基于自然的城市转型 ⑤︱破解城市热岛：绿色基础设施与光伏技术双剑合璧

城市热岛效应和气候变化正在给城市居民带来严峻挑战。气温上升与极端天气频发，不仅推高了城市的能源消耗，还对人类健康和城市生态系统造成了巨大压力。特别是弱势群体，因其健康状况脆弱，生活质量受到的负面影响更为显著。面对这些问题，将绿色基础设施与光伏发电相结合，提供了一种创新的城市设计理念。此方案通过改善环境条件和增强城市可持续性，能够惠及所有居民。

绿色基础设施与光伏发电的协同效应在缓解城市热岛效应、降低能源消耗以及应对气候变化影响方面尤为关键。绿色基础设施的降温作用是缓解气温上升的重要手段，但其效果受限于城市空间狭窄、生物多样性低以及植被对极端气候的脆弱性。光伏技术则能够通过节水、促进植被生长，提升城市绿化的可持续性，进而形成协同降温效果。在应对当前环境挑战的背景下，这种综合的解决方案对实现城市可持续发展至关重要。

本文的主要目标是探索并确立在城市环境中有效整合绿色基础设施与光伏（PV）系统的方法，以提升城市的制冷效益。具体包括以下几方面：

1. 制定优化光伏板布局与绿色基础设施协同工作的策略，以最大化整体效能。

2. 探索光伏系统在减少水分蒸发的同时，通过光伏发电支持植被生长的潜力。该过程涉及利用光伏产生的能量将空气冷却至露点，使大气中的水分凝结为露水，从而为植被提供水源，促进其健康生长。

3. 评估这些整合措施在减少城市热岛效应（UHIs）、降低能源消耗及提升城市整体韧性方面的实际效果。

这一研究旨在为城市设计提供一条可持续发展的创新路径，有助于应对气候变化和极端天气带来的挑战。

绿色基础设施与光伏发电的整合填补了城市可持续性中至关重要的空白，特别是在城市气温上升、水资源匮乏的情况下，这种组合为有效的冷却解决方案提供了巨大的潜力。关键挑战在于如何通过创新的规划和技术整合，将绿色基础设施和光伏系统进行最优配置，以最大化它们各自的效益及其协同作用。这种整合策略不仅有助于减少对化石燃料的依赖，还能增强城市应对气候变化的能力，并改善居民的健康与福祉。

城市绿色基础设施主要通过遮阳与蒸腾作用来有效降低空气和地表温度(Wong et al., 2021)。降温效应的大小受到植物种类、高度、冠层结构、叶面积指数（LAI）和归一化植被指数（NDVI）等生物特性的影响(Yu et al., 2020)。此外，植被的空间布局和局地气候条件也起着至关重要的作用。研究表明，绿色基础设施的面积与温度下降呈现非线性关系，面积达到一定阈值后，冷却效益开始减弱。这凸显了在有限的城市空间内，通过战略规划实现冷却效益最大化的潜力。

光伏发电不仅提供可再生能源，还可以通过减少水资源消耗来支持绿色基础设施的可持续性。首先，光伏板的遮阳效应能够降低地表水分蒸发，在应对城市热岛效应时，优化水资源的利用，使更多水分用于植物蒸腾和生长(Turner et al., 2023)。其次，光伏发电产生的能量可以促使空气降温至露点，从而将空气中的水蒸气凝结为液态水(Hanikel et al., 2019)，进一步促进植物生长。最后，光伏技术的应用还能减少化石燃料的使用，进而缓解温室气体排放，为城市的可持续发展提供支持。

光伏与植被相结合的绿色基础设施，如光伏绿色屋顶，能够显著提高系统效率。研究显示，得益于植被提供的降温作用，光伏绿色屋顶的发电量明显高于传统的沥青屋顶光伏系统(Daraei et al., 2019; Shafique et al., 2020)。

这一策略包括通过科学评估光伏板与绿色基础设施的布局，使光伏板既能为植被遮阳以减少水分蒸发，又能确保植物获得充足阳光。与此同时，光伏发电还可以为城市提供冷却效益，将大气中的水分凝结为液态水，进而为植被补充水分。

然而，该策略的实施需要克服城市空间限制和能源有效利用的挑战。通过对城市空间动态变化的深入分析，确定光伏发电与绿色基础设施的最佳组合方式。这种综合解决方案有望最大化生态与能源效益，为城市热岛效应及能源需求提供可持续的解决路径。在此过程中，反复的评估和调整是必要的，以在降温效果与能源供给之间取得平衡。

这一绿色基础设施与光伏发电的整合方案，特别适用于城市规划师、环境工程师、景观设计师以及相关政策制定者，旨在提升城市应对气候变化的适应能力，推动可再生能源的发展，并促进城市生态系统的良性循环。无论是发达城市、特大城市，还是新兴城市，该策略都展现出了广泛的应用潜力。

主要成果是提出了一种可持续的城市设计方法，核心在于绿色基础设施与光伏能源系统的优化迭代技术。这种整合显著降低了城市热岛效应的强度，并减少了水资源消耗，对于城市规划者和环境政策制定者而言，具有特殊的价值。这项技术为增强城市应对气候变化的适应能力、改善空气质量、促进可再生能源的良性循环提供了可行的解决方案，其重点在于环境可持续性和气候适应性，能够成为未来城市发展的核心战略。

建议在城市规划中广泛采用这种综合的绿色基础设施与光伏发电方法，以提升环境的可持续性。该策略不仅改善了城市社区居民的生活条件，还显著减少了对不可再生能源的依赖。为推进这一策略的成功实施，城市规划者应充分利用先进的光伏系统技术，并与环境专家密切合作。通过将绿色基础设施与光伏技术相结合，城市可以应对复杂的环境挑战，从而推动城市朝着更加健康、可持续的方向发展。

本章概览

一览众山小

基于自然的解决方案（NbS）往往被低估，主要原因在于其多维度的整体价值尚未得到全面评估，尤其是在涉及社会、环境和健康等多个领域的交叉效益时。为了有效指导决策，特别是在水陆空间利用效率日益提高的背景下，必须更加重视这些益处及潜在的不利因素。一个关键挑战在于，与自然系统的复杂性相比，住宅和其他建筑基础设施的开发价值更加直观和易于量化。自然系统的许多功能至关重要，但难以被充分识别，例如健康微生物环境的作用。此外，由于美学价值等主观因素的异质性，人们对NbS的价值认知可能存在很大差异。

同时，规模性和NbS影响范围的问题也需要特别关注。NbS的影响往往超出其直接干预地点的边界，部分居民可能在影响范围之外享受到更多功能，而另一部分居民则可能无法受益。这引发了社会和环境正义问题，因为某些群体可能无法获得NbS所提供的服务，甚至受到负面影响。

NbS的复杂性正是其价值被低估的重要原因之一。NbS的效益可以通过多种机制产生，虽然有些效益可以通过标准经济方法进行货币化分析，例如降低高温导致的死亡率，但另一些无形的效益，如为居民提供的归属感和社区凝聚力，同样不可忽视。本章介绍了REGREEN项目通过采用多样化方法弥补这一不足。我们认为，采用这种多维度的评估方法至关重要，评估不应仅限于经济分析，还应考虑到更广泛的社会、环境和情感层面的影响。

本节旨在为从事基于自然的解决方案（NbS）工作的个人和组织提供一个从环境和健康/福祉角度出发的全面理解框架，帮助促进跨部门之间更好的沟通和决策。通过本章的学习，读者可以深入了解多种评估方式和对NbS价值的多维度理解，这些评估方法能够结合起来，更全面地衡量NbS对幸福感的贡献。

一个关键点在于通过因果循环图（Causal Loop Diagrams，CLDs）来理解NbS的复杂性。这些图示揭示了系统内部各种要素之间的相互关联，以及正向和负向反馈循环，从而呈现出NbS的动态影响。这种可视化工具不仅帮助理解系统中的复杂性，还能够通过不同方法研究不同领域的观点和实践经验，从而分析个人与NbS的互动方式及其认知过程。

此外，本节还探讨了NbS在促进福祉方面的经济价值。通过评估NbS在提升社区健康和幸福感方面的有形和无形效益，本节提供了建议，说明如何利用这些解决方案来促进社会的整体繁荣。这样的评估方法不仅仅关注经济效益，还将福祉的改善纳入决策体系，从而支持NbS在政策和实践层面的更广泛应用。

• 背景

• 方法

• 关键成果

• 影响

• 背景

• 方法

• 成果

• 背景

• 方法

• 成果

在这项工作中，我们已经证明了从不同的角度使用一系列不同的方法来理解NbS所带来的幸福价值的重要性。我们将鼓励从事NbS工作的决策者和从业者敏锐的捕捉潜在价值并挖掘其中的福利。

全球城市区域正面临诸多挑战，如快速气候变化、生物多样性丧失和环境污染。在这些背景下，城市中的自然和半自然生态系统扮演着至关重要的角色。除了常见的物质性生态系统服务（如食物供应、空气净化、碳汇和噪音减弱），城市生态系统还通过提供休闲、旅游、冥想和宗教体验、社会活动以及优美景观等，贡献了重要的非物质性服务。这些服务不仅丰富了城市居民的生活体验，还增强了他们与自然的连接，从而促进了身心健康。因此，提升公众对生态系统保护的认知和环保态度，增强地方感，对于应对城市化带来的挑战至关重要。

全球各地的城市正通过基于自然的解决方案（NbS）来可持续地管理城市生态系统。这些NbS项目的成功与可持续性在很大程度上依赖于居民的支持和参与。因此，为了充分发挥NbS的潜力，增强公众对城市生态系统所提供服务的认知显得尤为重要。

研究表明，城市居民在城市绿地中能够获得许多健康益处，例如减轻压力和恢复注意力。然而，并非所有居民都能平等地从接触城市绿地中获益。因此，实现城市居民与城市生态系统之间的最大效益，应成为NbS规划和管理的核心目标。为了制定更有效的规划并提高管理效率，了解城市居民如何看待城市生态系统所提供的生态系统服务（ES）显得尤为重要。

公众对城市生态系统的积极看法有助于推动生态系统的改善。通过加强城市居民对生态系统服务重要性的认知，可以进一步培养环保意识和社会归属感。这不仅有助于提高城市生态系统的健康与活力，也为实现更可持续的城市发展奠定了基础。

本研究的目标是加强城市居民对自然和半自然生态系统所产生的生态系统服务（ES）重要性的感知，以及这些生态系统在提供服务方面的绩效表现。

尽管已有大量研究致力于量化城市地区自然和半自然生态系统所提供的生态系统服务（ES），但关于城市居民如何看待这些服务的研究仍然有限。此外，目前的研究空白还包括城市居民是否真正从市政府规划的基于自然的解决方案（NbS）中获益。

城市居民对基于自然的解决方案所产生的生态系统服务的感知，对NbS的长期可持续性至关重要。本研究的成果可以帮助填补这一研究空白。规划者和政策制定者可以利用这些信息，改进城市地区NbS的规划和管理，以确保其有效性和可持续性。

城市生态系统提供的生态系统服务通常是通过社会建构形成的，且依赖于人类的感知。因此，迫切需要开发理解和评估这些服务的工具、指标和方法。迄今为止，用于评估城市生态系统所产生的生态系统服务感知的方法非常有限，且通过试验的方法更少。

为了解并评估城市居民对城市生态系统所提供的生态系统服务重要性感知，以及城市生态系统在提供这些服务方面的绩效表现，我们开发了一种结合问卷调查和重要性-绩效分析（IPA）映射的方法。该方法不仅帮助我们收集关于居民对生态系统服务的看法和期望的数据，还能通过可视化的方式，将其与实际绩效进行比较，识别出改进的领域和优先事项。

具体而言，问卷调查将涵盖多个维度，涉及城市居民对生态系统服务的认知、期望及其满意度。重要性-绩效分析（IPA）将通过将居民对服务的重视程度与实际提供的服务效果相对比，帮助识别哪些服务被视为重要但未得到充分满足，从而为政策制定提供科学依据。

这种方法不仅能为城市生态系统服务的规划和管理提供实证支持，还能促进居民对NbS的参与和支持，为城市可持续发展注入活力。通过整合居民的意见和反馈，我们能够更好地理解并提升城市生态系统服务的有效性，从而最终实现城市的健康与福祉目标。

该调查旨在获取有关生态系统服务（ES）的感知指标，包括感知的重要性、满意度和期望，这些指标通过李克特量表进行排序。随后，这些信息将输入到重要性-绩效分析（IPA）中。IPA是一种常用于市场研究和战略规划的方法，能够评估用户对产品、服务或品牌不同属性的感知，同时也被用于管理自然资源和生态系统服务。该过程用于评估城市居民对城市生态系统所产生的生态系统服务的感知。对于那些希望利用基于自然的解决方案（NbS）来应对城市紧迫环境问题的研究人员和从业者而言，这一方法尤为重要。图2展示了该过程的主要步骤。

第一步是设计一份访谈问卷，问卷包含三个主要部分。问卷首先说明了调查的目的以及数据将如何在研究中使用，以确保参与者理解他们的反馈将如何影响研究结果。接下来，问卷描述了所评估的自然和半自然生态系统的类型，帮助参与者了解调查的背景。

第二部分包括关于参与者对基于自然的解决方案（NbS）所提供的各种生态系统服务（ES）的感知问题。参与者将被要求对十种类型的生态系统服务进行评分，涉及其感知的重要性、绩效表现以及期望。这种评分方式有助于捕捉参与者对不同生态系统服务的重视程度和满意度，从而为后续的分析提供数据基础。

最后一部分要求参与者提供关于如何改进NbS的意见。这一开放性问题的设置旨在收集居民的具体建议和想法，进一步深化对居民需求和期望的理解。通过综合这些意见，可以为政策制定者提供宝贵的参考，帮助优化NbS的实施策略，以更好地满足城市居民的需求。

整体而言，这种结构化的调查设计旨在为NbS的规划与管理提供实证数据和居民反馈，助力提升城市生态系统服务的有效性，并推动可持续发展的目标。

城市居民对生态系统服务（ES）的偏好类型、对自然和半自然生态系统在提供这些服务方面的满意度，以及基于自然的解决方案（NbS）应该优先提供哪些生态系统服务的意见，都是本次调查的重点。

主要研究结果

研究发现，城市居民对自然和半自然生态系统所提供的生态系统服务（ES）的感知多样。具体结果包括：

1. 生态系统服务的感知：居民普遍认同自然和半自然生态系统在提升生活质量方面的重要性，尤其是在提供空气质量改善、噪音减少、以及提供休闲空间等方面。

2. 最重视的生态系统服务类型：调查显示，居民最重视的生态系统服务包括绿地的可达性、社区健康效益和生物多样性。这些服务被视为改善城市生活环境的关键因素。

3. 对当前生态系统服务供给的满意度：居民对当前供给的生态系统服务的满意度存在明显差异。尽管一些居民对绿地的存在表示满意，但许多人对绿地的数量和质量表示不满，认为城市绿化覆盖率不足。

4. 希望获得更多的生态系统服务类型：居民希望得到更多的生态系统服务，特别是在增强生物多样性、改善气候适应能力和提供更好的休闲设施方面。

这些结果反映了城市居民对自然和半自然生态系统提供的生态系统服务（ES）的态度和期望。对于那些希望利用基于自然的解决方案（NbS）解决城市环境问题的从业者来说，这些信息将提供更有针对性的指导，有助于制定更加符合居民需求的政策和措施。

通过加强对居民需求的理解，城市规划者和政策制定者能够更有效地设计和实施NbS项目，以促进生态系统服务的提升，改善城市居民的生活质量。这不仅能够推动生态系统的可持续发展，还有助于增强居民的社会归属感和环保意识。

针对如何更有效地规划和设计基于自然的解决方案（NbS），以满足城市居民的需求，我们可以提出一些切实可行的建议。规划者和决策者可通过分析这些结果，做出更明智的决策，从而更好地服务于居民的切身利益。

在规划和设计的初期阶段，充分利用这些分析结果是至关重要的。了解城市居民对自然和半自然生态系统所感知的利益，不仅可以帮助优化NbS的设计，还能确保这些方案真正满足居民的实际需求。

• 目标

• 描述

• 方法

• 结果

不同城区的居民对生态系统服务的感知存在明显差异，这表明人口结构、地理位置和社会经济条件在其中起着重要作用（见图5）。核心区的居民对调节服务类型的生态系统服务表现出更高的重视程度，并且对生态系统在提供这些服务方面的表现更为满意。这一结果反映出核心区居民所面临的环境挑战更为严峻，包括更高的拥挤度和污染水平，与行政副中心的居民形成鲜明对比。

• 挑战

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