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本研究量化并比较了中国310个城市夏季城市化与植被绿化对地表温度的影响，揭示了植被绿化在缓解城市化热岛效应中的长期潜力及空间异质性。结果表明：2000-2020年城市化导致夏季平均升温3.78°C，植被绿化平均降温2.49°C，但不足以完全抵消升温，且在高温及快速城市化地区效应更显著。研究指出单一绿化措施局限性，为优化城市热环境政策提供依据。
刘峰|王伦澈|曹倩|顾西辉|肖文|张翔|高俊|郑亮|张梓欣
中国地质大学未来技术学院，武汉430074，中国
摘要
城市化加剧了区域变暖，增加了城市居民面临的热应激风险。城市植被通过改变地表能量平衡来调节局部气候；然而，城市绿化在缓解城市化引起的变暖方面的作用程度仍不清楚。本研究量化并比较了中国310个城市夏季城市化导致的变暖效应与植被的降温效应，并进一步评估了植被绿化在缓解城市化引起的变暖中的作用。结果表明，2000年至2020年间，城市化导致的夏季平均变暖为3.78°C，而同期植被绿化产生的平均降温效应为2.49°C，两者在城市热环境中表现出明显的竞争作用和阈值效应。尽管植被绿化有效缓解了城市化引起的地表变暖，但在高温和城市化程度高的地区，这种降温效应更为显著且敏感，且植被的热缓解效果仍不足以完全抵消城市化造成的地表变暖压力。研究揭示了城市植被在缓解城市化引起的变暖方面的长期潜力及时空分布模式，指出了单一绿化措施在解决城市热问题上的局限性，并为制定更有效的城市热调节和气候适应政策提供了科学依据。
引言
城市已成为全球人类居住的主要中心，预计到2050年将容纳全球68.4%的人口（Nations, 2018）。快速的城市化导致大面积自然和半自然植被被不透水表面所取代（Grimm等人，2008），这通过调节地表能量平衡显著改变了局部和区域气候过程（Oke, 1982）。城市热岛（UHI）现象是城市化对气候影响的最典型表现。城市热岛效应引起的变暖增加了极端高温事件的频率（Chapman等人，2017）、居民面临的热应激风险（Ebi等人，2021）以及能源消耗（Teng等人，2022；Meggers等人，2016）。植被提供的蒸散作用和遮荫效应可以显著降低地表温度，被广泛认为是解决城市热问题的重要基于自然的解决方案（Cheung和Jim，2019）。因此，全面了解和评估植被绿化在调节城市热环境方面的潜力及其作用机制对于提高城市气候韧性及推动可持续发展至关重要。
在此背景下，人们广泛研究了多种改善城市热环境的缓解和适应措施，包括增加植被覆盖、改变地表热属性以及增强蓝绿基础设施（Xu等人，2024；Zheng等人，2026）。人类活动主要通过改变城市地区的地表属性来影响地表温度，其中变化最明显的是建成区和城市绿地（Dou和Kuang，2020）。建成区的扩张显著增加了城市不透水表面，通过增强地表热量吸收和储存加剧了城市变暖（Chakraborty和Qian，2024；Ge等人，2024），而持续的植被绿化可以增强植被的降温效果，从而缓解城市热（Wang等人，2023）。这两者之间的动态平衡通过重塑城市空间格局和植被分布，显著影响了区域陆地-大气能量交换过程（Shen等人，2023）。不同类型的植被由于冠层结构和形态的差异，在缓解城市热方面表现出不同的效果（Kovács等人，2024；Vinod等人，2023）。树木通常比灌木和草本植物具有更强的降温能力，这归功于它们密集宽阔的冠层所提供的遮荫和蒸散作用（Huang和He，2025）。不同树种之间的叶片结构和生理特性差异也导致其降温潜力存在显著差异（Jia等人，2025）。例如，阔叶林和混交林由于冠层结构和分布的差异，比针叶林具有更强的降温效果（Lv等人，2025）。研究表明，树木在缓解城市热方面具有更强的降温效果，其降温影响大约是草本植被的2-4倍（Schwaab等人，2021）。此外，由于城市气候条件和环境特征的异质性，植被的降温效应表现出复杂非线性响应模式，并在不同城市之间存在显著差异（Bai等人，2024；Cuthbert等人，2022）。
尽管先前的研究强调了城市植被在缓解热效应方面的有效性，但其生长和调节功能受到城市环境快速变化的制约（Zheng等人，2023；Cai等人，2019）。在城市环境中，植被降温和城市变暖过程往往同时发生，并共同影响城市热环境（Peng等人，2024），这使得通过单一效应分析难以全面理解它们的整体影响。然而，现有研究主要集中在不透水表面吸收和保留热量的影响或城市绿地变化对局部气候的影响上，通常强调单一效应或特定城市案例研究（Ju等人，2023；Cao等人，2022），并且在定量分析城市化引起的地表变暖与植被绿化带来的降温效应之间的时空动态方面存在局限性。此外，使用不同模型、数据源和空间尺度的研究往往得出不同的甚至矛盾的结果（G. Y. Li等人，2025；Luo等人，2024），这削弱了城市之间的可比性，难以揭示普遍规律。由于植被生物物理过程的复杂性（Duveiller等人，2018；Xue等人，2010），在不断变化的城市环境中量化城市绿化趋势对城市变暖的缓解效果仍然具有挑战性。中国拥有世界六分之一的人口，是城市化进程最快、极端热事件影响最严重的地区之一，尤其是在人口密集的大城市（Ren等人，2017；Sun等人，2016）。为了缓解持续的气候变暖并减少人类暴露于极端高温的风险，中国近年来实施了多项生态恢复项目和可持续土地管理政策（Fu等人，2023；Zhang等人，2024）。遥感观测证实，大多数亚洲城市，尤其是中国，普遍出现了绿化趋势（Zheng等人，2024；Piao等人，2020），这有效缓解了城市地表温度的上升（Liu等人，2022）。然而，关于植被降温是否能在城市化驱动的变暖过程中发挥足够的调节作用仍存在很大不确定性。特别是在不同气候区和城市环境背景下，快速扩张的不透水表面与持续绿化之间的相互作用及其对局部热环境的综合影响仍不够清楚。因此，需要采用一致的方法论，在时间和空间尺度上进行比较研究，以全面了解城市绿化的降温潜力及其对城市变暖的贡献。
本研究聚焦中国310个城市，探讨以下关键问题：（1）城市植被的降温效应能在多大程度上缓解城市化引起的地表变暖？（2）快速扩张的不透水表面与持续植被绿化之间的相互作用如何影响局部城市热环境？深入探讨这些问题有助于我们更好地理解城市植被与气候之间的反馈关系，从而促进更全面和有效的城市气候缓解和适应策略的制定。
部分摘录
城市选择
城市边界是根据全球多时相城市边界（GUB）数据集（Gong等人，2020a）提取的。该数据集结合了宏观尺度的核密度分析和微观尺度的邻域扩展算法，有效划分了城市区域的空间范围和轮廓。尽管城市边界是动态变化的，但使用统一的城市边界可以确保空间分析的一致性。因此，本研究采用2020年的城市边界来全面反映
城市植被和地表温度的动态变化
通过对310个中国城市的树木覆盖率和地表温度变化进行分析，发现2000年至2020年夏季期间，约75%的城市经历了地表温度上升，同时约72%的城市树木覆盖率有所增加（图3a和图3b）。树木覆盖率增加且地表温度下降的城市主要集中在中国东北部以及北京-天津-河北城市聚集区内的少数城市。
城市化和植被变化对地表温度的影响
过去几十年里，中国经历了快速的城市扩张，同时植被绿化也得到了广泛推广（Hu等人，2024；Zheng等人，2024）。持续的城市化进程增加了城市极端高温的风险，而植被因其潜在的降温效果被广泛用于缓解城市热（Ma等人，2025）。然而，目前尚缺乏系统性的证据表明持续的植被绿化是否能够有效抵消
结论
本研究系统量化了中国城市植被绿化的长期降温潜力、其时空分布模式及其在缓解城市变暖中的作用。结果表明，2000年至2020年间，中国城市的城市化导致平均地表温度上升了3.78°C，而植被绿化产生的平均降温效应为2.49°C。这表明植被绿化可以有效缓解城市化引起的
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刘峰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，软件，方法论，概念化。王伦澈：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源协调，项目管理，资金获取。曹倩：撰写 – 审稿与编辑，监督。顾西辉：调查，撰写 – 审稿与编辑。肖文：验证，撰写 – 审稿与编辑。张翔：验证，撰写 – 审稿与编辑。高俊：调查，概念化。
