基于CiteSpace的城市熱島研究進(jìn)展與熱點(diǎn)分析

連欣欣， 劉興詔

(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建福州 350002)

隨著快速發(fā)展的城市化進(jìn)程和全球氣候變暖，城市熱島效應(yīng)越來越嚴(yán)重，城市熱環(huán)境已成為影響整個(gè)城市生態(tài)環(huán)境最重要的要素之一，它對(duì)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(xué)者們的重視，相關(guān)方面的研究也逐漸增多，城市熱島現(xiàn)已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。近幾十年來，國內(nèi)外不同領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)城市熱島進(jìn)行了各種研究，獲取了大量的研究成果，包括基于遙感數(shù)據(jù)的城市熱島時(shí)空變化特征研究[1-2]、城市熱島的形成機(jī)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(shù)據(jù)庫與Web of Science數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用軟件Cite Space，對(duì)國內(nèi)外研究文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，識(shí)別城市熱島研究的理論及知識(shí)聚類，把握研究的最新進(jìn)程和前沿?zé)狳c(diǎn)，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(shù)據(jù)來源

本研究借助Cite Space文獻(xiàn)計(jì)量工具，對(duì)城市熱島領(lǐng)域的文獻(xiàn)研究進(jìn)行量化與可視化分析。Cite Space知識(shí)視圖是由陳超美教授用來分析、挖掘及進(jìn)行科研文獻(xiàn)可視化的應(yīng)用軟件，它具有“圖”和“譜”的雙重性質(zhì)與特征：既是可視化的知識(shí)圖形，又是序列化的知識(shí)譜系[7]。

本文國際研究數(shù)據(jù)來源于Web of Science(WOS)核心合集的科學(xué)引文索引擴(kuò)展版(Science Citation Index Expanded，SCI- E，簡稱SCI)，使用高級(jí)檢索，通過多次檢索對(duì)比，最終確定使用數(shù)據(jù)檢索式為TI=(urban heat island OR urban thermal environment OR urban thermal effect),文獻(xiàn)類型=Article，共檢索1986-2019年城市熱島研究領(lǐng)域發(fā)表的SCI文獻(xiàn)1 135篇，經(jīng)過篩選、去重后得到可利用的文獻(xiàn)共1 062篇。國內(nèi)研究數(shù)據(jù)來源于CNKI網(wǎng)站，以SU=(‘城市熱島’+’城市熱環(huán)境’+’城市熱效應(yīng)’) AND KY=(‘城市熱島’+’城市熱環(huán)境’+’城市熱效應(yīng)’)為檢索式進(jìn)行專業(yè)檢索，共檢索得到1 754篇中文文獻(xiàn)，時(shí)間跨度為1986～2019年。

2 數(shù)據(jù)初步分析

對(duì)所得文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析處理后發(fā)現(xiàn)，在WOS核心數(shù)據(jù)庫中，1900～2008年開始逐漸出現(xiàn)城市熱島相關(guān)研究文獻(xiàn)，2009～2019年十年間，研究文獻(xiàn)數(shù)量明顯增多，處于一個(gè)上升的趨勢(shì)(圖1)。國內(nèi)CNKI數(shù)據(jù)庫中，城市熱島效應(yīng)研究早在1986年就開始了，1986～2004年國內(nèi)對(duì)城市熱島的研究處于初步階段，每年文獻(xiàn)量均在25篇以下。2004～2008年隨著越來越多的學(xué)者開始對(duì)城市熱島進(jìn)行研究，相關(guān)研究文獻(xiàn)的數(shù)量迅速增長，增長速率達(dá)到最大值，2009～2019年城市熱島的研究文獻(xiàn)數(shù)量處于波動(dòng)增長階段(圖2)。

圖1 WOS數(shù)據(jù)庫中城市熱島發(fā)文量

圖2 CNKI數(shù)據(jù)庫中城市熱島發(fā)文量

3 城市熱島研究內(nèi)容

共被引參考文獻(xiàn)有著相同或相似的研究框架和研究主題，建立參考文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能夠更方便的理順研究方向，分析發(fā)展路徑，尤其是網(wǎng)絡(luò)中頻次較高的參考文獻(xiàn)，具有較高的影響力，是該研究領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)[8]。因此利用 Cite Space軟件對(duì)WOS核心數(shù)據(jù)庫1 062條文獻(xiàn)信息進(jìn)行共被引分析:設(shè)置Time Slicing(時(shí)區(qū))=1986-2019 ，Year Per Slice(時(shí)間切片)=1， Node Types(節(jié)點(diǎn)類型)=Cited Reference，參數(shù)選取為Top N=25,Top N %=10 %，其余采用默認(rèn)設(shè)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(wǎng)絡(luò)集中性一般，網(wǎng)絡(luò)重疊度較高，研究分支較多，研究文獻(xiàn)圍繞關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)形成11大聚類。通過Cite Space的Cluster Explore功能對(duì)各聚類的命名、大小和同質(zhì)性進(jìn)行初步分析，得到聚類信息表(表1)。

對(duì)聚類進(jìn)行分類整理后，可將城市熱島的研究內(nèi)容為城市熱島的形成因素、城市熱島的時(shí)空特征、城市熱島與周圍環(huán)境的相互作用三個(gè)部分。

3.1 城市熱島的形成因素

一些學(xué)者利用熱島強(qiáng)度等量化指標(biāo)對(duì)不同城市的城市熱島變化趨勢(shì)進(jìn)行考察，對(duì)城市熱環(huán)境空間格局進(jìn)行了評(píng)價(jià)，識(shí)別了主要影響因素。發(fā)現(xiàn)植被的減少和人為熱釋放量的增加是城市熱島強(qiáng)度升高的主要原因，城市化帶來的城市擴(kuò)張也導(dǎo)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(chǎn)生了熱島效應(yīng)[9-12]。說明城市熱島的形成因素主要是城市擴(kuò)張、下墊面的改變和人為熱的產(chǎn)生。

3.2 城市熱島的時(shí)空特征

通過遙感監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬，基于不同的城市形態(tài)建立合

表1 聚類信息

適的熱島模擬工具，計(jì)算熱島強(qiáng)度，可以了解不同區(qū)域的城市熱島變化情況，對(duì)城市熱島的時(shí)空特征和區(qū)域特征進(jìn)行分析。例如，Yang Ping等[13]分析了北京市建成區(qū)熱島強(qiáng)度的時(shí)空特征，發(fā)現(xiàn)冬季的熱島強(qiáng)度比夏季和春季強(qiáng)，熱島強(qiáng)度的日變化在冬季和秋季的夜間更穩(wěn)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(gè)季節(jié)的地表城市熱島變化，發(fā)現(xiàn)熱島強(qiáng)度值在春季和夏季較高，秋季和冬季較低，且不同區(qū)域的地表溫度存在差異。說明城市熱島效應(yīng)具有季節(jié)異質(zhì)性。

3.3 城市熱島與周圍環(huán)境的相互作用

研究表明，城市熱島對(duì)周圍環(huán)境具有一定的影響，首先是城市熱島的熱環(huán)境效應(yīng)會(huì)降低室內(nèi)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(duì)植被的蒸發(fā)蒸騰量有影響，會(huì)影響城市生態(tài)系統(tǒng)中的水和碳循環(huán)[17]；另外，熱島效應(yīng)在擾動(dòng)熱、動(dòng)力過程中起著重要作用，會(huì)影響降水的位置[18]；城市熱島環(huán)流與海風(fēng)環(huán)流之間也存在著相互作用，熱島環(huán)流的存在會(huì)加速海風(fēng)向城市中心移動(dòng)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(huì)經(jīng)濟(jì)變量對(duì)城市熱島強(qiáng)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(qū)，城市綠地和水體能顯著降低地表溫度，對(duì)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(guān)[20-22]。而人口密度帶來的土地覆蓋和城市形態(tài)的改變也引起了地表溫度的變化，對(duì)熱島的分布產(chǎn)生了影響，總體而言，社會(huì)經(jīng)濟(jì)變量對(duì)城市熱島強(qiáng)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(diǎn)和趨勢(shì)

研究主題的分布及演變能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)期內(nèi)的熱點(diǎn)方向、研究視角、研究方法的變化直觀的表現(xiàn)出來，而關(guān)鍵詞作為學(xué)術(shù)論文研究熱點(diǎn)的高度概括，可以在一定程度上揭示學(xué)科領(lǐng)域中知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系[26]。因此，本文分別對(duì)WOS數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫的城市熱島研究文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，以識(shí)別城市熱島研究的主要研究方向和熱點(diǎn)，并揭示該研究領(lǐng)域的主題結(jié)構(gòu)變化和發(fā)展趨勢(shì)。

通過對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行突變?cè)~分析，可以探索目前在城市熱島研究領(lǐng)域的研究趨勢(shì)，一般突現(xiàn)性較高的關(guān)鍵詞是某個(gè)時(shí)期內(nèi)頻次變化率高的詞，能夠挖掘研究熱點(diǎn)，反映研究前沿和發(fā)展趨勢(shì)[27]。因此，通過對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)詞監(jiān)測(cè)，得到城市熱島研究WOS和CNKI數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)突現(xiàn)詞信息表(表2)。

表2 WOS和CNKI數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)突現(xiàn)詞一覽

由表2可看出，國內(nèi)外城市熱島研究的熱點(diǎn)主題有相似之處也有不同之處。國內(nèi)外都有對(duì)城市熱島及相關(guān)的概念進(jìn)行定義，并利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)多個(gè)城市的熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬或建立WRF模型進(jìn)行分析。國際城市熱島研究側(cè)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(duì)城市溫度或微氣候的影響并進(jìn)行量化，其次是對(duì)城市熱環(huán)境的模擬，尤其是利用WRF模式進(jìn)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(duì)城市生態(tài)和人體熱舒適的影響，為后期國內(nèi)的研究提供了一定的研究基礎(chǔ)。而國內(nèi)更側(cè)重于城市熱島的理論研究，包括對(duì)城市熱島、城市熱環(huán)境、地表溫度等概念進(jìn)行定義，其次是描述不同城市的熱環(huán)境時(shí)空變化、熱島強(qiáng)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(jié)論與建議

本文利用 Cite Space 軟件分別對(duì)1986-2019年來自WOS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中城市熱島相關(guān)文獻(xiàn)信息進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)和可視化分析，展示了國內(nèi)外關(guān)于城市熱島研究領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)，并識(shí)別了城市熱島研究熱點(diǎn)主題和研究前沿趨勢(shì)。由此得到以下結(jié)論：

(1)國際城市熱島相關(guān)研究是從1990年開始的，并且在2008年之后研究文獻(xiàn)數(shù)量迅速增長，至今仍處于上升趨勢(shì)。國內(nèi)對(duì)城市熱島的研究早在1986年就開始了，其文獻(xiàn)數(shù)量前期緩慢增長，中期迅速增長，后期處于波動(dòng)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(fā)表了大量高影響力的文獻(xiàn)。城市熱島的形成因素、城市熱島的時(shí)空特征、城市熱島與周圍環(huán)境的相互作用在一定程度上代表了國際城市熱島研究領(lǐng)域近幾年的研究方向。

(3)總體來說，與國內(nèi)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(huán)境的影響，國內(nèi)城市熱島研究主要集中于單一城市內(nèi)的熱環(huán)境變化與影響。在今后的研究中，應(yīng)注重理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，加強(qiáng)城市熱島的實(shí)踐研究，增加城市熱島影響因子的量化研究，與不同學(xué)科、領(lǐng)域的學(xué)者進(jìn)行交流合作，從不同維度和方向?qū)Τ鞘袩釐u進(jìn)行研究。另外，城市熱島的改善對(duì)城市的生態(tài)環(huán)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(gè)需要進(jìn)一步探討的研究方向，應(yīng)系統(tǒng)地研究城市熱環(huán)境與城市規(guī)劃、城市生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的影響，從而為可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。