城市森林溫度平衡作用研究的文獻計量分析

叢丹

（東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引言

當前全球經(jīng)濟快速發(fā)展，不斷推動城市化建設，人們在享受城市化帶來的豐富物質生活和高雅精神生活的同時，也不得不面對日益嚴峻的生態(tài)問題。由于城市下墊面景觀發(fā)生了劇烈變化，改變了城市輻射能量平衡，使得城市區(qū)域地表溫度明顯高于周圍農(nóng)村地區(qū)。這導致了城市室內(nèi)環(huán)境降溫的能源消耗的增加，影響了城市居民的舒適度，甚至增加了城市居民死亡率。近年來，由于城市熱島效應對城市生態(tài)環(huán)境和城市整體宜居性的負面影響越來越嚴重，已成為城市氣候學、城市生態(tài)學、城市規(guī)劃、城市地理學等相關學科領域的一個重要課題[1]。城市森林景觀作為城市最重要的生態(tài)基礎，通過樹木植被遮蔭、吸收熱量和蒸散發(fā)進行環(huán)境潛熱交換，為城市提供了巨大的熱緩解資源。隨著越來越多的土地被轉化為城市用途，以及城市人口的增加，加強和維持城市森林景觀以確保其提供的效益變得更加重要[2-3]。為了應對當前全球變暖、人口增長和熱島效應等重大科學挑戰(zhàn)，最近的科學研究開發(fā)并提出了創(chuàng)新的解決方案，豐富了信息，并提供了與森林綠化緩解城市熱環(huán)境的能力有關的若干問題的新知識。其中包括借助遙感技術描述和量化城市森林景觀對地表溫度的影響，在城市建設用地緊張、綠化用地有限的情況下加強和維持城市森林資源對周圍景觀溫度的調節(jié)能力，促進城市居民身體健康和總體福祉，為城市規(guī)劃管理提供有關如何部署城市森林以有效增加“城市冷島”和緩解城市熱島的有用信息。同時，相關領域研究擴展涉及監(jiān)測和評估植物種類和配置的溫度調節(jié)能力，在人口稠密的城市中優(yōu)化綠地整合，選擇更加高效的植被種類，并加強森林綠地與其他緩解技術之間的協(xié)同作用。因此，各國學者在氣候條件、城市形態(tài)和城市森林結構特征的變化等方面不斷分析影響城市森林景觀發(fā)揮生態(tài)效益的因素，為城市森林研究提供了豐富但卻相對零散的知識和信息。

1 數(shù)據(jù)與方法

研究數(shù)據(jù)來自全球最大的數(shù)據(jù)庫之一Web of Science 核心館藏數(shù)據(jù)庫。本研究采用的搜索策略為：主 題 詞=“Urban forest”O(jiān)r“Urban forests”O(jiān)r“Urban forestry”And “Land Surface temperature regulation”O(jiān)r“Urban heat island Mitigation”O(jiān)r“Urban temperature balance”；文獻類型“Article”“Review”；檢索時間為2011 年1 月1 日—2020 年1 月1 日，一共檢索得到16384 篇相關文獻。

本文將通過Web of Science 檢索得到的相關論文數(shù)據(jù)導入至InCites 數(shù)據(jù)庫，利用InCites 數(shù)據(jù)庫的評價指標對全球城市森林在溫度平衡領域近10 年不同地區(qū)的發(fā)文量進行分析。同時，輔以CiteSpace 文獻可視化工具進行分析研究人員、研究機構情況和關鍵詞的共現(xiàn)。

2 結果與分析

2.1 主要國家/地區(qū)

2011—2021 年基于城市森林為主題的溫度平衡相關研究的Web of Science 收錄文獻總數(shù)為16384 篇，將其導入至InCites 數(shù)據(jù)庫進行分析，相關論文主要發(fā)文國家/地區(qū)如表1 所示。

表1 以城市森林溫度平衡作用為主題的相關論文主要發(fā)文國家/地區(qū)（2011—2021 年）

美國以發(fā)文量4334 篇（26.45%）位居世界第一，中國2846 篇（17.37%）位居世界第二，巴西、德國、英國以及澳大利亞等依次位列其后。引文影響力（即篇平均被引用次數(shù)）分布在0～158，美國、德國、英國、澳大利亞、加拿大、意大利、英格蘭以及日本等63 個國家/地區(qū)引文影響力超過全球篇均被引頻次（17.00），其中新喀里多尼亞最高（158），但該地區(qū)在過去10 年中僅有兩篇文獻收錄于Web of Science，發(fā)文量位于第一和第二的美國和中國大陸地區(qū)引文影響力分別位列第30 和第71。

2.2 主要作者

借助InCites 數(shù)據(jù)庫強大的人員分析功能，將本研究分析的約1.6 萬篇論文，按照總被引頻次進行降序排列，如表2 所示。從表2 中可以看出，總被引頻次前10 名學者中有6 位美國學者，說明在近10 年中美國學者在城市森林溫度平衡領域研究的發(fā)文數(shù)量以及質量均處于領先地位。

表2 以城市森林溫度平衡作用為主題的相關論文主要作者（2011—2021 年）

2.3 主要研究機構

InCitesTM 數(shù)據(jù)庫對科研機構分析功能十分重要，因此，本文分析了城市森林溫度平衡相關研究機構的學科影響力、被引頻次和科研論文數(shù)量能夠更加全面的了解在該領域各機構的學術質量和被關注程度。表3 為城市森林溫度平衡相關研究發(fā)文量世界排名前10 的科研機構，中國科學院WOS 論文數(shù)位居世界第一，總被引頻次位居世界第二。加州大學、美國內(nèi)政部以及美國林業(yè)局盡管發(fā)文量排名靠后，但其引文影響力分別位列第一和第二，說明這些機構的科研論文的學術質量非常高。

表3 近10 年以城市森林溫度平衡作用為主題的相關研究發(fā)文量世界排名前10 的科研機構

2.4 研究領域分析

為了更深入地探索城市森林溫度平衡作用研究，借助CiteSpac 的聚類分析功能，將具有相似主題的關鍵字聚集到一個類別中，并將每個集群中的關鍵詞按照顯著性列出來，最顯著的關鍵詞成為該集群的特征詞。表4為圍繞城市森林溫度平衡作用研究的8 個主要集群。在集群0、1、3、4、5、6 和7 的研究展示了圍繞著城市森林的幾個主要的生態(tài)服務功能進行探索，這些研究成果均肯定了城市森林作為城市生態(tài)環(huán)境中重要的構成要素，在生態(tài)、環(huán)境、氣候、水循環(huán)等方面發(fā)揮的重要作用。

表4 城市森林溫度平衡研究8 個熱點核心關鍵詞

鑒于城市森林具有社會生態(tài)復雜性和動態(tài)性，需要及時和準確地掌握城市森林的生態(tài)現(xiàn)狀。因此，在聚類2 包含的激光雷達、隨機森林以及分類模型等高頻關鍵詞，展示了遙感技術在城市森林領域研究的廣泛應用現(xiàn)狀。集群0、1、5 和6 中大多數(shù)研究是基于衛(wèi)星影像與土地覆蓋數(shù)據(jù)，特別是能夠在精細水平上描述城市森林屬性和生物物理屬性的高分辨率遙感數(shù)據(jù)，有助于探索和理解城市地區(qū)森林景觀的結構、組成和功能特征，分析在復雜的城市環(huán)境中與森林相關的過程和因素，如城市森林覆蓋變化、城市地區(qū)的熱環(huán)境和生活質量等。如今，各國學者運用遙感技術對城市森林的過去和現(xiàn)在的監(jiān)測和分析，發(fā)展成為有關城市森林及其生態(tài)系統(tǒng)服務動態(tài)的創(chuàng)新預測，并根據(jù)分析得出的趨勢能夠制定長期城市森林戰(zhàn)略的先導。當前航空和航天平臺的出現(xiàn)以及地理信息系統(tǒng)技術的迅速發(fā)展，使得各種高分辨率遙感圖像、無人機和激光雷達數(shù)據(jù)在城市森林領域的可用性不斷增加，為今后的城市森林研究奠定了深厚的基礎。

3 結論

于文獻計量學方法對出版物的表現(xiàn)進行了定量分析，研究發(fā)現(xiàn)美國在出版物和出版機構的數(shù)量方面排名第一。并且近10 年來城市森林溫度平衡相關研究數(shù)量逐年穩(wěn)定增長，特別是中國在該領域的研究數(shù)量增長顯著[4]。并且，美國和中國在該領域的研究具有顯著的影響。此外，根據(jù)關鍵詞分析發(fā)現(xiàn)，當前研究主要集中在城市生態(tài)、遙感、生態(tài)系統(tǒng)服務和大氣污染等方面。

由于城市森林研究應突出城市化的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效應，充分發(fā)揮城市森林在應對城市可持續(xù)發(fā)展中的多功能作用，如緩解城市熱環(huán)境問題、促進城市居民身體健康和總體福祉、增強城市抗災能力等。特別是城市建設發(fā)展較為快速的國家地區(qū)更加注重城市森林研究。今為止，在該領域的研究工作大多集中于受城市化影響嚴重的美國、中國、巴西、英國和澳大利亞等國家地區(qū)，地理集中程度較高。同時，當前不同傳感器的衛(wèi)星影像越來越多、激光雷達數(shù)據(jù)的傳播以及云服務（即谷歌地球引擎或亞馬遜網(wǎng)絡服務）的潛力越來越大，為城市森林監(jiān)測以及三維城市形態(tài)研究帶來了新的潛力。

從城市森林溫度平衡研究演進的歷史趨勢來看，城市森林溫度平衡研究的領域在不斷拓寬，多學科融合的多元化研究特征日益鮮明[5]。這一領域的研究變得更加綜合和重要，如今全球各國正在經(jīng)歷快速的城市化進程，對于城市森林建設實踐有相當大的需求。