摘要
近年来随着城市的持续扩张，城市热岛效应日益严重，如何有效缓解备受关注。城市形态指城市要素的空间组成形式及分布特征，是影响城市热环境的重要因素。因此，在厘清城市形态与热岛效应复杂关系的基础上，对城市形态实施调控是缓解热岛效应、建设宜居城市的有效途径，其中城市形态的调控主要由城市规划人员负责。然而，当前研究在探索城市形态对热岛效应的影响机制时多从地理学和气候学等角度出发，缺乏城市规划所倡导的分区意识，因此所提出的热环境优化建议空间针对性不强，难以被规划人员所采用。 局地气候分区(Local Climate Zones, LCZ)的出现为解决上述难题提供了契机：依据不同城市形态类型对热环境的响应能力，城市可被划分为10类建成型(LCZ1~10)和7类自然覆盖型(LCZA~G)，同类LCZ具有相近的形态特征和温度属性；LCZ将城市气候原理转换为空间尺度(局地气候、微气候)与规划设计要素(建筑高度、建筑紧凑度和透水率)等友好易读的形态语言，满足城市气候研究和城市规划相结合的诉求。然而当前基于LCZ的城市热环境优化仍处于探索阶段，存在多个问题有待解决，具体包括；①LCZ分类多以某单一尺度的格网为基本单元且很少关注表征人类活动的相关指标，粗糙的分类结果和片面的形态指标阻碍了城市形态与热岛强度关系的精细化和系统化评估；②研究时段多集中在日间，所得结论也多适用于日间热环境改善；③缺乏从不同空间尺度开展热环境优化的思考。 针对上述问题，本文以北京五环内为研究区，在对研究区进行精细化LCZ分类的基础上探讨了城市形态与热岛强度在日间和夜间的关系，进而从片区和街区两尺度提出具体的热环境优化策略。主要研究内容和相应结果如下： (1)提出了一种基于多源数据的LCZ精细化分类方法。以街区为基本分类单元，首先利用多源数据计算分类指标，然后使用支持向量机分类器对研究区开展LCZ分类，最后与当前最为经典的WUDAPT方法对比。结果表明所提分类方法精度更高(总体精度为95.07%，Kappa系数为0.94)，分类结果更为精细。 (2)识别了高热岛强度的LCZ类型和街区(简称高热LCZ和高热街区)，即明确了热环境问题严重的城市形态类型和街区。结果表明，在日间，紧凑低层(LCZ3)和大型低层(LCZ8)为高热LCZ，高热街区数量为216个；在夜间，高热LCZ为紧凑高层(LCZ1)和开敞高层(LCZ4)，高热街区数量为362个。 (3)系统地讨论了各城市形态指标与热岛强度的关系，从而确定了哪些形态指标可以优化。首先选择建筑密度、建筑高度和反照率等12个指标，从建筑形态、地表材质、地表覆盖、交通系统和人类活动5大方面对城市形态进行详细刻画；接着分析各指标与热岛强度在日间和夜间的相关性，并筛选出符合回归要求的指标；最后基于经典的最小二乘回归(OLS)、地理加权回归(GWR)和新兴的多尺度地理加权回归(MGWR)模型建立城市形态与热岛强度的关系。结果表明：各形态指标与热岛强度的相关性在日夜两时段有较大差异；但无论在日间还是夜间，GWR和MGWR模型的性能均要明显优于OLS，表明各形态指标与热岛强度关系的空间非平稳性不可忽视。 (4)基于上述结论，建议热环境优化应在片区和街区尺度上各有侧重。片区尺度的热环境优化较为直接，可通过调控LCZ布局实现，布局原则为控制高热LCZ(特别是LCZ8和LCZ1)的数量和聚集度。街区尺度上的热环境优化策略更为精细：由于高热街区数量较多，首先评估各高热街区的热风险以确定优化次序；接着根据高热街区所属的LCZ类型确定其各形态指标的可优化空间；最后结合回归系数评估各指标优化后所能达到的降温效果。
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