领土暴露于地表城市热岛(SUHI)现象的评估来源与数据：来自卡塞塔城市群案例研究的方法论说明

《Sustainability》：Sources and Data for the Assessment of Territorial Exposure to Surface Urban Heat Island (SUHI) Phenomena: Methodological Notes from the Caserta Conurbation Case Study

　　

热浪的加剧和平均气温的上升在地中海背景下尤为明显，这突出了加强可持续空间规划的紧迫性，需要引入具体的工具来理解和管理城市形态、土地利用和局地微气候如何相互影响。为此，研究人员提出了一条综合方法路径，以绘制密集城市化背景下领土面临地表热应力暴露的地图，并将其应用于卡塞塔城市群的案例研究中。该方法使用了多个分析层次：(i) 从Landsat系列(1987–2022)中估算归一化植被指数(NDVI)并计算地表温度(LST)，使用辐射/反射率测量数据，并从大气层顶亮温(BT)和地表比辐射率(LSE)中反演LST；(ii) 使用坎帕尼亚地区民防多功能中心的气象站档案数据对卫星反演的地表温度进行一致性检验，该档案数据由坎帕尼亚区域环境保护局(ARPAC)在区域内安装的传感器测量提供；(iii) 评估地表城市热岛(SUHI)的强度，计算方法为提取城市与未城市化参考区域之间的LST差值；(iv) 通过线性回归验证NDVI与LST之间的关系，其中NDVI作为解释变量，LST作为因变量，结果显示两者之间存在统计学上一致的负相关关系。研究结果支持对干预优先级进行多尺度解读，强调基于自然的解决方案(NBS)和降温策略的潜在相关性因当地城市形态、地理配置和土壤封冻程度而异，需要针对具体背景进行规划评估。

在全球气候变化与城市化进程加速的背景下，城市热岛(UHI)现象已成为一个结合地面测量、遥感、数值模拟与城市形态分类的成熟国际研究领域。从可持续发展视角来看，地表热暴露评估不仅属于城市气候学的技术问题，更是可持续城市发展和气候韧性空间规划的关键组成部分。土壤封冻、植被流失以及地表温度的上升直接影响了环境质量、公共健康和城市系统的适应能力。尽管目前已积累了大量基于遥感反演地表温度(LST)的研究，但现有文献在分析NDVI-LST关系时往往受限于特定地理背景，未能普遍解释城市形态、表面湿度和季节变异等复杂因素。同时，在城市气候研究与规划工具之间仍存在操作性脱节，缺乏将气候指标转化为空间规划决策的共享程序。为了弥补这一空白，研究人员开展了此项研究，旨在开发一个可复制的领土分析程序，以识别在碎片化且高度城市化的地中海环境中应优先进行绿化与透水干预的区域，并验证植被与地表温度关系的空间稳定性。该研究结果为基于自然的干预措施提供了因地制宜的规划优先级建议，对提升城市气候适应能力具有重要意义。本研究发表在《Sustainability》期刊上。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：基于Landsat 5、7和8系列卫星影像的多时相遥感反演技术，通过光谱辐射计算提取归一化植被指数(NDVI)；通过辐射定标、将大气层顶亮温(BT)与地表比辐射率(LSE)相结合的反演算法获取地表温度(LST)；采用配对城市与城郊缓冲区的方法以估算地表城市热岛(SUHI)强度；以及基于像素的线性回归模型用以量化NDVI与LST之间的定量关系。研究遥感数据时段覆盖1987至2022年，并利用坎帕尼亚区域环境保护局(ARPAC)设置在当地的气象站记录进行了数据一致性检验。

在研究结果方面，研究通过多维度分析得出以下具体结论：

配对样本显示，研究区域内的地表存在持续的热量差异。城市区域平均LST为41.09 °C，而城郊区域平均LST为33.16 °C，平均SUHI强度为7.93 °C，温差最显著的区域集中在工业和商业单元(CLC 121)中。多年代际的NDVI对比发现，卡塞塔城市群内高植被覆盖的像素呈现出明显的减少与碎片化趋势，这一现象与不透水人工表面的扩张相一致，直接导致了该区域较高地表温度分布的形成。研究证明了利用NDVI与LST的负相关性，可以有效识别出需优先调查土壤密封度与地表材质的重点区域。

研究人员将Landsat反演的LST与San Marco Evangelista及Santa Maria a Vico气象站的地面气温进行了比对。研究将这一对比视为数据的一致性检验而非完全验证，因为地表温度与2 m高度的空气温度是不同且不可互换的物理量。在排除一个异常值后，地表温度与气温呈现出显著的正相关关系(R² = 0.969; 均方根误差(RMSE) = 0.45 °C)，证明了通过卫星反演地表温度数据在该区域进行热暴露评估的有效性。

为了验证地表温度的空间稳定性与背景依赖性，研究在Arienzo、Recale和Portico di Caserta三个具有不同土壤封冻特征的市镇开展了多时相回归分析。所有区域均表现出NDVI与LST呈负相关，证实了植被的表面降温作用。然而，基于像素的回归分析显示此关系强度受地理时空条件影响而产生显著差异：Arienzo表现出最陡峭的负斜率，说明植被对地表降温影响巨大，但NDVI对空间变温的解释力(R²)仅处于中等水平；Portico di Caserta在早期表现出强空间一致性，但在近期观测中二者关联性明显减弱；Recale则呈现出时间上的不稳定性，2016年R²急剧下降。这说明NDVI与LST之间的关系不能被视为固定的系数，植被斑块的质量、分布连续性与生态功能才是决定降温效果的关键。

在讨论结论部分，研究总结了卡塞塔案例的经验。分析表明，在地中海碎片化的城市群中，领土对SUHI的暴露在空间上表现出高度异质性，单纯依靠市镇平均值无法准确反映热量分布。虽然地表温度与植被丰度在整体上呈现负相关，证实了NDVI作为表面降温代理指标的可靠性，但该关系的强度依赖于城市形态、土地利用类别及表面湿度等局部条件。研究认为，规划不应仅依赖增加表面绿化面积的简单操作，而必须将植被连续性、林冠结构与透水性能等要素整合进蓝绿基础设施建设中。

基于研究结论，研究人员指出，本研究为基于遥感的领土筛查分析提供了一个可复用的流程框架。NDVI-LST回归分析应作为识别优先干预区的诊断工具，而非特定干预措施效果的直接证明。未来的研究应进一步完善该框架，将地表热分析与社会人口学敏感性、适应力指数等要素深度融合，并引入天空视图系数(SVF)与城市粗糙度等微气候与形态参数，最终在应对水文气候等多灾种风险的逻辑下，将科学输出转化为能够支持地方政府进行可持续土地管理的具体规划指标。