从风险耦合到精准治理：通过结合LCZ框架的HEVA系统，解读高密度城市地区中的复合热淹风险

《Sustainable Cities and Society》：From hazard coupling to targeted governance: Decoding compound heat-flood risks in high-density urban areas through HEVA system combined with the LCZ framework

本研究基于HEVA评估体系与LCZ地图，结合copula函数和XGBoost-SHAP方法，分析武汉高密度城区热洪复合灾害风险，揭示热风险集中于Jiangan、Jianghan和Qiaokou区，洪风险呈散布分布，复合风险呈现非线性叠加特征，热风险贡献占比更高，并提出分区块防治策略。

　　

Jialu Gao|Jin Bai|Hongxuan Lan|Hongchi Zhang|Fei Guo|Peisheng Zhu|Xiaodong Lu

中国辽宁省大连市大连工业大学建筑与美术学院

摘要

全球气温的持续上升加剧了气候系统的不稳定性，导致极端天气事件更加频繁，影响范围也更广。多种灾害类型的相互作用对公共卫生构成了重大威胁，并造成了巨大的经济损失。一些城市在炎热季节同时遭受暴雨和洪水的侵袭。由于缺乏应对措施，公众受到了严重影响。通过建立HEVA评估系统，对武汉市高密度城区的热浪和洪水风险进行了评估。利用遥感（RS）和地理信息系统（GIS）方法生成了湖泊和河流（LCZ）地图，并采用copula函数和XGBoost-SHAP方法评估了复合热洪风险。研究结果表明：（1）武汉市城区的高热风险主要集中在江岸区、江汉区和桥口区的南部；最低风险区域位于湖泊和河流区域；高洪水风险区主要分布在江岸区、江汉区和桥口区的南部，且风险分布较为分散；（2）复合热洪风险显示，由于建筑密度高和人口活动频繁，城市中心区域的风险值较高，而城市周边地区的风险相对较低；（3）在城市中，热风险的相对贡献大于洪水风险。基于研究结果和LCZ框架，提出了针对街区层面的防控策略。

引言

随着全球变暖，极端天气和气候事件变得更为常见、广泛、强烈且同时发生（IPCC，2023）。城市人口密度的增加和人类活动的扩展（Zhang等人，2025b）加剧了温室效应和水循环（Guan等人，2024），同时也加强了热浪和强降雨之间的热力学联系（Sauter等人，2023）。这增加了复合热洪极端事件的发生概率（Diffenbaugh等人，2017；Myhre等人，2019；Yu等人，2024；Jain等人，2025；Li等人，2025；Zhang等人，2025b）。在洪水和高温序列中，极端高温会降低低层大气的稳定性，加剧对流并积累大气水分（Hao & Chen，2024）。先前的研究已经证实，对流运动向高温区域移动会增加强降水的概率和强度（Fowler等人，2021）。在高温和洪水序列中，极端降水会迅速消耗局部水汽，导致某些地区出现无云天气，从而加剧高温风险（Dai等人，2020）。同时，大规模的土地变化改变了自然生态系统和地下环境特征，增加了城市的脆弱性（AghaKouchak等人，2020），进一步加剧了复合热洪灾害的风险（Taha，1997；Zhou等人，2022；Zhang等人，2024b）。极端高温和降雨不仅可能导致人员伤亡（Du等人，2010；Wang等人，2023b），还会对个人健康造成不可逆的影响（慢性疾病的急性发作、心理障碍等）（Tait等人，2018），尤其是对脆弱人群（Yang等人，2021）。此外，这些事件造成的严重经济损失引发了不利的社会和环境后果（Du等人，2010；Day等人，2019）。因此，应对极端天气中的热浪和洪水风险将是健康城市和高质量发展的重要课题。

在识别驱动因素、进行风险分析和归因以及针对个别灾害类型（如热浪（Hua等人，2021）、洪水（Gu & Liu，2024）和干旱（Castellano-Bahena & Ortega-Gaucin，2025）的预测分析方面已经取得了显著进展。复合极端事件可能比单一极端事件具有更大的社会影响（Raymond等人，2020），因为初始的极端事件会影响后续极端事件的韧性，复合灾害更有可能结合产生灾害放大效应（Deng等人，2024），对城市和人类健康造成更严重的负面影响（Du等人，2010）。传统的灾害研究缺乏跨系统的交互认知框架（Sobhaninia等人，2025），数据障碍使得多灾害协同评估变得困难（Cui等人，2021），政府的应急管理系统仍停留在单一灾害预防阶段（Amirzadeh等人，2022）。这些问题共同导致了复合风险研究的相对匮乏。复合灾害风险包括复合高温风险、复合干热风险、复合湿热风险、复合干冷风险和复合湿冷风险，以及复合降水风险分析（Hao & Chen，2024）。其中，关于复合干热（Jiang等人，2025）和复合洪水风险（Wang等人，2018）的风险驱动因素和时空分布特征的研究相对较为广泛。过去二十年里，热浪和洪水联合事件的频率大幅增加（Chen，2020），Zhou等人（2023a）预测此类复合事件在全球范围内呈上升趋势。针对这一现象的研究才刚刚开始，关于热浪和强降雨间隔缩短（Li等人，2025）以及复合热洪效应的空间变化（Yu等人，2024）的研究还很有限。目前缺乏关于复合热洪效应及其风险机制的理论研究，复合热洪风险评估及其协同效应的研究也存在空白。在复合热洪事件高发地区，受人为因素和自然因素影响的复合因素的“叠加状态”分布特征仍不甚清楚。

有许多系统用于评估单一热浪和洪水灾害的风险，IPCC提出的“Crichton风险三角”HEV风险系统（Malakar等人，2021；Gao等人，2023；Ma等人，2023；Xiang等人，2024；Yu等人，2024）被广泛使用（IPCC，2023）。随后又衍生出了其他评估系统，例如主要用于热风险评估的HVI系统（Lee等人，2024；Zou等人，2024）和主要用于洪水风险评估的HV系统（Mokhtari等人，2023；Zhu等人，2023；Chandole等人，2024）。还提出了更综合的评估框架，如HEVA风险评估框架（Guo等人，2024），该框架包含四个一级指标，即“灾害-暴露-脆弱性-适应”，提高了复合风险评估的适用性。风险评估在不同尺度上的表现不同（Li等人，2022），其大多数评估单元基于行政单位（城市、区）（Li等人，2022；Li等人，2024）。目前，一些研究人员使用局部气候区（LCZ）框架作为分类工具，该框架介于城市和街区尺度之间。由于其与城市土地利用和建筑功能的高度相关性（Stewart & Oke，2012），以及能够用易于理解的语言描述不同城市土地利用类型，LCZ已被广泛用于城市热风险评估（Ma等人，2023；Xin等人，2023；Zhang等人，2023；Xiang等人，2024）。此外，LCZ分类系统结合了地表覆盖、地表结构、地表材料和人类活动（Stewart & Oke，2012），这些也与洪水风险高度相关（Zhu等人，2023；Amiri等人，2024），因此LCZ作为洪水风险评估工具具有巨大潜力。

在本研究中，结合LCZ系统的HEVA被用来构建复合热洪风险评估指数体系。以武汉市高密度城区为例，选择HEVA系统分别构建热浪和洪水的单一风险评估指数体系，并使用改进的CRITIC方法进行权重分配。采用copula函数构建复合热洪风险指数（CHFRI），以研究该区域的热浪和洪水空间差异。此外，使用XGBoost-SHAP方法计算相对贡献。利用遥感和GIS生成的LCZ地图作为街区单元，提出了针对性的韧性策略，为城市管理者制定区域复合风险策略提供了有效的支持工具。

研究区域

武汉是中国中部平原上的一个中心城市和特大城市，人口达一千万，城市化进程迅速，基础设施功能密集。它位于江汉平原东部和长江中游，长江及其最大支流汉河的交汇处。该市的河流、湖泊和港口相互交织，水域面积占城市总面积的四分之一。

热风险地图评估

基于表3中构建的热风险评估系统，生成了热风险地图（图4(a)）。该地图显示，武汉市高密度城区的热风险范围为0.23–0.65。风险从河流沿线的高密度建筑区向周边区域逐渐降低。高风险区域主要位于江岸区、江汉区和桥口区，这是由于高密度建筑群的集中。

复合热洪风险的空间异质性

利用HEVA风险评估系统探索了单独的热浪和洪水风险的空间分布，发现热风险从城市中心向周边区域逐渐降低，而洪水风险的高值则呈现分散分布（图4，图5）。复合热洪风险的空间分布并非单一风险的简单叠加，而是显示出显著的非线性协同特征。

结论

武汉具有易受洪水侵袭和长期高温的特点，本研究以该市的主要建成区作为研究区域，利用遥感和GIS方法生成的LCZ地图作为街区单元，探讨了热浪和洪水复合风险对高密度城市的影响。HEVA风险评估系统结合了多源数据，如遥感图像、人口分布、社会经济数据、兴趣点（POI）等。改进的CRITIC分配方法被用于建立评估体系。

未引用参考文献

Yu and Leng, 2022

CRediT作者贡献声明

Jialu Gao：写作——审稿与编辑、撰写初稿、验证、数据管理、概念化。Jin Bai：写作——审稿与编辑、验证、监督、概念化。Hongxuan Lan：形式分析、数据管理。Hongchi Zhang：写作——审稿与编辑、撰写初稿、验证、监督、形式分析、概念化。Fei Guo：项目管理、形式分析、概念化。Peisheng Zhu：方法论、形式分析、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。