城市自然通过提供各种生态系统服务直接或间接影响人群的生理和心理健康,在创造健康的生活环境方面起着至关重要的作用,从生态系统服务角度探究自然环境与健康的关系已成为当前的重要议题.为全面了解城市自然与人群健康的研究现状,以Web of Science TM核心合集和CNKI为数据源,依托CiteSpace对2003-2023年间国内外城市自然与人群健康效应及其相关概念进行可视化分析,发现研究呈以下特点:(1)国内外相关文献数量总体呈现上升态势;(2)国外该领域研究机构分布较为紧密,合作强度也较高,我国科研机构和学科间的研究协作有待进一步加强;(3)对主要关键词进行聚类分析,发现研究重点集中在城市自然与心理健康、城市热岛、生态系统服务以及自然可达性等方面;(4)近三年突现词统计分析表明未来我国的研究重点将从以往探讨城市自然的健康影响结果转至城市绿地等自然空间对健康的促进机理上.在此基础上根据健康受益方式,从生态系统服务视角将城市自然促进人群健康效应的路径分为直接路径(生态调节服务、生态支持服务)和间接路径(生态文化服务),并从使用机会、使用动机和易用性三方面分析自然使用这一中介因素的调节机制.城市自然在城市规划与风景园林设计等方面作用显著,其健康促进功能的相关成果将为城市可持续发展与健康的人居环境建设提供理论基础和多学科视角的科学依据.

城市气候与人居环境交互影响.局地气候分区(Local Climate Zone,LCZ)推动了城市形态刻画与气候演变规律探索,为城市气候与人居环境研究提供了统一框架.学术界对其研究大多聚焦在城市热环境和气候风险方面,正在向多要素气候模拟和考虑社会经济因素方向发展.审查了主题、方法和主要结论,发现"局地气候分区"、"城市热岛"、"地表温度"、"管理"和"社区"出现频率最高.采用文献计量和专题分析方法,梳理并总结了 2012-2023 年 6 月LCZ城市气候与人居环境研究在LCZ制图、相互作用和适应性策略三方面的进展,并展望了未来的研究重点.结果表明,① 全球已在超过 280 座城市开展了LCZ研究,LCZ全球数据集的推广扩大了研究尺度且丰富了研究内容;② 大多研究分析了风热环境为主的气候要素在局地尺度上的时空特征,探讨产生异质性的原因及其对人居环境的作用机理,揭示了城市蓝绿空间对于优化冷却效果、防范和治理热源等缓解性策略的重要性.其中自 2018 年起LCZ热环境研究向多元化发展,研究区域开始出现大都市圈或城市群;③ LCZ能够辅助识别人居环境中高度暴露和脆弱的地区,近年来的研究趋向于在气候/生态风险评估中寻找适应性策略,且更加关注易感人群和低收入者.综述将有利于LCZ框架下城市气候与人居环境研究现状和发展趋势的宏观把握,为后续研究提供思路.

热环境是城市生态系统最为关键的大气环境要素之一,开展城市热环境研究的前提是在时空维度上获取足量的热环境参数.利用先进的物联网技术构建了在线式热环境监测设备,收集 2022 年 10 月 16 日至 24 日广州大学校园气温、风速、太阳辐射和地面温度四种热环境参数,分析小尺度下城市热环境的时空变化特征.研究结果表明:1)不同测点之间的风速特征具有一定的相关性,极个别测点的风速特征与其它测点相关性仅在 0.5 左右,显示其小气候的独特性;2)不同测点风速和热岛强度变化时空差异明显,即使距离靠近的测点,受邻近建筑和植被特征的影响热环境特征会有所差异,各测点的日间风速大,热岛强度较为明显,夜间风速较小,热岛强度较弱;3)地面温度与气温的相关性达 0.8 左右,这种相关性在夜间表现更为密切,并且这种关系受风速的影响不大.研究结果反映了城市热环境参数在小尺度上的高度异质性,并揭示了物联网技术在城市热环境监测领域的可行性、便捷性和高效性.

建设城市生态绿楔,发挥其冷岛与通风降温作用以有效减缓热岛效应,是提升城市适应气候变化能力的重要抓手.对生态绿楔的保育情况及其冷岛效应开展动态化监测与周期性评估,是保障其热岛减缓效益的关键手段.本研究基于多源遥感数据,利用马尔可夫转移矩阵、土地利用动态度、土地利用程度综合指数等方法对2013、2020年武汉市六大生态绿楔的土地利用变化情况进行系统分析,并对生态绿楔的地表温度及其冷岛效应变化特征展开评估.结果表明:2013-2020年,武汉市生态绿楔存在大量生态用地被建设用地侵占的情况,其中,水域面积下降最大.随着生态绿楔持续被侵蚀,六大绿楔地表温度均呈现上升趋势,同时,生态绿楔的冷岛效应也呈现减弱趋势.六大绿楔中,大东湖、汤逊湖和武湖生态保育程度较好,土地利用变化速度较慢、整体开发程度较低;青菱湖、后官湖保育程度一般;受武汉市西进政策影响,府河建设开发强度较高,水域占比下降程度(7.1％)、升温幅度(3.00℃)及冷岛效应影响距离缩减(210 m)均为六大绿楔中最高.研究结果可为面向热岛减缓的武汉市生态绿楔专项规划制定与管理等提供科学依据.

遥感技术能够客观、定量地评价地表城市热岛强度的时空变化,分析城市热岛的影响因素,为城市生态建设提供有效的科学参考.本研究基于GEE(Google Earth Engine)平台,以长时间序列的MODIS卫星资料为基础数据源,使用城乡二分法估算长江经济带2003-2019年的城市地表热岛强度,再利用城市热场变异指数评价生态环境,并利用地理探测器进行城市热岛成因分析.结果表明:长江经济带5个城市群2003-2019年全年平均气温为22.78 ℃,白天为23.91℃,夜间为7.59 ℃,平均温度整体上均呈上升趋势,分别为0.02、0.02和0.006 ℃·a-1.长江经济带5个城市群17年无热岛占比最高,弱热岛和弱冷岛占比次之,强热岛占比最少,且城市热岛全年、白天和夜间都呈现下降趋势.长江经济带整体的生态评价为优.地理探测器因子探测表明,DEM、土地覆盖类型、03是长三角城市群热岛效应的主控因子;蒸散发量、紫外线气溶胶吸收指数、人口密度是长江中游城市群热岛效应的主控因子;归一化植被指数、夜间灯光指数、土地覆盖类型是成渝城市群热岛效应的主控因子;归一化植被指数、DEM、CO是黔中城市群热岛效应的主控因子;蒸散发量、03、NDVI是滇中城市群热岛效应的主控因子.

维持良好的自然通风环境,是实现城市高品质生态环境的重要保证.统筹总体规划和地块城市设计层面,建立了基于通风路径与通风潜力、城市热岛和绿源、规划方案风环境和热环境评估的新区通风廊道规划方法,应用于河北雄安新区,提出了通风廊道规划策略.结果表明:(1)新区层面,以西南—东北向为主要通风路径,依托规划绿地、水体及开敞空间等,构建 6 条宽度 500 m以上的一级通风廊道,连通白洋淀气候补偿空间与起步区作用空间,提升新区整体通风能力;(2)新区起步区层面,结合其规划空间布局方案和所形成的高通风潜力带状空间,构建 17 条宽度 100 m以上的二级通风廊道,促进起步区内空气流通、城—淀间气流微循环、缓解城市热岛;(3)新区规划地块的建筑高度和密度宜分别控制在 45 m和 20%以内,白洋淀北岸和起步区南部地块则分别为 20 m和 15%以内,地块内不宜形成封闭的围合空间,建筑高度总体宜南低北高布局;(4)从城市总体空间形态、城市建筑空间形态和清洁空气源三方面,制定了有利于通风环境的城市空间形态设计指引,与通风廊道协同提升通风环境.

为探求山地新开发区城市化进程中的土地利用/覆被变化对地表温度的影响,利用遥感手段对重庆市悦来新城的历史影像进行解译,获取了研究区城市化前、中、后3期的土地利用类型、归一化植被指数(NDVI)及陆地表面温度(LST)的空间分布,并分析了土地利用类型变化和各土地利用类型的NDVI变化对LST的影响.结果表明:城市化进程中的居民组合用地大量扩张,占用的主要是农田,其次是林地;总体上,城市化后比城市化前的植被长势好,其中农田、林地的植被覆盖呈增加趋势,居民组合用地的植被覆盖呈大幅降低趋势;LST在各土地利用类型和区域空间上具有明显的异质性,同时对城市化过程具有一定的敏感性,在夏冬两季表现更明显;LST与各土地利用面积呈显著线性相关;LST与NDVI呈不显著线性关系,二者的空间关系形状在3个时期均呈"三角形",植被覆盖具有缓解热岛效应的作用.该研究结果可为山地新开发区城市化进程中的生态规划及热岛效应缓解提供理论依据.

城市热岛效应严重影响城市居民的日常生活和健康,而城市绿地被认为是缓解城市热岛效应、降低夏季城市地表温度的有效途径.本研究选定关中平原城市群的天水、西安、运城3市主城区为研究区,基于2021年7-8月的MODIS、Landsat 8和Sentinel-2数据反演地表温度、提取绿地信息,运用GIS空间分析、景观生态学和统计分析方法,探讨了绿地斑块的面积、形状特征及景观格局指数对降温效果的影响.结果表明:在不同城市化水平和不同尺度下,绿地斑块均有稳定降温效果;且随着城市化水平提高,相同绿地斑块的降温效果增强;相较于零散破碎、形状复杂的小面积绿地,连续集中、形状规则的大面积绿地有更好的降温效果,绿地面积达到10 hm2或面积周长比增加到3后,随着绿地面积增加、形状趋于规则,降温效果增强幅度变小.研究结果可为不同城市化水平区域的绿地规划提供科学依据.

垂直绿化系统是促进建筑节能减排和缓解城市热岛效应的可持续方案,也是实现城市生态建设的重要途径之一.本文系统归纳了垂直绿化系统热效应的4个主要的影响机理,即遮阳作用、蒸散作用、隔热作用和控风作用,阐明垂直绿化对建筑降温节能的影响,并分析垂直绿化对植物冠层和周围空气的降温效应以及对缓解热岛效应的影响.最后,基于已有的垂直绿化热效应研究,提出未来垂直绿化研究的重点方向,旨在加快绿色城市建设的进程和实现碳中和目标.

城市化进程带来经济社会快速发展的同时,也造成资源环境耗损和生态系统退化,对区域生态系统长久稳定产生威胁,针对性构建区域生态网络对缓解城市化的负面生态影响,提升区域生态安全水平具有重要意义.通过解析不同情形生态网络构建目标,以及高强度城市化地区生态需求和生态网络构建要点,基于尺度嵌套与复合功能视角,以江苏省江阴市为例,与环太湖地区和无锡市形成尺度嵌套生态网络,统筹考虑热岛效应、雨洪调节及景观游憩服务供给构建复合功能生态网络,形成高强度城市化地区生态网络体系.研究结果表明:(1)在尺度嵌套生态网络方面,江阴市核心生态源地共4 个,保育生态源地共26 个,两类生态源地总面积占比 4.76%,大多分布于江阴市北部和中部;完全位于江阴市范围内的基础生态廊道共 39 条,通过与江阴市外部生态源地形成内外联结的无锡-江阴生态廊道共 11 条,环太湖-江阴生态廊道共 3 条,生态廊道总体分布均匀;(2)在复合功能生态网络方面,江阴市共有 11 个复合功能生态源地,总面积 4755.31hm2,占市域面积的 4.78%,主要分布于北部长江沿线以及中部的定山、花山;兼具复合功能的功能型生态战略点共 88 个;所提取的三类单一生态功能网络要素包括,热缓解生态源地 31 个,热缓解生态廊道 51 条,雨洪调节生态源地 26 个,雨洪调节生态廊道 52 条,游憩资源点 56 个,景观游憩廊道 85 条;(3)依托由尺度嵌套生态网络和复合功能生态网络构成的生态网络体系,建议江阴市采取包含保护建设、管控维护以及联动修复等多方面的生态保护修复措施.研究工作为高强度城市化地区进行差异化生态网络构建提供了思路,可为相关地区开展国土空间生态修复工作借鉴参考.