城市化强度及其对城市地区及更广泛区域植被物候的影响：来自长江三角洲三个代表性城市的证据

《Urban Ecosystems》：Urbanization intensity and its effect on vegetation phenology in urban areas and beyond: evidence from three representative cities in the Yangtze river delta

提出基于LCZ分层机制的框架，结合随机森林与结构方程模型，分析合肥、常州、湖州三城不同城市化强度下植被春季物候的驱动机制及效应，揭示人类活动主导、过渡均衡、气候调控三阶段特征及城市化直接负效应随强度递减规律。

　　

摘要

了解城市植被春季物候（UVSP）的时空动态及其驱动因素对于保护城市生态系统至关重要。鉴于目前可用于分析UVSP的可扩展、基于机制的工具有限，我们提出了一个基于局部气候区（LCZ）的分层框架：将城市划分为四个强度等级（高、中、低、自然）。通过结合随机森林（RF）和偏最小二乘结构方程建模（PLS-SEM），我们能够（i）识别出城市春季物候的主要驱动因素，（ii）量化城市化对物候的直接和间接影响，从而在统一的结构内实现跨城市的、可比较的机制分析。我们将该框架应用于三个具有相似气候背景但城市化程度不同的城市——合肥、常州和湖州。对形成性综合指标的测量诊断结果以及全局拟合指数均支持了模型的合理性。研究结果表明，从高强度城市区域到自然区域存在明显的时空延迟差异，尤其是在湖州（+30.4天）和合肥（+27.1天）。这三个城市的生长季节开始时间（SOS）在不同城市化强度水平下存在显著差异。城市因素和气候因素对SOS的贡献呈现出三个阶段：以人为主导的阶段、过渡平衡阶段以及受气候调节的阶段：在高强度城市区域，城市化指标（如不透水面、夜间光照）的贡献占主导地位（>55%），而在自然区域，气候因素（如温度、日照）的贡献占主导地位（>51%）。PLS-SEM分析显示，城市化对高强度区域SOS的直接影响持续为负（合肥：-0.315；常州：-0.238；湖州：-0.435），同时存在较小的间接气候中介效应，其符号因区域/城市而异；总体效应随着强度的降低而趋近于零。通过将LCZ强度映射与效应分解建模相结合，本研究提供了可解释机制的证据，为气候适应性城市规划提供参考——在高强度区域优先考虑不透水面管理和光污染控制，在低强度和自然区域增强微气候连通性和气候韧性。这些发现为气候适应性城市规划和绿地设计提供了有益的见解。