在快速城市化的进程中，全球土地利用/土地覆盖(LULC)经历了重大转变，导致城市生态环境问题日益突出。其中，城市热岛效应（UHI）因其对气候变化的放大作用和对城市宜居与可持续发展的负面作用而备受关注。在此背景下，预测未来地表城市热岛强度(SUHII)及其分布对城市规划者应对城市热环境问题具有重要意义。本研究基于CA-Markov模拟的城市未来景观格局，应用随机森林模型进行了SUHII的预测。基本思路包括五步：（1）基于Landsat多时相图像的SUHII计算和LULC分类；（2）景观指数计算；（3）建立基于逐步多元线性回归（SMLR）和随机森林（RF）算法的SUHI预测模型；（4）基于历史LULC图像和驱动因子的LULC模拟；（5）基于预测模型和模拟LULC数据的SUHII预测。为了比较SMLR模型和RF模型的预测能力，本研究将数据集随机分成70%的训练集和30%的验证集，在此基础上计算两个模型的R²和均方根误差（RMSE）以确定最佳的SUHII预测模型。结果表明，RF模型的性能明显优于SMLR模型。根据RF模型的预测结果（表1），2020年至2030年，SUHII低于−2.5 ℃和介于0–2.5 ℃的区域面积预计将减少。而−2.5–0 ℃的区域面积将显著上升，主要来源为−5–−2.5 ℃和0–2.5 ℃的区域转换。2020年，研究区内主导的SUHII等级为0–2.5 ℃类别，但在2030年该类别的面积预计将显著下降。与2020年相比，SUHII高于5 ℃的区域覆盖面积在2030年将有所增加，呈现出更为集中的空间分布。建成区向外扩张、向内集聚的发展格局，促进了研究区原有分散的高强度热岛斑块和新的高强度热岛斑块的空间连接和融合，形成了一个更集中、覆盖范围更大的高强度热岛区。这一证据表明，在城市扩张的趋势下，研究区范围内SUHI的风险将进一步加剧，更多的地区和人口将受到高温的威胁。此外，从景观组分和空间构型视角下看，缓解城市热岛效应的基本方法是减少建筑面积。然而，在快速城市化的背景下，大幅减少建筑面积是不现实的，相比之下，调整每种类型景观的空间构型是缓解SUHI的更实际和可操作的途径。研究根据回归模型结果提出以下缓解SUHI的建议：（1）降低建成区的集中度和密度；（2）降低林地的聚集度和破碎度；（3）增加耕地和草地的聚集度，使其形状更复杂；（4）增加水体的聚集度。
表1 三种网格尺度下各SUHII等级的面积转换统计（km²）

网格大小	17 × 17			33 × 33			50 × 50
年份	2020	2030	净变化	2020	2030	净变化	2020	2030	净变化
类别
<−5 ℃	341.86	0.78	−341.08	298.93	31.36	−267.57	256.50	67.50	−189.00
−5–−2.5 ℃	1369.06	1075.15	−293.91	1380.96	1110.45	−270.51	1440.00	1044.00	−396.00
−2.5–0 ℃	1889.01	2229.13	340.12	1894.53	2118.98	224.44	1851.75	2063.25	211.50
0–2.5 ℃	2435.82	2353.59	−82.24	2614.91	2396.34	−218.56	2785.50	2502.00	−283.50
2.5–5 ℃	1717.98	1621.71	−96.27	1747.52	1753.40	5.88	1775.25	1829.25	54.00
>5 ℃	2047.26	2520.64	473.38	1864.15	2390.46	526.31	1692.00	2295.00	603.00

 

景观格局,城市热环境,未来模拟,热岛强度,城市宜居性