导读：研究发现，城市热岛强度不仅取决于绿地覆盖多少，也与城市中长期累积的建筑材料存量密切相关。以北京市中心城区为例，研究团队将建筑材料存量、绿色基础设施、空间分布格局与可解释机器学习相结合，揭示了砖材存量对城市热岛的非线性影响，并识别出热岛变化关键阈值；同时，研究表明绿地覆盖与合理布局能够显著缓解高密度建成区的热环境压力。
随着城市化快速推进，建筑、道路和硬化地表不断替代自然下垫面，城市吸收和储存太阳辐射的方式也随之改变。城市热岛效应由此成为城市可持续发展中最重要的环境问题之一：它不仅提高夏季地表和近地面温度，也会增加居民健康风险、建筑降温能耗和极端高温暴露。
过去关于城市热岛的研究，常常关注不透水面比例、建筑密度、城市形态或绿地覆盖。然而，城市中的建筑并不是抽象的“密度”或“面积”，而是由砖、砂、石、钢等大量材料堆积而成。这些材料具有不同的热容量、导热性和储热能力，会在白天吸收热量，并在夜间持续释放热量。
因此，理解城市热岛，不能只问“城市建得有多密”，还需要进一步追问：城市里累积的建筑材料如何影响了城市热岛效应？绿色基础设施又能在多大程度上抵消这种热负荷？
图1｜研究框架。研究整合建筑材料存量、绿色基础设施、气象环境变量和城市热岛强度数据，并利用 XGBoost、部分依赖分析和情景模拟识别关键影响因素及其交互作用。
本研究以北京市中心城区为研究区，构建了一个面向城市热环境调控的定量分析框架。研究团队首先基于建筑足迹和材料强度数据，估算建筑材料存量，重点关注砖、砂、砾石和钢等金属和非金属代表性材料；同时利用遥感数据提取夏季地表温度和绿色基础设施覆盖情况，并进一步用 Moran’s I 描述建筑材料和绿地的空间集聚程度。
在方法上，研究采用 XGBoost 模型预测城市热岛强度，并结合部分依赖图（PDP）和个体条件期望曲线（ICE）解释不同变量的边际影响和交互关系。这样不仅可以判断哪些因素更重要，也能识别传统线性模型难以捕捉的阈值效应和非线性响应。
研究进一步设置了多种情景，例如建筑材料存量增加或减少 20%、绿地覆盖增加或减少 20%、建筑材料与绿地空间格局发生变化等，用于评估不同城市发展或增绿策略可能带来的热岛变化。
图2｜北京市研究区及关键变量空间分布。研究区覆盖北京市中心城区，叠加地表温度、建筑足迹、砖材存量、绿色基础设施覆盖以及空间集聚指标。
主要发现 1：砖材存量是影响城市热岛强度的关键变量
模型结果显示，XGBoost 对北京市城市热岛强度具有较好的预测能力，测试集 R² 约为 0.72，RMSE 为 0.77°C，MAE 为 0.58°C。特征重要性分析表明，在纳入建筑材料、绿地覆盖、空间格局、风速和降水等变量后，砖材存量是最重要的预测因子，相对重要性约为 0.28；绿色基础设施覆盖率位居第二，相对重要性约为 0.18。
这一结果说明，城市热环境并不只是“绿地少”或“建筑多”的结果，建筑材料本身的累积也在塑造城市热岛。与砂、砾石、钢等材料相比，砖材存量在模型中表现出更强的解释力，提示材料组成和热物理性质可能是理解城市热岛的重要切入点。
图3｜XGBoost 模型表现与特征重要性。模型能够较好拟合北京市城市热岛强度分布，其中砖材存量和绿色基础设施覆盖率是最重要的影响因素。
主要发现 2：建筑材料累积存在“热岛阈值”
研究进一步发现，砖材存量与城市热岛强度之间并不是简单的线性关系。当砖材存量低于约 3×10^8 吨时，热岛强度随材料累积缓慢增加，边际变化较小；但一旦超过这一阈值，热岛强度会出现更明显的跃升，增加幅度约为 0.8°C。
这意味着，城市建成环境可能存在某种热环境“临界点”。在低材料存量阶段，新增建设带来的热影响相对有限；但当建筑材料累积到一定程度后，高热容量材料、密集建筑形态、通风受阻以及人为热排放等因素可能共同作用，使城市热环境响应发生放大。
这一发现对城市更新和高密度开发具有重要启示：在已经接近或超过材料存量阈值的区域，继续增加高储热材料可能带来更强的热岛风险。
主要发现 3：绿地不仅要“多”，也要“有格局”
绿色基础设施对城市热岛具有稳定的缓解作用。部分依赖分析显示，随着绿色覆盖率提高，城市热岛强度整体呈下降趋势；从低覆盖到高覆盖，绿地带来的降温潜力可接近 2°C。
交互分析也表明，高绿地覆盖能够削弱砖材存量增加带来的升温效应。在绿地覆盖率较高的区域，即使砖材存量较高，城市热岛强度仍能维持在相对较低水平；而低绿地覆盖区域在砖材存量增加时更容易出现高热岛强度。
图4｜关键变量对城市热岛强度的非线性影响。砖材存量表现出明显阈值效应，绿地覆盖率呈持续降温效应。
主要发现 4：增绿最应优先进入高材料存量区域
情景模拟结果进一步展示了不同城市更新策略的热环境后果。当砖材存量增加 20% 时，研究区平均热岛强度上升约 0.10°C，中心城区尤其敏感，局地升温可接近 0.47°C；当砖材存量减少 20% 时，平均热岛强度下降约 0.15°C，最大降温可达 0.58°C。
相较之下，增加绿色基础设施覆盖会带来广泛降温。模拟显示，绿色覆盖率增加 20% 时，研究区平均降温约 0.17°C，最大降温可达 0.46°C；而绿色覆盖率减少 20% 则会导致平均升温约 0.19°C，局地升温同样可达 0.46°C。
这些结果表明，绿地建设在高材料存量、高开发强度地区具有更高的热环境收益。换言之，增绿不应只追求总量增长，更应优先进入热负荷高、材料存量大、居民热暴露风险更强的区域。
图5｜不同情景下的城市热岛响应。建筑材料存量增加会加剧中心城区热岛，绿色基础设施增加则在全域产生降温效应，并在高开发强度区域表现更明显。
・在高密度建成区，应将建筑材料存量纳入城市热环境评估。仅用建筑密度或不透水面比例描述建成环境，可能低估材料组成和材料累积带来的储热风险。
・在城市更新和新建开发中，应关注高储热材料的规模和空间集聚，尤其避免在已超过或接近热岛阈值的区域继续叠加高热负荷建设。
・增绿应优先服务高材料存量和高热暴露区域。与平均化增加绿地相比，将绿色基础设施精准布置在热负荷更高的区域，可能获得更显著的降温收益。
・城市热岛治理需要把“减热源”和“增冷源”结合起来：一方面控制和优化建筑材料存量，另一方面通过绿地覆盖和空间配置提高城市热环境韧性。
这项研究提醒我们，城市热岛并不是单一因素造成的结果，而是建筑材料累积、空间形态、绿色基础设施和气象环境共同作用的产物。对于高密度城市而言，热环境治理不能只停留在“多种树、多建公园”的层面，还需要理解城市建成环境本身储存和释放热量的机制。
未来的城市热岛缓解策略，应从单纯提高绿地比例进一步走向精细化配置：哪些区域已经积累了过高的材料热负荷？哪些地方最需要优先增绿？绿地是零散补点，还是形成可持续的冷岛网络？当这些问题被纳入城市规划，城市才可能在持续发展中获得更稳定、更公平、更韧性的热环境。
上述研究成果以“Quantifying the impact of building material stock and green infrastructure on urban heat island intensity” 为题，发表于期刊 Building and Environment。南京大学助理教授鲍毅为论文第一作者，黄舟教授为论文通讯作者，主要合作者还包括尹赣闽、任书良、颜晓钦、齐俊楠等。研究得到了国家自然科学基金项目（U2344216、42271471、42401559）和博士后创新人才支持计划（BX20240001）的支持。
文章信息：Quantifying the impact of building material stock and green infrastructure on urban heat island intensity. Building and Environment, 280 (2025), 113068. DOI: 10.1016/j.buildenv.2025.113068.
第一作者简介：
鲍毅，博士毕业于北京大学地图学与地理信息系统专业（2018-2023），博士毕业后在北京大学遥感所继续从事博士后研究工作，并获得2024年博士后创新人才支持计划。2025年12月开始担任南京大学空间地球科学研究院助理教授、特聘研究员。研究领域为地球大数据、GeoAI、时空智能、城市可持续发展，累计发表SCI论文30余篇，主持国自然青年基金，重点研发子课题等国家和省部级项目5项，担任Humanities and Social Sciences Communications编委，Resources, Environment and Sustainability青年编委、Remote Sensing和Electronics专刊编辑。
