题目：Urban forest tree species and 3D structure seasonal contributions on spatial sensible heat exchange at individual tree and cluster scales
期刊：Urban Forestry & Urban Greeningvolume
DOI：https://doi.org/10.1016/j.ufug.2025.129215城市森林树种和三维结构直接影响了城市森林感热通量(Sensible Heat Flux，SHF)的动态变化，间接调控了城市森林空间热能的分配。然而，城市森林树种、三维结构对SHF的多季相动态影响仍未明确，这阻碍了我们从不同尺度出发通过改变树种、三维结构调控城市森林能量流动。为了应对这些挑战，我们筛选了72个城市典型森林群落，协同无人机搭载热红外、激光雷达、多光谱及便携式气象设备，创建了森林树种、三维结构和气象数据与SHF的综合分析框架，探究了中小尺度城市森林感热通量的季节性分布情况，且在单木和集群尺度上明确了城市森林树种、三维结构对SHF季节动态的影响潜力。结果表明：(1)高分辨率无人机技术融合野外实地测量实现了中小尺度城市森林感热通量的量化，城市森林感热通量分布具有显著的季节性特征；(2)在单木尺度上，我们发现夏季针叶树樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica Litv.)、黑皮油松(Pinus tabuliformis Carr.)、兴安落叶松(Larix gmelinii (Rupr.) Kuzen.)对SHF的影响能力最强，相反在其他季节，阔叶树胡桃楸(Juglans mandshurica)、蒙古栎(Quercus mongolica Fischer ex Ledebour var. mongolica)对SHF的调控能力最强；各单木指标与SHF相关性在春秋季表现为P-E＞H＞DBH、CBH＞P-N,夏冬季表现为P-N＞DBH＞H、P-E＞CBH，季节性差异显著；(3)集群尺度上，相较针叶林，阔叶林和混交林在调节SHF方面发挥着更为重要的作用，此外，空隙分布比例(GFP)和最大冠层高度(Hmax)是影响SHF的最关键三维结构因子。本研究为深入探讨单木与集群视角下城市森林与感热通量的动态关系提供了重要参考，并为调控城市森林季节性热能流动提供了针对性规划依据，有助于未来城市森林管理建设与优化。
《世界城市化展望》估计，到2050年，全球将再增加25亿城市人口，各种城市化机制和人口活动释放的大量热量，将严重影响人类生存环境。这还将进一步加剧全球城市化和气候变化的协同效应，给全球生态平衡、能量平衡形成巨大的挑战。如何有效利用城市现有的绿地资源以及其他内部设施和力量来解决城市森林空间热能分布不均衡、不合理等问题，已经成为研究人员关注的焦点。
城市森林作为城市生态系统的核心组成部分，通过调节能量流动和物质循环，显著改变了城市地表能量分配，为城市气候调节提供了自然的解决方案。感热通量能够较好地反映大气层和地面间的能量传输过程，是研究城市森林空间能量交换的重要变量。因此，掌握多尺度城市森林对感热通量的影响能力并干预城市能量流动，研究其对温度的影响和控制，既是促进城市能量平衡的必要手段，也对调控城市森林空间热能分配及环境具有至关重要的意义。然而，尽管现有方法和模型在大尺度感热通量研究中表现出了一定的优势，但在中小尺度的应用中却面临着诸多挑战。中小尺度下垫面具有复杂性，并且中小尺度区域的感热通量受到局部气象条件、观测仪器等多种因素的综合影响，这都进一步增加了研究的难度。开发适用于城市森林中小尺度感热通量的测量方法，无疑是当前研究亟待突破的关键问题，这不仅能够弥补现有研究的不足，还将为区域气候和生态研究提供更精准的数据支持。
近年来，遥感技术的飞速发展为城市森林感热通量多时序测量提供了新的可能。基于无人机机载激光雷达技术获取的高精度森林冠层信息，为有效量化森林冠层要素的空间位置、垂直结构提供了更为科学的途径；而中低空热红外遥感观测能够有效弥补传统方法的不足，对中小尺度感热通量观测将更具针对性，同时具备设备便捷、空间分辨率高的优势。然而，在空间能量传输过程中，空气湍流和风速的变化会显著影响能量传输的速率和方向，这也将增加感热通量测量的不确定性，从而影响感热通量测量精度。此外，冠层流动的复杂性也进一步增加了感热通量观测的难度；尽管低空遥感技术凭借其较高的空间分辨率和灵活性，在中小尺度感热通量观测中展现出独特的优势，但目前仍无法完全精确地测量感热通量。因此，我们将低空遥感技术与传统实地测量方法相结合，这不仅能够充分发挥低空遥感的高空间分辨率优势和实地测量的高精度特点，还能更好地理解和量化感热通量的时空变化特征，从而为未来中小尺度感热通量的研究提供更全面且深入的视角。
在不同季节情况下，城市森林生态系统中树种和三维结构的差异影响反照率、蒸散等机制调节风和太阳辐射，从而干预了城市的能量平衡和感热通量的交换，并显著影响城市森林的降温潜力。例如，单木尺度上常绿树和落叶树凭借各自独特的结构特性，在不同季节显著调节环境温度，进而调节城市空间的热量流动。不同树种差异化的叶形、尺寸等也会影响其遮荫量和对辐射光的反射，直接影响冠层温度(Canopy Temperature，CT)和空气温度(Air Temperature，AT)降低速率；而集群尺度上合理的城市森林三维结构能够更好地改善通风，显著提升热量流通速率。这都表明了城市森林空间能量平衡在很大程度上直接受到环境风速、空气温度、冠层温度等因素的影响，并间接受到单木和集群尺度下树种、三维结构的作用，而优化城市森林树种与三维结构将是解决城市环境问题的重要途径。尽管先前的研究对不同植物种类的感热通量进行了比较，但在单木、集群尺度上，各树种、三维结构对季节性感热通量调控能力差异仍缺乏明确的量化分析。
本研究聚焦于单木和集群尺度下树种和三维结构对城市森林感热通量的差异化影响，突破中小尺度感热通量量化的技术瓶颈；依靠无人机机载热红外、激光雷达和多光谱技术结合实地测量，对哈尔滨市城市林业示范基地内11种典型树种形成的72个城市典型森林群落进行多季节连续观测，重点量化不同季节情况下多个城市森林空间感热通量变化特征，以增强我们对城市森林感热通量的理解。研究揭示了单木、集群尺度下城市森林中树种、三维结构对城市热量流动的影响，除为城市森林感热通量相关研究提供参考外，同时对城市绿色空间规划和改善城市热环境提供了科学依据。
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