城市多中心开发的热岛响应机制与适应性策略模拟

Polycentric and clustering structure is the most popular spatial model for the current urban planning in China. Whether polycentric model mitigates “urban illness” more efficiently than monocentric model remains as an academic controversy, and few valid experiences have been seen in practice. The main reason for the research gap between polycentric planning and environment performance is the lack of understanding of the environment response mechanism to urban spatial structure. Focusing on the typical urban environment issue, urban heat island, the project will dig deep into the core of polycentric urban development and urban heat island mechanism. Based on the measurement of morphological, functional polycentric structures and the coupling relationship, the project will build the complicate linkages and simulate the dynamic interaction mechanism between the heat components of land surface thermal radiation, human heat release and the polycentric contents of morphological, functional polycentric structures. After a thorough investigation of urban morphological and functional improvement measurements, the project will establish various combined scenarios, and then simulate the mitigation effects to urban heat island under the different scenarios, and finally propose the adaptive strategies to optimize urban spatial structure. It is of great significance for reevaluating and rethinking the polycentric urban planning thought.

多中心、组团式布局，是我国当前城市规划最流行的空间模式。城市多中心模式在缓解“城市病”上是否比传统单中心模式更有效率，学术界存在争议、实践中也缺少有效经验积累。对城市空间结构内涵及其环境响应机制理解不足，是多中心规划环境绩效研究鸿沟存在的主要原因。选择城市环境典型问题—城市热岛效应为代表，项目深入多中心城市的核心内涵与热岛产生机制内部，在对城市形态多中心、功能多中心结构及二者耦合关系定量表达的基础上，分别建立城市形态-功能多中心与地表热辐射、人为热释放的关联关系；系统模拟地表热辐射与人为热释放的动态变化与城市形态-功能多中心结构的作用机制。在研究缓解热岛效应的城市形态多中心优化措施与功能多中心优化策略的基础上，设置形态-功能优化策略组合情景，定量模拟不同情景下热岛缓解效果，制定形态-功能一体的城市空间结构优化适应性策略。这对重新认识多中心城市规划思想具有重要意义。

城市多中心化发展已成为全球普遍趋势，部分研究表明多中心结构确实能够缓解环境问题，但是对于近年来愈加严峻的城市热岛效应，却鲜有研究证明多中心结构的绩效。学界对城市空间结构内涵及其环境响应机制的理解不足，导致相关研究难以提出实现城市有效治理的应对策略。本研究深入多中心城市的核心内涵和热岛效应的形成机制，基于多源时空大数据定量测度了城市形态和功能多中心结构，分析了形态和功能的耦合演化关系，在空间化人为热排放的基础上研究了城市热岛效应的时空演变规律，进而剖析了城市多中心开发的热岛响应特征与机制，最后模拟了城市多中心优化策略的热岛缓解效果，探索了适应性空间治理路径。主要研究发现：（1）杭州的多中心开发呈现出“强主城、弱副城”的不均衡特征，中心体系内密外疏；上海的功能多中心发展要滞后于形态多中心，功能多中心分布并未与行政区划相一致；重庆的形态和功能多中心分布都较为均衡，说明多中心结构适合于多山多水的城市。（2）我国各大城市的人为热通量高值普遍出现在中心城区，最高值出现在重工业区；北京的人为热通量在冬季达到最大值，工作日显著高于非工作日。（3）城市形态对热岛存在显著影响，面积小且分散分布的城市建成区拥有较低的热岛强度；总体上，形态多中心度越大的城市，热岛强度越小，虽然功能多中心度与热岛强度存在负相关关系，但是否有显著影响仍待证明；在杭州城市扩张发展阶段，城市在形态和功能上的多中心开发都会带来热环境的恶化，其根本原因在于工业郊区化的推进。（4）北京按规划的三区进行多中心扩张的模式不仅符合当前城市用地布局要求，而且具有较佳的热岛削减效果；政府决策情景下，上海城市增长的热岛适应性最强，这源于政府兼顾开发与保护的行为逻辑。本研究拓展了城市空间结构与热岛效应的理论研究深度，创新了功能多中心测度、地表温度获取及人为热空间化的方法，为决策者制定多中心城市形态和功能一体化的热岛适应性策略提供了直接依据。