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本研究基于2003-2020年中国232个城市卫星数据，分析复合干旱与热浪事件下高、低城市化区植被恢复力与恢复能力差异。发现高城市化区植被抵抗力较强（尤其干旱/寒冷区），但恢复力较弱；南方温暖地区则呈现相反趋势。CDHW事件频率、持续时间及强度显著影响植被响应，严重干旱阈值后恢复增强效应减弱。持续城市绿化管理可部分提升植被恢复力，提示需动态监测与差异化管理策略以应对加剧的CDHW威胁。
Kai Wang|Wenxiao Jia|Ran Chen|Chengzhang Xia|Xianzhi Wang|Jian Chen|Yanlong Zhang
西北农林科技大学景观建筑与艺术学院，中国杨陵712100
摘要
城市生态系统中的植被韧性正日益受到复合干旱和热浪（CDHW）事件加剧的挑战，这些事件对植被生长和生态服务的提供构成了重大风险。然而，关于城市植被韧性的研究仍然有限，人们对不同城市化背景下植被如何应对CDHW知之甚少。在这项研究中，我们识别了2003-2020年间中国232个城市的CDHW事件，并基于卫星增强植被指数（EVI）量化了不同城市化区域的植被抗性和恢复情况。我们发现，在大多数地区，城市化程度较高的区域植被抗性增强，但恢复能力减弱。然而，在中国南部较温暖的地区，高度城市化的区域植被的抗性和恢复能力都较低，因为这些区域的植被面临更大的CDHW风险。更频繁、更长时间或更严重的CDHW会侵蚀高、低城市化区域的植被抗性，同时加速植被的早期恢复。然而，一旦干旱超过某个更严重的阈值，恢复能力的提升作用就会减弱。在高城市化区域，当暴露于更严重的CDHW时，抗性下降得更为明显。持续投资于城市绿化管理可以部分提升植被的恢复能力。我们的研究结果强调，日益严重的CDHW对城市生态稳定性构成了越来越大的威胁。因此，加强动态监测和实时风险制图，以及采取差异化的适应性植被管理策略，对于保护城市生态系统的韧性至关重要。
引言
城市植被在提供生态系统服务方面发挥着关键作用，包括维持生物多样性（Ali和Wang，2021年）、调节微气候（Fung和Jim，2019年）以及减少空气污染（Greene和Kedron，2018年）。人类活动导致不透水地表面积扩大和温室气体排放增加，从而改变了城市地区的温度和降水模式（Cao等人，2021年；Huang等人，2023年）。未来，热浪和干旱预计将在城市地区更频繁地发生、持续时间更长且强度更大。这些压力会损害植被生长和生态系统服务，甚至可能导致植被退化或死亡（Ghanbari等人，2023年；Huang等人，2024年）。此外，温暖季节的干旱和高温常常同时发生，形成复合干旱和热浪（CDHW）事件。这些事件对城市生态系统的稳定性构成了越来越严重的威胁（Hao等人，2022年）。因此，了解城市植被韧性如何应对CDHW对于设计有针对性和适应性的生态管理策略至关重要。
具有韧性的生态系统能够缓冲外部干扰并在之后迅速恢复（Hodgson等人，2015年；Holling，1973年）。植被韧性取决于两个互补的方面：抗性，即在干扰持续期间维持结构和功能的能力；以及恢复能力，即在压力因素消失后恢复到干扰前水平的能力（Ingrisch和Bahn，2018年；Isbell等人，2015年）。许多研究已经探讨了生态系统对孤立气候极端事件的响应，尤其是干旱（Bai和Tang，2024年；Wang等人，2024年；Yao等人，2023年，2024c年）。然而，尽管复合事件（如CDHW）的风险增加，但其生态影响仍被忽视（Yao等人，2024a年）。我们对植被对这些复合事件响应的理解仍然非常有限。
不同频率、持续时间和严重程度的极端气候事件对生态系统韧性产生显著不同的影响。野外观察和控制实验表明，长期干旱造成的持续水分限制会削弱森林对外部干扰的抵抗力，抑制生长并提高死亡率（Anderegg等人，2020年；Forzieri等人，2022年；Tao等人，2022年）。然而，多项自然生态系统的案例研究表明，在长期干旱下，植被的抗性可能会增强，而恢复能力保持不变（Bai和Tang，2024年；Wang等人，2024年）。这种现象可能归因于长期干旱期间竞争力较弱的树种被淘汰，从而减少了存活树木之间对水分、光照和养分的竞争，有利于更具韧性的优势物种（Huang和Xia，2019年；Saleska等人，2007年）。由于城市热岛效应，干旱和热浪事件更加严重（Cao等人，2021年；Huang等人，2024年；Ma和Yuan，2021年）。城市环境可以被视为研究未来全球环境变化下生态系统响应的天然实验室（Grimm等人，2008年）。然而，这些环境中控制植被韧性的机制尚未得到充分研究。
大量证据表明，具有更高生物多样性的生态系统通常表现出更强的生态韧性，因为功能特征的冗余和补偿机制在外部干扰下稳定了系统功能（Grossiord，2020年；Isbell等人，2015年；Liu等人，2022年）。基于此，越来越多的研究正在探讨多种相互作用的因素如何在气候变化背景下调节植被韧性。全球范围的遥感分析表明，植被从极端事件中的恢复取决于水分可用性和降水变化（Smith和Boers，2023年；Yao等人，2023年），而温度异常会抑制植被再生（Yan等人，2025年）。然而，与自然系统相比，城市环境中的植被生长还受到人类活动的严重影响，包括城市化、人口密度、绿地配置和管理实践（Chang等人，2024年；Grimm等人，2008年；Zhang等人，2022年）。因此，为了制定以韧性为导向的城市规划和绿地管理，我们迫切需要弄清楚气候和人为因素如何相互作用以调节城市植被的抗性和恢复能力。
本研究识别了2003-2020年间中国232个城市的CDHW事件，并基于卫星增强植被指数（EVI）量化了不同城市化环境中植被对这些事件的抗性和恢复情况。我们旨在回答以下问题：（1）在CDHW条件下，高城市化区域和低城市化区域的植被抗性和恢复能力有何差异？（2）CDHW的频率、持续时间和严重程度，以及气候和人为因素如何影响高城市化区域和低城市化区域之间植被抗性和恢复能力的差异？
研究区域
我们根据全球城市边界数据集（Gong等人，2020年）选择了232个面积超过100平方公里的中国城市，并应用Zhang等人（2022年）提出的动态缓冲距离方法为每个城市生成与相应城市面积相等的缓冲区（图1）。这种方法确保每个城市涵盖了从高密度城市中心到低密度农村地区的完整城乡连续体。我们使用了MODIS土地利用产品（MCD12Q1），排除了
复合干旱和热浪事件下高城市化区域和低城市化区域植被抗性和恢复能力的差异
总体而言，高城市化区域的植被对CDHW的抗性较高，但恢复能力较低，而低城市化区域的植被则表现出相反的趋势。植被抗性和恢复能力都与UI（从1%到100%的1%间隔）显著相关，R2值分别为0.74和0.75。抗性沿UI梯度呈现总体上升趋势，而恢复能力则呈现下降趋势。这表明
高城市化区域的植被比低城市化区域的植被具有更强的抗性，但恢复能力较弱
与低城市化区域相比，高城市化区域的植被对CDHW的抗性更强（图2c，e）。这种增强的抗性可能归因于城市变暖和CO2施肥效应，这两者都促进了植被生长并增强了其对干旱和热胁迫的抵抗力。城市变暖延长了生长季节，延长了光合作用时间，使植物能够积累更多的生物量，从而增强了其对干旱的抵抗力
结论
本研究系统地分析并比较了中国232个城市中高城市化区域和低城市化区域植被在CDHW事件下的抗性和恢复能力。结果表明，与低城市化区域相比，高城市化区域的植被通常表现出更强的抗性——尤其是在干旱和寒冷地区——但其恢复能力通常较弱。值得注意的是，在中国南部较温暖的地区，高城市化区域的植被抗性较低
CRediT作者贡献声明
Kai Wang：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。Wenxiao Jia：撰写——审阅与编辑、监督、资源获取、项目管理、方法论、资金获取、概念化。Ran Chen：可视化、方法论、调查、正式分析。Chengzhang Xia：可视化、调查、数据管理。Xianzhi Wang：调查、数据管理。Jian Chen：调查、数据
