《GeoHealth》：Low-Income, Minority-Serving Public Schools in Southern California Have Disproportionately High Surface Temperatures
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大量证据表明，少数族裔背景人群往往面临不公平的极端高温暴露，且更少有机会接触能够提供降温缓解的绿色空间。目前尚不清楚这些不公平现象是否延伸到学校操场，而操场高温可能影响学生的身体健康、社交情感福祉和学习能力。研究人员将美国加利福尼亚州奥兰治县全部615所公立学
大量证据表明，少数族裔背景人群往往面临不公平的极端高温暴露，且更少有机会接触能够提供降温缓解的绿色空间。目前尚不清楚这些不公平现象是否延伸到学校操场，而操场高温可能影响学生的身体健康、社交情感福祉和学习能力。研究人员将美国加利福尼亚州奥兰治县全部615所公立学校（服务约45万名学生）的高分辨率卫星遥感地表温度数据，与社区家庭收入、学校招生种族/族裔构成、距海岸距离以及作为景观绿度指标的归一化差异植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）数据进行配对分析。基于夏末最热日的超过47,000个观测值，研究人员观察到学校平均地表温度超过40°C，部分学校在某些日子的温度接近50°C。较高的学校地表温度与较低的家庭收入（ρ = ?0.36）和种族/族裔多样化的学生群体（ρ = 0.37）显著相关。这些学校场地内的温度变化也较小，这可能表明学生可以寻求缓解的空间较少。更绿色的学校景观与较低的学校地表温度呈弱相关，且这种相关性与社会经济因素无关。研究结果为学校地表温度与学校人口统计学特征之间的联系提供了有力证据，并凸显了卫星遥感在评估学校内部和学校之间热暴露方面日益增长的潜力。
**论文解读：卫星遥感视角下的校园热暴露不公平性——来自南加州公立学校的证据**
**1. 研究背景与科学问题**
户外活动是儿童校园生活的重要组成部分。课间休息（recess）为儿童提供了每日身体活动的主要来源，对身体健康具有积极影响，同时也有助于促进儿童的社交与情感学习，并已被证明能够改善回到课堂后的认知能力。然而，随着人为气候变化导致高温事件日益频繁和加剧，户外时间的诸多益处正面临威胁。高温会限制身体活动、对学习产生负面影响、增加热相关疾病和伤害的风险，并加剧哮喘等现有健康状况。儿童在生理上较成人更易受到高温的伤害，例如适应温暖环境所需时间更长，且对自身温度的行为控制能力较弱。
学校场地的设计可以改变高温暴露水平，包括校园布局、朝向、操场材料及遮阴条件等。然而，并非所有学校场地都以同等标准建造。鉴于少数族裔社区面临不成比例热暴露的既有证据，服务不足地区的学校可能经历更高温度且缺乏缓解极端高温的基础设施。尽管这些不公平现象在较大邻里尺度上已有充分记录，但关于其如何转化为校园尺度的问题尚不清楚——儿童在校期间和放学后的大量时间都在户外度过。目前也缺乏将社会人口统计学与景观组成数据同校园尺度高分辨率地表温度相结合的研究。为此，研究人员以加利福尼亚州奥兰治县（Orange County，加州十大县之一，拥有28个学区，服务约45万名学生）全部615所K-12公立学校为对象，聚焦一年中最热的日子，探究校园地表温度如何随收入和种族/族裔构成而变化。
**2. 研究开展与主要结论**
研究人员将空间站生态系统空间热辐射计实验（ECOSTRESS）提供的分辨率高达约70米的高分辨率卫星遥感地表温度（Land Surface Temperature，LST）数据，与家庭收入中位数、种族/族裔构成、海岸距离和归一化差异植被指数（NDVI）等常用指标相结合，对2023年7月至9月期间奥兰治县全部公立学校的最热日地表温度模式进行了系统性分析。研究证实卫星地表温度与气温高度相关，能够反映学生所经历的环境热状况的有意义变化。
研究发现，学校地表温度存在显著的社会人口统计学梯度：低收入社区和少数族裔学生比例较高的学校，其户外地表温度显著更高，且校园内可用以缓解高温的较凉爽空间更少。距离海岸较近的学校温度更低，这一效应与社会经济因素无关；校园绿度对地表温度的降温作用较弱。研究结果表明，校园热暴露的不均匀分布可能使服务不足社区的学生承受更大的高温负担，学校是环境不公平的关键场所，需要针对性地投资遮阴、绿化和热缓解型校园设计要素。
**3. 主要关键技术方法**
研究人员使用以下主要技术方法开展研究：（a）利用加州学校校园数据库（CSCD）获取615所学校边界，覆盖K-12公立学校、特许学校与继续教育学校，服务约45万名学生；（b）采用ECOSTRESS的LST与发射率产品（ECO2LSTE.001）获取2023年7—9月5个晴空白天场景数据，共包含47,170个温度像元，并利用基于LiDAR的建筑轮廓数据库剔除屋顶像元；（c）从美国人口普查局获取B19013（家庭收入中位数）与B14007/B14007A（学校注册人数）表格；（d）利用NOAA海岸线数据计算各校距海岸距离；（e）基于Sentinel-2卫星数据计算NDVI作为校园绿度指标；（f）采用双变量Spearman秩相关（经Clifford–Richardson–Hémon方法进行空间自相关校正）与多元空间误差模型进行统计分析。
**4. 研究结果**
**4.1 ECOSTRESS LST与气温的关系**。研究人员将ECOSTRESS地表温度与三个地面气象站的实测气温进行线性回归分析，发现两者显著正相关（p < 0.001；r2 = 0.59–0.66），且回归斜率均大于1，表明地表温度在白天逐渐高于气温。在10:00—18:00时段内，平均偏差（MBE）为6.81–7.81°C，说明地表温度系统性地高于气温，这与地表在白天储存太阳辐射热量的效应一致。
**4.2 学校地表温度总体分布**。2023年夏末最热日期间，奥兰治县公立学校平均最高地表温度介于32.6°C至45.1°C之间，部分学校在特定日期观测到接近50°C的温度。校内温度范围（最大值?最小值）最高达6.8°C，但全部学校的平均校内温度范围仅为2.3°C，表明很少有学校拥有温度较低的户外空间。
**4.3 学校地表温度与家庭收入的关系**。学校地表温度与所在人口普查区的家庭收入中位数显著负相关（p = 0.04，ρ = ?0.36）。家庭收入高于全县中位数（$113,702）的人口普查区内的学校，其地表温度显著更低（40.4°C ± 2.0°C），低于低收入学区的温度（41.5°C ± 1.6°C）。家庭收入与校内温度范围显著正相关（p = 0.004，ρ = 0.25），表明高收入社区的学校更有可能拥有较凉爽的场所。
**4.4 学校地表温度与学生种族/族裔构成的关系**。学校地表温度与少数族裔学生比例显著正相关（p = 0.02，ρ = 0.40）。少数族裔学生比例高于全县平均水平（43%）的学校，其地表温度显著更高（41.7°C ± 1.4°C），而低于平均水平的学校温度为39.8°C ± 2.0°C。少数族裔学生比例与校内温度范围显著负相关（p = 0.006，ρ = ?0.21），表明这些学校内部的温度变化更小。
**4.5 学校地表温度与海岸距离的关系**。学校地表温度与距海岸距离显著正相关（p = 0.009，ρ = 0.59）。地表温度最低的10所学校平均距海岸仅1.0公里，而最高的10所学校平均距海岸11公里。研究未发现学校距海岸距离与家庭收入或少数族裔学生比例之间存在显著相关。
**4.6 学校地表温度与NDVI的关系**。学校地表温度与NDVI呈弱负相关但未达到显著水平（p = 0.09，ρ = ?0.09）。NDVI与家庭收入和少数族裔学生比例均无显著相关，与校内温度范围也无显著相关。
**4.7 空间误差模型结果**。空间误差模型（n = 581，λ = 0.77，z = 24.7，p < 0.0001）显示，少数族裔学生比例、距海岸距离和NDVI都是学校地表温度的显著预测因子，家庭收入中位数的影响接近显著（p = 0.085）。标准化β系数表明，距海岸距离（0.59）是最强预测因子，其次是少数族裔学生比例（0.15）、家庭收入中位数（?0.09）和NDVI（?0.09）。模型的Akaike信息准则（1687）低于普通最小二乘模型（1903），且残差的Moran's I检验不显著，说明模型有效控制了空间自相关。
**5. 讨论与结论**
讨论部分指出，来自低收入和少数族裔社区的学生更有可能就读于户外地表温度较高的学校。具体而言，少数族裔学生比例每增加10%，学校地表温度升高0.16°C；家庭收入每增加$10,000，地表温度降低0.05°C。这些学校也更可能具有较小的温度范围，表明校园内温度空间变化较小。这一发现与邻里尺度的环境不公平性证据相呼应，并表明这些不公平性延伸到了校园尺度。
校园层面的干预措施可以与具体的材料选择相结合。不同常见材料的热表面烧伤阈值存在差异：沥青和涂层金属在60°C下暴露5秒即可导致成人烧伤，塑料为74°C，而树皮覆盖物更高；合成草皮的烧伤阈值为74°C，而天然草皮为93°C，且合成草皮的地表温度一直显著高于天然草皮。研究观测到的最高温度约为50°C，但70米分辨率可能遗漏了特定设备（如长凳）的更高温度。
几乎所有学校在最热日观测到的地表温度均超过33°C，而33°C是儿童已观察到会减少身体活动并寻求遮阴的温度阈值。校内温度范围普遍较小，表明很少有学校为高温做好充分准备。加州TK-6年级公立学校被要求在学年内提供至少30分钟的户外课间休息时间，这实际上保证了部分学生将暴露于高温之中。
研究结论是：虽然已有研究记录了邻里间的温度不公平现象，但很少有研究考察这些差异如何转化为校园环境。利用覆盖全县公立学校一年中最热日的高分辨率ECOSTRESS地表温度观测数据，研究人员表明，服务低收入和更多种族/族裔多样化学生群体的学校经历了更高的地表温度和更小的校内温度变化。地表温度可能始终高于气温6.8°C–7.8°C，但两种测量之间存在强相关。这些结果将学校确定为环境不公平的关键场所，并强调随着气候变化导致高温事件更加频繁和严重，需要对遮阴、植被和热缓解型校园设计要素进行公平投资。
