城市林木空间构型新测度：集聚-分散模式与空气质量改善效应的多尺度实证

本研究创新性提出城市林木覆盖分布（UTD）与集聚（UTA）指数，通过280个中国城市23年时空数据分析，发现林木空间集聚程度对PM2.5削减存在显著正向效应，且空间溢出效应和边际递增特征显著，为绿色基础设施优化提供量化依据。

　　

测量城市林木空间结构

本研究提出两个基于网格的新指标——城市林木覆盖密度（UTD）指数和城市林木覆盖集聚度（UTA）指数，用以测量2000-2023年中国280个城市建成区内林木覆盖的空间构型。本方法借鉴了Henderson等人（2021）的经济密度度量框架，并将其适配于林木覆盖分析，基于两个核心原理：其一，林木空间格局具有与经济集聚相似的空间自组织特性；其二，栅格化处理能有效捕捉跨尺度的空间异质性。

城市林木覆盖结构统计

本研究数据集包含2000-2023年中国280个城市的年平均PM_2.5浓度和两个表征林木空间结构的指标：UTD（可分解为FD和变异系数平方CV2）与UTA（可分解为VD和变异系数COV）。表1展示了研究期间PM_2.5、UTD、UTA及其组分指标的描述性统计，包括均值、标准差、最小值和最大值。

UTD与UTA的时空特征

280个城市的UTD和UTA平均空间分布显示出显著的空间相关性。为进一步探究，我们评估了二者的空间自相关特性。全局莫兰指数I值均为0.238（p < 0.05），表明城市间林木覆盖结构存在显著的正向空间自相关。如图3所示，UTD与UTA具有相似的空间分布模式。低-低聚类区（即指标值低且周边也低的区域）主要集中在华北平原和西北干旱区，而高-高聚类区（即指标值高且周边也高的区域）则主要分布在华南和东南沿海。

结论

本研究提出两个基于林木覆盖栅格计算的新指标（UTD和UTA），用以量化2000-2023年间280个中国城市林木种植的空间结构与集聚特征。分析表明，2016年后中国城市林木覆盖率和空间集聚度显著提升，同时PM_2.5浓度下降。UTD与UTA的空间分布均呈现空间自相关性，并表现出南北差异。实证模型显示，林木空间格局的集聚程度对城市空气质量改善具有显著正向效应，且该效应在中国不同区域间存在显著差异。指标分解表明，林木空间分布效应优于其规模效应。此外，林木覆盖变化导致的空间溢出效应极为显著，城市植树的空间集聚对PM_2.5的抑制呈现明显的边际递增趋势。