近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng )新研究院研究員孟慶巖城市陸表環(huán)境遙感團隊發(fā)布最新的中國高時(shí)空分辨率多源人為通量熱數據集，包含建筑熱、工業(yè)熱、交通熱、代謝熱、總人為熱通量五個(gè)部分以及年、月、時(shí)三個(gè)時(shí)相，空間分辨率500米，是當前兼具精確時(shí)、空特征的大尺度人為熱數據集。

人為熱在氣候模擬、熱驅動(dòng)規律、生態(tài)環(huán)境評估和可持續發(fā)展等研究中發(fā)揮重要作用。然而，時(shí)空異質(zhì)性人為熱數據難以通過(guò)測量的方式直接獲取，阻礙城市熱環(huán)境研究。

當前，已有大量人為熱估算方法或模型被提出以適用于多時(shí)空尺度研究需求，其中，以大尺度能源消耗數據為基礎的自上而下源清單法適用性最強，常被用于大尺度研究或一些數據數量和質(zhì)量有限的區域，但結果相對粗糙，存在以下問(wèn)題：難以在大尺度范圍上表達精細人為熱時(shí)空特征；缺乏具備熱源差異性的通用大尺度人為熱數據集；針對全國范圍的自上而下能源消耗清單法有待進(jìn)一步規范。

針對上述問(wèn)題，研究團隊從基礎的自上而下能源消耗清單法到時(shí)空異質(zhì)性的多源人為熱建模，完善并形成了一套系統的大尺度人為熱估算框架，實(shí)現兼顧大尺度空間范圍與精細時(shí)空變化特征的多源人為熱公開(kāi)數據集構建：

一是修正了在中國開(kāi)展的自上而下能源消耗清單法對官方能耗數據的不合理應用?；谥袊C合社會(huì )調查的統計結果分離了生活能耗中的私家車(chē)能耗，并結合交通運輸、倉儲及郵電通訊業(yè)能耗，實(shí)現了更準確的交通熱和建筑熱構成。

二是在常用人為熱代理數據基礎上，針對不同熱源時(shí)空特征的差異性選取對應的預測因子，包括面向建筑熱的全國建筑高度、面向工業(yè)熱的加權工廠(chǎng)密度、面向交通熱的加權道路密度等，均在多源人為熱建模中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

三是為克服單一算法在多源人為熱建模過(guò)程中的適用性和準確性問(wèn)題，研究利用Stacking框架整合多種機器學(xué)習模型，在提高精度的同時(shí)簡(jiǎn)化了建模算法的評估和選擇過(guò)程。此外，研究用于建模的人為熱樣本數量和有效值范圍均大于以往研究，且包含時(shí)間變異信息。

四是針對大尺度范圍提出更具可行性的時(shí)間降尺度方案。在模型直接輸出的月平均多源人為熱通量的基礎上，將全國多個(gè)代表城市的日內人口熱力值變化擴展至對應區域，以準確獲取全國范圍特定月份特定時(shí)刻的人為熱估算結果。

圖1?? 多源數據支撐下的全國高時(shí)空分辨率人為熱估算

研究結果顯示，顯著(zhù)調整了交通熱在總熱排放中的占比，校正了總人為熱排放的高估問(wèn)題；建立更便捷且準確的針對中國區域的能源消耗清單法估算標準流程，以適應于日益復雜的人為熱量化需求，為后續機器學(xué)習模型提供更加準確的多源人為熱樣本標簽。

本研究不但具有更精細的空間細節，不同人為熱源之間也具有完全不同的特征。建筑熱的空間分布特征與前人研究相似，但交通熱的線(xiàn)性分布則更為明顯。特別的，工業(yè)熱在本研究中并非如以往研究那樣聚集于市中心，而是不規則地分布在城市范圍內，市中心的熱排放反而相對較弱。盡管存在一些差異，但本研究的結果與以往的人為熱數據集表現出顯著(zhù)的相關(guān)性（p<0.001），相關(guān)系數均超過(guò) 0.7。

實(shí)現了兼顧大尺度空間范圍與精細時(shí)空變化特征的多源人為熱估算，并形成一整套能被直接使用的公開(kāi)數據集，是當前最新和最優(yōu)的中國人為熱排放數據集之一。為后續大尺度人為熱量化方法的改進(jìn)提供了堅實(shí)的基礎，也為區域氣候模擬提供了更加準確的數據輸入，促進(jìn)對城市熱環(huán)境影響因素的深入理解，支撐城市可持續發(fā)展和能耗的合理回收利用。

圖2?? 各省2019年多源熱排放總量及構成

圖3 ?示例城市的月均（a）建筑熱通量、（b）交通熱通量和（c）工業(yè)熱通量

圖4??四月份(a)北京和(b)上海當地時(shí)間每小時(shí)人為熱

圖5??與前人研究結果的對比：(a)-(d) 是以往研究獲取的建筑熱、交通熱、工業(yè)熱 (Chen et al., 2020)和總年均人為熱(Wang et al., 2022b)；(e)-(f) 是本研究的結果。

圖6??本研究與 (a) Wang et al. (2022b)、(b) Chen et al. (2020)、(c) Varquez et al. (2021) 在北京建成區的人為熱相關(guān)圖。

研究成果“High spatial and temporal resolution multi-source anthropogenic heat estimation for China”發(fā)表在在國際環(huán)境領(lǐng)域頂刊《Resources, Conservation & Recycling》，第一作者為博士研究生錢(qián)江康，通訊作者為張琳琳助理研究員。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重大項目、國家自然科學(xué)基金青年項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )項目等項目資助。