基于CiteSpace的城市热岛研究进展与热点分析

连欣欣， 刘兴诏

(福建农林大学园林学院，福建福州 350002)

随着快速发展的城市化进程和全球气候变暖，城市热岛效应越来越严重，城市热环境已成为影响整个城市生态环境最重要的要素之一，它对城市气候、人体健康及能源消耗等多方面的影响引起了广大学者们的重视，相关方面的研究也逐渐增多，城市热岛现已成为当今的研究热点。近几十年来，国内外不同领域的学者对城市热岛进行了各种研究，获取了大量的研究成果，包括基于遥感数据的城市热岛时空变化特征研究[1-2]、城市热岛的形成机制与影响因素研究[3-4]、城市热岛的缓解措施研究等[5-6]。本文基于CNKI 核心论文数据库与Web of Science数据库，运用文献数据可视化的应用软件Cite Space，对国内外研究文献进行可视化分析，识别城市热岛研究的理论及知识聚类，把握研究的最新进程和前沿热点，有助于完善城市热岛研究的理论研究，为城市热岛新的研究方向和角度提供借鉴与参考。

1 研究方法与数据来源

本研究借助Cite Space文献计量工具，对城市热岛领域的文献研究进行量化与可视化分析。Cite Space知识视图是由陈超美教授用来分析、挖掘及进行科研文献可视化的应用软件，它具有“图”和“谱”的双重性质与特征：既是可视化的知识图形，又是序列化的知识谱系[7]。

本文国际研究数据来源于Web of Science(WOS)核心合集的科学引文索引扩展版(Science Citation Index Expanded，SCI- E，简称SCI)，使用高级检索，通过多次检索对比，最终确定使用数据检索式为TI=(urban heat island OR urban thermal environment OR urban thermal effect),文献类型=Article，共检索1986-2019年城市热岛研究领域发表的SCI文献1 135篇，经过筛选、去重后得到可利用的文献共1 062篇。国内研究数据来源于CNKI网站，以SU=(‘城市热岛’+’城市热环境’+’城市热效应’) AND KY=(‘城市热岛’+’城市热环境’+’城市热效应’)为检索式进行专业检索，共检索得到1 754篇中文文献，时间跨度为1986～2019年。

2 数据初步分析

对所得文献数据进行初步分析处理后发现，在WOS核心数据库中，1900～2008年开始逐渐出现城市热岛相关研究文献，2009～2019年十年间，研究文献数量明显增多，处于一个上升的趋势(图1)。国内CNKI数据库中，城市热岛效应研究早在1986年就开始了，1986～2004年国内对城市热岛的研究处于初步阶段，每年文献量均在25篇以下。2004～2008年随着越来越多的学者开始对城市热岛进行研究，相关研究文献的数量迅速增长，增长速率达到最大值，2009～2019年城市热岛的研究文献数量处于波动增长阶段(图2)。

图1 WOS数据库中城市热岛发文量

图2 CNKI数据库中城市热岛发文量

3 城市热岛研究内容

共被引参考文献有着相同或相似的研究框架和研究主题，建立参考文献网络能够更方便的理顺研究方向，分析发展路径，尤其是网络中频次较高的参考文献，具有较高的影响力，是该研究领域的知识基础[8]。因此利用 Cite Space软件对WOS核心数据库1 062条文献信息进行共被引分析:设置Time Slicing(时区)=1986-2019 ，Year Per Slice(时间切片)=1， Node Types(节点类型)=Cited Reference，参数选取为Top N=25,Top N %=10 %，其余采用默认设置，最终得到城市热岛研究的聚类视图(图3)。

图3 城市热岛研究聚类视

从聚类视图中可看出，城市热岛的研究网络集中性一般，网络重叠度较高，研究分支较多，研究文献围绕关键节点形成11大聚类。通过Cite Space的Cluster Explore功能对各聚类的命名、大小和同质性进行初步分析，得到聚类信息表(表1)。

对聚类进行分类整理后，可将城市热岛的研究内容为城市热岛的形成因素、城市热岛的时空特征、城市热岛与周围环境的相互作用三个部分。

3.1 城市热岛的形成因素

一些学者利用热岛强度等量化指标对不同城市的城市热岛变化趋势进行考察，对城市热环境空间格局进行了评价，识别了主要影响因素。发现植被的减少和人为热释放量的增加是城市热岛强度升高的主要原因，城市化带来的城市扩张也导致了景观配置的改变，自然景观被建筑物取代，地表温度上升，产生了热岛效应[9-12]。说明城市热岛的形成因素主要是城市扩张、下垫面的改变和人为热的产生。

3.2 城市热岛的时空特征

通过遥感监测和数值模拟，基于不同的城市形态建立合

表1 聚类信息

适的热岛模拟工具，计算热岛强度，可以了解不同区域的城市热岛变化情况，对城市热岛的时空特征和区域特征进行分析。例如，Yang Ping等[13]分析了北京市建成区热岛强度的时空特征，发现冬季的热岛强度比夏季和春季强，热岛强度的日变化在冬季和秋季的夜间更稳定，变化期较长，春季和夏季则反之。Yuan Yao等[14]分析了深圳市四个季节的地表城市热岛变化，发现热岛强度值在春季和夏季较高，秋季和冬季较低，且不同区域的地表温度存在差异。说明城市热岛效应具有季节异质性。

3.3 城市热岛与周围环境的相互作用

研究表明，城市热岛对周围环境具有一定的影响，首先是城市热岛的热环境效应会降低室内外的人体热舒适性，甚至影响人体健康[15-16]；其次城市热岛引起的微气候变化对植被的蒸发蒸腾量有影响，会影响城市生态系统中的水和碳循环[17]；另外，热岛效应在扰动热、动力过程中起着重要作用，会影响降水的位置[18]；城市热岛环流与海风环流之间也存在着相互作用，热岛环流的存在会加速海风向城市中心移动的速度[19]。

除此之外，不透水面、绿地、水体等景观变量和人口密度等社会经济变量对城市热岛强度的影响也较大。有研究表明，不透水面的地面温度显著高于植被覆盖区，城市绿地和水体能显著降低地表温度，对城市热岛具有缓解作用，但其降温效果与自身的大小、形状、类型等特征相关[20-22]。而人口密度带来的土地覆盖和城市形态的改变也引起了地表温度的变化，对热岛的分布产生了影响，总体而言，社会经济变量对城市热岛强度的影响小于景观变量[23-25]。因此，可以从土地覆盖和景观配置两方面入手，探索缓解城市热岛的措施。

4 城市热岛研究热点和趋势

研究主题的分布及演变能够将不同时期内的热点方向、研究视角、研究方法的变化直观的表现出来，而关键词作为学术论文研究热点的高度概括，可以在一定程度上揭示学科领域中知识的内在联系[26]。因此，本文分别对WOS数据库和CNKI数据库的城市热岛研究文献进行关键词共现分析，以识别城市热岛研究的主要研究方向和热点，并揭示该研究领域的主题结构变化和发展趋势。

通过对关键词进行突变词分析，可以探索目前在城市热岛研究领域的研究趋势，一般突现性较高的关键词是某个时期内频次变化率高的词，能够挖掘研究热点，反映研究前沿和发展趋势[27]。因此，通过对关键词进行突现词监测，得到城市热岛研究WOS和CNKI数据库中关键词网络突现词信息表(表2)。

表2 WOS和CNKI数据库中关键词网络突现词一览

由表2可看出，国内外城市热岛研究的热点主题有相似之处也有不同之处。国内外都有对城市热岛及相关的概念进行定义，并利用卫星遥感技术对多个城市的热环境进行数值模拟或建立WRF模型进行分析。国际城市热岛研究侧重于城市热岛的影响因子研究，比如分析植被、水体、建筑、土地利用、空间格局等因素对城市温度或微气候的影响并进行量化，其次是对城市热环境的模拟，尤其是利用WRF模式进行地表温度的模拟研究。另外，国际研究还有考虑城市热岛对城市生态和人体热舒适的影响，为后期国内的研究提供了一定的研究基础。而国内更侧重于城市热岛的理论研究，包括对城市热岛、城市热环境、地表温度等概念进行定义，其次是描述不同城市的热环境时空变化、热岛强度的分布情况。在后期城市热岛影响因素研究中，主要还是以定性研究为主。

5 结论与建议

本文利用 Cite Space 软件分别对1986-2019年来自WOS核心数据库和CNKI数据库中城市热岛相关文献信息进行计量统计和可视化分析，展示了国内外关于城市热岛研究领域的知识基础，并识别了城市热岛研究热点主题和研究前沿趋势。由此得到以下结论：

(1)国际城市热岛相关研究是从1990年开始的，并且在2008年之后研究文献数量迅速增长，至今仍处于上升趋势。国内对城市热岛的研究早在1986年就开始了，其文献数量前期缓慢增长，中期迅速增长，后期处于波动增长阶段。

(2)整体上看，国际城市热岛研究在2008～2016年间处于繁荣期，发表了大量高影响力的文献。城市热岛的形成因素、城市热岛的时空特征、城市热岛与周围环境的相互作用在一定程度上代表了国际城市热岛研究领域近几年的研究方向。

(3)总体来说，与国内研究相比，国际城市热岛的研究维度更多，研究尺度更大，研究方向更广，较多的注重于整体环境的影响，国内城市热岛研究主要集中于单一城市内的热环境变化与影响。在今后的研究中，应注重理论与实际应用结合，加强城市热岛的实践研究，增加城市热岛影响因子的量化研究，与不同学科、领域的学者进行交流合作，从不同维度和方向对城市热岛进行研究。另外，城市热岛的改善对城市的生态环境、人们的身心健康具有重大意义，如何有效的缓解城市热岛是一个需要进一步探讨的研究方向，应系统地研究城市热环境与城市规划、城市生态结构与功能的影响，从而为可持续发展提供理论依据。