本文是一篇建筑论文，本研究主要关注土地利用与城市形态对城市热环境的影响，未考虑人类活动、交通热排放以及建筑材料热工性能等非几何形态要素的考量，而在实际城市环境中，这些因素对城市热环境的形成也有一定的影响，未来研究可结合建筑热工参数和交通强度分布等多维数据，更全面地模拟和评估城市热环境。
1绪论
1.1研究背景
1.1.1城市扩张是城市热岛形成的关键原因
全球城市化进程正在以前所未有的速度推进，人口向城市高度集聚，城市空间结构也随时发生变化。联合国人口基金会在2015年发布的预测数据显示，到2050年，全球城市人口比例将上升至66%[1]。作为世界上最大的发展中国家，中国的城市化发展更具代表性。根据《国民经济和社会发展统计公报》提供的数据，目前我国城镇人口已增长至8.31亿，占总人口的59.58%，城市化达到43.37%，比上年增加1.02%[2]。以当前的发展趋势预测，我国2050年的城镇化率将达到70%左右[3]。
城市化扩张通过土地要素的重组驱动城乡融合发展，表现为建设用地规模的扩张和基础设施网络的完善。可以有效吸纳农村剩余劳动力，促进生产要素城乡双向流动，为区域经济增长注入持续动力。这种快速城市化具体表现为土地利用类型的转变和城市形态结构的调整[4]。
城市区域与毗邻乡村地区在土地覆盖特征上呈现出明显差异。城市内部原有的大量自然透水地表逐渐被各类人工建构的不透水材料所取代，这种地表物理属性的改变与人为热通量排放的叠加效应，共同加剧了城市热岛效应和城市极端高温天气的发生概率，形成夏季酷热、冬季干燥的气候特征。城市热环境是城市生态系统能量交换的关键界面，带来的负面效应已成为制约新型城市化可持续发展的重要瓶颈[5，6]。
党的十八大明确提出，生态文明建设应纳入国家“五位一体”总体布局，并强调我国城镇化必须走“资源节约、环境友好”的绿色高质量发展道路。构建可持续的城市生态环境研究框架，解析土地利用与城市热环境之间的响应机制，有助于系统分析热岛效应的驱动因素。为制定气候适应性的城市设计提供科学依据，最终实现城市化进程中经济发展与生态保护的协同共进。
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1.2研究目的和意义
1.2.1研究目的
土地利用界定了土地的功能性特征，城市形态是人为地对城市建设用地做出的调整，这种人为活动在宏观城市土地利用的背景下，对小范围内城市热环境产生了显著影响。综合分析两者的协同作用，有助于揭示城市热环境演化的复杂机制，为城市设计提供更加科学、有效的应对策略。在建筑学视角下，城市形态作为建设用地的空间表征，对城市热环境具有显著调控作用。然而，现有研究主要关注土地利用或城市形态对城市热环境的单一影响，缺乏二者协同作用的系统分析。此外，相关研究多集中于寒冷或夏热冬冷气候区，尚未形成适用于严寒地区的研究体系，难以为气候适应性规划提供有效支撑。研究立足于严寒地区室外热环境的优化，旨在通过多尺度分析构建严寒地区城市形态、城市热岛效应与室外热舒适度之间的定量关系。基于研究结果提出针对严寒地区城市的气候适应性优化设计导则，提高室外热舒适度，为城市规划与设计提供科学支撑。具体研究目标包括：
（1）从城市整体发展角度，通过2004—2023年哈尔滨市主城区土地利用、地表温度和城市热岛的时空演变特征，探讨土地利用变化对城市热环境的影响机制。在此基础上，提出优化各类土地利用类型空间配置策略，旨在提升城市主城区对热环境变化的适应能力和可持续发展水平。
（2）从街区尺度出发，量化不同类型城市形态对城市热环境的具体影响，建立城市形态与城市热岛效应、热舒适度之间的定量关系模型。通过分析建筑群体形态、道路形态和绿化形态等要素的作用机制，提出优化街区热环境的精细化调控策略，为严寒地区的气候适应性城市规划提供科学依据。
（3）基于不同尺度的研究结果，构建土地利用与城市热岛、城市形态与城市热岛、城市形态与室外热舒适度的定量模型，并提出适用于严寒地区的气候适应性街区设计导则，旨在优化城市空间格局、改善室外热舒适度，从而提升城市人居环境质量。
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2研究区域概况及数据处理
2.1研究区域概况分析
2.1.1研究区域概况
哈尔滨市位于黑龙江省南部，地处东经125°42′~130°10′、北纬44°04′~46°40′，是我国纬度最高、气温最低的省会城市，也是东北地区重要的政治、经济和文化中心。2022年，哈尔滨市户籍人口城镇化率已达56.3%[115]。
在城市建设方面，哈尔滨市下辖9个城区和9个县级行政区。截至2022年底，哈尔滨市总面积为5.31万km2，其中市辖区面积为1.02万km2，草地面积为2.55万km2，耕地面积为2.45万km2，水域面积为0.20万km2。本研究聚焦于哈尔滨市主城区，包括道里区、道外区、香坊区、南岗区和松北区，总面积为2 305.80 km2。主要街区尺度呈400m×400m布置，街道主要为东南-西北和东北-西南走向[54]。研究区域位置如图2.1所示（地图由中国地图出版社编制，底图未作修改，审图号：GS（2022）4314）
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2.2遥感影像获取及处理
本研究选取了2004—2023年期间的Landsat系列遥感影像数据，主要基于以下几方面的考虑：
（1）时间范围的合理性。2004年后，哈尔滨市进入了快速城市化阶段，这一时期对城市热环境产生了显著影响。研究该时段的热环境演变特征，有助于揭示城市发展对地表温度及地表热岛效应的长期作用机制。每5年提取一次数据，可以减少数据冗余，提高分析效率，同时保证数据能够反映城市热环境的逐步变化。
（2）数据的准确性。Landsat系列遥感影像数据，空间分辨率30 m，具有较高的几何校正精度，能够满足城市尺度热环境研究的需求。为了提高遥感影像的解译精度，本研究选取了云量低于5%的影像数据。若某年的影像清晰度受云层影响，则选用相邻年份的影像替代。所有影像数据均来自美国地质调查局（http://earthexplorer.usgs.gov）。
在进行数据分析之前，使用ENVI 5.6软件对遥感影像进行预处理，主要包括辐射定标、大气校正和区域裁剪[117]。首先，通过辐射定标方法将影像的数字值转为辐射亮度值，赋予影像物理意义。其次，采用FLAASH模型进行大气校正，获得更接近地面实际情况的地物反射率、辐射率以及地表温度等相关参数。最后，通过矢量边界裁剪方法提取哈尔滨市主城区的遥感影像，确保数据分析在空间上的一致性和精确性[118]。
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3 土地利用对地表热岛的影响机制 ........................... 39
3.1 土地利用时空演变特征.............................. 39
3.2 地表温度及地表热岛时空分布 ............... 40
4 城市形态对地表热岛及室外热舒适度的影响机制 .......................... 48
4.1 城市形态对地表热岛的影响 ................. 48
4.1.1 量化模型的选择 ........................................ 48
4.1.2 构建结构方程模型 ............................. 49
5 基于热舒适度提升的城市设计策略 ....................... 64
5.1 合理的土地利用发展模式 ................................... 64
5.1.1 优化建设用地分布,增强降温空间渗透性 ............................. 64
5.1.2 调控建设用地布局,提升城市热环境舒适性 ......................... 65
5基于热舒适度提升的城市设计策略
5.1合理的土地利用发展模式
5.1.1优化建设用地分布，增强降温空间渗透性
在城市增温和降温用地面积比例相对固定的背景下，合理穿插建设用地和降温用地，可以有效改善城市热环境效果。哈尔滨市主城区夏季地表温度的西北−东南剖面轴线如图5.1所示。2004−2023年，哈尔滨市主城区地表温度在各类土地利用类型中普遍上升，建设用地区域的地表温度一直保持较高的水平。林地和草地、水体、耕地与周边建设用地的温差较大，且这些区域的相邻部分地表温度较低，表明植被和水域具备较强的调节作用。
建筑论文参考
哈尔滨地处中国严寒地区，季节性气候特征明显。区域内的水体和植被发挥重要的气候调节作用。以松花江为代表的主要水体，其热力学特征在夏季通过蒸发冷却机制降低城市地表温度，减轻地表热岛效应；在冬季凭借热量缓释能力，在一定程度上提升城市的热舒适水平。因此，应加强松花江及其周围水体的保护，防止过度开发和污染而削弱生态服务能力。在此基础上，将水体和公园绿地合理配在建设用地中，避免存在大面积、高密度的城市建设用地，可以提升热环境调节空间的渗透性。通过增加口袋公园、城市湿地和小规模水体等生态景观，有助于进一步优化城市的热环境。
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6研究结论
我国严寒地区具有独特的气候特征，在城市建设快速发展的过程中，全球气候变暖的持续影响进一步加剧了城市热环境条件。因此，缓解严寒地区热岛效应并提升全年室外热舒适度，成为亟待解决的科学问题。本文从宏观土地利用角度出发，探讨了不同土地利用类型及空间分布对地表热岛效应的影响。在此基础上，进一步分析了城市形态在微观尺度对局部热环境的调节作用，旨在改善严寒地区室外热舒适度。本文围绕哈尔滨市主城区土地利用、城市形态、地表热岛及室外热舒适度展开研究。首先，通过对土地利用和地表热岛效应的时空演变特征进行分析，识别土地利用对热岛效应的具体影响。其次，结合数值模拟与统计分析方法，探讨城市形态对过渡季节、夏季和冬季地表热岛及热舒适度的量化关系。最后，基于结构方程模型和多元回归分析，构建以提升热舒适度为核心目标的城市形态量化模型。本文的主要研究成果如下：
（1）揭示了严寒地区城市主城区土地利用与地表温度、地表热岛之间的关联机制。首先，基于遥感影像和ArcG IS软件，采用最大似然分类算法对哈尔滨市主城区2004－2023年的土地利用类型进行分类，并进行精度验证。其次，通过大气校正法反演地表温度，并计算地表热岛效应，分析城市热环境的时空演变特征，揭示不同土地利用类型对地表温度和地表热岛效应的影响机制。最后，通过相关性分析，定量评估土地利用与地表温度、地表热岛之间的关系。研究结果表明，建设用地的扩张与地表温度的升高及地表热岛效应的增强之间存在显著的正相关关系，耕地与二者呈负相关关系。建设用地、林地和草地、水体均对夏季地表热岛强度均表现为显著影响。
（2）厘清了严寒地区城市形态对全年地表热岛效应的敏感性，建立二者之间的量化方程。首先，基于200个街区的城市形态数据，基于ArcG IS软件提取描述建筑、道路和绿地的10个城市形态参数数据。其次，利用结构方程模型确定城市形态对地表热岛效应的敏感性，确定主要影响因素。最后，基于多元回归方程构建城市形态与地表热岛的量化方程。研究表明，建筑群体形态和绿化形态是影响过渡季节地表热岛效应的主要因素。道路形态和绿化形态直接影响夏季地表热岛效应，而建筑群体形态主要通过影响微气候对地表热岛效应产生间接影响。街道形态是影响冬季地表热岛效应的最显著因素。
参考文献（略）