区分土地利用变化和功能强度动态对北京热效应的影响

为何城市热模式重要

全球城市变得更热，既有气候变化的背景，也有我们建设和使用城市空间方式的原因。本研究聚焦世界上最大的大城市之一——北京，旨在理清两股不同力量——物理土地变化与人类活动强度——如何共同决定城市何时何地变热或变凉。理解这些模式可以帮助城市规划者和居民识别哪些类型的发展会使街区变得难以忍受地热，以及哪些选择能真正营造出较凉爽的城市绿洲。

以三环看城市

研究者将北京划分为反映城市演进的三大环带：密集的中心核心、快速增长的郊区片区以及边缘的外缘生态区。尽管北京整体的城市化率在2012到2019年间变化不大，但内部的土地与活动重排非常剧烈。团队利用卫星数据追踪哪里自然土地（如农田和森林）被建筑和道路替代，以及现有建成区哪里变得使用更密集。这个三环布局使得人们能够观察到同一类型的变化——例如新建——在市中心、郊区或乡村边缘可能产生截然不同的加热效应。

从卫星看到的不只是建筑

研究不仅绘制建筑出现或消失的位置，还测量城市各部分被使用的强度。为此，研究者将夜间灯光（来自路灯、商店和住宅）与一种反映植被健康的指数NDVI结合，构建了城市功能强度指数（IDI）。亮灯且绿地稀少的区域表明人类活动密集；灯光较暗且植被良好的区域则意味着使用较温和。同时，他们建立了土地变化强度尺度（LCintensity），将从大规模密集化到去城市化等不同类型的转变按其改造景观的强度进行排序。随后将这两个指标与地表温度的变化联系起来，地表温度是卫星测得的地面随时间变热的程度指标。

城市哪里最热

结果显示北京的三圈呈现出显著不同的行为。在核心区，扩张有限，因此主要变化是强度化：在已建成土地上建更高更密集的建筑。这种强度化会提高地表温度，但核心区并非整体最热的地方。外缘生态圈在自然土地被转为新建成区时升温最明显；扩张是那里温度上升的主要驱动，主要因为曾经为土地降温的植被被移除。郊区——新开发、再开发与政策驱动拆迁交织的地带——表现出最强且最易变的反应。冬季，活动强烈的郊区明显比安静区域更暖；然而在夏季，一些高强度活动的郊区实际上比低强度区更凉，暗示出由树木、公园、水体、高楼阴影和反光材料等共同营造的复杂“凉岛”效应。

当变化和活动共同作用时

通过将功能强度指数与土地变化尺度结合，研究揭示了特定的“增热路径”，即不同类型的变化和活动如何放大变暖效应。在城市中心，一个出人意料的热点出现在土地被大量强度化的区域，即便总体功能强度相对较低，这表明在较安静的地块中挤压更多建筑仍能产生强烈的增温效应。在郊区，被部分清理或降级——所谓退化或去城市化——的地区往往不是变凉而是变热，因为新暴露的裸土和碎石更易吸收太阳能。在边缘地区，既有强烈的新开发也有某些形式的去城市化会产生显著的高温区，反映出建设与生态保护之间的脆弱平衡。

这对未来城市意味着什么

对非专业读者来说，主要信息是：并非所有城市增长在热效应上都相同。研究表明北京的热“生命周期”从高度敏感的外缘区域，经过动荡的郊区带，进入一个更为饱和的核心区，在那里额外的变化影响较小。明智的政策——比如保护并扩大城市森林、绿化屋顶和墙面、使用更浅色、更高反射率的材料，以及在何处密集化或拆除方面进行审慎规划——可以将繁忙的街区转变为更凉爽的环境。通过分离再重组土地变化与人类活动的作用，这项工作为在变暖世界中设计宜居社区提供了切实可行的路线图。

引用: Wei, H., Gong, A., Wan, J. et al. Differentiating the thermal effects of land use change and functional intensity dynamics in Beijing. Sci Rep 16, 10701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44866-x

关键词: 城市热岛, 北京城市化, 土地利用变化, 夜间灯光, 城市降温策略