東北地理所在商業(yè)街區(qū)中城市森林的服務(wù)功能研究方面取得新進展
隨著全球城市化進程的加速，人口密度的持續(xù)增長為城市可持續(xù)發(fā)展建設(shè)和發(fā)展帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。隨著城市化進程的推進，人口密度的增加往往伴隨著環(huán)境問題的加劇，尤其是環(huán)境污染、熱環(huán)境惡化以及綠地的匱乏等問題，這些問題不僅降低了居民的生活質(zhì)量，也對城市的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了威脅。如何在追求經(jīng)濟發(fā)展的同時，保護和改善城市環(huán)境，成為現(xiàn)代城市規(guī)劃的重大課題。在這一背景下，城市商業(yè)街區(qū)的生態(tài)功能，尤其是城市森林的服務(wù)功能，逐漸成為解決這一矛盾的關(guān)鍵所在。
城市森林在商業(yè)街區(qū)中的作用尤為突出。商業(yè)街區(qū)作為城市的經(jīng)濟心臟地帶，密集的人口之下建筑高聳，交通繁忙，環(huán)境問題尤為顯著。盡管經(jīng)濟發(fā)展是城市繁榮的推動力，但隨之而來的環(huán)境惡化嚴重影響了居民的生活質(zhì)量和健康。而城市森林正是這種矛盾的“平衡器”。通過合理的綠化和生態(tài)設(shè)計，城市森林能夠調(diào)節(jié)街區(qū)氣候、凈化空氣，并有效緩解熱島效應(yīng)，為居民提供一個更加宜居的生活空間。與此同時，城市森林的存在還增強了生物多樣性和城市的生態(tài)韌性，提升了商業(yè)街區(qū)的吸引力和可持續(xù)性。因此，在現(xiàn)代城市的可持續(xù)建設(shè)中，城市商業(yè)街區(qū)不僅需要經(jīng)濟增長的動力，更需要城市森林的生態(tài)支持，才能實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的雙贏，達到可持續(xù)發(fā)展的目標。
圖1 可持續(xù)的城市建設(shè)中城市森林服務(wù)功能“平衡器”的示意圖
對此，東北地理所城市森林與濕地學(xué)科組魏紅旭副研究員團隊綜合運用云大數(shù)據(jù)的提取和自訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對人口聚集的商業(yè)街區(qū)中生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施供給、調(diào)節(jié)熱環(huán)境舒適度以及阻滯道路上機動車排放PM2.5的污染擴散等功能進行國基地理尺度的大范圍區(qū)樣調(diào)查研究。
在城市商業(yè)街區(qū)森林生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)功能方面，研究團隊選取了中國148個城市的1152萬條興趣點數(shù)據(jù)，涵蓋食品、購物、生活服務(wù)、酒店和娛樂等五大零售行業(yè)，并結(jié)合129萬張街景圖像計算的綠視率，分析了不同氣候區(qū)和道路等級下零售店鋪數(shù)量與行道樹覆蓋率之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，亞熱帶氣候區(qū)的城市零售店鋪數(shù)量普遍高于溫帶氣候區(qū)，并通過深度學(xué)習(xí)模型對2024年的零售店鋪分布進行城市商業(yè)空間布局的優(yōu)化建議（圖2）。
圖2 項目研究城市的選取及典型商業(yè)街區(qū)調(diào)查點位布局示意圖
在城市森林在商業(yè)街區(qū)環(huán)境調(diào)節(jié)功能方面，本研究收集了來自49個城市82個公園的8314張城市熱環(huán)境中志愿者自發(fā)的面部表情照片，利用面部識別模型分析情緒對熱環(huán)境的主觀感知分數(shù)，通過微積分中一、二階導(dǎo)數(shù)的計算原理，發(fā)現(xiàn)悲傷情緒分數(shù)與溫度之間存在一種“U型”相關(guān)關(guān)系，并將其命名為“悲傷微笑區(qū)線”，基于此判定最舒適的溫度為22.84°C，舒適溫度范圍為14.62°C至31.06°C（圖3），為城市森林改善熱環(huán)境舒適度的服務(wù)功能量化評估提供理論基礎(chǔ)。
圖3 空氣溫度（以攝氏度為單位）和悲傷情緒（以百分比計）之間的關(guān)系
在調(diào)節(jié)大氣PM2.5污染方面，研究團隊通過來自中國153個城市的約30萬張街景圖像的分析，使用深度學(xué)習(xí)模型從街景圖像中提取綠視率和行駛車輛密度，量化樹冠遮擋的綠視率并發(fā)現(xiàn)其與PM2.5濃度呈負相關(guān)，進而比較了不同機器學(xué)習(xí)模型在PM2.5濃度預(yù)測中的表現(xiàn)，為提升城市商業(yè)街區(qū)行道樹對機動車排放的PM2.5的阻滯功能提供理論基礎(chǔ)（圖4）。
圖4 由隨機森林算法和線性回歸模型提供的預(yù)測結(jié)果比較
相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊Journal of Retailing and Consumer Services（中國科學(xué)院1區(qū)Top）、Urban Climate（中國科學(xué)院2區(qū)）、Journal of Thermal Biology（中國科學(xué)院2區(qū)）和Land（中國科學(xué)院2區(qū)）上。城市森林與濕地學(xué)科組碩士研究生劉一楓（第一作者）和魏紅旭副研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目（項目號：41971122）、中國科學(xué)院東北地理所學(xué)科發(fā)展基金（項目號：E4ZXS10701）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費（項目編號：0919/140193）等項目共同資助。
論文信息如下：
Yifeng Liu,Xinyu Wang,Hongxu Wei*,Zhanhua Cao,2025,Predicting retail shop number against roadside tree canopy shade: A national wide demonstration across 148 cities of China,Journal of Retailing and Consumer Services,84,104255,https://doi.org/10.1016/j.jretconser.2025.104255.
Yifeng Liu,Zhanhua Cao,Hongxu Wei*,Peng Guo,2024,Decoding prediction of PM2.5 against jointly street-tree canopy size and running vehicle density using big data in streetscapes,Urban Climate,59,102282,https://doi.org/10.1016/j.uclim.2024.102282.
Yifeng Liu,Xinyue Zhang,Hongxu Wei*,Zhanhua Cao,Peng Guo,2024,“Sadness smile” curve: Processing emotional information from social network for evaluating thermal comfort perception,Journal of Thermal Biology,127,104025,https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2024.104025.
Yifeng Liu,Zhanhua Cao,Hongxu Wei*,Peng Guo,2024,Optimizing spatial distribution of retail shops against neighborhood tree canopy shade using big data extracted from streetscape. Land. 13,1249,https://doi.org/10.3390/land13081249.
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