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近日，国际知名学术刊物《Nature Cities》在线刊登了东南大学建筑学院曹世杰教授研究团队的最新成果——通过邻近的农村土地覆盖缓解城市热岛(Mitigating urban heat island through neighboring rural land cover)。该成果被选为封面论文并以Research Briefing形式进行报道。
曹世杰教授团队与加拿大康考迪亚大学Fariborz Haghighat教授团队、英国萨里大学Prashant Kumar教授团队合作，对中国30个城市近20年间的地理及环境大数据进行解析，发现城市周边特定范围的农村土地可有效降低城市温度，首次全面量化了城市周边农村土地覆盖对城市热岛的缓解作用。
随着城市化的快速发展，人们享受着城市的便利与繁荣，却也不得不面对一个日益严峻的问题——城市热岛效应(UHI)。城市高楼林立、道路纵横，构成了一个巨大“热源”，导致使得城市比周边乡村更加酷热难耐。尽管城市内部对绿色、蓝色或灰色基础设施的UHI缓解策略已进行广泛研究和讨论，但由于城市土地资源的珍贵和有限性，这些干预措施在大规模实施上面临巨大挑战。本文另辟蹊径，从城乡热岛环流过程的角度出发，系统性探究了利用邻近农村土地覆盖作为潜在冷却源的降温潜力，为全球城市热岛效应的缓解策略提供了全新视角和创新解决思路。
为解析农村土地对城市热岛的缓解作用，研究团队收集了中国2000年-2020年之间30个城市的环境及农村土地覆盖数据，基于城市发展强度等指标划分了城市与农村地区的层级结构。进一步利用多种机器学习回归模型(包括Lasso回归、Ridge回归、随机森林、支持向量机、Multilayer Perceptron等)提取并量化农村土地对城市热岛的作用范围，通过可解释性机器学习模型(SHapley Additive exPlanations、Accumulated Local Effects)识别出农村土地的关键作用因子，并揭示其对城市热岛的作用规律。
研究结果显示，当农村土地覆盖从城市边界向外延伸的距离约为城市当量半径时，其对城市热岛的缓解作用最为明显，对城市中心热岛变化的解释程度可达到30%。景观斑块的数量及相邻关系是两个关键景观参数，通过单个参数优化即可大幅降低城市温度达0.5°C。研究建议在农村土地规划过程中，应尽可能避免破碎化，提高斑块形状的复杂程度和分布均匀性。本文提供了一种全新的城市降温思路——通过优化城乡结合部的土地使用，可以在不占用城市有限土地资源的前提下，有效缓解城市热岛效应，有助于推动城乡融合与区域协调发展，实现城市与自然的和谐共生。
东南大学为论文第一单位，东南大学博士生杨淼为论文第一作者，曹世杰教授为论文通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金项目资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s44284-024-00091-z
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