揭示城市热暴露风险网络：一种用于缓解热不适的网络分析方法

《Landscape and Urban Planning》：Unveiling urban heat exposure risk networks: a network analysis approach for mitigating thermal discomfort

　　

胡崇光|曾晖

摘要

城市热暴露风险对公共健康和可持续城市发展构成严重威胁，而当前对其管理受传统评估指标以及对其多尺度网络动态理解不足的限制。本研究以成渝都市圈为试验场，提出了一种综合的空间网络框架。我们突破了单纯的温度指标限制，将以人为中心的热舒适度与人口密度相结合，运用双变量局部莫兰指数精准识别高风险热源及具有降温功能的缓冲区。借助生态电路理论，我们将整个城市景观视为一个电阻性平面，从而模拟出“源-汇”型热缓解网络，不仅找到了关键节点和通道，还识别出了阻碍空气流动的障碍物。分析结果显示存在两个相互竞争的网络：共识别出79条关键的“降温通道”（总长度4,883.63公里），这些通道是区域冷空气从缓冲区流向热源的重要路径；同时还存在一个由45条通道构成的“热扩散网络”（总长度2,744.92公里），该网络会加剧城市核心区域的局部热量积累。从空间分布来看，热源在城市建成区呈现明显的集中趋势，而降温缓冲区则构成了“核心-边缘”的生态结构。更重要的是，通过模拟干扰后的稳定性分析表明，该网络的稳定性和连通性主要取决于少数关键组成部分。这些发现为制定有针对性的缓解策略提供了依据，即重点保护那些不可或缺的节点并修复关键障碍物，以此提升区域网络的效率与韧性，而非仅采取局部措施。这为可持续的城市热管理奠定了坚实的科学基础。

引言

全球城市化进程极大地改变了地表景观，自然植被和水体被不透水表面所取代，进而影响了城市的热力状况（Li等人，2019；Pelorosso等人，2017）。这种变化加剧了热浪现象，同时也削弱了蒸发冷却等重要的生态系统服务功能（Wernberg等人，2025；Yang等人，2025），从而带来了日益严重的公共卫生问题——热暴露风险。热暴露风险会增加与高温相关的健康问题的发生概率，进而影响城市的宜居性及可持续发展（Ebi等人，2021；Jay等人，2021；Hannan等人，2024）。传统的局部化、零散化的应对措施已显不足，因此亟需创新性的系统性缓解策略（Equihua等人，2024；Hong等人，2024）。

目前主流的缓解策略在思维理念上存在滞后。从热力学角度来看，城市热暴露风险并非一种孤立的空间现象，而是一个受能量耗散原理支配的复杂网络过程（Hu和Li，2022；Liu等人，2024；Yue等人，2024）。然而，现有的缓解措施往往较为零散且局限于局部区域（Cui等人，2025；Li等人，2024）。规划者通常只注重降低热源地区的局部温度，或单纯增加一些绿色斑块（Buchin等人，2016；Jay等人，2021；Ebi等人，2021）。这种思维方式忽视了降温缓冲区的区域降温作用，还会人为割断热源与缓冲区之间的空间联系（Wang等人，2025；Xu等人，2025）。结果就是，局部的降温效果无法扩展到整个区域，难以提升整体的热韧性（Ren等人，2025）。

因此，本研究的核心观点是，城市热缓解工作应从单纯的局部优化被动应对，转向构建具有网络韧性的系统性解决方案。我们引入生态电路理论，将城市景观视为由热源和缓冲区构成的复杂网络。尽管网络分析已被用于识别生态廊道（Peng等人，2017），但在城市热环境中的应用仍面临一个关键的规划难题：在资源有限的情况下，应优先对哪些网络组件进行干预才能获得最佳效果？现有的网络分析大多仅停留在识别廊道的层面，未能定量评估网络中不同节点和通道的功能重要性及脆弱性（Hsieh和Huang，2016；Peng等人，2022）。这就导致规划工作只能停留在宏观层面的平衡，而无法实现精细化管理。

章节节选

城市热暴露风险量化及缓解策略的发展历程

随着城市化进程和气候变化的加剧，城市热岛效应愈发严重，给公众健康带来了巨大风险（Xiao等人，2025）。因此，对热暴露风险进行量化并采取相应缓解措施，对于实现城市的可持续发展至关重要。早期的研究主要依靠卫星获取的地表温度数据来识别高温区域（Avashia等人，2021；Yue等人，2026），但仅依靠地表温度数据无法充分考虑空气湿度等其他重要因素

研究框架概述

本研究的分析过程基于一个包含四个核心模块的综合性框架，如图2所示。该框架旨在系统地评估和优化城市热暴露风险。（1）该框架的第一步是收集并预处理多源遥感数据及空间数据，包括计算地表温度和城市热岛强度等关键指标。（2）第二步是将热舒适度与人口密度相结合，我们运用双变量局部莫兰指数来精准定位

热源与降温缓冲区的空间分布

研究区域内热舒适度水平的空间分布呈现出明显的差异特征（见图4a）。其中，一级区域面积为11,551.34平方公里，主要集中在城市核心区及其周边地区；而五级区域面积为15,060.84平方公里，多分布在植被茂密的山区和自然保护区。占比最高的三级区域面积为90,369.25平方公里，主要位于城乡过渡地带。

基于这些数据

针对核心问题的研究结论

本研究实现了三个核心研究目标。首先，我们揭示了城市热环境的空间差异性：热源地区存在极端的城市集中现象（Liu等人，2024），而降温缓冲区则构成了“核心-边缘”型的生态结构（Lin等人，2020）。通过电路理论对这些相互作用进行建模，我们成功地将城市热环境分解为两个相互竞争的独立系统：外部降温传输网络和内部热传导网络，从而从根本上

结论

本研究通过结合热舒适度和人口密度，并运用电路理论，构建了一个用于优化城市热暴露风险的综合性空间网络框架。我们的分析表明，区域的热韧性在很大程度上取决于少数关键节点和通道。从理论层面来看，这项工作突破了传统的单一风险评估模式，通过整合热源与降温缓冲区的协同作用，建立了一个将生态缓解措施与城市化进程相衔接的层级化框架。在实践层面，该框架为具体措施的制定提供了可行方案

CRediT作者贡献说明

胡崇光：论文撰写——审稿与编辑、论文撰写——初稿、可视化、软件应用、方法设计、数据整理、概念构建。曾晖：论文撰写——审稿与编辑、研究指导、资源协调、项目管理、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了“流域人居与防灾减灾跨学科博士创新基金”的支持（编号：2025JCXK-07）。