解，揭示了显著的昼夜模式：东莞、佛山、广州、深圳和中山的严重日间热应激（>40°C）与香港、澳门和珠海较温和的夜间条件（<25°C）形成对比。识别出的关键阈值（如NDVI峰值效率0.6-0.8，LSI饱和点，建筑高度20米临界点）为精准干预提供了明确靶点。