蓝绿景观斑块对昼夜城市热岛效应的调节作用：以昆明为例

本研究基于高分辨率土地覆盖数据和SUHI数据，分析昆明市蓝绿空间破碎化对日间和夜间地表城市热岛强度的影响机制，揭示不同破碎类型非线性调节效应及空间梯度差异，为高原城市热岛缓解提供景观优化依据。

李佳曦|刘子涵|邵振峰|傅慧艳

云南大学地球科学学院，中国昆明650500

摘要

全球城市化的加速加剧了城市热岛（UHI）效应，并进一步破坏了蓝绿景观（BGL）（即水体和植被覆盖）的完整性。虽然先前的研究已经证实了蓝绿景观对缓解地表城市热岛（SUHI）的积极作用，但其破碎化对日变化和季节性SUHI强度（SUHII）的动态影响机制仍不甚明了。本研究以具有代表性的高原城市昆明为例，结合高分辨率土地覆盖数据和SUHII数据进行了分析。通过皮尔逊相关分析和广义加性模型，系统研究了六种蓝绿景观破碎化类型（完整型、内部型、主导型、过渡型、斑块型和稀有型）对SUHII的影响机制。主要发现如下：（1）蓝绿景观覆盖率为54.64%，但核心区域的破碎化程度较高（斑块型+过渡型=74.93%）；（2）SUHII存在空间梯度（核心区域 > 中间区域 > 扩展区域），夜间值相对稳定，夏季白天强度显著增强；（3）稀有型、斑块型和过渡型与SUHII呈正相关（r = 0.13 ~ 0.60），而主导型、内部型和完整型则呈负相关（r = –0.03 ~ –0.15）；当完整型/内部型覆盖率达到40%以上时，其降温效果会非线性增强；相反，较高的斑块型/稀有型比例会加剧SUHII；（4）斑块型对日变化SUHII的贡献最大（白天：56.47%；夜间：51.59%）。核心区域和中间区域以高度破碎化的景观为主（稀有型+斑块型 > 68.45%），而过渡型则影响了扩展区域。本研究揭示了蓝绿景观破碎化对SUHI的影响机制，为通过景观优化缓解城市热岛提供了理论依据。

引言

近几十年来，全球城市化进程加快，导致土地覆盖发生显著变化，从而引发了城市热岛（UHI）效应（Chen等人，2006；Liu等人，2025；Liu等人，2022；Seto和Shepherd，2009；Singh等人，2017；Venter等人，2021）。城市热岛对城市地区的生态环境质量有负面影响（Heaviside等人，2017；Mallick等人，2024；Mirzaei和Haghighat，2010）。此外，城市热岛还会通过改变局部气候模式加剧极端高温事件，从而增加公共卫生风险（Curriero等人，2002；Emmanuel和Fernando，2007；Haghighat和Mirzaei，2011；Wang等人，2025；Zhan等人，2025）。因此，制定基于科学的城市热岛缓解策略对于提升城市气候韧性至关重要，也是实现可持续发展目标11（SDG-11）的关键途径（Kumar等人，2024；Meftahi等人，2022）。

利用卫星遥感获取的地表温度（LST）数据，地表城市热岛（SUHI）研究取得了重要进展（Zhou等人，2019）。大量研究表明，城市蓝绿景观（BGL）系统（包括河流、湖泊、湿地等水体以及城市公园、花园、草坪和农田等植被区域）通过蒸发蒸腾、降温和表面遮荫等生态过程在缓解SUHI方面发挥着关键作用（Almaaitah等人，2021；Budzik等人，2025；Demuzere等人，2014；Gunawardena等人，2017；Sung，2013）。近年来，对蓝绿景观降温机制的理解从最初关注单一因素（如植被覆盖或水体面积）发展为更全面和多维度的研究，涵盖空间形态、有效尺度及相互作用。这一进展体现在三个方面：（1）空间形态特征的精细化描述（Fan等人，2015；Wang等人，2024），研究内容从基本面积指标扩展到斑块形状复杂性、边缘密度和空间配置；（2）距离阈值效应的定量分析（Quan等人，2023；Yang等人，2020；Yu等人，2020），这些研究揭示了蓝绿景观降温强度随距离增加而减弱的现象，这对于定义蓝绿基础设施的有效服务半径和空间规划至关重要；（3）蓝绿元素间协同效应的系统探索，重点研究不同组合产生的互补降温效果（Xue等人，2022；Zhou等人，2023）。研究表明，复合蓝绿景观配置通常比单一景观组件具有更强的降温效果，例如水体宽度与协同降温范围之间的正相关关系（Jiang等人，2021）。这些研究共同建立了将景观结构与热响应联系起来的通用原则，为基于自然的SUHI缓解方案提供了理论基础。

然而，城市化带来的高强度城市开发显著加剧了地表异质性，破坏了蓝绿景观的完整性及其降温效果。例如，城市扩张过程中建成区的不连续扩展（Irwin和Bockstael，2007；Jiang等人，2024；Nagendra等人，2004）、密集交通网络对生态空间的物理分割和屏障效应（Huang等人，2021；Karlson和Mörtberg，2015；Liu等人，2014；Serrano等人，2002），以及土地利用的斑块化和分散化（Liu等人，2020；Liu等人，2017；Torres Mallma和Torres Mallma，2024）。这些过程将原本连续和完整的蓝绿景观分割成孤立和分散的斑块。现有研究表明，这种破碎化直接降低了景观连通性，破坏了生态过程的完整性，从而削弱了蓝绿景观调节城市热环境的能力（Li等人，2017；Liu等人，2017；Patile和Ghuge，2024；Peng等人，2022；Peng等人，2016；Pramanik和Punia，2019）。

尽管蓝绿景观破碎化的不利影响已得到初步认识，但目前研究在阐明其与SUHII之间的作用机制方面仍存在局限性。现有研究主要关注涉及面积或几种宏观形态指标的静态相关性，缺乏对SUHII与景观特征之间动态响应关系的深入探讨。同时，大多数研究依赖于年度或年内日变化的LST或SUHII数据，这往往掩盖了破碎化对日变化和夜间热环境的差异性影响。因此，蓝绿景观破碎化对SUHII的异质调节机制在日变化周期中的表现仍不够清晰（Islam等人，2024；Yang等人，2020；Zhou等人，2023）。这一限制严重影响了气候适应性城市规划的精确性和有效性。

鉴于这些不足，本研究具体探讨了以下科学问题：（1）城市蓝绿景观空间的破碎化模式如何影响不同区域的SUHII，这些影响在白天和夜晚以及年内不同时间尺度上是否存在显著差异？（2）在给定的蓝绿景观覆盖条件下，是否存在导致城市降温突然变化的非线性阈值，这些调节机制在日变化和季节性尺度上是否存在差异？（3）不同类型的蓝绿景观破碎化对白天和夜晚的SUHII贡献有何不同？

本研究利用高分辨率土地覆盖数据（ESA WorldCover 2020）和2016至2020年的SUHII数据来回答这些问题。选择昆明作为研究区域，该城市具有生态脆弱性和典型的城市发展挑战。本研究系统分析了蓝绿景观破碎化对日变化和夜间SUHII变化的影响及其机制，旨在为高原城市的可持续发展提供指导。

研究区域

昆明（北纬24°23′-26°33′，东经102°10′-103°40′）位于中国西南部的云南省中部（图1a），是云南-贵州高原上典型的湖泊流域城市。过去二十年，昆明经历了快速城市化，常住人口从2000年的480万增加到2020年的846万，建成区面积扩大了一倍多。高强度的土地开发对土地覆盖产生了显著影响。

蓝绿景观破碎化

昆明市的蓝绿景观覆盖面积为582.78平方公里，占整个研究区域的54.64%（图3a）。覆盖分布呈现明显空间梯度：核心区域的覆盖率最低（29.17%），其次是中间区域（49.08%），扩展区域的覆盖率为70.62%（图3b）。这表明随着城市扩张强度的增加，蓝绿景观覆盖率从外围向中心逐渐降低。

就蓝绿景观破碎化类型而言，主导型（覆盖比例≥60%）

蓝绿景观破碎化类型对SUHI效应的影响

高度破碎化的景观（即稀有型、斑块型和过渡型）与SUHII呈显著正相关，这与近期研究结果一致（Peng等人，2016；Li等人，2025），证实蓝绿景观破碎化是加剧城市热环境的因素。相比之下，连续型景观（即完整型、内部型和主导型）具有明显的降温效果，这一结论也得到了先前研究的支持。

结论

以往的研究主要关注蓝绿景观的形态特征（如面积和形状）与地表温度（LST）之间的关系。然而，很少有研究探讨其破碎化程度对SUHI效应的影响。为此，我们以高原城市昆明为例，结合高分辨率土地覆盖数据和SUHII数据，研究了蓝绿景观破碎化类型对SUHI的影响及其非线性调节机制。主要发现如下：

数据可用性

数据可应要求提供。

未引用参考文献

Grömping, 2007; Li等人，2025; Wood, 2011

CRediT作者贡献声明

李佳曦：撰写——初稿、软件开发、方法论设计。刘子涵：撰写——审稿与编辑。邵振峰：撰写——审稿与编辑。傅慧艳：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42101322；项目编号42201337）和云南省基础研究项目（项目编号202301AT070226；202401AT070461）的支持。同时，我们也感谢云南省星电人才支持项目的资金支持。