基于复杂网络理论的黔中城市群冷岛网络优化与热环境缓解

摘要

【目的】热环境是评价城市生态环境的重要指标之一，直接关系到居民健康及区域经济可持续发展。本研究以西南黔中城市群为对象，突破传统孤立的蓝绿空间形态研究局限，创新性地提出冷岛网络优化框架，旨在通过最小干预实现热环境风险的最大化缓解。【方法】基于MODIS LST数据，采用形态学空间格局分析（MSPA）、最小面积阈值分析及蚁群算法提取冷岛网络，引入复杂网络理论高介数捷径（SMB）与结构洞填充（RSH）策略对网络进行增边优化，并利用结构鲁棒性分析验证优化效果。依据复杂网络结构参数，加权融合划分“源”重要性等级并叠加热岛斑块识别出障碍点。【结果】（1）黔中城市群热环境空间异质性显著，高温区集中于中北部及东南部，低温区分布于南部及西南部；共识别102个冷岛“源”，总面积5 518.412 km²，呈南密北疏分布，南部及西南部“源”连片聚集，北部零星分布；（2）提取190条冷岛廊道，总长2 791.58 km，网络整体连通性薄弱、结构松散。（3）SMB策略优化效果优于RSH，网络初始连接鲁棒性从0.73提升至0.82，在蓄意攻击下，网络节点和边完全恢复的去除节点阈值分别从9和13个提升至22和23个，随机攻击下，分别从11和12个提升至23和25个，恢复鲁棒性亦显著增强，形成环形加放射型网络。（4）识别出6个5级“源”（占“源”总面积46.88%，以大型水体和山脉为主）及16个障碍点（其中11个阻断现有廊道，5个位于新增优化廊道）。【结论】研究结果为喀斯特山地城市热环境韧性提升提供了科学高效的优化模型，也为高密度城市可持续发展中的生态空间精准调控提供了新范式。

关键词

冷岛网络 / 复杂网络 / 增边优化 / 结构鲁棒性 / 黔中城市群

基金资助

国家自然科学基金项目（52578067）; 贵州省基础研究计划（自然科学）面上项目（黔科合基础MS[2025]588）;贵州省基础研究计划（自然科学）青年引导项目（黔科合基础[2024]青年134）; 贵州省人才团队项目（黔科合人才CXTD[2025]060）; 贵州大学引进人才科研项目（贵大人基合字[2023]34（自然科学））