摘要
极端城市热浪对行人安全及可持续城市出行构成日益严重的威胁，尤其在依赖公共交通的城市中尤为突出。作为步行基础设施的重要组成部分，地下步行系统（UPS）在城市高温事件期间为乘客提供热避难所和替代路径。然而，其对气候适应能力的贡献尚未充分研究。本研究构建了一个行为整合框架，以量化UPS在复杂气候条件下缓解行人热暴露的表现。以日本福冈天神为案例，整合了十年的气象数据、基于全景图像的太阳暴露分析和行人流量数据，以估算不同热应激条件下行人的可能路径选择，并评估UPS的风险缓解效果。提出了两个性能指标：空间时间覆盖指数（STCI）和暴露缓解指数（EMI），分别用于表示UPS的时间响应能力和累计暴露减少效果。结果表明，UPS在缓解极端高温暴露方面具有显著效果，并在不同时间尺度下表现出动态变化。相关分析显示，UPS的动态缓解效应受热浪强度、城市形态及用户出行需求模式影响。STCI与EMI呈相关关系，但其对应不同热风险情景和出行需求水平时关系并非单线性模式。研究还建立了经验模型，可在未来气候变化情景下快速估算EMI，结果显示，在湿球黑球温度（WBGT）升高1.5–3.0单位的预测下，EMI显著增加，凸显UPS在气候适应中的作用。这些研究成果为地下基础设施的气候适应性设计、运营管理及政策评估提供了方法工具与参考。
论文解读
随着全球气候变化的持续影响，城市极端热浪的发生频率和强度显著增加，对高密度城市居民的健康及出行安全构成严重威胁。尤其是在依赖公共交通的东亚大城市，高温天气期间的出行增加了中暑及热衰竭风险，同时抑制公共交通使用，可能促使居民转向私人车辆，加剧温室气体排放和城市热岛效应。现有研究主要集中于户外步行路径的热环境特性及遮阳设施的缓解作用，而对半室内或地下路径在减少行人太阳辐射和高温暴露方面的贡献研究仍有限。在三维城市空间发展的背景下，地下步行系统（UPS）逐渐成为重要基础设施，通过多层次步行网络连接公共交通站点与周边居住、商业及服务设施，为日常出行提供避难空间，并在极端气候事件中发挥气候适应作用。然而，现有量化指标主要关注社会、环境、经济及基础设施维度，对理解极端热条件下行人暴露及路径选择的热、行为及空间时间维度尚未充分考虑，UPS在长期气候适应中的可持续性尚缺乏系统评估框架。
针对上述问题，研究人员以日本福冈市天神地区典型地铁站区域的UPS为研究对象，构建了整合气候动态、城市形态特征和行人行为模式的模拟框架，旨在量化UPS在夏季缓解热暴露风险的效能。研究使用了2015至2024年的气象数据和行人流量数据，结合全景图像分析，建立了行人在不同热风险情景下的可能路径选择模型，并提出空间时间覆盖指数（STCI）与暴露缓解指数（EMI）两类性能指标，用于评估UPS的时间响应能力和累计暴露减少效果。研究结果显示UPS能够显著降低行人在地面街道的热暴露，并表现出随热浪强度、城市形态及出行需求模式变化的动态缓解效应。STCI与EMI指标存在相关性，但在不同热风险和出行需求水平下呈非单线性关系。进一步，通过经验模型可快速预测未来气候情景下UPS的暴露缓解能力，结果表明在湿球黑球温度（WBGT）升高1.5–3.0单位的情况下，EMI明显提升，强调UPS在城市气候适应中的作用。
在方法上，研究人员主要采用了行为整合的模拟框架，包括气象数据分析、基于全景图的太阳暴露评估以及行人流量数据建模，以捕捉行人路径选择与热暴露的动态交互。同时，构建时间序列指标（STCI和EMI）以量化UPS的系统性能，并利用经验模型进行未来情景预测。
研究结果分主题呈现如下：
**UPS在缓解城市热暴露风险中的作用**：地下空间的空气温度相较地面更稳定，即使未使用机械制冷，其热惯性和土壤隔热特性提供天然热缓冲，为行人提供安全路径。UPS屏蔽了直接太阳辐射，使行人在极端高温下获得热舒适保护。
**研究区域与时期**：以日本福冈市天神区为研究区域，夏季（7月至9月）为分析重点，整合JMA 1991–2020年气象数据，考虑台风及高湿度天气影响。
**STCI与EMI的时间分布**：通过三维时空框架的点云可视化，揭示UPS在不同小时、日及年份下的动态响应特征。颜色和点半径反映STCI和EMI的大小，表明UPS缓解能力随时间变化。
**STCI与EMI的相关性**：分析显示两指标在不同热风险等级下呈多聚类线性趋势，上下界斜率显著不同，体现UPS缓解效果的非均质性。
讨论部分指出，UPS作为城市气候适应性基础设施，在缓解热暴露和保障行人安全方面具有重要价值。研究提供了定量评估工具，为地下基础设施规划、热风险治理和城市可持续发展决策提供支持。结论强调，UPS在未来气候变化下仍具显著的热暴露缓解潜力，其设计和运营需结合城市形态、热浪强度及行人出行模式，实现动态适应性管理。
