全球范围内，城市绿化对平均地表温度和极端地表温度的降温效果存在显著差异

《Environmental Impact Assessment Review》：Contrasting cooling efficiency of urban greening on mean and extreme land surface temperatures globally

　　

摘要

城市绿化被广泛推广为一种基于自然的解决方案，用于缓解城市热岛效应，但目前尚不清楚从平均温度推断出的降温效果是否能够真正反映植被在极端高温下的表现。在这项研究中，我们对全球1199个城市的夏季平均温度和极端高温条件下的城市绿化降温效率（CE）进行了量化分析。城市绿化对平均地表温度（LST）和极端高温都显示出显著的降温效果。与平均LST降温效果相比，极端高温条件下的标准化降温效率（CE）普遍更高，全球范围内提升了约10%。值得注意的是，干旱城市的降温响应在极端高温时较弱，这与热带、温带和寒冷气候区的情况相反，在这些气候区，绿化在极端高温下的效果通常更明显。干旱城市降温响应较弱的现象可能与极端高温下的水分限制加剧有关。这些发现强调了水资源可用性是缓解极端高温的关键因素，并为设计针对不同气候条件的绿化策略提供了证据。

引言

全球变暖正在增加极端高温事件的频率、强度和持续时间（Domeisen等，2023年；Meehl和Tebaldi，2004年；Wang等，2026年）。这些风险在城市中进一步加剧，因为快速的城市化改变了地表能量平衡，提高了背景温度，并加剧了城市的热应力（Cao等，2021年；Gao等，2024年；Gao等，2026a年；Li等，2022年；Manoli等，2019年；Oke，1982年）。城市居民越来越多地面临慢性热应激（表现为持续的高平均温度）和与偶发极端高温事件相关的急性热危害（Manoli等，2019年；Zhao等，2018年）。这两个方面共同塑造了城市热风险，并对人类健康产生了深远影响（Chen等，2023年；Estoque等，2020年；Hsu等，2021年）。因此，人们非常关注评估城市热缓解策略在平均温度和极端温度条件下的有效性（Massaro等，2023年；Schwaab等，2021年）。

城市绿化是一种有效的基于自然的缓解城市热岛效应的方法，因为植被通过遮荫和蒸散作用可以降低温度（Haddad等，2024年；Jia等，2026年；Li等，2024年；Wong等，2021年；Zhang等，2026年）。先前的研究广泛量化了城市绿化的降温效率（CE），通常表示为每单位植被增加或绿色度提高所带来的温度降低，并证明了植被在各种气候和城市环境中的显著降温效果（He等，2024年；Yang等，2022年；Zhan等，2024年）。这些研究确立了植被在调节平均城市热环境中的重要作用。

值得注意的是，从平均温度推断出的降温效率可能无法代表植被在极端高温下的表现，因为蒸散降温取决于大气蒸发需求与植物水分供应之间的平衡。植被主要通过遮荫和蒸散作用冷却地表，而具有更大潜热通量的密集植被通常提供更强的降温效果（Lu等，2024年；Yang等，2025年）。在高温但水分充足的条件下，增加的水汽压差（VPD）可以在气孔保持开放的情况下增强蒸腾作用，从而放大蒸散降温效果（Fang等，2025年；Schwaab等，2021年；Wang等，2019a年）。然而，在持续极端高温期间，增加的大气需求会加速土壤水分流失并加剧植物水分胁迫。为了限制过多的水分损失，植物会减少气孔导度或关闭气孔，从而抑制蒸腾作用（Guo等，2026年；Wang等，2024年）。这导致冠层和地表阻力增加，减少了潜热通量，并将更多可用能量转化为显热，减弱了植被的降温效果（Wang等，2019b年）。因此，植被的降温作用对水汽压差（VPD）的响应可能是非线性的，因为大气蒸发需求和土壤-植物水分供应之间存在竞争性控制（Wang等，2019b年）：在土壤水分限制较小的湿润地区，增强的蒸腾作用可能会持续更长时间，但在干旱地区则可能因气孔关闭而提前结束（Guo等，2026年）。除了这些水文气候控制因素外，城市形态还可以通过改变遮荫、空气动力学粗糙度以及局部热量和水分交换来进一步调节植被降温效果，这些效果的方向和幅度取决于冠层结构和周围建筑形式（Meili等，2021年；Chen等，2025年）。社会经济条件也可能通过影响城市植被的分布、质量和可获取性来进一步调节植被降温效果，从而导致不同城市和社区之间的降温效果不均（Yin等，2023年；Zhou等，2021年）。

这些机制表明，从平均温度估计出的降温效率不能直接应用于极端高温情况。大多数现有研究使用季节性或长期平均温度来评估城市绿化的降温效率（Yang等，2022年；Zhan等，2024年；Zhou等，2021年）。这些方法适合描述平均植被-温度关系，但并未明确区分植被在极端高温事件中的表现。因此，仅依赖平均温度下的降温效率可能会误判绿化在热浪期间的有效性，并在无法识别极端条件下最需要降温的地区时，误导有限绿化资源的分配（Massaro等，2023年）。尽管最近的研究表明城市绿化可以缓解极端高温条件（Gao等，2026b年；Guo等，2026年；Massaro等，2023年），但很少有研究在全球范围内直接比较其在平均温度和极端高温条件下的降温效率。因此，目前尚不清楚这两种条件下的降温效率是否具有一致的空间模式和驱动机制，或者在不同城市和气候区域是否存在系统性差异。

在这项研究中，我们对全球1199个城市的夏季平均温度和极端高温条件下的降温效率进行了量化分析。我们比较了平均温度和极端高温条件下的降温效率全球模式，量化了它们之间的差异，并确定了调节这两种温度条件下降温效率的关键因素。通过明确区分平均和极端条件下的降温响应，本研究揭示了从平均温度得出的降温效率是否能够代表植被在极端高温下的降温效果。我们的结果全球性地评估了城市绿化作为热缓解策略的稳健性，并为设计在日益严重的热极端条件下仍然有效的城市绿化政策提供了依据。

部分摘录

城市选择

我们分析了1199个面积大于100平方公里的城市，这些城市是根据2020年全球城市边界（GUB）数据集（Li等，2020年；图1）划定的。每个城市都被划分为一个柯本-盖格尔气候类型（Beck等，2018年），包括热带、干旱、温带和寒冷气候类型。

材料

我们使用了Zhang等（2022b）提供的日间地表温度（LST）数据来表征夏季平均温度和极端高温事件，夏季在北半球定义为5月至9月，在南半球定义为11月至3月。

全球城市降温效率的空间模式

利用2003年至2019年的多年平均数据，我们量化了全球1199个城市的夏季平均温度和极端高温条件下的降温效率。我们在全球范围内以及热带、干旱、温带和寒冷气候区评估了降温效率的空间模式，并使用平均值及其相应的95%置信区间（CI）来总结结果。95%置信区间是通过使用替换抽样方法从1000个城市级样本中生成的。

平均条件和极端条件下降温响应的差异特征和驱动机制

本研究在全球范围内比较了城市绿化对1199个城市夏季平均温度和极端高温的降温效果。通过在一个一致的框架下估计降温效率，我们发现植被减少了背景热负荷和极端高温，但这种降温的效果因气候而异。城市绿化对夏季平均温度的降温效果明显，且在全球城市中存在明显的空间异质性（图3）。干旱和热带城市的降温效果更为显著。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号42401414）和中央高校基本科研业务费（编号2652025057）的支持。

高胜军|李康宁

中国地质大学土地科学技术学院，北京100083，中国