伴随城市化进程加快，城市热岛效应、空气污染、人口剧增等城市问题越来越明显，对生产和生活造成较大影响[1-2]。在珠三角核心城市群等发达区域，由于经济的快速增长及城市功能作用的加强[3]，大量城市建筑逐渐替代原有的自然下垫面，使区域平均地表温度逐渐升高、空气污染的空间分布更为集中和连续、城市局地气候显著变化[4]，对构建健康宜居的可持续城市人居环境、维持科学规律的生态系统过程演变等造成了一定的影响。彭保发等[5]指出，土地城市化、基建开发、人口增长是热岛效应的强度变化及影响机制的重要影响因子。此外，相关研究认为气象、景观组合形态，格局差异、人口密度的空间分异、高程坡度等也是影响城市问题的重要因素。良好的城市通风可以促进城市空气循环，降低空气污染发生频率和城市热岛强度。城市通风廊道的构建可以有效增强城市内、城市间布局合理性，提升城市群通透性，提高舒适性和城市宜居性。在城市或区域层面，主要研究通风廊道走向、宽度设置及其体系构建。杜吴鹏等[6]以风廊道走向、宽度设置及其体系构建作为北京中心城区通风廊道构建的着眼点。吴健生等[7]引入“源—汇”景观理论，探究各省热岛贡献指数及其效应和时空演变规律。史学民等[8]识别郑汴都市区通风廊道网络（GI）需要优先保护等级、保护区域及其要素，进而制定GI保护策略。党冰等[9]基于NCEP的研究和气象数据等，综合研究了南京江北许昌新区实验学校风道建设。在更细微的层面如城市内部，研究侧重建筑物分布对局地风环境的影响以及如何合理构建街道尺度的廊道体系[6]，通过数据处理（如GIS数据计算、气象数据分析、风洞实验数据集模拟验证等）对城市高密度建筑及街道布局联系、城市通风模拟、潜在通风廊道进行研究[10-12]。Ng等[13]探索如何通过改变城市形态改善高密度城市的风环境。Hiroyuki等[14]和Freitas等[15]以日本东京市、巴西圣保罗市等滨海城市为例探讨引入海风增强城市通风的效果。在国内，城市通风控制系统设计与研究和区域内多级风道方案设计等已经成为研究热点。文章以珠三角核心城市为例，综合形态格局分析方法及电路理论，通过结构性连接提取城市问题源、功能性连接补充识别通风夹点，采用最小耗费路径创建潜在的通风廊道，构建城市群通风网络，以期提高珠三角核心城市的宜居水平。1研究区与研究数据1.1研究区概况研究区包括广州、深圳、东莞和佛山四市，总面积为15 357.9 km2，是广东省人口和经济发展的密集区域。该区域内以冲积平原居多、环珠江口地区河网密集，为华南地区城镇化水平高、人口较为稠密、经济较为繁荣的地区。在区域气候条件上，研究对象区域地处南亚热带大陆性季风气候区域，气候环境及其丰富的地下垫面环境为研究该区域通风廊道提供了基础条件。1.2数据获取与处理土地分类数据由清华大学的FROM-GLC10平台下载，按需分为耕地、林木、草原、灌丛、沼泽地、水体、不透水面以及裸地。地表温度数据由2017年8月1日的Landsat8 OLI遥感影像根据辐射传输方程法反演获取。2017年空气污染数据为China High Air Pollutants系列产品中的PM2.5结果。城市人口密度数据由WorldPop平台下载，选择联合国校正后的2017年数据。2017年建筑矢量数据、道路数据来自高德地图。数字高程模型来源中国地理空间数据云。1.3研究方法利用形态空间格局分析（MSPA）对城市地表温度数据、城市PM2.5数据、人口密度数据进行综合处理，对城市问题斑块进行分类，识别核心类型，准确找到城市问题的原因，为后续廊道精准构建提供依据。结合土地利用、城市平面景观格局、垂直景观格局，利用层次分析法建立阻力面，再通过电路理论构建城市通风廊道，计算出最小耗费网络，分析通风廊道结果，制定优先破除策略。1.3.1基于MSPA分析的城市问题源提取MSPA是在多种理论和算法的基础上提出的图像处理方法，能够对空间景观的类型与结构进行精确地识别，进而对相应栅格图像的空间格局进行度量、识别和分割，近年来被广泛应用于城市生态网络构建、城市基础设施规划以及生态廊道构建等方面[16-18]。文章基于MSPA方法，对4个城市的问题源进行识别与提取，将结果作为构建通风廊道的依据，计算城市热岛强度[19-20]。UHIIi=Ci-Gi （1）式中：UHIIi——城市i热岛强度（℃）；Ci——城市i地表温度的平均值（℃）；Gi——城市i植被区地表温度的平均值（℃）。1.3.2城市平面和垂直景观格局分析建筑作为城市景观中的主要构成，其平面和垂直景观格局均会对城市的通风潜力造成一定影响。城市下垫面的粗糙度会影响风在城市间的流动。粗糙度一般会受到建筑密度和体积的影响，密度高和体积大会增加粗糙度，对风在城市间流动造成阻力，进而影响行人层的通风效率[21]。建筑覆盖率也是影响空气流通的主要因素，自然植被和周边开放区域是增加空气流动的正面因素。天空开阔度能够反映周围地形和地物对非电离辐射在半球范围内被遮挡的程度，是城市重要的形态参数，在夏季、秋季和冬季的正午附近，地表温度对天空开阔度的影响较大，且呈正相关[22]。因此，需要综合考虑建筑相关指标估算城市的通风潜力。建筑密度为：Di=NiAi （2）式中：Di——建筑密度；Ni——建筑物数量；Ai——区域面积。建筑覆盖率为：λp=ApAi （3）式中：λp——建筑覆盖率；Ap——建筑底面积。天空开阔度为：SVF=1-∑i=1nsinγin （4）式中：SVF——天空开阔度；γi——建筑i的高度角；n——天空视域搜索方向的数量。1.3.3阻力面构建通过对8个评价因子的原始数据进行标准化处理，采用层次分析法对同一层次的影响因素相对重要性进行比较，构建判断矩阵，最终获取各组分的权重[23]。构建阻力面时主要考虑的因素有建筑密度、平均建筑体积、平均建筑高度、建筑覆盖率、天空开阔度、土地利用类型、坡度和高程。将8个评价因子构建成8×8的判断矩阵，对影响因子赋值后进行一致性检验。1.3.4基于电路理论的通风廊道和节点构建最小成本路径（LCP）的功能之一是计算各类事物于源地迁徙时，所经不同阻力面需要克服的阻力值[24]。Circuitscape模型根据电路理论连接不同的景观进行建模。模型借助了电荷特性，使电路理论和运动生态学充分结合[25]。利用Linkage Mapper中的Pinchpoint Mapper模块组合了核心区之间的电流，生成累积电路图，并估算源地板块与通风廊道的中心值，识别通风夹点位置。2结果分析2.1城市问题源识别以城市热岛强度、PM2.5、人口密度三大指标的二值图重叠区域为前景，利用Guidos软件对前景进行MSPA分析，筛选提取核心（面积较大的相互连接的前景像元组成的集合）作为初步的源斑块。对结果进行连通性分析，设置2 000 m以内的地块之间生成连接线，得到连通性评价数据。最终提取斑块重要性0.001，面积3 km2的地块作为城市问题源核心区。城市问题源识别结果如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.001.F001图1城市问题源识别结果所得城市问题源的面积约为2 221.72 km2，占研究区总面积的9.32%。总计41块源地，平均每块源地面积约54.19 km2，最大的源地面积约635.08 km2，最小的源地面积约3.07 km2。城市问题源的分布基本与各市主城区分布相吻合，符合城市热岛效应等理论。源斑块的分布呈现中部稠密、四周稀疏的分布特点，围绕广州南部呈现倒U形的条状形态。2.2阻力面构建结果采用层次分析法依据各评价因子的影响程度确定其权重，一致性系数CR=0.052 40.100 0，矩阵的一致性检验通过。阻力面各影响因子权重如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.001.T001表1阻力面各影响因子权重影响因子权重建筑覆盖率0.107 6建筑高度0.061 1建筑体积0.083 9建筑密度0.154 8天空开阔度0.086 6土地利用0.171 8坡度0.167 1高程0.167 1通过相关文献中的统计和经验标准[26]，考虑研究区的具体情况制定各因子阻力分级表。CDτ=∑τF×Wτ （5）式中：CDτ——阻力系数；Wτ——因子的权重；F——阻力值。各影响因子阻力系数设置如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.001.T002表2各影响因子阻力系数设置评价因子划分标准阻力值权重土地利用类型湿地1000.171 8水体90森林80灌木75草地70耕地60裸地10不透水面5天空开阔度0.00~0.2510.086 60.25~0.5020.50~0.7530.75~1.004平均建筑高度0~10040.061 1100~2003200~30023001坡度0.001 5~5.000 010.167 15~10210~15315~204建筑覆盖率0.002 5~0.100 050.107 60.10~0.2540.25~0.5030.50~0.7520.75~1.001建筑密度0~25080.154 8250~5007500~7506750~1 00051 000~1 25041 250~1 50031 500~1 75021 750~2 1281建筑体积0~10 00060.083 910 000~20 000520 000~30 000430 000~40 000340 000~50 000250 0001高程-52~10010.167 1100~2502250~5003500~7504750~1 0435通过重分类赋值，利用栅格计算器计算阻力系数，进而构建出阻力面。珠三角核心城市阻力面如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.001.F002图2珠三角核心城市阻力面由图2可知，研究区内综合阻力值差异显著。高阻力值主要分布在东北、东南区域，其中广州市的整体阻力值最高。低阻力值主要分布在中西部区域，佛山市的阻力值最低。2.3城市通风廊道结果分析运用Linkage Mapper工具将源地识别结果与阻力面结果结合，对核心城市群通风廊道进行构建。珠三角核心城市通风廊道识别结果如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.001.F003图3珠三角核心城市通风廊道识别结果选择“all-to-one”模式运算，设置10 000 m加权成本距离为廊道宽度，得到通风夹点分析结果。珠三角核心城市通风廊道电流密度如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.001.F004图4珠三角核心城市通风廊道电流密度基于最小成本路径提取城市问题源的通风廊道与廊道电流密度图，共识别出89条通风廊道，总长度共945.82 km，每个源地均有廊道连接形成网络回路。通风廊道的设置是为了缓解城市热岛效应，因而廊道分布与源地分布一致，集中在城市中心区，且构成廊道的主要土地利用类型为不透水面、草地绿地和水体。廊道呈现出西密东疏的特点，主要和佛山市东部与东莞市东部的阻力值差异相关。3结语运用交叉学科理论与技术完成识别，连接城市问题源斑块，识别城市热岛源的重点区域及“夹点”地区。珠三角核心区城市问题源地占研究区总面积的9.32％，平均每块面积54.19 km2。源地分布与核心城市的主城区分布较吻合，核心区中部连接度较强，四周较为破碎，围绕广州南部呈现倒U形的条状形态，后续可以从中部破除，减少热岛效应、空气污染等的集中度。最终识别出89条通风廊道，总长945.82 km。廊道网络中的“夹点”区域主要集中在研究区的城市中央，即电路理论识别出的电流偏低的区域。城市中央是主要的通风廊道分布区，对城市通风起着重要作用，故后续行动需要破除“夹点”的连接。