本文是一篇城市规划论文，本研究从建筑功能分区的视角出发，深入剖析城市热环境的影响因素。通过对建筑功能混合区的细致分类，实现对不同建筑功能区的热环境特性更为详细和明确的分析。
1绪论
1.1研究背景与意义
1.1.1研究背景
全球气候变化是当前国际社会面临的重大挑战，全球变暖问题日趋严重。联合国气候委员会（IPCC）多次警告全球气候变暖会给人类社会带来可怕后果，在全球经济飞速发展的同时气候问题也在束缚着人类的发展[1]。随着城市化进程的加速推进，土地覆被发生剧烈变化，城市热环境问题日益凸显，成为制约城市可持续发展的重要因素之一[2–4]。在全球持续变暖和城市化快速化发展的双重背景下，城市热环境质量持续恶化，严重威胁人类健康和生产发展。城市热环境问题不仅影响城市气候、居民生活舒适度，还对城市生态环境和能源利用产生深远影响[5–7]。
在城市规划和建设中，建筑作为城市的重要组成部分，对城市热环境具有重要影响[8]。但随着建成区变得更加密集，城市形态发生改变，从而导致建筑密度、紧凑度、容积率和建筑平均高度等建筑指标的升高[9]。此外，城市热环境会因城市内部的土地覆被情况、人类活动、植被类型和密度以及水域分布等原因存在明显的空间差异性，故城市建筑的布局和高度等因素和其周围环境直接影响着城市的热环境[10,11]。因此，深入探究城市热环境的影响因素，对于改善城市热环境、提高居民生活质量具有重要意义。
黄石市位于湖北省东部，地处长江中游地区，地理位置优越，城市发展速度迅猛。黄石市作为一座典型的工业城市，在城市化进程中面临着热岛效应加剧、气温升高等问题，尤其是在夏季高温天气，市区部分地区的地表温度极高，给市民生活带来极大不便[12]。黄石市沿湖区域作为主城区最为繁华的市中心，其土地利用复杂、建筑类型丰富多样，对研究城市热环境影响因素具有重要意义。
1.2国内外研究进展
1.2.1城市热环境影响因素研究
为了更有效地缓解城市热环境问题，需要深入了解城市热环境受到哪些影响因素的影响。通过梳理国内外研究成果，城市热环境影响因素的研究主要可以概括成三个阶段。
第一阶段是简单地从地表提取相应能够象征地表的自然因子[13–18]，如NDVI（归一化植被指数）、MNDWI（改进的归一化差异水体指数）和NDBI（归一化建筑指数）等。例如，早期王天星等学者直接研究地表参数反演与热岛的演变规律[19]，黄奕钦等学者研究土地覆被对热岛的效应[20]。除此之外，李膨利等学者研究了水域和植被这类自然地面对热岛的影响[16]；张稼乐等学者对长时空不透水面与热环境的关系展开了研究[21]；郭冠华等学者研究了城市热环境季相变异及与非渗透地表的定量关系[22]。综合这些学者的研究结论来看，水域、绿地和不透水等自然驱动力因子与城市热环境的关系显著。
第二阶段是将各种自然因子与代表社会经济的社会因子相结合，其中主要包括POI（感兴趣点）、土地利用、城市空间形态、经济发展状况和人口密度等社会相关因子[23–25]。例如何咪等学者研究了主城区POI、土地利用和景观格局指数等影响因素对热环境的影响[26]；梁建设等学者基于多源数据，研究了在城市扩张中自然因素和人文因素对热环境演变及响应的影响[27]；熊鹰等学者对长沙人居热环境效应与自然和人文影响因素进行分析，其中人文因素包括城市建设强度和社会经济活动等[28]；于琛等学者对北京市热环境空间分异与区划进行研究[29]；李洪忠以深圳市罗湖区为例，分析研究了微观尺度城市的热环境影响因素[30]；王美雅等学者将中外超大城市热岛效应变化进行对比研究[31]；杨智威等学者研究了粤港澳大湾区城市热岛的影响因子关系[32]。
2相关概念及研究方法
2.1基本概念
2.1.1城市热环境
城市热环境是指城市内气温、湿度、风速和其他气象要素的总体分布和变化状态。这一概念涉及城市内部的热点、热岛效应、微气候差异等现象，受到城市气候、地形、土地利用、建筑结构和人类活动等多种因素的影响[74]。城市热环境研究的关键目标在于理解城市内气象要素的时空变化，以及这些变化对城市居民、建筑物、能源利用和生态系统的影响。城市热环境的研究关注城市内部的热点、热岛效应、微气候差异等现象[75]，以及这些现象如何与自然环境相互作用。这一领域的研究旨在深刻理解和优化城市内部气温分布，以促进城市的可持续发展、气候适应和提高居民的生活质量。因此，对城市热环境的深入研究不仅有助于科学理解城市气候与城市规划之间的关系，还为城市规划和政策制定提供了重要的决策支持，促进了城市的可持续发展。
2.1.2不透水面
不透水面是指无法渗透水分的地表覆盖层，其表面无法让雨水或其他液体渗透到地下[76]。这类地表覆盖物通常包括硬质的建筑物、道路、停车场、混凝土或沥青铺装等。不透水面与透水表面（如草坪、土壤）形成对比，其主要特征是水分无法穿透，导致降水产生的雨水无法迅速渗透到地下。这种不透水面的广泛存在在城市化过程中变得尤为显著。城市中的大量硬质铺装和建筑物导致了大面积的不透水表面，从而影响了地表径流和水文循环[63]。在这些区域，雨水通常无法直接渗透到土壤中，而是形成了集中的、快速的地表径流，可能导致洪水、水体污染和城市热岛效应等问题。不透水面的存在对自然水文过程和城市生态系统产生了显著的影响[66]。由于雨水无法迅速渗透到土壤，地下水补给减少，地表径流增加，这可能导致水质下降和水资源的浪费。此外，不透水面还会影响城市的热环境，导致城市气温升高。因此，在城市规划和设计中，透水性表面的采用被认为是一种可持续的做法，有助于减缓雨水径流，改善水文循环，减轻洪水风险，提高城市的生态健康。
2.2研究方法
2.2.1单窗算法
本文中对地表温度反演使用的数据源是来自2021年的Landsat 8卫星的影像，其中包括可见光部分和热红外部分。Landsat卫星影像比较适合采用覃志豪等人提出的MW算法来反演地球表面的温度。此算法主要是根据Planck定律和Wien位移定律推导出的算法，此算法主要是需要算出四个参数，再根据地表温度反演模型算出地表温度。四个参数包括NDVI（归一化植被指数）、地表植被覆盖率、地表比辐射率、地表辐射亮度值，最后再根据算出的地表辐射亮度值和反演模型算出地表温度。
最后一个参数是通过地表发射率和热红外定标后的波段算出辐射亮度值。本文通过大气校正法来获取地球表面的辐射亮度。该方法的思路是遥感平台上的传感器所获取的热辐射值并不是实际上地球表面所反射的真实辐射值，传感器上接收的辐射值主要包括三个部分，包括地球表面真实的辐射值、大气向上辐射值、大气向下的辐射值。因此，在获取地球真实表面的辐射亮度时需要减去大气影响的部分，该部分的估算主要是通过同步卫星的大气参数来计算,再将减去大气影响的部分后的热辐射强度转化为真实的地球表面温度。
3 研究区域和数据 .................................. 20
3.1 研究区域 ................................... 20
3.2 数据来源与预处理 ............................... 21
4 土地覆被与热环境之间关系分析 .................. 30
4.1 地表温度反演 ........................... 30
4.2 地表温度分级 .............................. 31
5 基于建筑功能分区多维因子与热环境的空间特征分析 .................. 35
5.1 建筑功能分区空间分异特征 .................... 35
5.2 建筑功能分区多维因子空间分异性特征 .................................... 36
6建筑功能分区内多维因子对热环境的影响分析
6.1多维因子对地表温度的影响分析
6.1.1总体影响因素分析
通过地理探测器的分析，得到了多维影响因子与地表温度的q值结果，如图6-1所示。在整体建筑功能分区中，主要的影响因素依次为亲水指数、NDVI、建筑密度以及坡度。这表明蓝绿因素在影响地表温度方面具有显著的地位，其次是建筑指数和地形因素。根据BRT增强回归树模型计算得出的贡献度排名中，如图6-2所示，亲水指数最高，高达24.3%，其次是NDVI，其贡献值为14.85%，第三为坡度，贡献值为9.26%。
因此，通过地理探测器和BRT增强回归树分析综合得出，在整体建筑功能分区中，亲水指数和NDVI对地表温度影响最为显著。
亲水指数反映了水体的分布情况，而水体对地表温度有调节作用。研究区域位于城中沿湖区域，距离湖泊的远近在很大程度上影响着地表温度，因此亲水指数较低的区域地表温度相对较低。其次，NDVI在沿湖区域的表现突出，NDVI是通过测量植被反射率而获取的一项指数，其数值范围在-1到1之间，通常用来衡量地表覆盖的绿色植被程度。绿色植被通过光合作用吸收阳光并释放水蒸气，这有助于调节周围的气温。因此，高NDVI值往往与更多的绿色植被，更好的热调节效应以及较低的地表温度相联系。
7结论与展望
7.1研究结论
（1）黄石市沿湖区域不透水面与热环境之间关系显著。
沿湖区域土地覆被分类显著，中部较大空间为磁湖，绿地穿插于不透水区域之内。在各土地覆被类型中，不透水面的平均温度最高，高达41.2℃，其地表温度主要由较高温区、中温区、高温区和极高温区组成，其中高温区最多；其次是绿地的地表温度，其地表温度主要由中温区和较低温区组成，其中中温区最多；水域的温度最低，其地表温度主要由低温区、较低温区和极低温区组成，其中低温区最多。
（2）建筑功能分区与热环境空间分布均显著，地表温度具有
