受地表特征塑造的城市热环境时空动态及其生态意义

《Urban Ecosystems》：Spatiotemporal dynamics of urban thermal environments shaped by surface characteristics and their ecological implications

　　

摘要

城市地表热环境具有空间异质性，但俄罗斯南部温带大陆性城市的十年级尺度证据仍然有限。本研究利用91幅经云检测筛选的Landsat 8 Collection 2 Level-2影像，评估了2015—2024年间顿河畔罗斯托夫（Rostov-on-Don）暖季地表温度（LST）及相对热异常。研究采用相关分析、空间交叉验证的随机森林模型、SHapley加法解释（SHAP）、相对城市热岛（UHI）和城市热点（UHS）阈值以及城市热场方差指数（UTFVI），对LST、归一化植被指数（NDVI）和归一化建筑指数（NDBI）的年度中值合成进行了评估。此外，还与时相匹配的MODIS观测进行了Landsat LST对比分析。平均LST范围为31.63至36.68°C。尽管2024年平均LST比2015年高出4.42°C，但拟合的时间趋势不显著（+0.18°C·yr^?1；p=0.461）。十年间，LST与NDVI呈负相关（r=?0.288±0.047），与NDBI呈正相关（r=0.699±0.044）。随机森林模型解释了61.4±3.8%的LST空间变异性，其中NDVI贡献了61.84±6.86%的归一化平均绝对SHAP重要性。跨传感器对比得到的R²值为0.727—0.831，但正平均偏差误差表明Landsat估计值偏高。2015至2024年间，UHI面积增加了13.28 km²，UHS面积减少了3.19 km²，两者的拟合趋势均不显著。UTFVI结果表明热场等级从优秀类主要重新分配至正常和较差状态。这些发现识别出反复出现的温暖建筑地表和较凉爽的绿—蓝廊道，同时表明端点差异并不代表十年级的均匀升温。