研究速递丨全球范围内绿地为城市降温提供了显著但不平等的贡献

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。

随着全球气候变暖的加剧，尤其是热带和亚热带地区，城市居民面临的极端高温威胁日益严重。城市作为全球人口密集的区域，已经成为气候变化的主要受害者之一。城市不仅受气候变暖的影响，还面临着由城市热岛效应带来的额外升温，这种升温效应会使城市内的温度进一步升高。因此，在许多城市，居民暴露于极端高温的风险增加，威胁着他们的健康、安全和福祉。特别是在全球南方城市，这些区域不仅气候炎热，且基础设施较为薄弱，居民更易受到极端高温的影响。

绿地被广泛认为是一种有效的自然缓解措施，通过其遮荫和蒸腾冷却作用，能够显著降低城市表面温度，缓解热岛效应。尽管城市绿地在缓解城市热应力中的作用得到了肯定，然而，全球不同城市间绿地的数量和质量差异显著。已有研究指出，低收入地区和国家的城市居民获得绿地冷却效益的机会往往较少，这种现象被称为“奢侈效应”。这种不平等加剧了全球南方城市面临的气候适应能力不足问题。

全球南方城市和北方城市在绿地的数量和质量上存在巨大差异。北方城市的绿地冷却能力比南方城市高出约70%。这主要归因于城市绿地覆盖面积和冷却效率的差异。在北美和欧洲的部分城市，绿地不仅数量庞大，而且冷却效率极高，使得这些城市的居民能够从中获得更多的温度缓解效益。与之相对，南方城市，尤其是热带和亚热带地区，由于绿地面积较小，绿地冷却效益显著低于北方城市。此外，南方城市普遍面临快速的城市化进程和人口增长，这进一步加剧了城市热岛效应，给这些地区的居民带来了更大的气候压力。

研究表明，全球南方和北方城市的绿地冷却效益存在1.5倍的差距。平均而言，全球南方城市的居民从绿地中获得的温度缓解效益仅为全球北方城市居民的三分之二。这种冷却效益的不平等问题极大地影响了全球南方城市居民的生活质量，尤其是在极端高温下，城市绿地作为一种公共物品，其冷却功能对于全球南方城市的居民尤为重要。

总的来说，随着全球城市化的推进，全球南方城市的居民将面临更加严峻的气候挑战。为了减少全球范围内的绿地冷却不平等，亟需采取措施扩展城市绿地面积，优化绿地布局，提升绿地质量。

研究使用了来自全球约500个最具人口密度的城市的遥感数据，以100米的网格尺度从Landsat卫星图像中提取城市绿地的归一化植被指数（NDVI）和地表温度数据（LST）。这些数据结合了来自GAIA数据库的城市边界和人口分布数据，确保了对城市绿地覆盖及其冷却能力的精确量化。

研究计算了每个城市的绿地冷却效率，定义为植被覆盖与地表温度之间的负相关斜率。通过回归分析，得出了绿地面积和冷却效益之间的关系，衡量了每个城市在夏季高温时通过绿地降低温度的能力。数据分析覆盖了2018年的最热月份，使用Landsat 8的无云图像计算每个城市的平均LST和NDVI。

为确保结果的稳健性，研究团队将分析尺度扩展至1公里，使用MODIS数据进行重复分析，验证了不同空间尺度下的全球城市冷却不平等现象。此外，研究还进行了多变量分析，以探讨自然和社会经济因素对绿地冷却能力的影响，结果显示空间尺度的变化对分析结果的影响较小。

为了量化城市间的冷却不平等，研究使用了基尼系数，测量了全球不同城市间冷却能力和冷却效益的差异。

基于城市绿地的质量（降温效率）和数量（NDVI）可以提高到不同水平，以及绿地和人口的相对空间分布可以理想化（使其空间匹配能够最大限度地提高降温效益）等假设，估算了提高降温改善效果的潜力。

研究显示，全球城市绿地冷却能力存在显著的不平等现象，尤其是南北方城市的差距最为明显。全球南方城市的平均绿地冷却能力为2.5 ± 1.0°C，而北方城市的冷却能力达到了3.6 ± 1.7°C。南方城市的冷却效益仅为北方城市的约三分之二，这意味着在面对气候变化和极端高温时，南方城市的居民无法享受到与北方城市居民相同的绿地冷却效益。由于南方城市大多位于低纬度炎热地区，其城市居民受到气候变化带来的高温影响更为严重，但他们的城市绿地数量和冷却能力相对不足，加剧了这一不平等现象。

此外，研究发现，这种不平等在全球不同地区进一步扩大。在全球最具冷却效益的50个城市中，85%位于北方城市，而在冷却效益最低的50个城市中，80%属于南方城市。这种差异不仅体现在绿地覆盖面积上，也体现在绿地冷却效率方面。总的来说，南方城市居民在极端高温条件下，无法像北方城市居民那样有效利用绿地的冷却功能，进一步加剧了气候适应能力的不平等。南方城市中，居住在密集人口区域的居民所能享受的绿地冷却效益显著低于北方城市的居民，尤其是在低收入、高人口密度的区域，这种不平等尤为明显。

各大洲四个特大城市的城市尺度地表温度、绿地（大地遥感卫星归一化差异植被指数）的分布情况，以及由此得出的当地降温效率、当地降温能力和当地降温效益。

a, e, i, m, q 美国洛杉矶、b, f, j, n, r 法国巴黎、c, g, k, o, s 中国上海、 d, h, l, p, t 埃及开罗。

当地制冷效率是根据不同的当地气候带类型计算的，以考虑城市内部的异质性。在城市人口稠密地区，由于绿地面积减少，当地降温能力往往较低，而当地降温效益（当地降温能力乘以当地人口密度相对于城市平均值的权重项）往往较高，因为更多城市居民可以获得降温改善。

全球降温能力模式

图a：468 个主要城市化地区降温能力的全球分布。

图b：降温能力的纬度模式。

图c：全球南北城市之间的降温能力差异。

城市绿色基础设施提供的降温能力呈现出一种纬度模式，即低纬度城市的降温能力较弱（b，降温能力的三次样条拟合，95% 的置信区间如图所示），这表明全球南北国家之间存在显著的不平等：全球北方城市的城市降温能力比全球南方城市高出约 1.5 倍（c）。数据以方框图表示，其中显示了中位值（中间黑线）、第 25 百分位数（方框下限）、第 75 百分位数（方框上限）、延伸至四分位数间距 (IQR) 1.5 倍的晶须以及异常值。由于所有城市的制冷能力均为正值，因此制冷能力分布的尾部被截断为零。请注意，全球南部没有任何城市的制冷能力超过 5.5 °C（c）。这是因为全球南部没有一个城市的绿地面积比例与全球北部城市一样大。在降温效益方面也发现了类似的模式。统计比较采用双侧非参数 Wilcoxon 检验。

冷却能力最高（右侧柱状图）和最低（左侧柱状图）的 50 个城市之间的对比。右侧的坐标轴比左侧的坐标轴大一个数量级，例如美国夏洛特的冷却能力是索马里摩加迪沙的 37 倍，是也门萨那的 29 倍。制冷能力最低的城市多为人口密度较高的全球南部城市。

研究揭示了绿地冷却效益的主要影响因素，尤其是绿地的数量和冷却效率对城市冷却能力的显著影响。绿地数量是决定城市冷却效益的最重要因素。绿地面积越大，冷却效益越强。研究发现，绿地数量与城市冷却能力呈强正相关关系，特别是在北方城市，这种影响尤为明显。例如，北方城市的绿地覆盖率普遍较高，这不仅提升了整体城市冷却效益，也使得更多居民能够从中受益。相比之下，南方城市由于绿地覆盖不足，无法提供足够的冷却效益，居民面临更大的高温压力。

绿地冷却效率，即每单位绿地面积所能提供的温度缓解效果，也对冷却能力有一定影响。尽管绿地数量是主导因素，但冷却效率在一些城市中仍起到关键作用，特别是在绿地数量较少的地区。研究发现，北方城市的绿地冷却效率普遍高于南方城市，主要是因为北方城市的绿地设计更为优化，且绿地质量较高。这种差异与城市的社会经济背景、自然气候条件密切相关。富裕城市往往拥有更多绿地，并能投入更多资源进行绿地维护和管理，而南方城市往往因资源有限，难以实现高效的绿地管理，导致冷却效率较低。

降温能力与城市绿色基础设施的质量（降温效率）和数量（绿地面积）密切相关，而质量和数量是由自然和社会经济因素共同决定的。

图a：冷却效率与冷却能力之间的关系。

图b：绿地面积（以 2018 年最热月份的 Landsat NDVI 平均值衡量）与冷却能力之间的关系。请注意，全球南部城市的城市绿地面积最高水平远低于全球北部城市（b 中的虚线）。灰色带表示 95% 的置信区间。

图c：基于基本自然和社会经济因素对降温能力的直接和间接（通过影响降温效率和城市绿地面积）影响的假定的片断结构方程模型。选择年平均气温和降水量以及地形变化（海拔范围）代表基本的背景自然条件；选择人均 GDP 代表基本的社会经济条件。城市建成区的空间范围也包括在内，以校正城市规模。在年平均气温和降水量之间拟合了一种双向关系（相关性）。红色和蓝色实线箭头分别表示 p≤ 0.05 的显著负系数和正系数。灰色虚线箭头表示 p > 0.05。箭头宽度表示效应大小。普通城市居民获得的降温效益也存在类似关系。

本研究还发现，电力中断对电动汽车销量的影响存在显著的区域差异。特别是在电力中断更为频繁的地区，如经济相对不发达的地区，电动汽车销量的下滑更为明显。这可能是因为这些地区的电力基础设施相对落后，使得电力中断对当地居民生活和工作造成更大困扰，从而进一步降低了对电动汽车的需求。研究进一步评估了提升绿地冷却能力和减少全球冷却不平等的潜力。研究表明，单纯增加绿地面积可以显著提高城市的冷却能力，而提升绿地的冷却效率也能够带来一定的效果。然而，最有效的方案是同时增加绿地面积并提升其冷却效率，这可以大幅度提高城市整体的冷却能力。对于南方城市，增加绿地面积被认为是减少冷却不平等的最佳途径。特别是在人口密集且绿地覆盖率低的区域，扩展绿地不仅能够显著提高冷却效益，还可以减少城市热岛效应对居民健康的负面影响。

此外，研究还发现，优化绿地的空间配置也是提升冷却效益的有效策略。通过合理规划和分配绿地，可以确保更多城市居民受益于绿地的冷却效益，尤其是在人口密集的地区。研究指出，政策制定者应优先考虑在缺乏绿地的区域增加绿地覆盖，特别是在全球南方城市，这些地区最需要通过绿地改善居民的生活质量。总体来看，提升城市绿地的冷却能力不仅有助于减缓气候变化对城市居民的影响，还可以显著减少全球冷却不平等，为全球气候适应提供可持续的解决方案。

提高冷却能力和减少其不平等的估计潜力。a 通过提高城市绿色基础设施的质量（即降温效率），同时保持数量（即绿地面积）不变（黄色），或提高数量，同时保持质量不变（蓝色）来提高降温能力的潜力远低于同时提高数量和质量（绿色）的潜力。x 轴表示相对于归一化差异植被指数或降温效率的 50-90 百分位数，提高城市绿色基础设施数量和/或质量的目标，见方法）。水平虚线表示当前城市降温能力的中位数。b 同时提高城市绿色基础设施的数量和质量时，减少制冷能力不平等的潜力也更大。采用人口密度加权的基尼指数来衡量不平等程度。冷却效益也有类似结果。

（1）全球城市冷却效益的不平等现象：

（2） 影响城市冷却效益的关键因素：

（3）提升城市冷却效益与减少不平等的潜力：

本文编辑 | 

詹鹏 浙大城市学院国土空间规划学院科研助理

陈毅超 西北农林科技大学风景园林硕士

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