一种用于城市温度研究的新的基于城市功能区的城市气候分类系统

城市热岛效应是城市环境与生态研究比较热门的话题。目前已经有大量的研究从不同尺度，不同视角进行了诸如城市热岛效应强度、时空格局、驱动因子及缓解策略等研究。但是在这些研究背后有一个最基本的问题，即城市热岛的定义依然存在很大的争议，由于对这一基本问题缺乏深入的认知，导致大量研究具有不可比且结论不可信的问题。

众所周知，在对城市热岛定义中有一个最经典也是适用最广泛的定义，简单的表述就是：城市热岛（UHI）是城乡之间的温度差（UR）。这一分类为研究人员和决策者提供了一个简单直观的框架，以区分城市和乡村对当地气候的影响。但是，经典的UR分类最近遭受了严峻挑战。例如，Stewart和Oke提出，虽然城市和乡村的定义可能令人想起对城市与乡村的想象，但作为科学分析却是模糊不清的。他们也发现超过四分之三的观测性UHI文献没有给出所用气象观测站站点的局部或微观特征，并且很少报告必要的站点元数据以量化或以其他方式阐明哪些是“城市”哪些是“农村”。他们还提到，城乡关系是一个动态和连续的过程，而不是二分法，而城乡之间的空间划分通常是人为的。因此，他们提出了一种新的分类方案（local climate zone，LCZ），以促进一致且与气候学相关的研究和分类,该方案包括17个标准类别。尽管LCZ弥补了UR分类的不足，但它也有很多局限性，例如难以应用于土地用途复杂的城市（如雅加达，孟买，马尼拉）和城市群。例如，Ren等（2016）通过LCZ模式研究了中国的两个大城市武汉和杭州，他们发现LCZ分布与实际情况不符。他们还指出：“现有的LCZ分类方案是根据欧美城市的经验和观察制定的。描述中国城市的土地特征可能还不够。”这些陈述清楚地证明了LCZ模式的局限性。

更重要的是，随着城镇化的发展，城市群已经成为城市发展最新的空间表现形式。城市土地利用已经愈发复杂多样，城市功能区也成为城市规划与管理的基本单元之一，同时由社会经济活动所引起的人为热排放已经成为城市热岛重要的因子之一（过去的研究没有将这一因素很好的考虑进来）。

因此，基于以上原因，本研究结合遥感与社会感知（social sensing）相关模型与方法首先构建了一种新的提取城市功能区的方法，其次基于此提出了基于城市功能区的城市气候去划分框架（UFZC），并系统的分析了UFZC与之前的LCZ及UR分类系统在理论、技术与实践上的优势。

本研究也以北京为例进行了基于本框架的案例分析，将北京市分类11中基于UFZC框架的城市气候区。

随后用2015年夏季LANDSAT影像反演的地表温度（LST）绘制了北京市基于UFZC框架的热岛分布图，并初步分析并发现社会经济活动，即商业区与工业区是热岛效应最显著的地区，因此提出缓解北京热岛效应需尽可能的控制这些区域的热源排放。

准确定义和识别UHI是缓解UHI影响的重要步骤。在这项研究中，结合社会感测和遥感技术，我们开发了一个新的基于城市功能区（UFZC）的城市温度分区系统。通过对UHI先前定义（UR和LCZ）的比较（理论，技术和应用），我们认为UFZC框架可以获得更为详细物理以及非物理（人类活动）信息，因此可以成为城市温度研究的更好分类系统。我们认为UFZC系统是一个与城市功能区相关的基于社会感知为基础，以城市规划与管理导向和数据驱动的分类系统。我们认为这项研究的更重要的价值在于，我们可以将此方法和UFZC分类系统应用于其他城市，以准确确定基于UFZC系统的的热岛强度。

作者简介：

余兆武，博士，研究员，现就职于复旦大学环境科学与工程系。主要研究城市生态、城市化及环境健康效应、城市气候与适应性规划。Email: zhaowu_yu@fudan.edu.cn