一种促进寒冷地区连通性的网络方法，以缓解城市热岛效应：关键领域和针对性策略

《Journal of Environmental Management》：A network approach to promoting cold island connectivity for mitigating the urban heat island effect: Key areas and targeted strategies

城市热岛效应协同降温机制与冷岛网络构建研究——以福州为例。通过融合地表温度反演、电路理论及复杂网络模型，识别217个冷岛核心源、324条冷却走廊及76个冷却节点，评估网络结构稳定性。采用2D/3D多源数据融合与加权方法构建综合降温阻力面，提出基于关键节点优先布局的韧性提升策略，为超大城市气候适应提供新方法。

　　城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）是指城市区域的气温普遍高于周边郊区的现象。这种现象随着城市化进程的加快而日益严重，成为全球城市面临的重要环境问题之一。尤其是在中国，许多大城市因快速扩张而加剧了UHI效应，影响了居民的生活质量、增加了能源消耗，并加剧了空气污染。为了应对这一挑战，研究者们开始探索通过整合冷岛资源来增强城市降温效果的策略，其中冷岛网络（Cold Island Network, CIN）方法引起了广泛关注。

Fuzhou市，作为福建省的省会，其城市化进程显著，地形特点为盆地状，四周被山地环绕。这种地形结构在白天容易形成热积累，而城市中心的热岛环流又抑制了山谷风的流动，导致冷风难以进入城市内部。2017年，Fuzhou被列为“中国十大火炉城市”之一，夏季的中午气温常超过36摄氏度，且高温频率和强度逐年上升。尽管当地已采取多项措施恢复公园和河流生态系统，但UHI效应仍未得到有效缓解。因此，Fuzhou成为研究冷岛网络方法的重要案例。

冷岛网络方法的核心理念在于通过整合冷岛资源，构建一个能够增强降温协同效应的系统。冷岛资源通常指城市中的蓝绿空间（Blue-Green Spaces, BGS），包括公园、绿地、河流、湖泊等自然和人工景观。这些空间由于其较低的反照率和较强的蒸散发作用，能够有效降低周围区域的温度，形成局部的冷岛效应。然而，传统的UHI研究往往关注于单一的冷岛斑块，忽略了不同区域之间的协同效应和空间连接性。因此，冷岛网络方法通过构建一个覆盖整个城市区域的冷岛网络，能够更全面地评估和优化冷岛资源的分布与功能。

在Fuzhou市的研究中，研究者采用土地表面温度反演技术，结合景观连通性分析，识别出217个冷岛核心源（Cold Island Core Sources, CICS）、324条降温走廊（cooling corridors）、76个降温节点（cooling nodes）以及90个升温节点（heating nodes）。这些结果表明，Fuzhou市的冷岛资源分布具有一定的空间规律性，但同时也存在一定的不均衡性。通过构建冷岛网络，研究者能够更系统地分析这些冷岛资源之间的相互作用，以及它们在不同城市规划策略下的表现。

冷岛网络的构建采用了电路理论（Circuit Theory, CT）方法，这是一种基于随机游走模拟的网络分析技术。该方法将生态过程的流动视为电流，通过模拟电流在不同区域之间的流动路径，识别出关键的降温走廊和节点。CT方法的优势在于，它不仅能够确定最优路径，还能识别所有可能的连接路径，并准确定位关键节点。这种方法在城市热岛研究中显示出良好的应用前景，特别是在评估冷岛网络的结构稳定性方面。

为了确保冷岛网络的准确性和实用性，研究者结合了卫星影像和实地调查数据，对降温走廊和节点进行了验证。通过这种方式，冷岛网络的构建更加贴近实际城市环境，能够为城市规划提供更可靠的科学依据。此外，研究者还考虑了2D和3D城市指标的综合影响，包括建筑高度（Building Height, BH）、地形特征等。这些3D指标在白天的陆地表面温度（Land Surface Temperature, LST）中起到重要作用，并且对冷岛资源的降温效果产生显著影响。因此，整合2D和3D数据能够更全面地反映冷岛网络的复杂性，提高其在实际应用中的有效性。

在冷岛网络的构建过程中，研究者采用了一种综合加权方法，将不同类型的冷岛资源进行量化分析，构建出一个综合的降温阻力面（cooling resistance surface）。该阻力面反映了不同区域在降温过程中的阻力程度，从而帮助识别出哪些区域更容易形成冷岛效应，哪些区域需要更多的干预措施。通过这种方法，研究者不仅能够确定冷岛网络的结构，还能够评估其在不同干扰情景下的稳定性。

研究结果表明，冷岛网络在不同干扰情景下表现出较强的结构稳定性。这意味着，即使某些冷岛资源受到破坏或减少，整个网络仍能维持一定的降温功能。这种稳定性对于城市可持续发展具有重要意义，因为它表明冷岛网络能够在一定程度上抵御外部干扰，保持其在城市热管理中的作用。此外，研究还发现，优先选择高中心性（centrality）的冷岛斑块能够显著提高冷岛网络的韧性，减少因单一冷岛资源受损而导致的降温效果下降。

为了进一步优化冷岛网络的布局，研究者还对降温走廊和节点进行了分类，以便制定更具针对性的城市规划策略。通过分析冷岛网络的空间分布特征，研究者能够识别出哪些区域需要重点保护或优化，哪些区域可以通过增加冷岛资源来改善降温效果。这种分类方法不仅有助于提高冷岛网络的效率，还能够为城市管理者提供明确的决策依据。

此外，研究还强调了冷岛网络方法在城市可持续发展中的潜在应用。通过整合冷岛资源，城市可以在有限的空间条件下实现更有效的降温管理，减少对传统空调和制冷系统的依赖，从而降低能源消耗和碳排放。这种方法还能够促进城市生态系统的恢复，提高城市的环境质量和居民的生活舒适度。因此，冷岛网络方法不仅具有科学价值，还具有重要的实践意义。

在当前的研究基础上，未来的工作可以进一步探索冷岛网络在不同城市环境中的适用性。例如，不同地形条件、气候特征和土地利用模式的城市可能需要不同的冷岛网络设计策略。此外，随着城市化进程的不断推进，冷岛资源的分布和功能可能会发生变化，因此需要定期更新和优化冷岛网络模型。同时，冷岛网络的构建还需要考虑社会经济因素，如土地使用政策、城市规划目标和居民需求，以确保其在实际应用中的可行性和有效性。

综上所述，冷岛网络方法为城市热岛效应的缓解提供了新的思路和工具。通过整合冷岛资源，构建一个综合的降温系统，城市可以在有限的空间条件下实现更有效的热管理。这种方法不仅能够提高城市的降温能力，还能够促进可持续发展，改善生态环境和居民生活质量。未来的研究需要进一步完善冷岛网络的构建方法，提高其在不同城市环境中的适应性和实用性，以更好地应对全球城市化带来的环境挑战。