城市树木与建筑垂直高度差异对地表温度的影响机制及热环境优化策略

针对城市热岛效应加剧问题，研究人员通过分析305个中国城市的1-m分辨率树木垂直结构数据，首次揭示树木高度与地表温度(LST)的分段关系：当树木高度低于周边建筑4.3-m时升温效应占优，超过该阈值则蒸发冷却(ET)主导。该研究为三维城市绿化规划提供了量化依据，发表于《Landscape and Urban Planning》。

　　

随着全球城市化进程加速，极端高温事件频发，城市热岛效应已成为威胁居民健康的重要环境问题。传统研究多关注绿化覆盖率等水平指标，而对树木垂直结构这一"立体绿化"要素的认识仍存空白。尤其在建筑密集区，树木与建筑物的高度博弈如何影响局地热环境，成为城市规划者亟待破解的科学难题。

针对这一知识缺口，北京大学等机构的研究团队在《Landscape and Urban Planning》发表创新成果。研究团队整合了全球首套1-m分辨率树木高度数据集和三维建筑数据，创新性地构建了分段线性模型，首次量化了树木高度与地表温度(LST)的非线性关系。

关键技术包括：1) 基于Maxar影像和GEDI激光雷达的1-m树木高度制图；2) 30-m分辨率LST数据标准化处理；3) 分城市等级的数据聚合方法(200/100/50/25样本分级)；4) 结合UT&C生态水文模型的机制验证。

【树高对地表温度的影响】
研究发现树木高度与LST呈分段关系：在30-70%树冠覆盖率(TCP)条件下，当树木低于周边建筑时，每增高1-m会使LST上升0.25-0.75K，这主要源于树冠吸收短波辐射导致反照率降低；但当树高超过建筑高度约4.3-m(全国中位数)时，蒸发冷却效应(ET)开始主导，产生0.15-0.45K的降温效果。典型如深圳数据显示，TCP>50%区域达到阈值后出现显著冷却。

【空间分布规律】
纬度分析揭示：30°N以南地区61%城市呈现负斜率(slope2=-0.32±0.11)，表明高大树木冷却效果更显著；而40°N以北区域受针叶林低ET特性影响，slope2多呈正值。月际变化显示6-7月升温效应最强，尤其在北方城市达峰值，这与太阳高度角变化密切相关。

【建筑-树木垂直互作】
通过3D-GloBFP建筑数据验证，树木冷却阈值与建筑高度显著相关(R=0.335,p<0.001)。长三角城市群因建筑间距优化，即使树木矮于建筑5-m仍能有效冷却；而华北平原城市需保持<3-m高差才能触发冷却效应。UT&C模型模拟证实，当树木接近建筑高度时，潜热通量增幅达18.7W/m²，抵消了反照率下降的增温效应。

【管理启示】
研究提出三维绿化策略：1) 商业区应优先种植DBH>10cm的速生树种，确保5年内超越建筑高度；2) 居住区可通过灌溉补偿遮阴导致的ET降低，实验显示定期灌溉可使低TCP区域降温1.2K；3) 北方城市需选择阔叶树种以增强ET能力。该成果为《城市绿地设计规范》修订提供了量化依据，特别是首次将"树木-建筑高度差"纳入热环境评估指标体系。

这项研究突破了传统二维绿化规划的局限，揭示了垂直维度上生物物理过程的博弈机制。通过建立全国首个树木高度-温度响应数据库，为智慧城市中的立体绿化提供了精准设计工具，对缓解气候变化下的城市热胁迫具有重要实践价值。未来研究可结合无人机激光雷达和街景数据，进一步细化树种特性与微环境互作机制。