蓝绿空间缓解人口热浪暴露的跨气候带效应：基于中国多尺度格局分析

《Landscape Ecology》：Quantifying the impacts of blue-green spaces on population exposure to heatwaves across climate zones

语 在全球变暖与快速城市化背景下，热浪事件频发导致人口热浪暴露（PHE）风险加剧。本研究以中国为案例区，首次从气候带视角量化蓝绿空间（BGS）景观格局对PHE的差异化影响。通过梯度提升回归树（GBRT）和夏普利值分解（SHAP）等方法，发现BGS对PHE变异的解释力达25%-36%，且森林与草地的独立解释力随纬度升高呈此消彼长趋势。研究为不同气候带城市制定针对性蓝绿空间优化策略提供了科学依据，对提升城市气候韧性具有重要意义。

　　

随着全球气候变暖与城市化进程加速，极端热浪事件的频率、强度和持续时间显著增加，人口热浪暴露（Population Heatwave Exposure, PHE）风险日益凸显。热浪不仅直接引发中暑等健康问题，还会加剧心血管和呼吸系统疾病导致的死亡率。中国作为人口大国和快速城市化地区，近年来热浪相关伤亡事件频发，但现有研究多聚焦于单个大城市，缺乏跨气候带的系统性比较，且对蓝绿空间（Blue-Green Spaces, BGS）调控PHE的机制认识不足。在这一背景下，上海师范大学的张宇、周锐等研究人员在《Landscape Ecology》发表论文，首次从气候带尺度揭示BGS景观格局对PHE的差异化影响机制。

研究团队整合了1 km分辨率的日最高气温数据、人口密度分布数据和30 m土地覆盖数据，以中国全域为研究区，将建筑气候分区（GB 50178-93）作为框架，划分五大气候带：夏热冬暖（HAW）、温和（MOD）、夏热冬冷（HAC）、寒冷（COL）和严寒（SEC）。通过计算热浪频率（HWF）与人口规模的乘积量化PHE，并选取斑块占比（PLAND）、聚合度（AI）、连通性（COHESION）等5类景观指数表征BGS格局。研究采用梯度提升回归树（GBRT）模型解析BGS与PHE的非线性关系，结合夏普利值解释（SHAP）识别主导因子，利用方差分解分析（VPA）量化各类BGS的独立与联合解释力。

主要技术方法概述

研究基于2019年中国逐日最高气温栅格数据（HRLT数据集）识别热浪事件（连续≥35°C天数），结合WorldPop人口数据计算PHE；利用CLCD土地覆盖数据提取森林、草地、水体三类BGS，通过Fragstats 4.3计算景观指数；采用多元线性回归（MLR）和VPA分析BGS对PHE变异的解释力，再通过GBRT-SHAP模型挖掘主导因子及边际效应。所有分析以1 km×1 km网格为单元，覆盖全国34个省级行政区。

研究结果

热浪频率与人口暴露的空间分异

结果显示，中国热浪高发区集中于东南部（如江西、湖南）和西北部（如新疆），其中HAC气候带热浪覆盖比例高达70.56%，PHE严重区域（>50%面积占比）主要集中在HAW和HAC气候带。西北地区虽热浪频次高，但因人口稀疏，PHE强度显著低于东南部。

蓝绿空间格局的跨气候带差异

BGS组成与配置呈现明显纬度梯度：中低纬度（HAW、MOD、HAC）以森林为主导，其PLAND、COHESION和AI较高；中高纬度（COL、SEC）草地占比显著提升，且具有更高的斑块密度（PD）和形状复杂性（LSI）。

BGS对PHE的解释力与因子贡献

VPA表明，BGS对PHE变异的整体解释力为25%-36%，其中MOD和SEC气候带最高（约35%）。各类BGS的联合解释力普遍高于独立解释力，且森林的独立解释力随纬度升高而下降（HAW 11.24%→SEC 7.62%），草地则相反。GBRT-SHAP模型进一步揭示主导因子随气候带更替：在HAW/HAC气候带，森林斑块占比（FOR_PLAND）和水体斑块占比（WAT_PLAND）贡献最大；SEC气候带中草地形状指数（GRA_LSI）成为关键因子。

主导因子的边际效应非线性特征

SHAP依赖图显示，FOR_PLAND在多数气候带与PHE呈负相关，但其抑制作用随值域变化存在波动；WAT_COHESION>90%时对PHE的削减效果突增；FOR_LSI在3-4区间内出现PHE抑制阈值，而GRA_LSI>3.5会加剧SEC气候带的PHE风险。

结论与讨论

本研究首次在全国尺度上揭示了BGS景观格局对PHE的调控作用存在显著气候带分异。BGS通过蒸发降温、遮荫和气流调节等机制缓解热浪暴露，但其效应强度受局地水热条件与植被生理特性调制。例如MOD气候带水热均衡，BGS冷却效率最高；而HAC/HAW的高湿环境可能削弱植被蒸腾降温效果。实践层面，研究建议：在HAW/HAC气候带应优先提升森林和水体覆盖率（FOR_PLAND>20%），优化森林形状复杂度（FOR_LSI≈3-4）；SEC气候带需控制草地斑块形状复杂度（GRA_LSI<3.5），强化水体连通性（WAT_COHESION>90%）。

研究的局限性在于仅基于单年数据且未考虑热浪强度（HWA）和持续时间（HWD）的暴露差异。未来需结合长时间序列数据，融合多维度热浪指标，进一步揭示气候变暖下BGS与PHE的动态互馈机制。本文成果为差异化气候适应规划提供了实证支撑，对推动“气候韧性城市”建设具有重要指导意义。