《Sustainable Cities and Society》：Cooling accessibility of urban parks: Unraveling spatial disparity and nonlinear drivers using an improved polynomial-2SFCA model and explainable machine learning
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城市公园是缓解城市热岛（Urban Heat Island, UHI）效应的关键降温基础设施，但其降温服务并非均等惠及所有居民。本研究提出"降温可达性（Cooling Accessibility）"概念，将研究范式从"公园提供多少降温"转向"居民能够获得多少降
城市公园是缓解城市热岛（Urban Heat Island, UHI）效应的关键降温基础设施，但其降温服务并非均等惠及所有居民。本研究提出"降温可达性（Cooling Accessibility）"概念，将研究范式从"公园提供多少降温"转向"居民能够获得多少降温服务"。以杭州市中心城区为研究区，研究人员构建了改进的多项式两步浮点服务区（polynomial Two-Step Floating Catchment Area, polynomial-2SFCA）模型，包含三项面向降温过程的改进：（1）以内部蓝绿斑块而非公园边界作为降温源；（2）通过梯度缓冲剖面提取公园特异性降温距离；（3）以基于经验衰减特征校准的三次多项式函数替代高斯衰减函数。研究整合XGBoost–SHAP–GAM框架揭示非线性驱动机制。结果表明：（1）仅71.83%的公园（153/213）呈现有效降温能力，仅16.85%的城市空间获得降温覆盖——逾80%仍为服务盲区；（2）降温可达性受多维城市形态因素调控，归一化水体指数（Normalized Difference Water Index, NDWI）主导（34.12%），其次为数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）（12.83%）、归一化建筑指数（Normalized Difference Built-up Index, NDBI）（10.86%）及建筑密度（10.31%），累积贡献达68.12%；（3）广义可加模型（Generalized Additive Model, GAM）识别出规划可操作的阈值：NDWI为?0.44、建筑高度为13.01 m、道路密度为4.51 km/km2、植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover, FVC）为0.44；（4）NDWI与NDBI、建筑密度、DEM及NDVI均呈现协同交互作用，表明在高密度建成环境中蓝绿空间扩张存在边际效应递减，亟需多因素协同干预。这些发现为城市绿地优化与气候适应性规划提供了支撑。
本研究围绕城市公园降温服务的空间公平性问题，提出"降温可达性"概念框架，旨在纠正传统研究中将"降温供给等同于降温获取"的方法论偏误，从而推动城市热环境研究从供给导向向需求导向转型。
研究背景层面，全球气候变化与快速城市化驱动下，城市热岛效应已成为威胁可持续发展与公共健康的重大环境挑战。高密度建成环境中不透水表面（如混凝土、沥青）的优势分布导致日间太阳辐射累积及夜间因缺乏蒸散作用而降温受限，形成持续性热胁迫。作为蓝绿基础设施的关键组成，城市公园凭借显著的公园冷岛（Park Cool Island, PCI）效应，在缓解热岛效应与促进人群健康方面的作用日益受到学界与决策者重视。然而，一个核心问题长期被忽视：所有城市居民是否公平享有公园降温服务？既有研究建立了以降温强度、范围、距离及效率等为核心的供给端量化框架，系统考察了公园规模、几何形态、植被覆盖、水体比例及周边建成环境对热性能的影响，但其核心逻辑将公园物理降温能力等同于居民实际获得的热福利，混淆了"公园产生多少降温"与"居民实际获得多少降温服务"两个概念上截然不同的科学问题。更重要的是，公园冷岛效应存在空间衰减特性，并非所有居民都位于公园有效降温影响范围内，而单纯依赖供给端指标将系统性地低估服务覆盖盲区及降温获取的社会分层，对环境正义与公共健康公平具有直接影响。此外，传统公园可达性研究多将其视为游憩目的地，强调物理邻近与出行便利，忽视了公园作为降温服务基础设施、通过空间溢出效应惠及周边人群的功能维度。基于此，本研究提出"降温可达性"概念，定义为特定空间位置居民受益于城市公园降温服务的程度，整合了公园降温供给能力、人口需求强度与空间阻抗效应三重因素，实现从"公园供给了多少"到"居民获得了多少"的分析视角转换。
研究方法层面，针对传统两步浮点服务区（2SFCA）方法在公园降温服务空间可达性测度中的局限，研究构建了改进的polynomial-2SFCA模型，并从三个维度进行优化：第一，以公园内部蓝绿斑块替代行政边界作为降温源，排除广场、道路等非降温用地的虚增效应；第二，采用梯度缓冲剖面法为213个城市公园逐一拟合温度–距离曲线，提取公园特异性有效降温距离，替代一刀切的固定搜索半径；第三，以基于热传导物理机制校准的三次多项式衰减函数替代经验性高斯函数，更精确地刻画降温随距离的非线性衰减规律。在驱动机制解析方面，研究采用XGBoost梯度提升树模型捕捉城市形态变量与降温可达性间的复杂非线性关系，结合SHAP方法解构各因子的边际贡献与交互效应，并通过GAM模型识别关键变量的阈值效应，为规划干预提供可操作的临界点。
针对杭州市中心城区213个城市公园的实证研究发现，仅153个公园（71.83%）呈现显著降温效应并拟合出有效降温距离，其余60个公园（28.17%）因面积不足、内部蓝绿空间配置不合理等原因未呈现典型衰减模式。基于polynomial-2SFCA模型的测算结果揭示，仅16.85%的城市空间获得有效的公园降温服务覆盖，逾80%的区域处于服务盲区，表明供给端视角严重高估了实际服务覆盖水平。
在驱动机制方面，XGBoost–SHAP分析表明，二维与三维城市形态因素对降温可达性的影响呈现显著非线性特征。NDWI为首要驱动因子，贡献率达34.12%；DEM次之（12.83%），反映地形起伏对冷空气流动与热扩散路径的调制作用；NDBI（10.86%）与建筑密度（10.31%）分别表征建成环境强度与三维空间拥挤度，四因子累积贡献达68.12%。GAM模型进一步识别出关键规划阈值：NDWI低于?0.44时降温可达性急剧恶化，建筑高度超过13.01 m后增益趋缓，道路密度4.51 km/km2为最优平衡值，FVC达0.44后边际效益递减显著。SHAP交互分析揭示NDWI与NDBI、建筑密度、DEM及归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）均存在协同增强效应，表明在高密度建成环境中单一蓝绿空间扩张的降温回报递减，必须结合建筑形态调控与通风廊道设计实施多因子协同干预。
研究结论与意义层面，本研究提出的"降温可达性"概念及其量化框架，为城市热环境研究提供了新的分析视角。传统研究聚焦于公园冷岛效应强度与空间范围的测度，回答"公园能产生多少降温"的供给端问题，而本研究将其拓展至"居民在何种空间公平程度上实际获取这些服务"的需求端问题，实现了从物理绩效评估向社会服务公平性的范式转换。方法论层面，polynomial-2SFCA模型通过降温源精细化表征、公园特异性距离校准及物理机制导向的衰减函数改进，提升了传统可达性模型对热传导过程的刻画精度；XGBoost–SHAP–GAM整合框架则突破了线性模型的局限，揭示了城市形态驱动降温可达性空间分异的非线性规律与阈值效应，为精准化、可操作的气候适应性规划提供了科学依据。研究发表于《Sustainable Cities and Society》。
