是什么让部分历史街道更凉爽？基于三个中国街区实地测量的 UTCI、功能形态及无泄露风险空间验证

《Sustainable Cities and Society》：What Makes Some Historic Streets Cooler? Field-Measured UTCI, Functional Morphology, and Leakage-Safe Spatial Validation across Three Chinese Districts

　　

• 实地测量表明，继承的街道形态如何塑造行人的热暴露程度。
• 遮荫、天空开阔度和街道比例是驱动不同街区之间热差异的关键因素。
• 历史建筑特征在通用街道形态学之外改进了预测能力。
• 骑楼（廊道）在主导当地历史街道类型时最为重要。
• 防泄漏的空间检验减少了模型性能估计中的过度乐观偏差。

**引言**

城市热暴露越来越多地在街道尺度上被体验，城市整体变暖在此被转化为短距离内人体热负荷的差异。城市热岛和热浪事件提升了背景风险（Heaviside et al., 2017），而室外舒适度研究表明，行人的热暴露反映的是气温、辐射、风速、湿度和适应性行为的耦合效应，而不仅仅是气温本身（Lai et al., 2020）。跨气候带的证据进一步表明，热可接受性具有情境依赖性（Potchter et al., 2018）。因此，本研究采用通用热气候指数（UTCI）作为具有生理学基础的观测指标，该指标整合了室外热应激的主要气象驱动因素（Br?de et al., 2012）。

街道设计之所以重要，是因为城市形态会在任何机械冷却干预之前重新分配辐射和气流。室外热缓解综述强调了三条不同的路径（遮荫、几何形态以及植被和表面处理），它们之间相互作用（Lai et al., 2019）。Canonical的研究确认，高宽比和朝向对行人的太阳辐射暴露有显著影响（Ali-Toudert and Mayer, 2006, Johansson, 2006）。中国湿热地区街道也揭示了峡谷几何形态与街区配置及室外舒适度之间的相关性（Deng and Wong, 2020, Yin et al., 2019）。广州传统骑楼（shophouse）研究表明，其效果依赖于空间配置，而非单纯依靠廊道和遮荫的使用；而福州的历史街区研究则强调了街道几何形态和天空暴露度的影响（Yin et al., 2022, Lai et al., 2025）。冠层冷却效应与周边景观中的不透水面相互作用，提供了另一条尺度依赖型的路径（Ziter et al., 2019）。这些发现引出了一个机制导向的问题：街道形态中哪些可测量的方面是减少行人热暴露的驱动因素？

街景影像（SVI）使得该问题可以从行人的视角进行观测。SVI也已被证明是可扩展城市分析的可靠数据源（Biljecki and Ito, 2021），近期研究已将SVI与深度学习和气象数据相结合，用于绘制高分辨率的行人热环境地图（Qin et al., 2025）。一项关于图像衍生热环境特征的综合研究表明，绿化、天空、遮荫和围合度等参数正逐渐兴起为关键的人体尺度描述性指标（Fu et al., 2026）。这些局部观测可以与显式的地理结构相结合，使用一种互补的建模语言——空间人工智能（Janowicz et al., 2020）。因此，核心挑战并非算法复杂度本身，而是空间信息、物理机制和有效的外推位置验证之间的整合。本研究的目的是确定空间结构是否能在真正的外推验证条件下提升预测性能，以及解释力是否在更简单的空间基线模型下依然成立。

本文提出三个相互关联的贡献。第一个是理论层面的贡献：将历史形态视为一组可进行物理检验的热机制，而非简单的二元历史状态。第二个是实证层面的贡献：将实地测量的UTCI与中国三个不同历史街区的街景影像语义特征、GIS形态学特征以及经过人工审核的建筑属性相关联。第三个贡献是方法论层面的：我们开发了一个验证条件的GeoAI框架，该框架整合了空间表示、街景语义和实地测量，同时要求折隔离式空间验证、消融测试和基准比较。其目的并非声称算法新颖性，而是评估在何种情况下空间信息能够提供超越传统形态学模型的可信预测价值。

本文提出以下四个研究问题。RQ1旨在确定观测到的历史街区中，与午后峰值UTCI相关性最强的行人可视特征和几何特征。RQ2检验这些关系的形状和大小在苏州平江路、福州三坊七巷和广州骑楼街之间是否存在差异。RQ3考察历史特有特征是否能在通用形态学变量之外提供额外的预测信息。这一问题是核心问题，因为本研究并不将历史地位本身视为热机制；而是分析在考虑了通用街道形态之后，可测量的继承性配置是否提供了额外信息。RQ4考察在相同的阻塞验证条件下预测保留数据时，这种基于图的空间表示方法是否优于非空间的XGBoost模型以及坐标、邻域和空间滞后模型等更简单的替代方案。

**人体热暴露作为辐射-生理结局**

街道的热体验是通过人体能量平衡来实现的，而非通过单一的环境变量。该原则在UTCI中通过操作化方式实现，即采用综合空气等效温度，整合了气温、平均辐射温度、风速和湿度的热应激效应（Br?de et al., 2012）。从概念和实践层面而言，其对街道研究的重要性在于：遮荫点和暴露点可以有相同的气温，但热环境截然不同。

**概念框架：基于机制的热形态学**

本框架区分了遗产的类别性状态与热功能。继承的形态被表征为一种空间排列，它可以调节四种暴露路径：太阳辐射拦截、长波辐射交换与天空暴露、气流修改，以及蒸散发和水面相关冷却。这些路径处于行人的视野范围内，由街景影像（SVI）观测；而几何和网络结构则通过GIS获取，生理热应激结局通过实地测量获得。

**研究区域**

本研究的实证域有意保持狭窄：选取中国东部和南部三个历史街区，它们均经历湿热季风夏季，但在继承的街道形态上存在显著差异。气候框架采用基于高分辨率观测气候学的1991–2020年1公里K?ppen–Geiger分类（Beck et al., 2023）。该分类仅用于定义福州、苏州和广州的宽泛湿热气候背景；三个案例并不作为……

**气象背景与实测UTCI**

在312个历史街区观测点中，UTCI在采样到的午后峰值时段内范围为27.8至44.6°C。骑楼/廊道观测点的平均UTCI最低（30.4 ± 1.8°C），而开阔的东西向街道和有意设置的当代对照点温度更高。部分遮荫/紧凑型形态与开阔对照点之间观测到的5.9–9.3°C差异仅为描述性形态对比。它们并不估计历史地位的影响，因为参照……

**理论贡献：从历史状态到热功能**

主要贡献在于解释单位的转变。历史城市主义不被视为热处理方式；它被分解为能够调节行人暴露的功能性形态。在三个街区中，最持久的信号是遮荫连续性、可视天空限制和峡谷深度。这一层次结构与辐射控制领域更大的文献体系相似（Lin et al., 2010, Taleghani et al., 2015, Ali-Toudert and Mayer, 2007, Klemm et al., 2015）。

**结论**

本研究将历史街道的热价值重新框定为一个功能性形态问题。被动气候基础设施可以通过继承城市形态的能力来实现，即重新组织太阳辐射暴露、可视天空、峡谷几何及相关环境路径——这一点已通过实地测量验证，并经由行人尺度的街景影像、GIS几何数据、经审核的建筑属性以及防泄漏的空间验证得到确认。可以在形态中发现的机制是……

**作者贡献声明**

宣黄：概念化、数据管理、形式分析、调查、方法论、项目管理、监督、原创文稿撰写、审阅与编辑。
王应丽：数据管理、形式分析、调查、审阅与编辑。
小苏：形式分析、方法论、验证、可视化、审阅与编辑。
夏萌伟：数据管理、调查、审阅与编辑。
小蒙孙：数据管理、可视化、审阅与编辑。

**资助声明**

本研究得到了横向项目"基于BIM和虚拟现实技术的城市公共空间沉浸式设计与交互系统开发"（项目编号：2025610002002993）的支持。

**数据可用性声明**

支持本研究结果的数据和分析代码可在合理请求下向通讯作者获取。第三方街景影像的访问须遵守原始提供者的条款和许可条件。

**伦理声明**

本研究使用了环境实地测量、街景影像、GIS数据和建筑观测。未涉及人类参与者招募、动物实验或可识别个人数据的分析，因此无需伦理审批。

**知情同意声明**

不适用。本研究未涉及人类参与者。

**CRediT作者贡献声明**

宣黄：审阅与编辑、原创文稿撰写、监督、项目管理、方法论、调查、形式分析、数据管理、概念化。
王应丽：审阅与编辑、调查、形式分析、数据管理。
小苏：审阅与编辑、可视化、方法论、形式分析。
夏萌伟：审阅与编辑、调查、数据管理。
小蒙孙：审阅与编辑、可视化、数据管理。

**利益冲突声明**

作者声明不存在已知的可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

作者无需致谢。

宣黄 | 王应丽 | 小苏 | 夏萌伟 | 小蒙孙 | 泽豪孙