基于CiteSpace的城市熱島研究進展與熱點分析

連欣欣， 劉興詔

(福建農林大學園林學院，福建福州 350002)

隨著快速發展的城市化進程和全球氣候變暖，城市熱島效應越來越嚴重，城市熱環境已成為影響整個城市生態環境最重要的要素之一，它對城市氣候、人體健康及能源消耗等多方面的影響引起了廣大學者們的重視，相關方面的研究也逐漸增多，城市熱島現已成為當今的研究熱點。近幾十年來，國內外不同領域的學者對城市熱島進行了各種研究，獲取了大量的研究成果，包括基于遙感數據的城市熱島時空變化特征研究[1-2]、城市熱島的形成機制與影響因素研究[3-4]、城市熱島的緩解措施研究等[5-6]。本文基于CNKI 核心論文數據庫與Web of Science數據庫，運用文獻數據可視化的應用軟件Cite Space，對國內外研究文獻進行可視化分析，識別城市熱島研究的理論及知識聚類，把握研究的最新進程和前沿熱點，有助于完善城市熱島研究的理論研究，為城市熱島新的研究方向和角度提供借鑒與參考。

1 研究方法與數據來源

本研究借助Cite Space文獻計量工具，對城市熱島領域的文獻研究進行量化與可視化分析。Cite Space知識視圖是由陳超美教授用來分析、挖掘及進行科研文獻可視化的應用軟件，它具有“圖”和“譜”的雙重性質與特征：既是可視化的知識圖形，又是序列化的知識譜系[7]。

本文國際研究數據來源于Web of Science(WOS)核心合集的科學引文索引擴展版(Science Citation Index Expanded，SCI- E，簡稱SCI)，使用高級檢索，通過多次檢索對比，最終確定使用數據檢索式為TI=(urban heat island OR urban thermal environment OR urban thermal effect),文獻類型=Article，共檢索1986-2019年城市熱島研究領域發表的SCI文獻1 135篇，經過篩選、去重后得到可利用的文獻共1 062篇。國內研究數據來源于CNKI網站，以SU=(‘城市熱島’+’城市熱環境’+’城市熱效應’) AND KY=(‘城市熱島’+’城市熱環境’+’城市熱效應’)為檢索式進行專業檢索，共檢索得到1 754篇中文文獻，時間跨度為1986～2019年。

2 數據初步分析

對所得文獻數據進行初步分析處理后發現，在WOS核心數據庫中，1900～2008年開始逐漸出現城市熱島相關研究文獻，2009～2019年十年間，研究文獻數量明顯增多，處于一個上升的趨勢(圖1)。國內CNKI數據庫中，城市熱島效應研究早在1986年就開始了，1986～2004年國內對城市熱島的研究處于初步階段，每年文獻量均在25篇以下。2004～2008年隨著越來越多的學者開始對城市熱島進行研究，相關研究文獻的數量迅速增長，增長速率達到最大值，2009～2019年城市熱島的研究文獻數量處于波動增長階段(圖2)。

圖1 WOS數據庫中城市熱島發文量

圖2 CNKI數據庫中城市熱島發文量

3 城市熱島研究內容

共被引參考文獻有著相同或相似的研究框架和研究主題，建立參考文獻網絡能夠更方便的理順研究方向，分析發展路徑，尤其是網絡中頻次較高的參考文獻，具有較高的影響力，是該研究領域的知識基礎[8]。因此利用 Cite Space軟件對WOS核心數據庫1 062條文獻信息進行共被引分析:設置Time Slicing(時區)=1986-2019 ，Year Per Slice(時間切片)=1， Node Types(節點類型)=Cited Reference，參數選取為Top N=25,Top N %=10 %，其余采用默認設置，最終得到城市熱島研究的聚類視圖(圖3)。

圖3 城市熱島研究聚類視

從聚類視圖中可看出，城市熱島的研究網絡集中性一般，網絡重疊度較高，研究分支較多，研究文獻圍繞關鍵節點形成11大聚類。通過Cite Space的Cluster Explore功能對各聚類的命名、大小和同質性進行初步分析，得到聚類信息表(表1)。

對聚類進行分類整理后，可將城市熱島的研究內容為城市熱島的形成因素、城市熱島的時空特征、城市熱島與周圍環境的相互作用三個部分。

3.1 城市熱島的形成因素

一些學者利用熱島強度等量化指標對不同城市的城市熱島變化趨勢進行考察，對城市熱環境空間格局進行了評價，識別了主要影響因素。發現植被的減少和人為熱釋放量的增加是城市熱島強度升高的主要原因，城市化帶來的城市擴張也導致了景觀配置的改變，自然景觀被建筑物取代，地表溫度上升，產生了熱島效應[9-12]。說明城市熱島的形成因素主要是城市擴張、下墊面的改變和人為熱的產生。

3.2 城市熱島的時空特征

通過遙感監測和數值模擬，基于不同的城市形態建立合

表1 聚類信息

適的熱島模擬工具，計算熱島強度，可以了解不同區域的城市熱島變化情況，對城市熱島的時空特征和區域特征進行分析。例如，Yang Ping等[13]分析了北京市建成區熱島強度的時空特征，發現冬季的熱島強度比夏季和春季強，熱島強度的日變化在冬季和秋季的夜間更穩定，變化期較長，春季和夏季則反之。Yuan Yao等[14]分析了深圳市四個季節的地表城市熱島變化，發現熱島強度值在春季和夏季較高，秋季和冬季較低，且不同區域的地表溫度存在差異。說明城市熱島效應具有季節異質性。

3.3 城市熱島與周圍環境的相互作用

研究表明，城市熱島對周圍環境具有一定的影響，首先是城市熱島的熱環境效應會降低室內外的人體熱舒適性，甚至影響人體健康[15-16]；其次城市熱島引起的微氣候變化對植被的蒸發蒸騰量有影響，會影響城市生態系統中的水和碳循環[17]；另外，熱島效應在擾動熱、動力過程中起著重要作用，會影響降水的位置[18]；城市熱島環流與海風環流之間也存在著相互作用，熱島環流的存在會加速海風向城市中心移動的速度[19]。

除此之外，不透水面、綠地、水體等景觀變量和人口密度等社會經濟變量對城市熱島強度的影響也較大。有研究表明，不透水面的地面溫度顯著高于植被覆蓋區，城市綠地和水體能顯著降低地表溫度，對城市熱島具有緩解作用，但其降溫效果與自身的大小、形狀、類型等特征相關[20-22]。而人口密度帶來的土地覆蓋和城市形態的改變也引起了地表溫度的變化，對熱島的分布產生了影響，總體而言，社會經濟變量對城市熱島強度的影響小于景觀變量[23-25]。因此，可以從土地覆蓋和景觀配置兩方面入手，探索緩解城市熱島的措施。

4 城市熱島研究熱點和趨勢

研究主題的分布及演變能夠將不同時期內的熱點方向、研究視角、研究方法的變化直觀的表現出來，而關鍵詞作為學術論文研究熱點的高度概括，可以在一定程度上揭示學科領域中知識的內在聯系[26]。因此，本文分別對WOS數據庫和CNKI數據庫的城市熱島研究文獻進行關鍵詞共現分析，以識別城市熱島研究的主要研究方向和熱點，并揭示該研究領域的主題結構變化和發展趨勢。

通過對關鍵詞進行突變詞分析，可以探索目前在城市熱島研究領域的研究趨勢，一般突現性較高的關鍵詞是某個時期內頻次變化率高的詞，能夠挖掘研究熱點，反映研究前沿和發展趨勢[27]。因此，通過對關鍵詞進行突現詞監測，得到城市熱島研究WOS和CNKI數據庫中關鍵詞網絡突現詞信息表(表2)。

表2 WOS和CNKI數據庫中關鍵詞網絡突現詞一覽

由表2可看出，國內外城市熱島研究的熱點主題有相似之處也有不同之處。國內外都有對城市熱島及相關的概念進行定義，并利用衛星遙感技術對多個城市的熱環境進行數值模擬或建立WRF模型進行分析。國際城市熱島研究側重于城市熱島的影響因子研究，比如分析植被、水體、建筑、土地利用、空間格局等因素對城市溫度或微氣候的影響并進行量化，其次是對城市熱環境的模擬，尤其是利用WRF模式進行地表溫度的模擬研究。另外，國際研究還有考慮城市熱島對城市生態和人體熱舒適的影響，為后期國內的研究提供了一定的研究基礎。而國內更側重于城市熱島的理論研究，包括對城市熱島、城市熱環境、地表溫度等概念進行定義，其次是描述不同城市的熱環境時空變化、熱島強度的分布情況。在后期城市熱島影響因素研究中，主要還是以定性研究為主。

5 結論與建議

本文利用 Cite Space 軟件分別對1986-2019年來自WOS核心數據庫和CNKI數據庫中城市熱島相關文獻信息進行計量統計和可視化分析，展示了國內外關于城市熱島研究領域的知識基礎，并識別了城市熱島研究熱點主題和研究前沿趨勢。由此得到以下結論：

(1)國際城市熱島相關研究是從1990年開始的，并且在2008年之后研究文獻數量迅速增長，至今仍處于上升趨勢。國內對城市熱島的研究早在1986年就開始了，其文獻數量前期緩慢增長，中期迅速增長，后期處于波動增長階段。

(2)整體上看，國際城市熱島研究在2008～2016年間處于繁榮期，發表了大量高影響力的文獻。城市熱島的形成因素、城市熱島的時空特征、城市熱島與周圍環境的相互作用在一定程度上代表了國際城市熱島研究領域近幾年的研究方向。

(3)總體來說，與國內研究相比，國際城市熱島的研究維度更多，研究尺度更大，研究方向更廣，較多的注重于整體環境的影響，國內城市熱島研究主要集中于單一城市內的熱環境變化與影響。在今后的研究中，應注重理論與實際應用結合，加強城市熱島的實踐研究，增加城市熱島影響因子的量化研究，與不同學科、領域的學者進行交流合作，從不同維度和方向對城市熱島進行研究。另外，城市熱島的改善對城市的生態環境、人們的身心健康具有重大意義，如何有效的緩解城市熱島是一個需要進一步探討的研究方向，應系統地研究城市熱環境與城市規劃、城市生態結構與功能的影響，從而為可持續發展提供理論依據。