半干旱城市土地覆盖变异与城市破碎化对地表温度及热舒适性的影响机制研究

本研究针对半干旱气候区城市，通过多时相遥感数据与景观格局分析，揭示了土地利用/覆盖变化(LULC)与城市破碎化指数(FI)对地表温度(LST)及热不适指数(DI)的调控机制。研究发现植被(SAVI>0.8)和水体(MNDWI>0.6)显著降温，而5.5-30区间FI值的建成区具有最佳热调节效应，为热带半干旱城市气候适应性规划提供科学依据。

　　

随着全球城市化进程加速，土地利用与覆盖变化(LULC)正深刻重塑地球表面环境，尤其在发展中国家，这种变化通过改变地表能量平衡显著影响局地气候。半干旱地区城市因其特殊的气候敏感性，面临更严峻的热环境挑战——夏季极端高温频发、植被覆盖不足、水资源匮乏等问题交织，导致地表温度(LST)升高和户外热舒适性恶化。然而，现有研究多聚焦温带或热带气候区，对柯本气候分类"Bsh"型(热性半干旱气候)中等规模城市的系统性研究仍存空白，特别是城市边缘区LULC动态与核心区破碎化格局的协同热效应机制尚未明晰。

针对这一科学问题，研究人员选取印度五个典型半干旱城市（斋浦尔、奥兰加巴德、焦特布尔、科塔和索拉普尔）开展多时空尺度研究。通过整合Landsat 7/8遥感影像与地理信息系统(GIS)技术，创新性地构建了包含地表反照率、阴影指数、破碎化指数(FI)等多维参数的分析框架，首次系统揭示了不同季节下LULC组分与城市空间构型对热环境的差异化影响。该成果发表于《Sustainable Cities and Society》，为气候敏感型城市的可持续规划提供了重要理论支撑。

研究采用多学科交叉方法：基于支持向量机的LULC分类（精度79.03-91.54%）、地表温度反演算法、热不适指数(DI)计算模型，以及通过移动窗口法量化建成区破碎化程度。特别建立了200×200m规则网格体系，确保五城市数据的空间可比性。研究时段覆盖2003-2023年的冬夏两季，重点解析了植被覆盖(SAVI)、水体分布(MNDWI)与建成区空间构型(FI)的三元互动机制。

【土地覆盖时空演变特征】
通过20年时序分析发现，所有研究城市建成区扩张显著（年增长率1.12-3.45%），伴随植被和水体面积缩减。特别在城郊过渡带，未利用地转化为低密度建成区导致地表反照率降低0.08-0.15，这种转变在夏季造成3.2-5.7°C的LST增幅。LULC转移矩阵显示，焦特布尔植被流失最严重（2013-2023年减少14.6%），与其夏季LST升幅(4.3°C)呈显著正相关。

【地表温度调控机制】
研究证实植被和水体是关键的降温要素：高SAVI(>0.8)区域夏季LST比周边低7.2-9.5°C，MNDWI>0.6的水体可产生300m范围的冷却带。值得注意的是，建成区呈现非线性热效应——当FI值在5.5-30区间时，适度的空间破碎化通过增强空气流通产生1.8-2.4°C的降温效益；但过度破碎(FI>30)反而因热岛叠加效应使夏季LST升高3.1°C，这种现象在斋浦尔老城区尤为明显。

【热舒适性时空分异】
冬季DI值普遍低于夏季12.3-15.7个单位，但夏季高FI区域(>30)的DI值突破危险阈值。空间上，城市核心区与边缘未利用地构成热不适双极：前者受建筑密集度影响，后者因缺乏植被调节。时序分析显示2013-2023年夏季DI增速(0.35单位/年)显著快于冬季，佐证了城市化对极端热应激的放大效应。

【地表反照率动态】
反照率变化呈现显著季节异质性：冬季城市表面反照率普遍比夏季高0.05-0.12，主要源于太阳高度角差异和土壤湿度变化。长期趋势上，建成区扩张导致年均反照率下降0.021，这种变化使冬季夜间LST降幅减小1.2°C，加剧了城市热岛效应的昼夜不对称性。

该研究创新性地构建了"土地覆盖组成-空间构型-季节动态"三维分析框架，其结论对半干旱城市气候适应性规划具有重要指导价值：首先，验证了中等破碎度建成区(5.5<>

需要特别指出的是，该成果对印度"智慧城市使命"计划具有直接政策价值——通过将FI阈值纳入城市规划法规，可有效平衡空间开发强度与热环境质量。未来研究可结合CFD模拟和移动观测，进一步揭示三维形态参数与二维破碎化指标的协同热效应机制，为创建更具气候韧性的半干旱城市提供精细化设计工具。