劉慧民 馬箏悅 李 淼 何寶杰 LIU Huimin, MA Zhengyue, LI Miao, HE Baojie

0 引言

城市化過(guò)程改變了建成區(qū)的下墊面性質(zhì)，高密度的建設(shè)與人口的集聚進(jìn)一步阻礙了城市通風(fēng)、增加了人為排熱，導(dǎo)致城市普遍出現(xiàn)了溫度明顯高于郊區(qū)的熱島效應(yīng)[1-2]。在全球氣候變化的背景下，熱島效應(yīng)疊加極端高溫?zé)崂私o城市居民健康與能源負(fù)荷造成了巨大威脅[3-4]。因此，如何減緩熱島效應(yīng)并降低相關(guān)氣候風(fēng)險(xiǎn)，已成為新時(shí)代城市高質(zhì)量發(fā)展必須面對(duì)的重要挑戰(zhàn)。目前，熱島效應(yīng)減緩已被明確列為多個(gè)城市高質(zhì)量建設(shè)目標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比如，《綠色生態(tài)城區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》與《健康城區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》要求合理控制城區(qū)的熱島強(qiáng)度[5-6]，《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》更是直接將熱島減緩作為海綿城市建設(shè)成效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一[7]。

城市體檢評(píng)估作為引導(dǎo)我國(guó)城市高質(zhì)量發(fā)展的重要制度創(chuàng)新，是科學(xué)診斷與精準(zhǔn)治理城市熱島問(wèn)題的重要抓手。城市體檢評(píng)估，通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析并評(píng)價(jià)城市發(fā)展現(xiàn)狀，及時(shí)揭示城市空間治理中存在的問(wèn)題與短板，可為“城市病”的針對(duì)性治理提供決策支撐[8-9]。2022年，由生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等17部門(mén)聯(lián)合印發(fā)的《國(guó)家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略2035》中，明確提出了要強(qiáng)化城市氣候風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立健全“一年一體檢、五年一評(píng)估”的城市體檢評(píng)估制度[10]，為熱島效應(yīng)的精準(zhǔn)應(yīng)對(duì)提供了新思路?；诔鞘畜w檢評(píng)估“掌握病情—識(shí)別病變—開(kāi)出藥方”的常態(tài)化與周期性工作模式，可以精準(zhǔn)識(shí)別建成區(qū)內(nèi)熱島問(wèn)題嚴(yán)重及熱暴露風(fēng)險(xiǎn)高的區(qū)域，掌握這些區(qū)域及其他重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域熱島強(qiáng)度在相關(guān)規(guī)劃建設(shè)實(shí)踐下的變化特征，并統(tǒng)籌城市規(guī)劃建設(shè)管理來(lái)系統(tǒng)協(xié)同、因地制宜地開(kāi)展空間治理，從而將熱島減緩的需求與目標(biāo)深度融入國(guó)土空間規(guī)劃體系。

城市體檢評(píng)估的全局化、常態(tài)化特征，對(duì)城市熱環(huán)境在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)方面提出了可獲取性高與空間覆蓋全的要求?；谛l(wèi)星遙感獲取的地表溫度數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)的氣象站點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)而言，具備獲取成本低、覆蓋范圍廣、空間分辨率高以及空間連續(xù)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)[10-12]，在熱島效應(yīng)的監(jiān)測(cè)與評(píng)估方面得到了廣泛應(yīng)用[13-15]，可作為熱島效應(yīng)體檢評(píng)估的重要數(shù)據(jù)支撐。地表溫度數(shù)據(jù)的這些特性，使得我們可以針對(duì)整個(gè)建成區(qū)開(kāi)展全面、系統(tǒng)的體檢評(píng)估，并基于多尺度的差異化分析來(lái)提高熱島問(wèn)題嚴(yán)重區(qū)域及其成因識(shí)別的精細(xì)化水平[16]。

深刻認(rèn)識(shí)熱島效應(yīng)時(shí)序變化的復(fù)雜機(jī)理，是提升體檢評(píng)估科學(xué)性與規(guī)劃決策精準(zhǔn)性的關(guān)鍵基礎(chǔ)。受到城市化與多尺度氣候變化之間復(fù)雜交互作用的影響，城市氣候變化在時(shí)間上呈現(xiàn)出了高度的動(dòng)態(tài)性與不確定性[1,17]，導(dǎo)致不同年份獲取的熱島強(qiáng)度數(shù)據(jù)不具備直接的可比性。然而，這種復(fù)雜時(shí)序變化機(jī)理對(duì)城市規(guī)劃工作者形成的知識(shí)壁壘，導(dǎo)致多地的熱島效應(yīng)體檢評(píng)估實(shí)踐均在未經(jīng)嚴(yán)格數(shù)據(jù)篩選與處理的前提下，對(duì)不同年份的熱島強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行了直接的對(duì)比[18]，嚴(yán)重影響了相關(guān)規(guī)劃決策的質(zhì)量。此外，在城市發(fā)展的同時(shí)，鄉(xiāng)村地區(qū)的溫度在人類(lèi)活動(dòng)（如開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)、植樹(shù)造林等）的干預(yù)下也在不斷變化[2,19-20]，這也會(huì)直接影響熱島強(qiáng)度計(jì)算的準(zhǔn)確度，進(jìn)而影響時(shí)序評(píng)估的精準(zhǔn)性。因此，亟需優(yōu)化熱島強(qiáng)度相關(guān)數(shù)據(jù)篩選與處理的流程與方法，最大程度控制氣候、鄉(xiāng)村等城市外部要素的干擾，加強(qiáng)不同年份數(shù)據(jù)之間的可比性，提升熱島效應(yīng)體檢評(píng)估的精準(zhǔn)度。

武漢是曾經(jīng)的“四大火爐”之一，也是我國(guó)氣候適應(yīng)型城市建設(shè)的首批試點(diǎn)之一[21]，亟需依托體檢評(píng)估制度來(lái)優(yōu)化其熱島問(wèn)題空間治理的路徑。為減緩熱島效應(yīng)并提升武漢市的宜居水平，武漢市當(dāng)?shù)卣岢隽硕鄠€(gè)層面的規(guī)劃應(yīng)對(duì)策略并積極開(kāi)展實(shí)踐。比如，宏觀層面，基于六大綠楔構(gòu)建城市通風(fēng)廊道，將郊區(qū)的涼風(fēng)引入城內(nèi)[22]；中觀層面，推進(jìn)城市慢行系統(tǒng)的綠色景觀建設(shè)，在公路、街道、環(huán)線等排熱集中區(qū)域增加綠化[23]；微觀層面，在道路、居住區(qū)、公園等地設(shè)置海綿城市試點(diǎn)，調(diào)節(jié)城市微氣候[24]。然而，武漢市在熱島減緩策略實(shí)施與不合理城市建設(shè)的共同影響下，其建成區(qū)內(nèi)部的熱島強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出較大的空間差異性。本研究將基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開(kāi)展武漢市建成區(qū)多個(gè)尺度下的熱島效應(yīng)體檢評(píng)估工作，根據(jù)熱島強(qiáng)度與熱暴露風(fēng)險(xiǎn)的空間差異及其時(shí)序變化，評(píng)估相關(guān)熱島減緩策略的實(shí)施效果，并識(shí)別重點(diǎn)治理區(qū)域，引導(dǎo)未來(lái)的城市熱環(huán)境空間精準(zhǔn)治理。

1 研究區(qū)概況

武漢市是中國(guó)中部地區(qū)的特大城市，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季酷熱潮濕。2020年，武漢市建成區(qū)面積為1 217.85 km2，同比2016年擴(kuò)張70.66%；常住人口1 244.77 萬(wàn)人，與2016年相比增加15.62%[25-26]。特殊的地理環(huán)境與快速的城市擴(kuò)張導(dǎo)致武漢市熱島效應(yīng)顯著，亟需依托體檢評(píng)估制度，展開(kāi)精準(zhǔn)治理。本研究選用2020年武漢建成區(qū)作為研究區(qū)域，涵蓋了武漢市主城區(qū)與部分新城（圖1）。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig.1 the location of the study area

2 數(shù)據(jù)處理與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理與干擾控制

本研究所使用的多源數(shù)據(jù)包括：陸地衛(wèi)星8號(hào)（Landsat 8）遙感影像數(shù)據(jù)，來(lái)自于美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）（https://earthexplorer.usgs.gov/），其空間分辨率為30 m，用于反演得到地表溫度數(shù)據(jù)；全球人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來(lái)自全球人口數(shù)據(jù)（WorldPop）（https://www.worldpop.org/），其空間分辨率為100 m，用于表征研究區(qū)域的人口分布狀況；氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，來(lái)自美國(guó)國(guó)家氣候數(shù)據(jù)中心（NCDC）(ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/noaa/isd-lite/），包括氣溫、風(fēng)速、降水量等信息，用于表征不同數(shù)據(jù)采集日期的天氣狀況。

本研究將執(zhí)行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)篩選，以最大程度控制氣象氣候變化對(duì)熱島效應(yīng)精準(zhǔn)評(píng)估帶來(lái)的干擾。首先，在2010—2020年的11個(gè)年份中，2016年與2020年是美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）發(fā)布的2021年全球氣候報(bào)告中明確的全球地表溫度最高的年份[27]，宏觀氣候背景相似。因此，選擇這兩個(gè)年份的遙感影像進(jìn)行時(shí)序評(píng)估，可最大限度地降低宏觀氣候波動(dòng)帶來(lái)的影響，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的年際可比性。其次，根據(jù)武漢歷史氣象數(shù)據(jù)與已有研究成果[10,28]，7月和8月是武漢市最熱的月份，也是熱島效應(yīng)最顯著、對(duì)居民健康造成威脅最大的時(shí)間，選用該時(shí)間范圍的遙感影像最具典型代表性，可避免地表溫度季節(jié)性波動(dòng)給時(shí)序評(píng)估帶來(lái)的干擾。最后，結(jié)合氣象站點(diǎn)提供的空氣溫度、濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，篩選出良好穩(wěn)定天氣狀況下采集的影像，進(jìn)一步控制日際偶然氣象波動(dòng)的干擾。綜合以上考量，最終選取2016年7月23日與2020年8月3日采集的陸地衛(wèi)星8號(hào)（Landsat 8）影像，進(jìn)行輻射定標(biāo)、幾何校正、大氣校正、圖像裁剪等預(yù)處理，用于后續(xù)的體檢評(píng)估工作。

2.2 熱島強(qiáng)度計(jì)算

研究使用大氣校正法對(duì)遙感影像進(jìn)行反演[29]，得到地表溫度（Land Surface Temperature，LST），其計(jì)算公式如下：

式中，LST為地表溫度（單位：℃）；b10為同溫度下的黑體輻射亮度值（單位：W/(m2·sr)）。

考慮到城市地表溫度本身受多尺度氣候波動(dòng)的影響大，其絕對(duì)值的年際變化難以表征城市建設(shè)的實(shí)際影響，研究選用表征城鄉(xiāng)溫度差值的地表熱島強(qiáng)度（Surface Urban heat island Intensity, SUHII）來(lái)開(kāi)展體檢評(píng)估，其計(jì)算公式如下[30]：

式中，SUHIIi表示城市第i個(gè)像元的熱島強(qiáng)度（單位：℃），LSTUi表示城市第i個(gè)像元的實(shí)際地表溫度，LSTS表示鄉(xiāng)村參照區(qū)域的平均地表溫度。其中，鄉(xiāng)村參照區(qū)域的選擇也會(huì)影響熱島效應(yīng)體檢評(píng)估的精準(zhǔn)度[2]，比如，開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)會(huì)提高鄉(xiāng)村區(qū)域的溫度，導(dǎo)致熱島強(qiáng)度被低估；植樹(shù)造林會(huì)引起鄉(xiāng)村區(qū)域降溫，使熱島強(qiáng)度被高估。因此，為控制鄉(xiāng)村要素的干擾，選用武漢建成區(qū)外、夏季地表性質(zhì)穩(wěn)定的耕地與林地作為鄉(xiāng)村參照區(qū)域。

2.3 體檢評(píng)估框架與流程

本研究構(gòu)建了“干擾控制—變化診斷—風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估—規(guī)劃應(yīng)對(duì)”的熱島效應(yīng)體檢評(píng)估框架。其中，干擾控制主要體現(xiàn)在前期的數(shù)據(jù)選擇與預(yù)處理，后續(xù)的評(píng)估流程如下。

首先，基于圈層分析等手段評(píng)估武漢市熱島強(qiáng)度的空間分布與時(shí)序變化特征，從而識(shí)別局地?zé)釐u嚴(yán)重的區(qū)域。具體在圈層維度的分析中，基于ArcGIS“Feature to point”工具獲取研究區(qū)域的幾何中心，并將其作為圈層分析的中心點(diǎn)，使用圈層分析工具以500 m的間隔對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分層，并計(jì)算研究區(qū)各圈層的平均熱島強(qiáng)度，生成熱島的圈層分布圖，從而測(cè)度熱島的圈層空間格局特征[31]。

其次，基于人群在極端熱島區(qū)域的暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，生成熱暴露風(fēng)險(xiǎn)圖?；跓釐u分級(jí)與評(píng)估結(jié)果，分別識(shí)別出“極高熱島”與“高熱島”區(qū)域，以及在此基礎(chǔ)上在2016—2020期間熱島問(wèn)題進(jìn)一步惡化的區(qū)域，參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)實(shí)踐案例，將人口密度大于100人/km2的區(qū)域劃為人口密集區(qū)，并進(jìn)一步定位人口密集且快速增長(zhǎng)的地區(qū)[32-33]，最終得到需要優(yōu)先管控的熱脆弱性區(qū)域。

最后，基于已有的面向熱島減緩的研究成果與優(yōu)秀實(shí)踐，針對(duì)重點(diǎn)管控區(qū)域在熱環(huán)境建設(shè)方面存在的問(wèn)題，從不同層面（總體規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃、規(guī)劃管理）因地制宜地提出規(guī)劃建議。

3 武漢市熱島效應(yīng)體檢評(píng)估

3.1 基于像元的城市熱島效應(yīng)體檢評(píng)估

武漢市2016年與2020年熱島效應(yīng)的體檢評(píng)估結(jié)果顯示，兩個(gè)年份熱島強(qiáng)度呈現(xiàn)出較為相似的空間格局，但是2020年熱島的強(qiáng)度與空間范圍更大（圖2a）。針對(duì)2020年的體檢工作發(fā)現(xiàn)，武漢熱島強(qiáng)度呈現(xiàn)出“內(nèi)外雙高、局部集聚”的分布態(tài)勢(shì)，其中高值區(qū)域主要位于城市工業(yè)園區(qū)，如東北方向的武鋼工業(yè)園、西部的古田工業(yè)園、西南方向的沌口工業(yè)園以及南部的白沙工業(yè)園等。此外，武漢的老城區(qū)也呈現(xiàn)出較為顯著的熱島效應(yīng)，特別是漢口的老租界區(qū)與武昌的曇華林等高密度區(qū)域。2016—2020年的時(shí)序評(píng)估結(jié)果顯示（圖2b），武漢市面向熱島減緩的規(guī)劃舉措取得了初步成效，具體熱島減緩的區(qū)域主要分布在楊春湖片區(qū)及二環(huán)線以西，在武漢市推動(dòng)城市更新、棚戶區(qū)改造以及東湖綠心規(guī)劃等政策驅(qū)動(dòng)下，區(qū)域內(nèi)原有高密度老舊小區(qū)更新改造成了綠色宜居的商務(wù)區(qū)[34-35]。而熱島惡化的區(qū)域主要分布在三環(huán)線附近的工業(yè)園及快速擴(kuò)張的建成區(qū)外圍，尤其是南部與西北方向。

圖2 武漢市2016、2020年局地?zé)釐u強(qiáng)度空間分布及其時(shí)序變化圖Fig.2 the spatial distribution of the local heat island intensity in Wuhan in 2016 and 2020,and the corresponding temporal variation

考慮到武漢市2016年與2020年的熱島強(qiáng)度沿環(huán)線呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，因此，借助圈層分析進(jìn)一步刻畫(huà)熱島強(qiáng)度的空間格局并開(kāi)展相應(yīng)的時(shí)序評(píng)估。研究區(qū)共劃分53個(gè)圈層，按各圈層到幾何中心的距離，將研究區(qū)域分為內(nèi)環(huán)（0—8 000 m）、中環(huán)（8 000—13 000 m）、外環(huán)（13 000—26 500 m），并將熱島強(qiáng)度按照均值—標(biāo)準(zhǔn)差法[36]分為3級(jí)，其中，分級(jí)越大，表示熱島強(qiáng)度越高。

武漢市2016年與2020年圈層維度的體檢結(jié)果顯示（圖3a），兩個(gè)年份的熱島強(qiáng)度均呈現(xiàn)出“內(nèi)外雙高，中間塌陷”的“U”型圈層式分布。內(nèi)環(huán)與外環(huán)多為3級(jí)熱島，熱島強(qiáng)度較高，中環(huán)1級(jí)與2級(jí)熱島交替出現(xiàn)，熱島強(qiáng)度較低。這與武漢市特殊的地理環(huán)境有一定關(guān)系，中環(huán)內(nèi)存在多個(gè)大型湖泊，“大江大湖”的生態(tài)格局抑制了熱島的貼近式蔓延，使城市的熱量無(wú)法在大尺度范圍內(nèi)持續(xù)堆積，因此圈層分析顯示熱島強(qiáng)度在內(nèi)環(huán)外圍開(kāi)始衰減，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的“U”型結(jié)構(gòu)。圈層維度的時(shí)序評(píng)估結(jié)果顯示（圖3b），2016—2020年熱島強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出從核心向邊緣圈層遞增的趨勢(shì)。內(nèi)環(huán)的熱島強(qiáng)度較為穩(wěn)定，該區(qū)域?yàn)槲錆h城市功能的核心區(qū)，包括洪山廣場(chǎng)、江漢路、漢正街等城市副中心，經(jīng)過(guò)多輪規(guī)劃實(shí)踐后，城市建設(shè)完備，熱島強(qiáng)度得到了一定控制。中環(huán)的熱島強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的增強(qiáng)趨勢(shì)，雖然該區(qū)域湖泊眾多，可以起到一定的降溫作用，但是武鋼、沌口等發(fā)展迅速的工業(yè)園區(qū)都坐落于此，致使中環(huán)的熱島強(qiáng)度出現(xiàn)了一定增長(zhǎng)。外環(huán)的熱島強(qiáng)度增長(zhǎng)劇烈，位于建成區(qū)外圍，是城市向外擴(kuò)張過(guò)程中開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)增長(zhǎng)最為迅速的區(qū)域。

圖3 武漢市2016、2020年各圈層熱島強(qiáng)度空間分布及其時(shí)序變化圖Fig.3 the spatial distribution of the local heat island intensity in Wuhan in 2016 and 2020,and the corresponding temporal variation based on circles

3.2 基于控規(guī)單元的主城區(qū)熱島效應(yīng)體檢評(píng)估

考慮到從城市尺度評(píng)估熱島現(xiàn)狀，在刻畫(huà)主城區(qū)內(nèi)部熱島問(wèn)題空間差異上存在一定的不足，研究進(jìn)一步基于控規(guī)單元對(duì)主城區(qū)開(kāi)展熱島效應(yīng)體檢評(píng)估，從而精準(zhǔn)定位問(wèn)題區(qū)域，提高規(guī)劃治理精準(zhǔn)性。為更好地呈現(xiàn)武漢市熱島強(qiáng)度的空間異質(zhì)性，同時(shí)真實(shí)反映熱島強(qiáng)度的空間格局，將熱島強(qiáng)度分為10個(gè)等級(jí)（圖4）。

圖4 武漢市主城區(qū)2016、2020年控規(guī)單元熱島強(qiáng)度空間分布及時(shí)序變化圖Fig.4 the spatial distribution of the local heat island intensity in the main urban areas of Wuhan in 2016 and 2020, and the corresponding temporal variation based on regulatory units

研究發(fā)現(xiàn)，在控規(guī)單元尺度下，2016年與2020年熱島強(qiáng)度均呈現(xiàn)出顯著的空間異質(zhì)性（圖4a）。與城市層面的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，高值區(qū)域仍主要集中在工業(yè)園區(qū)及漢口、武昌等地的老城區(qū)。2020年平均熱島強(qiáng)度高于8 ℃的控規(guī)單元數(shù)量相較2016年從1 435增加至1 609個(gè)，增長(zhǎng)幅度為12.1%。熱島強(qiáng)度本身的變化幅度較小（圖4b），大部分控規(guī)單元的熱島強(qiáng)度變化范圍在-2～2 ℃之間，在三環(huán)南側(cè)附近的四新副中心與白沙工業(yè)園區(qū)處熱島強(qiáng)度增加幅度較大，楊春湖片區(qū)與徐家棚街道等區(qū)域的熱島呈現(xiàn)明顯的減緩趨勢(shì)，與城市尺度的結(jié)論一致。結(jié)合歷史遙感影像對(duì)熱島變化典型區(qū)域的特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)熱島惡化區(qū)域的主要是由綠地變?yōu)槁阃粱蚋邔幼≌瑯牵粺釐u減緩區(qū)域則是由裸土變?yōu)榫G地、從高密度住宅區(qū)變?yōu)榈兔芏茸≌瑓^(qū)等，與老城區(qū)的更新改造有關(guān)。

3.3 熱暴露高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別

基于前文的熱島強(qiáng)度體檢評(píng)估結(jié)果，將極高熱島（12～18 ℃）、高熱島（8～12 ℃）區(qū)域作為規(guī)劃管控的重點(diǎn)區(qū)域，并結(jié)合其具體時(shí)序變化情況進(jìn)行進(jìn)一步的分級(jí)，識(shí)別熱島繼續(xù)惡化區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，按照人口密度>100人/ km2的標(biāo)準(zhǔn)劃定人口密集區(qū)，并進(jìn)一步識(shí)別人口持續(xù)增長(zhǎng)的區(qū)域，最終得到人群熱暴露風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估結(jié)果（圖5）。

研究發(fā)現(xiàn)武漢市主城區(qū)在熱暴露風(fēng)險(xiǎn)方面存在嚴(yán)重的區(qū)域失衡。其中，極高熱島的控規(guī)單元數(shù)量為412，占總數(shù)的17.22%，這些區(qū)域主要為工業(yè)園區(qū)，其中處于熱島惡化階段的有73個(gè)，主要是建筑體量大、集中分布的大型廠房；高熱島控規(guī)單元數(shù)量為1 407，主要分布在極高熱島周邊臨近區(qū)域與老城區(qū)，其中有9.74%的熱島在惡化，這些區(qū)域主要集中在工業(yè)園區(qū)附近與武漢東站周邊。此外，熱暴露高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在二環(huán)線以?xún)?nèi)的老城區(qū)，尤其是漢口的老租界區(qū)與武昌的司門(mén)口片區(qū)，其中極高熱島—人口密集區(qū)共計(jì)219個(gè)，占比9.16%，高熱島—人口密集區(qū)共計(jì)693個(gè)，占比28.97%，區(qū)域內(nèi)近40%的人群暴露在極端高溫環(huán)境中，其生命健康受到了嚴(yán)重的威脅。其中，有299個(gè)控規(guī)單元的人口在2016—2020年期間不斷增長(zhǎng)，需將其作為優(yōu)先管控的重點(diǎn)區(qū)域，采取合理的規(guī)劃手段進(jìn)行積極應(yīng)對(duì)。

4 面向熱島減緩的武漢市規(guī)劃修編建議

研究根據(jù)上述體檢評(píng)估分析結(jié)果，總結(jié)了武漢市的主要熱島問(wèn)題及其關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，并系統(tǒng)梳理了基于定量化分析的多尺度熱島效應(yīng)形成機(jī)理以及全球各地的熱島減緩對(duì)策與實(shí)踐，作為面向熱島減緩的綜合性規(guī)劃修編依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上，制定了總體規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃與規(guī)劃管理等多層級(jí)規(guī)劃協(xié)同的武漢市熱島效應(yīng)空間治理策略體系。

4.1 重點(diǎn)管控區(qū)域的熱島驅(qū)動(dòng)因素

研究基于多尺度體檢評(píng)估分析結(jié)果，明確了武漢市的主要熱島問(wèn)題及需重點(diǎn)管控的區(qū)域，并結(jié)合武漢市相關(guān)規(guī)劃建設(shè)情況及已有文獻(xiàn)研究梳理總結(jié)了對(duì)應(yīng)區(qū)域的關(guān)鍵熱島驅(qū)動(dòng)因素（表1）。針對(duì)2020年開(kāi)展的熱島體檢結(jié)果顯示，武漢市熱島最嚴(yán)重的區(qū)域主要為城市工業(yè)園區(qū)與老城區(qū)。其中，城市工業(yè)園區(qū)在生產(chǎn)運(yùn)作中從動(dòng)力排熱、煙囪排熱、散熱器排熱、冷卻水排熱等多個(gè)途徑排放出大量的人為散熱，使其溫度快速升高，形成局地極強(qiáng)熱島[37]。老城區(qū)建筑密度高、綠地面積嚴(yán)重不足，且城市通風(fēng)條件差，不利于該區(qū)域的熱量疏散[38-39]。此外，老城區(qū)人口密度高，道路密度大，空調(diào)散熱與汽車(chē)尾氣排放也是其溫度升高的重要原因[40]。尤其是二環(huán)線以?xún)?nèi)的老城區(qū)，因其較高的人口密度進(jìn)一步導(dǎo)致了熱暴露的高風(fēng)險(xiǎn)。基于2016—2020年的熱島強(qiáng)度時(shí)序評(píng)估發(fā)現(xiàn)，武漢市熱島惡化最嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在城市工業(yè)園區(qū)、建設(shè)中的武漢東站以及三環(huán)外的建成區(qū)邊緣。隨著城市的快速發(fā)展與擴(kuò)張，混凝土、柏油路面等人造地表取代了自然地表，熱容量變大，反照率變低，導(dǎo)致吸收熱量變多，散失熱量變慢，從而導(dǎo)致地表溫度升高，熱島惡化。這些熱島惡化的區(qū)域與《武漢市城市總體規(guī)劃（2017—2035）》提出加強(qiáng)區(qū)域一體化建設(shè)，大力發(fā)展西南的武仙城鎮(zhèn)發(fā)展廊道、南部的武威城鎮(zhèn)發(fā)展廊道[41]，以及《武漢市土地利用和空間布局“十三五”規(guī)劃》中推進(jìn)新城中心、工業(yè)園區(qū)等重點(diǎn)功能區(qū)建設(shè)等規(guī)劃策略相吻合[42]。

表1 武漢市熱島效應(yīng)體檢評(píng)估的“問(wèn)題識(shí)別—驅(qū)動(dòng)因素”總結(jié)Tab.1 summary of the “problem identification-driving factor” of the examination and evaluation of urban heat island effect in Wuhan

4.2 多層級(jí)規(guī)劃協(xié)同的應(yīng)對(duì)策略

研究對(duì)多尺度、多類(lèi)型的熱島效應(yīng)驅(qū)動(dòng)要素及相應(yīng)減緩對(duì)策進(jìn)行系統(tǒng)性的梳理與總結(jié)（表2），為多層級(jí)規(guī)劃協(xié)同的熱島問(wèn)題綜合治理策略的提出提供科學(xué)理論依據(jù)。到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于大量的定量化研究，在不同尺度下提出了一系列可行的面向熱島減緩的規(guī)劃策略。比如，城市總體規(guī)劃的尺度上，強(qiáng)調(diào)要合理規(guī)劃城市布局，并鼓勵(lì)多中心的城市發(fā)展模式[20,43]；優(yōu)化城市生態(tài)布局，結(jié)合城市的主導(dǎo)風(fēng)向構(gòu)建通風(fēng)廊道[44]；調(diào)整城市用地布局，淘汰或升級(jí)高能耗、高熱排放工業(yè)[45-46]。在控制性詳細(xì)規(guī)劃的尺度上，加強(qiáng)綠化建設(shè)，增加植被覆蓋度與豐富度，推廣屋頂綠化等[47-49]；優(yōu)化建筑布局與建筑形體設(shè)計(jì)，采用高反照率的材料對(duì)道路及建筑表面進(jìn)行鋪裝[50-51]。此外，規(guī)劃管理層面，完善高溫監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制[3]、制定應(yīng)急預(yù)案與用電補(bǔ)償方案[52]、開(kāi)展遮陽(yáng)專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)[53]等。

表2 多層級(jí)規(guī)劃協(xié)同下的武漢市熱島問(wèn)題綜合治理策略與科學(xué)依據(jù)總結(jié)Tab.2 summary of the comprehensive governance strategies and scientific basis for the heat island problem in Wuhan under multilevel planning collaboration

研究在以上熱島形成機(jī)理與減緩對(duì)策總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合武漢市具體的體檢評(píng)估結(jié)果，提出了總體規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃與規(guī)劃管理等多層級(jí)規(guī)劃協(xié)同的綜合治理策略體系。

第一，總體規(guī)劃層面，堅(jiān)持多中心的城市發(fā)展模式，積極推進(jìn)《武漢都市發(fā)展區(qū)“1+6”戰(zhàn)略實(shí)施規(guī)劃》的落實(shí)[54]，優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)，保護(hù)武漢市現(xiàn)有生態(tài)格局。針對(duì)建成區(qū)南部與西部熱島嚴(yán)重的現(xiàn)狀，要做好后官湖、青菱湖、湯遜湖等生態(tài)綠楔的保育工作，并加強(qiáng)相應(yīng)的通風(fēng)廊道建設(shè)，更好地將郊區(qū)的涼風(fēng)引入城內(nèi)，從而減緩局部熱島。對(duì)于集中分布、熱島嚴(yán)重的工業(yè)園區(qū)，需淘汰或升級(jí)高能耗、高熱排放的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，并通過(guò)提高綠地率與增加開(kāi)敞空間的方式打破其連片格局，防止高溫集聚。

第二，控制性詳細(xì)規(guī)劃層面，加強(qiáng)綠化建設(shè)，增加綠地面積與植被豐富度，采用高反照率的屋頂與路面鋪裝以減緩熱島；優(yōu)化建筑布局與建筑形體設(shè)計(jì)，改善局地通風(fēng)條件。對(duì)于工業(yè)園區(qū)，要積極響應(yīng)“雙碳”戰(zhàn)略，推動(dòng)園區(qū)向先進(jìn)制造業(yè)基地的轉(zhuǎn)型升級(jí)；除提高綠地率外，應(yīng)增設(shè)綠化隔離帶來(lái)降低工業(yè)排熱對(duì)鄰近區(qū)域及周邊居民的影響。對(duì)于高密度低矮建筑的老城區(qū)，要響應(yīng)《武漢市國(guó)土空間“十四五”規(guī)劃》《武漢市城市總體規(guī)劃（2016—2030）》等控制主城區(qū)人口規(guī)模的要求[55-56]，通過(guò)制定土地優(yōu)化調(diào)整政策等措施引導(dǎo)主城人口疏解。針對(duì)改造空間有限、改造成本較大的區(qū)域，可結(jié)合海綿城市專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，通過(guò)立體綠化和垂直綠化等方式增加綠化，并增加小型人工水體，輔助降溫。

第三，規(guī)劃管理層面，參照西方發(fā)達(dá)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)的優(yōu)秀實(shí)踐，完善高溫監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制。做好極端高溫?zé)崂藖?lái)臨時(shí)的應(yīng)急預(yù)案與用電補(bǔ)償方案，并及時(shí)向居民傳達(dá)高溫預(yù)警信息與應(yīng)對(duì)措施。對(duì)于處于二環(huán)線以?xún)?nèi)熱暴露高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的人群，特別是老人、兒童等弱勢(shì)群體，要聯(lián)合街道與社區(qū)建立高溫應(yīng)對(duì)幫扶機(jī)制，采取針對(duì)性的防護(hù)措施，因地制宜地應(yīng)對(duì)高溫。開(kāi)展遮陽(yáng)體系專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃與建設(shè)，降低弱勢(shì)群體室外高溫暴露機(jī)會(huì)及相應(yīng)健康風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究探索構(gòu)建了“干擾控制—變化診斷—風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估—規(guī)劃應(yīng)對(duì)”的熱島效應(yīng)體檢評(píng)估框架，并以武漢市為例，依托衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)其2016—2020年夏季的熱島效應(yīng)開(kāi)展了多尺度體檢評(píng)估。結(jié)果顯示，武漢熱島效應(yīng)呈現(xiàn)出“內(nèi)外雙高，局部集聚、中間塌陷”的“U”型圈層式分異結(jié)構(gòu)。2016—2020年，熱島區(qū)域面積與強(qiáng)度均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且增加幅度由中心向外逐漸升高。城市工業(yè)園區(qū)與老城區(qū)熱島效應(yīng)顯著，惡化趨勢(shì)明顯，其中，老城區(qū)面臨的熱暴露風(fēng)險(xiǎn)也很高，尤其是漢口老租界區(qū)與司門(mén)口，當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘Ｉ钆c身體健康受到了很大威脅。結(jié)合熱島效應(yīng)體檢評(píng)估結(jié)果與已有熱環(huán)境影響機(jī)理研究，針對(duì)性地提出了武漢市面向熱島減緩的規(guī)劃建議。總規(guī)層面，優(yōu)化城市空間格局，加強(qiáng)后官湖、青菱湖等生態(tài)綠楔的保育工作，優(yōu)化相應(yīng)通風(fēng)廊道的建設(shè)?？匾?guī)層面，加強(qiáng)綠化建設(shè)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與城市的更新改造，對(duì)于如工業(yè)園區(qū)、城市核心功能區(qū)等城市形態(tài)改造空間有限的區(qū)域，通過(guò)增加屋頂綠化、采用高反照率的鋪裝材料等方式來(lái)減緩熱島。規(guī)劃管理層面，完善高溫監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，做好極端高溫?zé)崂藖?lái)臨時(shí)的應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)對(duì)老租界、司門(mén)口等熱暴露高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)弱勢(shì)群體的高溫幫扶力度，積極開(kāi)展遮陽(yáng)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃等。

本研究基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)據(jù)篩選與科學(xué)的處理方法，最大程度地控制了多尺度氣候變化與鄉(xiāng)村參照區(qū)域選擇對(duì)熱島強(qiáng)度時(shí)序變化精準(zhǔn)評(píng)估的干擾，保障了體檢評(píng)估的科學(xué)性與準(zhǔn)確度。但需要指出的是，盡管熱紅外遙感在城市及其內(nèi)部多尺度體檢評(píng)估上具備不可替代的獲取成本低、覆蓋范圍廣以及空間連續(xù)性強(qiáng)等方面的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，其采集到的城市表面溫度，與實(shí)際影響人體舒適性的空氣溫度并不完全一致。未來(lái)可基于地表溫度體檢評(píng)估結(jié)果，在重點(diǎn)區(qū)域結(jié)合空氣溫度數(shù)據(jù)深化熱暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。此外，本研究使用的人口分布數(shù)據(jù)不包含年齡、出行行為、工作性質(zhì)（室內(nèi)外）等特征，未來(lái)將獲取更詳細(xì)的人口數(shù)據(jù)，以便精準(zhǔn)評(píng)估居民在不同情景下的熱風(fēng)險(xiǎn)狀況，提高城市高溫健康風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃應(yīng)對(duì)的針對(duì)性。

圖表來(lái)源：

圖1-5: 作者繪制

表1-2: 作者繪制