极端高温下城市森林降温效率与热暴露不平等：来自全球550个城市的证据

《Landscape and Urban Planning》：Urban forest cooling efficiency and heat exposure inequity under extreme heat: Evidence from 550 global cities

　　

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  2000年至2023年间，城市森林的降温效率有所提升，但热暴露不平等现象加剧。
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  树木覆盖率有所增加，但在全球550个城市中，有近一半的城市的增强型植被指数（EVI）出现下降。
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  树木覆盖率每增加1%，极端高温气温可降低0.31°C。
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  在全球25.2%的城市中，绿化工作加剧了人口加权热不平等。
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  提高全球约66.0%城市的降温效率，将有助于改善热暴露的公平性。

引言

当前，随着城市化的持续推进，城市正日益成为人类的主要栖息地。据联合国人口司预测，到2050年，全球约70%的人口将居住在城市地区，在发达国家中这一比例可能超过90%（Freychet等，2022）。在全球变暖的背景下，极端高温事件的频率和强度持续上升，城市地区受到的影响远甚于郊区，面临更为严峻的极端高温威胁。研究表明，不同群体的热负荷不仅在不同城市间存在显著差异（Sadeghi等，2021；Zhang等，2023a），同一城市内部也呈现明显的失衡现象。经济欠发达地区及其居民往往更容易暴露于热风险之中（Chen等，2023a；Li等，2025b）。可持续发展目标（SDGs）旨在到2030年推进全球经济、社会和环境可持续性。一项题为"研究显示，联合国17项可持续发展目标无一有望在2030年实现"的研究报告指出，当前全球可持续发展进度严重滞后，仅有约17%的城市相关目标有望在2030年前实现，且17项目标中无一按计划推进，这一情况在发展中国家尤为严重。该报告指出，SDG 13（气候行动）是偏离计划路径最远的目标之一（Nurunnabi，2026），其进度率比所有可持续发展目标的平均进度率低40%以上（Jeffrey等，2025）。因此，亟需对城市森林在极端高温条件下的降温效率公平性展开研究，这将有助于我们更深入地理解不同城市应对气候变化的能力差异。

目前，大多数研究证实了植被在缓解全球热环境恶化中的关键作用，提出以基于自然的解决方案来改善城市环境（Cook等，2025；McPhearson等，2025）。研究表明全球呈现绿化趋势，约90%的城市树木覆盖率有所增加（Li等，2025a）。然而，另一项研究揭示，近一半的城市正在经历"变黄"现象，仅有约40%的城市处于绿化状态（Chen等，2019；Du等，2025）。这些相互矛盾的现象反映了城市植被管理的两种不同路径：一种强调扩大树木覆盖面积，另一种则优先保障植被质量。尽管增强型植被指数（EVI）的计算相比归一化植被指数（NDVI）和叶面积指数（LAI）略显复杂，但其综合考虑了大气和土壤背景，因而能更好地反映植被质量（Cheng等，2023c；Xin等，2026）。尽管已有大量研究，但基于树木覆盖梯度对EVI动态变化进行深入分析的研究仍很少见（Leng等，2023b）。此类分析将显著深化我们对城市植被管理策略的理解。

当前，温度通常以气温和地表温度（LST）来表征。尽管二者并不完全等同，但众多研究表明气温与LST之间具有很强的相关性（Scolio等，2024）。此外，在连续城市热环境的空间研究中，LST能够实现高空间分辨率和宽区域同步观测，尤其适用于研究城市内部不同空间的热异质性（Klein和Anderegg，2021；Leng等，2024），而稀疏的气温站无法实现这一点。城市森林已被广泛研究并证明具有显著的降温效应，可使LST降低约1-2°C（Qiu和Jia，2020；Zhou等，2021；Iungman等，2023；Li等，2024b；Ren等，2024）。大多数研究指出，这种降温效应受气候和经济条件的显著影响（Ouyang等，2020；Li等，2024a）。全球南方城市的城市森林降温能力仅为全球北方城市的三分之二；城市温度越高、湿度越低，降温效应越强，而由于经济发达城市的城市森林管理水平更高，植被更健康，降温效应也更强（Li等，2024b；Chen等，2025）。另有研究表明，中国城市森林的降温效应随时间呈上升趋势（Zhou等，2021；Wang等，2023）。然而，现有研究主要聚焦于正常热环境条件，而极端高温事件对城市居民构成更为严峻的挑战，尤其在极端高温条件下，植被面临极端热胁迫（Wang等，2021；Chen等，2023b；Massaro等，2023）。一些研究提出植被在极端高温下可能表现出更强的降温效应，这可能与植物在环境胁迫下的蒸腾响应有关（Li等，2024c；Zhang等，2025）。然而，全球城市呈现复杂的异质性（Wang等，2022a），目前尚不清楚在不同地区，植被能否在极端条件下维持其降温效应。此外，基于长期数据的跨城市降温效率趋势系统分析仍然匮乏。

居民的热舒适性取决于绿色基础设施供给、降温效率和人口分布。将降温效率与由基尼系数衡量的人口加权热暴露不平等联系起来，有助于评估环境公平性和气候适应力（Chen等，2022），而未来发展规划可揭示可持续路径和气候风险（He等，2022）。众多研究者基于共享社会经济路径（SSP）开展了全球变化预测（Li等，2022），对热环境及相关不平等进行了多情景分析（Feng等，2025）。以往研究表明，未来全球热暴露风险将加剧，区域异质性显著，主要归因于气候变化（Guo等，2025）。另有研究预测了城市森林的降温效率，发现在SSP2-4.5情景下，2040至2060年间植树造林工作将产生显著降温效益（Song等，2025）。在SSP1-2.6情景下，持续的低碳发展配合有效的森林保护措施可使城市平均温度维持在22°C左右（Wang等，2025）。虽然现有研究加深了我们对热环境和降温效率的理解，但仍需进一步探索以下科学问题：在城市内部尺度上，城市森林的降温效率能否促进城市温度公平性？结合未来情景（SSPs）与机器学习，确定未来降温效率的人口加权不平等程度，以及在不同的共享社会经济路径下这种公平性将如何演变？对这些问题的深入探索将为推进公平适应策略和可持续城市发展提供关键支持。

为弥补当前研究空白，基于上述科学问题，本研究旨在开展全球尺度分析，利用多源数据集探索全球550个中心城区面积大于100 km2的城市的树木覆盖率与EVI的协同变化模式。城市森林指城市中树木覆盖的区域。通过极端高温数据，本研究旨在揭示不同城市类型下城市森林在极端高温条件下的降温效率及相应的人口加权不平等状况。此外，本研究还将评估在2030至2100年不同未来城市发展情景下，城市森林降温效率在缓解城市热暴露不平等中的作用，并预测不同情景下全球城市实现热相关公平潜力目标的概率趋势。本研究评估了全球城市森林在极端高温下的降温效率和公平效应，为可持续城市发展和适应策略提供了参考依据。

各部分摘要

研究区域

为探究全球城市中心森林的降温效率及其相关不平等，本研究利用全球城市边界（GUB）数据（Li等，2020；Chen等，2023b），以2000年城市边界数据作为城市中心区域，分析2000年至2023年的变化趋势。该数据代表了目前广泛使用的城市边界，主要依赖于从陆地卫星数据中提取的人工不透水面的空间布局。研究

城市树木覆盖下森林质量变化模式

为探究城市森林数量与质量之间的关系，本研究将全球550个城市划分为不同的城市等级，旨在阐明森林数量（Tree_coverage）和质量（EVI）的空间异质性和变化趋势。结果显示，在研究的550个城市过去24年的数据中，树木覆盖率在5%至10%之间的城市占比最高。树木覆盖率呈上升趋势的城市

全球城市森林数量与质量的极化模式

本研究确认了城市森林"数量"的总体增长趋势，同时也揭示了其"质量"在空间和时间趋势上的显著异质性。研究表明，树木覆盖率增长了约80%，这与全球绿化趋势的研究结果一致（Leng等，2023a），表明全球植树造林和绿化政策取得了显著成效。然而，在一半的城市中，EVI呈现"变绿"趋势，而在另一半城市中则呈现

结论

本研究提供了对城市森林数量与质量动态变化的全球性评估，并考察了其对极端高温条件下降温效率和热暴露公平性的影响。在24年的研究期内，大多数城市的树木覆盖率呈上升趋势，呈上升趋势的城市数量约为呈下降趋势城市数量的四倍。然而，一半的城市表现出"变褐"趋势，主要集中在

CRediT作者贡献声明

王成聪：论文撰写—审阅与编辑、论文撰写—初稿、可视化、方法论、形式化分析、概念设计。苗春平：论文撰写—审阅与编辑、调查研究、概念设计。任志斌：论文撰写—审阅与编辑、指导、方法论、经费获取、概念设计。郭雨洁：调查研究、数据整理。王迪：软件、形式化分析。洪生阳：方法论、数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金[项目编号：42571121、32130068]的资助。

Chengcong Wang|Chunping Miao|Zhibin Ren|Yujie Guo|Di Wang|Shengyang Hong