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随着城市化加速，城市热岛（UHI）效应加剧。研究人员利用 ECOSTRESS 的昼夜地表温度（LST）数据等，从二维和三维视角研究北京城市功能区（UFZs）建筑与树木对昼夜 LST 的影响。结果表明不同 UFZs 的 LST 昼夜分布有差异，为 UHI 缓解和气候适应性规划提供依据。
在城市化快速发展的当下，城市就像一个巨大的 “热岛”，散发着源源不断的热量。全球范围内，城市化进程的加速使得城市下垫面材料和结构发生改变，建筑物越来越密集且不断向高空发展，人类活动产生的大量热量排放到环境中。这些变化深刻地影响了区域和局部的地表能量过程以及城市小气候，城市热岛（UHI）效应也随之而来。城市热岛效应使得城市区域的地表温度和空气温度明显高于周边农村地区，这一现象给人类的生活带来了诸多挑战。比如，在炎热的夏季，极端高温天气增多，不仅影响城市的整体宜居性，还会引发一系列与热相关的健康问题，甚至导致死亡率上升；对生态系统而言，它会加剧水 / 空气污染，增加温室气体排放；从经济层面看，会降低劳动生产率，增加能源消耗。
以往评估 UHI 效应常用气温（AT）和地表温度（LST）这两个指标。AT 通常由固定气象站监测，虽然时间分辨率高，但由于监测站点数量和位置的限制，只能反映局部地区的温度变化。而 LST 可从遥感影像中获取，能提供连续的空间覆盖信息，对地表特征和人类活动更为敏感，因此在研究 UHI 效应的影响因素时应用广泛。
过去的研究已经发现，城市中的建筑和树木是缓解局部热环境的关键景观要素。二维（2D）城市形态的变化，如建筑比例、斑块密度（PD）等，会影响城市对太阳辐射的吸收、反射以及热量的扩散，进而影响 UHI 效应。建筑比例与 LST 呈正相关，对温度有升温作用；而树木则可通过遮荫和蒸腾作用降低温度。近年来，随着 3D 建筑数据的逐渐丰富，一些研究开始关注 3D 建筑形态（如正面面积指数 FAI、天空视角因子 SVF、建筑高度等）对 LST 的影响。但目前对高分辨率 3D 树木景观与 LST 关系的理解还比较有限，而且城市中不同功能区（UFZs）的 UHI 效应及其主导影响因素可能不同，建筑和树木的 2D/3D 形态在不同 UFZs 对昼夜 LST 变化的作用也有待进一步研究。
为了解决这些问题，中国的研究人员以北京为研究对象，利用 ECOSTRESS 的昼夜 LST 数据和面向街区的 UFZ 框架，借助提升回归树（BRT）模型，从二维和三维视角展开研究。该研究成果发表在《Ecological Frontiers》上，为缓解城市热岛效应和气候适应性规划提供了重要依据。
研究人员开展这项研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 ECOSTRESS 获取高空间分辨率（70m）、可昼夜成像且重访周期为 3 - 5 天的 LST 数据；其次，采用面向街区的 UFZ 框架对城市功能区进行划分；最后，运用 BRT 模型分析建筑和树木的 2D/3D 形态与昼夜 LST 之间的关系。
研究结果如下：
- LST 的昼夜和城市功能区分布差异：LST 的昼夜空间分布模式差异显著。白天，高温区域主要集中在研究区域的中部和西部；夜晚，高温区域集中在中部和北部（主要在二环和四环之间）。白天 LST 范围为 26.86°C 至 51.11°C，平均为 39.46°C，标准差为 2.51°C；夜间 LST 范围则为 8.75°C 至 [原文未完整给出夜间 LST 上限值]。不同 UFZs 的 LST 昼夜分布也存在明显差异，白天工业和住宅区的 LST 最高，夜间商业区的 LST 最高，工业区最低。这表明在调节城市昼夜热环境时，应针对不同的 UFZs 关注不同的对象。
- 城市功能分区对昼夜热缓解和模型性能的重要性：研究发现，从 2D 和 3D 视角来看，建筑和树木对不同 UFZs 昼夜 LST 的影响差异显著。城市功能分区对于城市热缓解意义重大，建立整体研究区域的全局模型进一步证实了这一点。这意味着在研究城市热环境时，考虑 UFZs 的差异至关重要。
- 建筑和树木形态对 LST 的影响：在所有 UFZs 中，白天 2D 形态对 LST 的影响远大于 3D 形态，而夜间则相反。详细的 3D 城市特征能有效提高对 UFZ 尺度 LST 的城市形态解释能力，平均优化水平达 22%。这说明 3D 城市特征在夜间对 LST 的影响不可忽视，且在研究城市热环境时，3D 形态信息能提供更全面的视角。
- 主导因素的阈值和边际效应：影响 LST 的主导因素及其边际效应模式因观测时间和 UFZ 背景而异。不同 UFZs 中主导因素的升温或降温阈值不同，部分 UFZs 中主导因素的昼夜边际效应模式呈现相反趋势。这提示相关人员在规划时，需要综合考虑主导因素在昼夜产生降温效应的阈值范围，并根据具体位置的主要功能，谨慎权衡昼夜热舒适度。
综上所述，该研究通过深入分析建筑和树木的 2D/3D 形态与不同 UFZs 昼夜 LST 之间的关系，揭示了城市热环境的复杂规律。研究结果不仅有助于人们更好地理解城市 2D/3D 形态（尤其是 3D 形态）与昼夜 LST 之间的关系，还为从昼夜和 UFZ 视角制定缓解城市热岛效应、提高城市气候适应性的策略提供了新的思路和科学依据，对城市规划和可持续发展具有重要的指导意义。
