城市植被物候是生态系统对环境变化响应的关键指标,对于调节碳循环、缓解城市热岛效应(UHIs)和支持生物多样性至关重要[37,45,53]。在自然景观中,物候变化主要由温度和降水等气候因素驱动[10,49]。然而,城市化显著改变了局部气候条件、地表能量平衡和绿地空间配置[21,28,32],从而重塑了植被物候模式及相关生态系统功能[9,38]。
大量研究表明,与周边农村地区相比,城市地区通常表现为春季提前开始、秋季延迟衰老[37,57],这主要归因于城市热岛效应和水分条件的变化[26,36]。除了城乡对比外,人们也越来越关注城市内部的空间异质性,认识到由于土地覆盖、建筑布局和微气候条件的差异,城市内部的物候响应也存在差异。目前主要有两种分析方法用于研究城市内部的变化:(1)基于行政边界的比较(例如城市或区级尺度)[45,61];(2)沿连续城市化强度指标(例如不透水面覆盖、人口密度)的城市-农村梯度分析[25,26]。尽管这些方法能够捕捉到广泛的空间模式,但它们往往将异质的微环境简化为一维梯度,限制了它们解析由三维城市形态塑造的精细尺度热生态位的能力[51,65]。因此,它们无法解释对精准城市绿化策略至关重要的微观尺度的气候和空间异质性[7,50]。
为了更好地描述城市空间异质性,局部气候区(LCZ)框架提供了一个标准化分类系统,将地表覆盖和形态结构与局部气候条件联系起来[47]。该框架最初基于城市冠层理论发展而来,假设建筑形态、表面材料和土地覆盖的变化通过影响辐射交换、热量储存和空气动力学过程系统地调节局部热环境[47]。LCZ根据结构和表面特性将城市景观分类为标准化类型,从而代表在热特性上内部一致但与其他类型不同的区域[12,13]。LCZ已被广泛用于研究城市内部温度变化和城市热岛强度(Bechtel等人,2015年;[12])。最近,基于LCZ的方法也被应用于植被研究。例如,赵等人[63]和朱等人[68]报告了不同LCZ类型之间的植被指数和物候指标存在显著差异,表明LCZ是分析城市内部生态变异性的有效空间单位。
尽管取得了这些进展,现有的LCZ-物候研究大多仍停留在LCZ类别之间的分类比较层面[63,68]。也就是说,物候指标通常是在各个LCZ类型之间进行比较的,将每个类别视为独立的空间单元。虽然这种比较有效地揭示了空间异质性,但它们并未明确探讨LCZ内部包含的更广泛的形态结构(如紧凑型与开放型城市形态)是否表现出系统不同的物候响应模式。鉴于紧凑型LCZ的特点是建筑密度高和垂直发展程度高,而开放型LCZ则代表更分散的配置,这些形态差异可能意味着不同的微气候调节途径。然而,这种基于形态的分组视角很少被明确纳入基于LCZ的物候分析中。此外,城市研究中的物候驱动因素通常使用强调温度效应的加性框架进行评估[3,28,58]。尽管LCZ本身编码了三维结构特征,但很少有研究定量探讨建筑引起的遮荫条件等结构特性如何与地表温度(LST)相互作用以影响植被物候。换句话说,在LCZ分层框架内,城市结构与热条件之间潜在的相互作用尚未得到充分评估。
基于上述不足,本研究超越了传统的基于LCZ的分类比较,探索结合形态导向的分组和交互分析是否能够增强对城市植被物候的机制理解。以中国西南部快速城市化的特大城市成都为例,该城市具有复杂的城市形态和明显的空间异质性,我们采用LCZ框架作为分析的基础。具体而言,本研究旨在:(1)描述成都LCZ类型的空间分布;(2)量化不同LCZ类型之间的植被物候变化;(3)探讨不同LCZ类型(特别是紧凑型和开放型)对植被物候的影响机制,并分析建筑引起的遮荫条件与温度对植被物候的交互作用。通过将LCZ分析从分类比较扩展到基于形态的分组和交互作用评估,本研究细化了LCZ框架在城市物候研究中的应用,并提供了关于三维城市结构和热条件如何共同影响植被物候的实证证据。