为城市绿色基础设施开发极端天气暴露指数：一种应用于韩国的比较指标加权方法

《Environmental Impact Assessment Review》：Developing an extreme weather exposure index for urban green infrastructure: A comparative indicator weighting approach applied to South Korea

城市绿色基础设施极端天气暴露指数框架研究：基于AHP、PCA与熵权法的风险评估与气候情景分析。

　　随着全球气候变化的加剧，极端天气现象的频率和强度预计将在未来几十年内显著增加。这一趋势对城市绿色基础设施（UGI）的长期韧性构成了挑战，尤其是在应对未来气候情景时，城市绿色基础设施的脆弱性评估变得尤为重要。尽管已有大量研究尝试量化UGI在气候变化下的脆弱性，但许多研究往往忽略了除降水相关的变量以外的暴露指标，从而限制了对各种气候压力因素的全面理解。为了解决这一问题，本研究建立了一个极端天气暴露指数开发框架，以支持气候韧性规划和环境影响评估。该框架被应用于韩国的八个主要城市，针对两种UGI类型——透水铺装和绿色屋顶，采用三种权重方法进行分析。

本研究引入的暴露指数开发框架包含六个步骤，旨在综合考虑极端天气的地理变异性、可持续性情景带来的不确定性、专家对绿色基础设施脆弱性的意见、暴露指标的空间变异性以及气候不确定性。通过这一框架，可以更系统地评估特定城市区域中UGI面临的气候诱导压力的程度。在实际应用中，该框架被用于韩国的八个主要城市，这些城市代表了不同的气候带，从而能够进行气候带特定的暴露水平分析。

在气候预测方面，本研究采用了CMIP6模型在SSP1–2.6和SSP5–8.5两种气候情景下的数据，并通过分位数映射方法进行了偏差校正。这些气候预测数据为评估未来极端天气事件提供了基础。在权重方法的选择上，研究采用了三种不同的方法：层次分析法（AHP）用于反映专家判断，主成分分析（PCA）用于识别共同变化的环境压力因素，以及熵权法用于捕捉具有判别力的指标。这三种方法各有侧重，AHP强调温度极端事件，PCA则突出多变量对比，如热浪和降水极端事件，而熵权法则优先考虑分布不均的指标，如寒潮天数和强降雨。

研究结果表明，暴露水平在UGI类型、城市和气候带之间存在显著差异。例如，位于温带大陆性气候（Dfa）和温带湿润气候（Cfa）区域的城市，其暴露水平受到不同气候压力因素的影响。AHP和PCA方法之间表现出较强的关联性（ρ=0.74–0.93），这表明专家判断和基于方差的方法在评估气候压力方面具有一致性。相比之下，熵权法在某些指标上的权重分配与AHP和PCA存在差异，这可能与其对数据分布的敏感性有关。然而，研究发现AHP方法在实际应用中最为可靠，因此推荐将其作为暴露指数构建的基础方法。

此外，本研究的框架具有广泛的适用性，能够适应不同的规划情境。无论是在气候不确定性较高的地区，还是在需要具体气候带分析的城市，该框架都能提供结构化的工具，帮助评估气候暴露水平，并支持气候韧性城市的基础设施建设。通过结合专家意见和数据驱动的方法，该框架不仅提高了评估的准确性，还增强了对复杂气候压力因素的理解，为制定更具适应性的城市规划策略提供了科学依据。

在具体应用中，透水铺装和绿色屋顶作为两种典型的UGI类型，其暴露水平受到不同气候压力因素的影响。透水铺装主要受到异常温度和降水条件的影响，其中极端高温被识别为关键的暴露指标。研究表明，高温和持续热浪会显著降低铺装材料的性能，包括抗车辙能力、剪切强度和抗压强度。例如，在某些研究中，高温被发现会加速铺装材料的老化，降低其使用寿命，从而影响其在极端天气事件中的功能表现。此外，降水极端事件，如强降雨，也会对透水铺装的性能产生重要影响，因为过多的降水可能导致铺装表面的渗透能力下降，进而影响其在城市排水系统中的作用。

相比之下，绿色屋顶的暴露水平则受到多种气候因素的综合影响，包括温度、降水以及湿度等。绿色屋顶通过植被覆盖和土壤层的蒸发作用，能够有效减少雨水径流，并在极端天气条件下提供额外的热调节功能。然而，研究发现，在高温和干旱条件下，绿色屋顶的植被可能会受到损害，导致其在极端天气事件中的功能下降。例如，某些研究指出，在持续高温和干旱的情况下，绿色屋顶的植物可能会枯萎，降低其对雨水管理的效率。此外，极端低温和寒潮也可能对绿色屋顶的植物和土壤层产生不利影响，尤其是在冬季气候寒冷的地区。

通过应用不同的权重方法，本研究能够更全面地理解不同城市和UGI类型之间的暴露模式差异。AHP方法产生的暴露排名与专家对功能脆弱性的共识较为一致，表明其在评估极端天气对UGI影响方面具有较高的可信度。PCA方法则能够识别出在不同城市中共同变化的气候压力因素，例如热浪和强降雨事件的频率和强度。这种方法有助于揭示不同城市之间在气候压力方面的共性和差异，为制定区域性的气候适应策略提供依据。熵权法则更注重那些在不同城市中表现出显著差异的指标，如寒潮天数和强降雨的分布情况。这种方法能够捕捉到那些对UGI暴露水平具有更强判别力的指标，从而提高评估的准确性。

研究还发现，不同气候带的城市在暴露水平上存在显著差异。例如，位于温带大陆性气候（Dfa）区域的城市，其暴露水平主要受到极端温度事件的影响，而位于温带湿润气候（Cfa）区域的城市则更多受到降水极端事件的影响。这种差异可能与各地区的气候特征和城市环境有关。在Dfa气候带的城市，冬季寒冷和夏季炎热的特征使得极端温度事件成为UGI暴露的主要因素，而在Cfa气候带的城市，夏季高温和频繁的强降雨事件则对UGI的功能产生更大的影响。

此外，本研究的案例分析表明，该框架能够有效支持气候韧性城市的基础设施建设。通过将不同的权重方法应用于实际数据，研究人员能够更准确地评估UGI在不同城市和气候带中的暴露水平，并据此制定相应的适应措施。例如，在高温和强降雨频繁的城市，可能需要加强UGI的耐热性和排水能力，而在寒冷地区，则需要关注UGI在低温条件下的性能表现。这种基于数据和专家意见的综合评估方法，不仅提高了UGI在极端天气条件下的适应能力，还为城市规划者提供了科学依据，以制定更加合理的基础设施建设方案。

在实际应用中，该框架的灵活性和适应性使其能够适用于各种不同的城市环境和气候条件。通过结合多种权重方法，研究人员能够更全面地理解极端天气对UGI的影响，并据此优化暴露指数的构建。这种方法不仅有助于提高城市基础设施的气候适应性，还能够促进可持续发展，减少气候变化对城市环境和居民生活的影响。此外，该框架还可以作为其他研究的参考，帮助研究人员在不同地区和气候条件下评估UGI的暴露水平，并制定相应的适应策略。

综上所述，本研究提出的极端天气暴露指数开发框架，为评估城市绿色基础设施在气候变化背景下的暴露水平提供了一个系统化的方法。通过结合专家意见、数据驱动的分析方法以及不同的权重方法，该框架能够更准确地反映不同城市和UGI类型在极端天气条件下的脆弱性。研究结果表明，暴露水平在不同UGI类型、城市和气候带之间存在显著差异，这提示在制定气候适应策略时，需要考虑这些差异并采取针对性的措施。此外，该框架的广泛应用性使其成为支持气候韧性城市规划的重要工具，有助于提高城市基础设施在极端天气条件下的功能表现和可持续性。