综述：城市绿色基础设施能否影响城市热岛效应与空气质量耦合关系？

《Environmental Pollution》：Can urban green infrastructure influence the urban heat island effect and air quality nexus?

　　

全球变暖和城市致密化正导致城市热岛效应（UHIE）加剧和空气质量（AQ）退化，两者均对公共健康产生显著影响。城市绿色基础设施（UGI），包括地面种植、垂直绿化系统（VGS）和绿色屋顶（GR），已被越来越多地部署以应对这两项挑战，同时提供栖息地恢复和美学吸引力等协同效益。然而，尽管UGI有效性的证据日益增多，其热力与AQ效益很少被共同评估。本综述探讨了UGI在缓解城市热岛效应与空气质量耦合关系（UHIE-AQ）中的双重作用。讨论了热力与AQ缓解特性之间的相互作用：遮荫和蒸散发降低了叶片表面温度，促进了热泳和颗粒物（PM）沉积、叶片对气态污染物的吸收以及二次气溶胶形成的抑制。研究人员综合了不同UGI类型双重缓解潜力的机制性和定性证据，表明维护良好的城市绿地对管理UHIE-AQ耦合关系具有相对更大的潜力，而工程化UGI往往产生更局部的效应。讨论了UGI的局限性，如生物源挥发性有机化合物（bVOC）排放、效应量小、物种选择、气候带变异性以及树冠导致的夜间升温。提出了组合不同形式UGI的建议，这可能是同时净化和冷却城市空气所必需的。提出了高性能UGI的构想，需考虑局地和区域气候、植被类型和屏障尺寸，以最大化UGI在大都市区域的潜力。

1. 引言
1.1. UHIE-AQ耦合关系的组成部分与影响
2024年，超过一半的发达国家人口居住在城市区域，预计到2050年这一比例将升至近70%。城市空间的快速扩张以容纳增长的人口，加剧了城市热岛效应（UHIE）与空气污染之间的正反馈循环——即城市热岛效应-空气质量耦合关系（UHIE-AQ）。UHIE-AQ随着气温和地表温度升高而加剧，导致空气污染物反应加速，空气质量（AQ）下降，并通过热暴露和空气污染暴露对人类健康和福祉产生负面影响。UHIE是一种热量积累现象，受不透水、深色材料的使用、人为植被移除和温室气体排放等因素导致的自然能量流变化影响。城市发展直接改变地表特征，使用更易导致高温的城市表面材料。最常用的城市表面具有低反照率（albedo）特征，即材料表面反射与接收太阳辐射的比值，深色材料白天吸收更多太阳辐射并在夜间释放，而较浅、较光滑和更透水的表面则相反。尽管沥青成本低、可用性高且可靠，但其反照率仅为0.08，是UHIE的主要贡献者，而白色混凝土的反照率更高（0.1–0.8），深色混凝土（主要城市表面）的反照率为0.1–0.45。植被的反照率特征在第3.1节讨论。空气污染也是城市环境的普遍组成部分，全球城市空间中多种空气污染物的环境浓度较高。城市区域使用的各种材料、活动和过程导致空气污染物释放，包括一氧化碳（CO）、颗粒物（PM：包括空气动力学直径≤2.5 μm的细颗粒（PM_2.5）和≤10 μm的粗颗粒（PM₁₀））、氮氧化物（NO_x）以及气候污染物二氧化碳（CO₂）。臭氧（O₃）是一种二次污染物，当人为挥发性有机化合物（VOCs）和NO_x等前体物在太阳辐射下反应时通过光化学过程产生，高温进一步增强了反应速率和前体物排放。一些空气污染物可自然产生（如丛林火灾和海盐喷雾），但在城市中，其数量更多来自家庭、商业和工业源，如内燃机、加热器和发电。

1.2. 定义UHIE-AQ耦合关系
城市区域的热力和大气环境复杂，UHIE-AQ耦合关系受多种因素影响，包括排放源、建筑峡谷和冠层几何形状、道路宽度、表面热特性、植被配置和风场动力学。随着高层建筑主导城市景观，城市峡谷中的天空视角因子（SVF）降低，捕获太阳辐射并影响城市冠层（UCL）上方的 atmospheric processes。人造表面的高热容量增加了地表温度（LST），进而调节城市边界层（UBL）的气温。因此，形成逆温层，限制热量向上对流，形成一个大气帽，将热量和空气污染捕获在数百米高的湍流层内。这导致城市区域比农村区域更热，同时空气污染物在街道峡谷中积累，因为风模式和微气候发生改变。然而，逆温层并非恒定状态，取决于城市形态和大气稳定性，在低风速和晴朗天空条件下（如夜间和冬季），UHIE会加剧。城市形态通过改变地表热交换影响逆温：高层建筑之间的狭窄间隙降低了SVF，限制夜间辐射冷却，而较高的街道峡谷高宽比捕获热量并限制空气循环。当热逆温发生时，湍流受到抑制，导致空气污染物在垂直和水平尺度上积累，增加污染，进一步加剧热逆温层。大量研究已确定UHIE与污染物NO₂、CO和O₃之间存在正相关，空气污染天数较低时逆温层强度较弱。自然，与气象（降水强度与频率、湿度、风）和季节变化相关的空气污染物波动也影响UHIE-AQ耦合关系的强度。

1.3. 城市绿色基础设施作为应对UHIE-AQ耦合关系的自然解决方案
在城市中整合城市绿色基础设施（UGI）已被提议作为缓解UHIE-AQ耦合关系的有效自然解决方案（NBS），提供对温度变化的韧性并实现有效的空气污染物扩散。UGI通过工程化技术如垂直绿化系统（VGS）和绿色屋顶（GR），或通过扩展和管理城市绿地（UGS）内的自然生态系统来应用。整合NBS的城市受益于多种生态系统服务的提供，包括增强的生物多样性、雨水管理、降低噪声污染、降低能源需求以及改善人类福祉和生产力。UHIE与AQ之间的关系已被充分描述，尽管UGI缓解空气污染的潜力主要通过模型和模拟估算。虽然这些提供了某种程度的信心，但关于这些效应的经验数据普遍缺乏，且功能专用的UGI很少经过经验测试。此外，尽管有大量文献记录了UGI在缓解UHIE和空气污染方面的效果，大多数研究将这两种效应分开考察。虽然连接UGI与热力过程和污染物动态的机制路径已被描述，但这些通常基于仅关注UGS或工程化UGI的模型。迄今为止，尚无综合性综述评估不同UGI形式对UHIE与AQ减缓协同作用的影响，特别是关于UGI的机制特性以及气候等外部因素。因此，本综述建立了一个机制框架，描述不同主要UGI类型中UHIE-AQ耦合关系的复杂关系。在足够证据可用的情况下，综合了影响热力过程和污染物动态的功能特性，以及连接这些过程的热化学相互作用。评估了来自不同气候区域的经验研究（如可用），以表征不同UGI形式在缓解UHIE-AQ耦合关系方面的有效性，同时评估植被密度、形态、气象条件和系统配置如何影响结果。因此，本综述通过提供基于证据的建议，以优化城市环境中的UHIE-AQ缓解，并确定知识关键缺口阻碍此类建议的情况，推进了UGI文献。

2. 方法
本综述采用叙述性综合的系统综述形式，符合无荟萃分析综合（SWiM）指南。在Scopus、ScienceDirect和Web of Science中进行了同行评审文献的系统检索，检索日期为2024年8月至2026年1月。检索字符串结合布尔运算符，涵盖标题、摘要和关键词字段，纳入了UGI类型、冷却和空气净化机制以及UHIE-AQ耦合关系组成部分的组合。为保持一致性，在所有三个数据库中应用了相同的检索字符串。数据库检索共识别847条记录，剔除203条重复后，获得644条唯一记录。通过标题和摘要筛选，减少至312项研究进行全文评估。应用资格标准后，保留152篇独立出版物纳入最终综合，其中仅15篇评估了热力和AQ双重结果。通过评估方法学严谨性、研究设计、经验基础和测量有效性进行质量评价。纳入标准要求研究：同行评审、2010年1月至2025年11月间以英文发表、经验性、报告现场或对照实验，并聚焦于可归因于UGI的UHIE或AQ结果。在主要经验证据有限时，纳入经过经验验证的模拟研究。如果研究未呈现原始数据、仅依赖未经验证的模型、聚焦非城市环境、涉及蓝绿基础设施（如湿地）、构成灰色文献，或非英文发表，则予以排除。由于三个维度的异质性排除了统计上有效的合并：空气质量结果涵盖多种污染物和测量单位，审查的UGI类型采用根本不同的作用机制，且UHIE缓解在不同气候带间存在差异，引入了并非干预本身导致的变异性。鉴于审查文献中研究设计、结果指标以及地理和气候背景的异质性，采用了叙述性综合，符合SWiM指南。

3. 城市绿色基础设施的UHIE缓解特性
本节描述的热力机制为方便起见分开处理；在实践中，它们同时起作用，其相互作用对缓解UHIE-AQ耦合关系至关重要。

3.1. 反照率
植被降低UHIE的最充分描述的方式是通过表面遮荫、反照率变化和蒸散发。植物具有低至中等的反照率值，范围0.1–0.5，取决于其类型和状况。例如，多层森林冠层的反照率可低至0.05，因为入射辐射穿透冠层，在树枝间反弹并被叶片吸收用于光合作用，而草地和农田的反照率通常较高（0.1–0.25），因为部分入射太阳辐射在叶绿素捕获前被叶片反射。尽管植被表面的反照率值通常与常规建筑表面相似，但植被的其他特性如土壤湿度、有机质含量、质地、冠层覆盖分数和太阳角度也影响其太阳辐射吸收和反射特性。例如，较光滑和有光泽的表面（如湿润或细质土壤和植物叶片）比常规建筑表面更有效地反射阳光，尤其是在较低太阳角度下。因此，尽管植被与反照率的关系复杂，但植被土地通常具有比非植被表面高得多的反照率。

3.2. 遮荫
遮荫提供了植被冷却潜力的80%。大部分相关研究在密集城市街道中进行，其中UHIE和街道峡谷效应显著。树高、冠幅和街道几何形状是影响城市街道遮荫的关键因素，并与植物类型和密度相关。一项研究观察到，在狭窄街道中，重型交通和低矮树木导致特定增温效应达1°C，而宽街道中树冠高度10–15 m的树木提供2.1–2.4°C的冷却效应。改善重型冠层覆盖和树冠间连通性的益处已得到全球研究证实，实现最大冷却效果的最佳叶面积覆盖率估计为60–70%，提供2–3°C的空气冷却效应。较宽的冠层形成广阔树荫，覆盖大面积，更高的叶片密度比幼树和草地更有效地拦截入射太阳辐射，使地表温度相对于裸土降低高达30°C，因为较少能量被储存和再发射。因此，在混凝土区域稀疏种植的树木（如密集城市中大多数树木）通常由于冠层减少而不能提供高地表温度降低。优化树木位置相对于建筑物朝向和季节性太阳方位角可提供有价值的地表温度降低。一项在湿润大陆性气候中对八栋建筑的研究记录到，生长在建筑5 m以内的大树以及沿建筑南侧和西侧生长的多年生藤蔓，使建筑表面温度平均降低高达11.7°C。观察到植物朝向比植物类型带来更大的地表温度降低，这与树木冷却效率是入射太阳强度函数的发现一致，因为暴露于更多太阳辐射的植物产生比靠近建筑阴影的植物更大的遮荫效果。

3.3. 蒸散发
蒸散发发生在液态水从植物蒸腾和土壤蒸发时，通过汽化潜热吸收热量，从而将空气冷却高达8°C。遮荫提供的空气冷却与蒸散发相互关联，其中红外太阳辐射被分配以降低密集冠层的鲍恩比（显热通量与潜热通量之比），释放的水蒸气冷却叶片边界层。多种植被和地点特性影响这一过程：植物叶面积、土壤含水量、植物生理热响应、植物密度、大气水汽压亏缺（VPD）、降水和气候。许多研究已确定叶面积指数（LAI，单位地面面积的叶面积，m² m^-2）与蒸腾作用之间存在正相关。研究发现，这种关系受风速和土壤表面温度影响，低风速和较高土壤温度会抵消植物冷却效应。通常，植物叶片的冷却效率取决于水分可用性，从而取决于土壤湿度，良好灌溉的基质提供更大的温度降低。然而，这仅当大气VPD大于植物气孔腔内的VPD时才成立，因为该梯度是蒸腾作用的驱动力。例如，在炎热雨天，当土壤湿润时，由于低VPD，不会发生冷却。因此，在湿润热带城市的雨季，冷却效应较低。叶片光合作用及相关的水分相变功能（气孔腔内）、随后的蒸腾作用及其对潜热通量冷却的影响也依赖于温度。目前正在取得进展，以识别适合炎热城市环境且能在高气温下持续蒸腾的物种。当植被从某区域移除时，冷却服务的减少可导致环境温度升高高达10°C。此外，邻近植被区域的蒸散发效应因暴露于增加的阳光和热量导致气孔关闭而减弱。

3.4. 组成、配置和空间效应
公园冷岛强度（PCII）是UGI提供冷却效应的常用指标。PCII定义为植被空间与相邻非植被空间之间的地表温度差异，以及距绿地边界的冷却距离范围。虽然当前文献将较高植被密度与PCII效应量相关联，但此类效应取决于UGI组成，包括植被周围的表面材料。一项分析林地面积的研究发现，当地表覆盖树皮覆盖物时LST降低最大（<24.8°C），其次是裸土（<22.1°C）、沥青（<20.9°C）、草地（<18.5°C）和混凝土（<17.5°C）。类似地，一项在温带海洋性气候区域的研究评估了城市温度高于和低于邻近非城市区域的时期。研究发现，大墨尔本地区约50%的区域比非城市参考站点高5°C。平均而言，城市“热点”的树冠覆盖率（>3 m）低于3%，低矮（<3 m）植被覆盖率有限（26%）。有趣的是，比非城市站点凉爽的区域具有相似的低矮植被覆盖率（26.3%），但平均树冠覆盖率约为44%，总植被覆盖率比“热点”大40%，表明不仅绿地覆盖率重要，其结构特征也重要。因此，单纯增加城市植被覆盖可能不会降低LST；需充分考虑表面材料以及物种组成、冠层结构、灌溉和空间配置。一项研究使用“绿色基础设施类型学”方案在澳大利亚悉尼显示，密集植被、良好灌溉且不透水表面最少的区域提供最有效的白天冷却（2.0–8.0°C）。然而，尽管场地适宜的UGI在白天提供有效冷却，但在某些气候条件下，密集冠层可产生夜间逆热行为，导致夜间温度升高。在温暖潮湿气候中，密集树冠限制长波辐射发射，并通过蒸散发增加湿度，将暖空气捕获在冠层下。此类UGI可能导致人类热舒适度降低，而非其温带气候中的效应。因此，UGI组成效应在不同气候带之间的可转移性不可靠，仅当气象条件适合所选物种时才能应用。比较不同气候带UGI的模型已确定，干旱和热带地区的常绿物种可能因更大的遮荫和高VPD而表现出更高的冷却能力，但其生存受极端温度和干燥土壤限制。尽管如此，通过考虑气候的知情设计，昼夜冷却性能可能得到管理。注意到，置于行或小簇中、周围有灌溉草地和灌木的树木，无论一天中的时间或季节，均提供高达6°C的持续冷却效应。总体而言，尽管现有证据存在，但显然需要进一步研究通过UGI平衡城市环境中的昼夜冷却模式。

4. 城市绿色基础设施的城市空气质量缓解特性
4.1. 植物修复与UHIE-AQ耦合关系
温度升高与空气污染之间存在充分描述的正相关。较高的LST已被证明可增加光化学O₃产生的速率。二次有机气溶胶（SOAs）的形成与温度关系复杂。SOAs可占城市环境中PM_2.5的一半以上。SOAs由VOCs与O₃及其他分子的大气氧化形成，导致凝结成PM。虽然此过程在较低温度下更有利，但热量通过使化合物更易挥发、增加O₃的反应速率和程度，从而净增加SOA产生（平均每度升温增加4%）。此外，UHIE对空气循环和污染物扩散的影响可阻止空气混合，增加地面污染物浓度，加剧这些效应的冲击。植物修复因其成本效益和环境友好性而日益流行用于缓解空气污染。空气植物修复通过植被改变空气污染物流动模式，并通过各种代谢途径沉积、吸收和固持污染物来实现。这些去除机制的效率取决于植被高度、厚度、基质孔隙度、叶片表面类型和植物抗污染能力。温度降低通过改善沉积和提高植物修复效率，同时减少bVOC排放，抑制二次气溶胶和O₃的转化。虽然科学共识是根际是空气中有机污染物降解的主要执行者，但整个植被生态系统似乎对于有效植物修复是必要的。

4.2. 扩散与沉积
城市环境中大气污染物扩散由风速和方向、建筑几何形状、峡谷高宽比、热分层以及污染物源的位置、浓度、大小和普遍性决定。大多数专门用于城市空气污染缓解的UGI，如植被屏障，主要通过污染扩散而非主动污染物去除起作用。污染物扩散有效性取决于屏障类型和高度、交通量和距离源的距离。这些系统通过增加摩擦来影响机械湍流和空气速度变化。在UGI旁添加传统固体污染扩散屏障会影响污染物在植物叶片上的沉积速率，并导致改善的空气污染减少。蒸腾作用和较低的叶片表面温度促进有利于热泳污染物沉积的条件，即污染物向较低温度梯度迁移。这尤其对PM有效。在较凉爽条件下，PM沉降更慢，进一步增强了植物沉积。

4.3. 吸收与固持
污染物吸收和固持因植物物种而异，取决于叶片形态，特别是气孔密度、角质层蜡质组成和毛状体。一旦污染物沉积在植被上，降解途径因污染物而异。植物光合作用直接吸收CO₂。NO_x，特别是NO₂，溶解在蒸腾水中，通过硝酸盐同化途径代谢形成有机分子。因此，促进叶面和根际的固氮细菌可改善NO_x减少。然而，高浓度NO₂可降低叶绿素水平，诱导抗氧化酶，促进细胞壁强化和次生代谢产物产生。发现常绿物种对NO₂保持最高的细胞稳定性和抗性。O₃去除同样通过气孔吸收发生，其高溶解度产生活性氧，损害细胞膜完整性，引起植物毒性。由于O₃的抗菌性质，尚未报道基于微生物的修复机制，缓解主要依赖于植物抗氧化酶。相比之下，VOCs被固持并通过植物维管系统转移至根部或直接吸收到基质中，在那里被微生物降解。

4.4. 生物源VOC排放
植物挥发过程涉及有机物质转化为挥发性化合物并在光合作用期间通过气孔释放。虽然这些物质可能作为bVOCs成为空气污染物，但其毒性通常低于人为污染物。bVOCs通常是保护植物免受高温胁迫的次生代谢产物，在易受热影响的 Mediterranean 和热带环境中记录到更高排放。最常产生的bVOCs是异戊二烯、单萜和醛类，所有这些均与NO_x高度反应，导致SOAs形成。气体的臭氧形成潜势（OFP）是每克VOC分子产生O₃克数的相互作用比，异戊二烯的OFP为9.1 g O₃ g^-1，远高于单萜（约3.3 g O₃ g^-1）。尽管OFP低，但已知单萜和倍半萜的生物源排放会增加大气PM浓度。由于VOCs与NO_x的关系决定O₃的产生，城市区域中bVOC限制区和农村区域中NO_x限制区表现出较低的O₃产生，而城乡结合部地区具有高VOC:NO_x比，为O₃产生提供最佳条件。城市森林排放bVOCs的潜力是众所周知的。排放速率随植物物候和尤其是物种而变化。中国一项研究识别出农村森林的bVOC排放低于城市绿地，且竹子和针叶林贡献显著bVOCs，而常绿阔叶林排放较低。这与日本一项研究一致，该研究记录到落叶树 Quercus serrata、Q. mongolica 和竹子 Phyllostachys spp. 的高异戊二烯排放。相比之下，芬兰一项研究发现针叶树和落叶树 Betula、Salix 和 Populus spp. 排放单萜，但这些浓度相对较低，且在开放区域和植被区域之间相似。此类结果可预期，因为bVOC排放受高温刺激，而北欧地区高温不频繁。bVOC排放已与温暖气候下城市绿地的更高PM_2.5和O₃相关联，这可能矛盾地降低AQ和人类健康。因此，主动识别并种植低bVOC排放物种是减少与bVOC排放相关的潜在区域特定问题的优先事项。此处概述的AQ机制独立于热力过程讨论，出于呈现原因——这两个过程生理上相关且相互加强，其关系在第6节综合。

5. 用于UHIE和空气质量缓解的城市绿色基础设施
5.1. 城市绿地
从街道树木到多样化城市森林的城市绿地是明确用于缓解UHIE的最突出的UGI形式。场地适合UGS取决于地形、结构和设计，以及最重要的空间可用性。通过仔细考虑UGS组成，遮荫、反照率变化和蒸散发的联合过程可使有效维护的UGS作为独立生态系统，能够产生自身微气候。更高的UGS植被密度提供最强的PCII，战略性公园大小和地形组合提供1–4°C的空气冷却效应，并延伸至周围城市空间。一个相对较小的公园（温带海洋性气候）被显示提供高达1°C的PCII，冷却效应0.5–3.0°C延伸至距公园中心75 m处，而一个680公顷的公园（湿润大陆性气候）被发现提供高达2.8°C的冷却，延伸至距公园边界1.4 km处。背景气候影响PCII，因为较高温度区域表现出更大的冷却效应。冷却分布受风运动影响，中等风速提供最大效应，而低风速限制冷空气从公园移出，高风速迅速消散冷空气。增加UGS的植被复杂性以包括乔木、灌木和草地/地被层，结合轻质多孔混凝土，可将气温降低3°C，地表温度降低高达30°C。同时，与复杂植被相关的较凉爽微气候通过减少污染物再悬浮和通过热泳增强沉积，比植物区系简单的UGS更有效地改善城市AQ。同样，屏障效应限制PM扩散是UGS提供大多数AQ改善的驱动机制，而非热化学效应。确定5–10 m厚的灌木和树篱带比更高植被对路边污染提供更大的屏障效应。然而，对于尺寸小于100 m或靠近高污染物源的UGS，空气动力学变化可减少混合和湍流，限制PM从冠层下消散。增加密集冠层植被周围的屏障树篱促进PM在公园边界沉积，改善UGS内的AQ。研究发现，覆盖率为17.9–40.5%的单个UGS表现出比更碎片化区域更高的PM沉积，这一发现与全球多项研究一致。并非所有植被类型与所有空气污染物同等地相互作用。美国、澳大利亚和芬兰不同气候带的多个研究发现，NO₂浓度在开放区域和密集冠层区域之间无差异。此外，在澳大利亚悉尼进行的一项研究中，高度多样化植被类型之间NO₂变化很小。相比之下，该研究中O₃浓度在密集植被区域较低，这可能归因于冠层下较低温度。然而，先前的O₃去除研究结果差异很大，尤其受当地气候、污染物排放速率、植被物种和公园大小、布局和分布影响。已充分确定，具有多种植被类型和适当管理的公园在提供有价值体积的清洁空气方面是有效的。也已知不同植物类型对不同污染物去除有效。气孔导度和光合活性促进气态污染物吸收，对高LAI物种以及低VPD和高土壤含水量条件下最有效。另一方面，具有蜡质或多毛叶片的物种比光滑叶片的物种对PM扩散更有效。阔叶和针叶常绿森林及红树林与较低PM₁₀浓度相关，相对于草本、农田和灌木地。相反，冬季不活跃的落叶物种在此期间贡献的污染物减少水平相当低。因此，对于一般AQ管理，最有效的UGS形式将是那些包含多种植物形式的，而不仅仅是物种。

5.2. 垂直绿化系统
垂直绿化系统（VGS，“绿墙”）为地面空间和深层土壤有限的城市区域提供潜在有用的解决方案。VGS允许植物在垂直室内外表面生长，有两种类型：绿色立面（GF），攀缘植物直接附着在墙上；以及活墙（LW）：独立式结构，可主动或被动，被动VGS依赖自然扩散进行空气污染物转移，而主动VGS机械地将环境空气吸入生长基质，这是专门为增加污染物去除而开发的系统。虽然不提供显著遮荫潜力，但VGS通过植被和基质的保温效应、蒸散发和风屏障提供热量降低，但影响垂直而非水平表面。与UGS一样，这些机制受气象条件、辐射强度、种植朝向、气温和植物物种影响，性能随墙叶面积指数（WLAI）和充足灌溉提高。例如，较小叶片因蒸散发提供更大冷却，但若未密集种植则暴露表面于太阳辐射，抵消任何热缓冲。相比之下，较大叶片增加遮荫，但其较厚边界层限制散热，再次支持混合种植密度的需要。基质组成进一步影响VGS的热缓冲性能，良好灌溉、细质、高有机基质在孔隙空间中保留水分和截留空气。通常，这降低白天热导率并调节热传递。有趣的是，多项研究观察到夜间和冷季增温效应0.8–2.4°C，可能由于高热量容量的基质表面比墙面更快地发射热量。VGS的热量降低发现高度可变，由于结构、气候、基质和种植密度的差异，但可能显著，例如一项研究在 Mediterranean 气候下其VGS的夏季墙面温度降低为4.5–20°C。然而，VGS有限的植被高度和密度限制通过蒸散发产生的冷空气分布，多项研究记录到距墙壁1 m内约1°C的气温降低。这表明单独VGS可能具有有限的PCII效应，但如果与其他UGS结合，可提供有用的附加效应，并可能在寒冷气候中提供意外供暖节能。然而，需要进一步经验研究来支持这一说法。VGS对室外空气污染的过滤能力也取决于VGS密度和高度。两项研究记录到行人高度（1.4 m）处的局部尺度AQ改善，但在斜风和垂直风条件下4 m以上无效应。在空间有限区域增加VGS密度和高度已被证明可提供污染物沉积并减少街道峡谷和开放道路中的扩散，类似于常规植被屏障。在北马其顿斯科普里，一个VGS将环境PM_2.5和PM₁₀分别降低了25%和37%，相较于5 m外的道路。相比之下，一项研究评估了悉尼的12个VGS，发现虽然它们主动捕获PM，但在距墙壁1 m处未记录到环境PM浓度的可检测降低。两项研究之间沉积速率的差异可能归因于气候；斯科普里的过渡性Mediterranean-大陆性气候湿度较低、降雨较少、风速较高，而悉尼为湿润亚热带气候，可能为PM扩散和沉积创造更有利条件。再次，邻近交通密度、高湿度、LW配置和空间组成导致文献中结果矛盾。对于VGS可以自信地声称的包括几个一致观察。通过增加VGS密度和靠近其他UGS可改善PM沉积。使用主动VGS——使用多孔基质和风扇将污染空气泵送通过基质和植物叶片的系统——已被证明显著增加污染物去除能力，包括对室外空气。悉尼两条高交通道路上的五个主动系统证实了它们作为路边污染屏障的价值，入口到出口浓度降低NO₂达71.5%、O₃达28.1%和PM_2.5达22.1%，同时为丛林火灾烟雾污染物提供强效。

5.3. 绿色屋顶
绿色屋顶（GR）可包括多样化的植被类型、基质和排水层，在缓解UHIE-AQ的机制上功能类似于UGS。GR分为粗放型或集约型：粗放型GR具有>200 mm厚的基质层，允许种植多种植物；而粗放型GR使用轻质且较浅的基质（<200 mm），需要较小植物物种。孤立的GR可能对街道水平气温或AQ有可忽略的影响，其升高高度将机制效应限制在建筑尺度。尽管，类似于VGS，GR的主要热效益归因于保温。太阳辐射是影响屋顶表面温度的主要驱动因素，而环境气温与基质温度强相关。研究发现，定期浇水、密集种植的GR可提供与高反照率屋顶结合保温同等的效益。植被、基质和排水层各自作为物理屏障，减少太阳热进入建筑围护结构。因此，GR的热性能可通过提高水分含量和增加保留水分的有机质和细质土壤来改善。浅基质、风暴露、高太阳辐射和干旱降低蒸散发速率，减少粗放型GR提供的冷却。虽然已显示混合种植改善粗放型GR的热性能，但先前关于多肉植物、草本植物或禾草在不同气候下性能的发现各异。一项研究发现多年生根茎草本 Lomandra longifolia 比多肉植物 Sedum pachyphyllum 具有更高的保温性能，但另一项研究得出结论，禾草的季节性行为导致草本植物显示更高存活率。通常，粗放型GR已被发现有效降低UHIE，如悉尼一项多季节研究评估了两栋相似年龄和材料的建筑，一栋具有1460 m²粗放型GR（估计LAI为4.35），另一栋具有传统屋顶。该研究记录到GR上夏季平均屋顶表面温度降低6.9°C，秋季降低4.6°C。热稳定性、室内舒适