Nature Communications｜在全球范围内，绿地为城市提供了大量但不平等的降温空间
政务
2024-09-04 09:00
湖北
转自：地球平衡与稳态
气候变暖加剧了极端高温的暴露程度，对全球南部国家造成了不成比例的影响。然而，适应能力的地域差异尚不明确。在此，我们对全球绿地的不平等进行了评估，城市居民主要依靠绿地来缓解室外热压力。我们利用遥感数据对全球约 500 个最大城市的暖季城市绿地白天降温情况进行量化。我们发现了一个鲜明的对比，全球南方城市的降温能力是全球北方城市的 70%（2.5 ± 1.0 °C vs. 3.6 ± 1.7 °C）。这些城市的普通居民获得的降温适应效益也存在类似差距（2.2 ± 0.9 °C vs. 3.4 ± 1.7 °C）。这种降温适应方面的不平等是由社会经济和自然因素造成的全球南北城市之间绿地数量和质量的差异造成的。我们的分析进一步表明，在加强降温适应性的同时减少全球不平等现象的潜力巨大。该研究中，作者评估了全球城市地区现有城市绿色基础设施冷却能力的全球不平等。使用遥感数据来量化三个关键变量，即，(1)冷却效率，（2）冷却能力，和（3）现有的城市绿色基础设施的冷却效益为世界各地的约500个主要城市。城市绿色基础设施和温度在景观尺度上通常呈负相关和相对线性相关，即，较高数量的城市绿色基础设施产生较低的温度。冷却效率被广泛用作城市绿色基础设施面积的给定比例增加导致温度降低的程度的量度，即，城市绿色基础设施的斜率-温度关系。这个简单的度量标准可以量化城市绿色基础设施在改善城市热岛效应方面的质量。与此同时，现有的城市绿色基础设施降低整个城市表面温度的程度（与无植被的建成区相比）被称为冷却能力。此外，我们考虑到城市绿色基础设施和人口的空间分布，以量化每个城市的平均城市居民所获得的冷却缓解的好处。在考虑了城市绿色基础设施和人口密度的城市内部地理因素后，这种冷却效益是对人们实现的冷却的更直接的衡量。我们专注于冷却能力和冷却效益作为衡量单个城市的冷却能力，以评估其全球不平等。我们特别感兴趣的是将冷却适应不平等与收入不平等联系起来。虽然这可以使用现有的国家分类收入指标来实现，但由于其与地理的历史联系，我们在这里使用传统的全球南北分类，这对气候研究有影响。分析表明，一个普通城市现有的绿色基础设施有能力在温暖的季节将地表温度降低约3 °C。然而，一个令人担忧的差距是显而易见的;平均而言，全球南方城市的制冷能力和制冷效益只有全球北方城市的三分之二。造成这种不平等的原因是各城市现有的城市绿色基础设施在数量和质量上存在差异。重要的是，我们发现许多城市在提高其绿色基础设施的冷却能力方面存在相当大的潜力;实现这一潜力可以大大减少全球在适应室外热压力方面的不平等。我们的分析表明，在世界上人口最多的500个城市中，现有城市绿色基础设施的数量和质量差异很大。基于光谱绿度的遥感指标测量的城市绿色基础设施数量的变异系数（CV）为35%。同样，城市绿色基础设施在冷却效率（夏季高峰期间白天地表温度）方面的质量CV为37%。全球平均冷却能力为2.9 °C；现有的城市绿色基础设施可使暖季热应力平均降低2.9 °C的表面温度。然而，事实上，制冷能力的变化很大（制冷能力的全球CV高达~50%），因此很少有城市达到平均水平。这种差异具有很强的地理结构性。靠近赤道的城市--热带和亚热带城市--往往具有相对较弱的冷却能力。由于全球南方国家主要位于低纬度地区，这种模式导致了这样一种情况，即全球南方城市往往更热，收入相对较低，平均约为全球北方城市的三分之二。目前，最需要依赖绿色基础设施的城市是最没有能力这样做的城市。图一：城市尺度地表温度、绿色空间（Landsat NDVI）的分布，以及不同大陆四个特大城市的局部冷却效率、局部冷却能力和局部冷却效益当我们考虑城市绿色基础设施相对于城市内人类的位置时，由普通城市居民实现的城市绿色基础设施的冷却效益通常略低于冷却能力所建议的冷却效益。城市居民往往居住在绿色基础设施较少的城市地区。因此，平均城市居民经历的冷却改善比预期的要少。然而，这种异质性对全球规模的不平等只有很小的影响。因此，冷却能力和冷却效益的地理趋势是相似的：平均城市居民的平均冷却效益在全球南方和北方城市之间也存在1.5倍的差距（2.2 ± 0.9 vs. 3.4 ± 1.7 °C，Wilcoxon检验，p= 3.2e-13）。城市绿色基础设施是一种公共产品，有可能帮助即使是最边缘化的人群保持凉爽;不幸的是，这种公共利益在全球南方最少。当在户外行走时，全球南方城市的普通人从城市绿色基础设施中获得的冷却改善只有全球北方城市的普通人的三分之二。全球北部城市的高制冷改善能力和效益受到北美（具体而言，加拿大和美国）的严重影响，北美具有最高的制冷效率和最大的绿色基础设施面积，其次是欧洲。说明全球制冷能力或效益不平等的一种方法是分别研究在改善室外热压力方面最有效和最不有效的城市。我们的研究结果表明，50个最有效的城市（制冷能力或制冷效益最高）中约有85%位于全球北部，而50个最不有效的城市中约有80%位于全球南部城市。如果不考虑这些城市的背景温度和气候变暖的差异，这将加剧对人类健康的影响，情况确实如此;全球南部的城市可能更接近人类热舒适的极限，甚至越来越接近温度和湿度的极限（湿球温度），在这个温度下，人类可以安全地工作甚至行走，因此，这些城市中的绿色空间在冷却方面的无效性将导致对人类健康、工作和国内生产总值（GDP）产生更大的负面影响。此外，全球南部城市通常具有较高的人口密度，预计人口增长更快。由于这些人口对住房的需求（因此对建筑物的需求和对绿色空间的需求之间的紧张关系），这种情况将不可避免地加剧城市热岛效应。它还将增加暴露于极端城市热岛效应的人数。因此，通过扩大城市绿色空间来增加冷却效益是至关重要的，使得更多的人可以从给定的新的相邻绿色空间接收冷却缓解，如果他们住得更近的话。要做到这一点，就需要制定激励城市绿色空间的政策，以及使植物覆盖建筑等创新更容易、更便宜地实施的建筑创新。图3：制冷能力最高的50个城市（右侧条）和制冷能力最低的50个城市（左手条）之间的对比。当然，即使在全球北方或全球南方，城市也各不相同。例如，一些全球南方城市具有高绿色空间面积（或相对高的冷却效率与中等绿色空间面积的组合），因此具有高的冷却能力。这些城市，如浦那（印度），将是重要的，更详细地研究，阐明其冷却能力的机械细节，以及社会政治和其他因素，促进其高绿色面积覆盖率和冷却能力。进一步的，我们使用 100 米网格单元的空间粒度和 Landsat NDVI 数据进行了主要分析，以量化光谱绿度。然而，我们的结果在更粗的 1 千米空间粒度上也是稳健的。通过使用 MODIS 数据，我们发现在 1 千米的粒度上，全球降温不平等现象略有扩大（全球南方和北方城市之间的差距约为 2 倍）。MODIS 数据经常被用于量化城市热岛效应和降温措施。我们的研究结果加强了其在跨尺度比较城市间热环境方面的稳健性。降温效果的全球不平等可能有多种近因。为了了解它们的相对影响，我们首先分别研究了城市绿色基础设施的质量（降温效率）和数量（作为城市绿地面积替代指标的 NDVI）的影响。最简单的模型是，降温能力（在城市尺度上）和降温效益（在人类尺度上）主要受城市绿地面积比例的驱动。事实上，我们发现降温能力和降温效益都与城市绿地面积密切相关。这一发现有助于采取实际干预措施。一般来说，投资挽救或恢复更多绿地的城市将从这些绿地中获得更多降温效益。相比之下，城市间降温效率的差异在决定城市降温能力和降温效益方面的作用较小。图四：城市绿色基础设施的质量（制冷效率）和数量（绿色空间面积）与制冷能力密切相关，而质量和数量是自然和社会经济因素共同作用的结果我们能否减少我们在世界上最大的城市中发现的制冷能力和效益的不平等？对改善降温缓解潜力的细致评估需要全面考虑城市管理和政策的社会经济、文化和技术方面。城市通过绿色基础设施实施冷却的能力可能存在很大差异，无论是作为文化、治理、政策或其某种组合的功能。然而，任何实现更大冷却的实际尝试都将在气候和现有土地使用的现实背景下进行。为了理解这些现实，我们对城市中可能的最大额外制冷能力进行了建模，考虑到现有的限制。我们假设这个容量取决于城市绿色基础设施的质量（冷却效率）和数量。我们的方法提供了一个简单的衡量标准，如果一个城市的绿色基础设施的所有部分都得到系统性的加强，就可以实现冷却。基于关于城市绿色基础设施的最大可能数量和质量的不同估计和假设，可以达到冷却能力潜力的不同估计。没有一种简单的方法可以做出这些估计，特别是考虑到地球仪上城市之间在社会、文化和结构上的巨大差异。我们的示例案例从上限城市的中值NDVI开始，考虑了不同的当地气候带类型和背景气候区域（区域上限）。这是基于这样的假设，即对于同一气候区域内的城市，其平均绿色空间数量可以作为一个可实现的目标。尽管如此，城市规划往往是在个别城市一级进行的，往往只在有限的范围内实施，而且对其他区域和国家的城市考虑有限。一个可能更现实的参考可以从现有的绿色基础设施中获得（同样，根据当地气候带类型）在每个特定的城市本身（见方法）：如果一个城市的稀疏植被地区在城市内相应的当地气候带内系统地提高到50- 90分之一的NDVI水平，冷却能力仍然会增加，但仅提高了0.5-1.5 °C，城市间的不平等也仅略有减少。这突出表明，有必要在全球绿色城市的启发下制定雄心勃勃的政策，以实现城市绿色基础设施的巨大冷却潜力。总之，我们的研究结果表明，在城市绿色基础设施为城市及其居民降温的程度方面，全球南北方存在明显的不平等。由于资源的不平等（例如，全球南方的空调价格较低，电力短缺更为频繁）。我们的研究结果表明，户外适应的不平等尤其令人担忧，特别是全球南部的城市人口正在迅速增长，并且可能面临最严重的未来极端温度。我们的研究结果传达了一些积极的前景，有相当大的潜力，以加强城市的冷却能力，并减少在同一时间在冷却能力的不平等。然而，实现这种基于自然的解决方案将具有挑战性。首先，加强城市绿色基础设施需要大量投资，而这在全球南部城市中更难实现。其次，它还需要明智的规划战略和先进的城市设计和绿化技术。城市绿色空间的空间规划不仅需要考虑冷却改善效果，还需要考虑其多功能方面，包括多种生态系统服务，心理健康益处，可达性和安全性。从理论上讲，一个城市可以通过高密度生活、地面绿色空间、垂直和屋顶花园（甚至森林）的组合，最大限度地提高冷却能力，同时也最大限度地提高密度。实际上，当前具有最多绿色空间的城市往往是低密度城市。尽管如此，创新和实施新技术，使绿色空间和高密度生活相结合，有可能减少或断开绿色空间面积和人口密度之间的负面关系。然而，这一发展尚未实现。绿色空间的另一个值得更多关注的方面是绿色空间相对于城市内人口集中的地理位置。一个关键问题是，我们应该如何最好地分配城市内的绿色空间，以最大限度地提高冷却效率，并最大限度地减少城市内冷却不平等，以实现社会公平？最后但并非最不重要的是，设计和管理城市绿色空间，使其尽可能适应未来的气候压力。对于许多城市而言，绿色基础设施可能仍然是人们在未来几十年内缓解不断升级的城市户外热压力的主要手段。Li, Y., Svenning, JC., Zhou, W. et al. Green spaces provide substantial but unequal urban cooling globally. Nat Commun 15, 7108 (2024).【知识转载，翻译难免有误，详细查看原文，侵权联系删除】投稿、转载、合作、申请入群可在后台留言（备注：姓名+微信号）或发邮件至sthjkx1@163.com
