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城市街景影像(SVI)为量化街道尺度的热环境与户外热舒适提供新方法,但现有研究分散且缺乏系统性整合。本文基于PRISMA框架筛选571篇文献,确定48项SVI相关研究,提出“水平×路径”分析框架(L1-L3与P/P+Ψ/Ψ),揭示SVI主要用于:(1)估算太阳辐射、遮荫和气温场;(2)结合社会脆弱性映射热暴露与不公;(3)联合物理与感知指标解释热舒适、路径选择及行为韧性。研究表明当前研究侧重物理-生理路径,未来需加强多源动态数据、可解释模型及气候正义导向的SVI指标开发。
傅晓彤|张泰龙|严少军|齐峰|沈亚梅
浙江农林大学景观建筑设计学院,中国杭州,311300
摘要
街景图像为识别行人尺度的城市热环境和户外热舒适度提供了一种新的方法,但现有的研究仍然分散且尚未以系统的方式整合。遵循PRISMA指南,本综述筛选了Web of Science和Scopus中的571篇记录,确定了48项使用街景图像来量化物理热环境、人类热环境或街道尺度上的热感知和行为的实证研究。然后,我们提出了一个结合结果层次和影响路径的分析框架。研究结果表明,当前基于街景的热研究主要通过物理-生理路径进行框架构建:大约五分之四的研究使用SVI(Street View Index)衍生的几何形状和阴影来模拟微气候或人体热负荷,而热感知和行为的明确整合相对有限。街景指标主要用于:(1)根据天空视野系数和绿色视野指数估计太阳辐射、阴影模式和空气温度场;(2)将热指数与社会脆弱性相结合,以绘制热暴露和热不公的地图;(3)通过联合使用物理和感知指标来解释热舒适度、路线选择和活动韧性。基于这些发现,我们认为多源动态街景数据、可解释的多模态模型以及与规划决策相关的基于街景的热指标是将这一研究领域推向更加以人为中心和气候公正应用的重要方向。
引言
在气候变暖和快速城市化的背景下,极端热事件的频率和强度显著增加。城市热环境已成为全球关注的主要挑战[1,2]。提高户外热舒适度(OTC)被广泛认为是增强城市健康和气候韧性的关键途径。许多研究和政策倡议现在将改善热环境和减少热暴露风险视为建设适应气候城市的重点目标[3,4]。
在众多空间尺度中,街道是城市公共空间的基本单元,也是日常户外热暴露和适应行为发生的主要场所[5]。近年来,地理信息系统和计算机视觉的发展带来了基于全景街景图像(SVI)的新数据采集方法[6]。这些方法提供了高空间分辨率的工具,用于评估街道环境。通过从行人视角捕捉地面附近的元素,如阴影、植被和表面材料,SVI为户外热环境和舒适度研究提供了与自上而下的遥感观测和数值模拟不同的街道尺度信息[7,8]。SVI已被应用于各种研究领域,包括热暴露特征描述、热应激指数解释以及主观和行为反应分析[9,10]。然而,这一跨学科领域涵盖了城市气候、遥感与GIS、计算机视觉、环境心理学和城市规划等多个视角。鉴于不同研究在结果类型、指标选择和分析方法上的显著差异,进行系统综述对于促进更清晰的比较和综合是必要的。
现有的综述已经探讨了影响OTC的因素以及街景数据在城市研究中的应用,主要集中在两个主题领域。一组综述关注OTC,总结了其主要驱动因素、评估方法和模型框架,但它们通常仅将SVI或街景图像视为众多环境暴露变量之一,很少详细讨论基于SVI的指标的具体属性、优势和局限性[[11], [12], [13]]。另一组综述关注SVI和街景感知,总结了如何利用街景或其他街景图像进行城市绿化评估、视觉感知和街道质量诊断,但它们往往将热环境视为多个应用领域之一,因此没有专门针对热暴露和热舒适度进行综合分析[14,15]。然而,目前仍缺乏将“基于SVI的街尺度热环境和OTC的实证研究”作为核心证据基础的综述,并在统一框架内提供多样化的发现对比。为填补这一空白,我们基于系统的搜索和筛选过程,提出并应用了一个“层次×路径”框架。该框架将结果层次分为物理环境、热负荷/生理指数以及主观/行为反应(L1–L3),并将解释路径区分为物理-生理过程、结合物理-心理互动和主要心理过程(P, P+Ψ, 和 Ψ)。这一框架有助于系统地映射SVI视觉元素与热暴露、主观感知和行为反应之间的关系,从而支持证据分布、研究差距和可转移性的比较综合。
值得注意的是,以人为中心的热研究涉及三个相互关联的层次:物理、心理和行为[16,17]。客观的物理环境为热暴露提供了基本条件,但主观的心理感知和行为反应也对实际的热感知和健康结果产生强烈影响。在相同的热环境下,由于心理和行为层面的差异,不同群体可能会表现出非常不同的舒适度和风险水平。这种多层次、多路径的以人为中心的视角为在本综述中整合物理条件、热负荷指数和主观/行为结果提供了理论依据,也为结果层次和解释路径的统一分类提供了方法论动机。
鉴于这一背景和研究空白,本文进行了系统综述,以揭示城市热环境与SVI之间的跨领域发展模式和内部结构。具体而言,本文的目标如下:首先,描绘SVI在热环境和OTC研究中的应用全景,总结在不同区域和气候背景下研究对象选择、热指数和SVI特征的共性和差异;其次,综合关于SVI特征如何解释热暴露和反应的主要证据模式,按结果层次和解释路径进行分类;第三,提出面向多源感知、可解释建模和气候公正的未来研究议程,解决现有文献中确定的共同挑战。
部分摘录
搜索策略和数据来源
本综述遵循了系统综述和元分析的优先报告项目(PRISMA)指南。我们在两个主要的学术数据库Web of Science和Scopus中进行了全面的文献搜索,涵盖了2000年1月至2025年12月的出版物。搜索策略基于改进版的Population–Intervention–Comparison–Outcome(PICO)框架。我们将研究主题分解为三个核心概念组:工具、视角和结果。
领域映射:基于SVI的热研究分布和基本特征
从期刊出版的角度来看(图3a),相关研究主要集中在少数几本城市环境和气候期刊中。Building and Environment, Urban Climate和Sustainable Cities and Society占了样本的一半以上,而其余论文分散在建筑与规划、景观、公共卫生、交通等领域的相关期刊中。
空间和气候分布(图3b, e)更加不均衡
总结与比较:平衡物理和以人为中心的路径
通过构建一个跨越结果层次和影响路径的二维分析框架,本综述系统地映射和编码了现有的基于SVI的城市热环境和热舒适度研究。
样本研究的层次编码显示了当前基于SVI的热研究的明显结构模式。尽管以人为中心的适应是城市气候韧性规划的核心目标,但研究实践呈现出明显的倒金字塔结构。
结论
本综述以SVI为起点,系统地概述了街道尺度的热研究,并提出了一个结合结果层次和影响路径的分析框架。通过对48项研究进行编码和比较,我们将分散的工作组织成了一个连续的链条,从基于SVI的几何形状和绿化,到微气候暴露,再到主观热感知和行为反应。我们发现当前的研究主要集中在物理-生理路径上
作者贡献
傅晓彤:概念化、方法论、软件、验证、初稿撰写、审阅与编辑、数据管理、形式分析
张泰龙:软件、数据管理、调查
严少军:资源协调
齐峰:资金获取
沈亚梅:审阅与编辑、监督、项目管理、资源协调、可视化
CRediT作者贡献声明
傅晓彤:审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件、方法论、形式分析、数据管理、概念化。张泰龙:软件、调查、数据管理。严少军:资源协调。齐峰:资金获取。沈亚梅:审阅与编辑、监督、资源协调、项目管理。