《Trees, Forests and People》：Threshold-Driven Spatial Configuration for Urban Park Cooling: Translating Multi-Metric Analysis into Actionable Design Guidelines in Shenzhen
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本研究针对城市热岛效应加剧背景下，中大型城市公园降温效能优化难题，通过集成随机森林特征选择、LightGBM建模和SHAP可解释性分析的技术路径，系统解析了深圳196个公园的多维度降温规律。研究发现公园面积20公顷为降温效益关键阈值，森林面积5公顷时降温强度达到平台期，周边道路密度超过15%将显著削弱降温效能。研究创新性地提出了树高10-15米、不透水面占比低于40%等可量化的设计参数，为高密度城市热缓解提供了精准的景观设计决策支持。
随着全球城市化进程加速，城市热岛效应已成为威胁城市可持续性的重要挑战。在人口高度集聚的粤港澳大湾区核心城市深圳，2023年记录到的极端高温达36.4°C，年均气温较常年偏高0.6°C，城市热环境压力日益凸显。作为"千园之城"，深圳现有公园1238个，计划到2035年增至1500个，但快速城市化导致的空间资源紧缺、人均绿地不足等问题，使得公园降温效能的精准优化成为迫切需求。
传统研究多采用线性回归分析公园降温效应，难以捕捉多维因素间的复杂非线性关系。尽管二维景观指标（如NDVI、PLAND）和三维植被特征（树高TH）已得到应用，但如何系统整合多维度指标，并转化为可操作的设计指南仍是难点。特别是在亚热带高密度城市语境下，公园降温强度（PCI）、降温面积（PCA）和降温效率（PCE）等多项指标往往存在权衡关系，需要更精细的阈值指导。
该研究创新性地构建了RF-BOA-LightGBM-SHAP技术管道，对深圳196个中型（1-5公顷）到大型（5-100公顷）城市公园展开多维度分析。通过随机森林筛选出影响三类降温指标的关键环境因子，采用贝叶斯优化LightGBM超参数，并利用SHAP值解析非线性关系和阈值效应。研究特别关注了公园面积、森林覆盖率、不透水面比例、道路密度等内外环境因素的交互作用。
关键技术方法包括：基于Landsat 8遥感数据的地表温度反演，采用等半径法划分30-300米缓冲带计算PCI/PCA/PCE指标，运用Fragstats 4.2计算90米移动窗口下的景观格局指数，通过随机森林特征重要性排序筛选关键变量，结合贝叶斯优化LightGBM超参数建立预测模型，并采用SHAP值进行可解释性分析。
研究结果揭示了一系列关键阈值效应：
- 1.
公园降温强度（PCI）影响因素分析显示，公园内部NDVI值超过0.5时对PCI产生显著正向影响，树高12.5-17.5米区间贡献度最大，森林面积在5公顷左右出现效益平台期。而不透水面比例超过20%将明显抑制降温强度。
- 2.
公园降温面积（PCA）研究表明，20公顷是公园面积的关键阈值，小于此值的公园可通过优化配置提升降温范围，而更大面积公园的PCA增益趋缓。森林覆盖率超过70%时对PCA提升效果显著。
- 3.
公园降温效率（PCE）分析发现，公园面积在15公顷内对PCE有正向影响，超过后效益递减。树高10-15米为最优区间，不透水面边缘密度超过80米/公顷时因热交换增强反而提升冷却效率。
值得注意的是，周边环境因素呈现复杂影响规律：缓冲区道路密度超过15%时对三类降温指标均产生抑制作用，而周边植被覆盖仅在一定范围内（NDVI 0.2-0.3）产生正向影响，过高反而削弱公园的相对降温表现。
讨论部分深入阐释了这些发现的科学价值与实践意义。在理论层面，研究证实了公园冷却效能的多尺度阈值特性，揭示了二维与三维植被特征的互补作用机制。实践方面，提出了差异化的设计策略：面积小于20公顷的公园应重点优化内部植被结构，将树高控制在10-15米，不透水面比例限制在40%以下；大型公园则可依靠规模效应维持稳定冷却效能，通过集中布局森林斑块最大化生态效益。特别强调在道路密度高的区域，需通过增加植被复杂度和透水表面来抵消热岛效应。
研究创新点在于首次系统量化了亚热带高密度城市环境下多类降温指标的协同优化路径，将机器学习黑箱模型转化为具象的设计参数。局限性在于缓冲区分析仅限300米范围，未考虑更大尺度的冷却扩散效应，且样本排除了滨海公园和大型水体公园。未来研究可拓展季节性动态分析和多城市比较验证。
该研究为深圳及其他类似气候条件下的高密度城市提供了精准化的热环境调节方案，通过空间配置优化使有限的绿地资源发挥最大降温效益，对推动气候适应性城市建具有重要意义。相关成果已发表于《Trees, Forests and People》期刊，为城市景观设计的科学决策提供了重要参考。
