DOI: https://doi.org/10.1038/s42949-026-00354-9
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Hao Bai وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخفيف تأثير الجزر الحرارية الحضرية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في إمكانيات التبريد للأسطح الخضراء كحل قائم على الطبيعة لمواجهة التحديات المتزايدة للحرارة الحضرية. باستخدام بيانات بصمة المباني عالية الدقة، تقدر الدراسة أن تنفيذ تشجير الأسطح يمكن أن يقلل من درجات حرارة سطح الأرض (LST) في المدن العالمية بمقدار 0.57-1.58 °م خلال النهار و0.14-0.39 °م في الليل، اعتمادًا على مدى التشجير. ومن الجدير بالذكر أنه بينما تظهر آسيا أكبر فوائد التبريد للسكان الحضريين، إلا أنها لا تمتلك أعلى إمكانيات التبريد بشكل عام. تكشف النتائج أيضًا أن الأسطح الخضراء يمكن أن تقلل من نطاق درجة الحرارة اليومية (DTR) بمقدار 0.39-1.10 °م، مما يشير إلى تأثير تبريد أكبر خلال ساعات النهار.
في الختام، يظهر الإطار المطور أن تشجير الأسطح يمكن أن يخفض بشكل فعال LST عبر المدن في جميع أنحاء العالم، مع إمكانيات تبريد محددة تبلغ 0.57 و1.12 و1.58 °م خلال النهار، و0.14 و0.27 و0.39 °م في الليل، تحت سيناريوهات تشجير منخفضة ومتوسطة وعالية، على التوالي. يساهم التبريد الأقوى خلال النهار في تقليل DTR، مما يعزز دور الأسطح الخضراء في التخفيف من حرارة المدن في ظل تغير المناخ العالمي. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى سياسات داعمة وتقدم في التكنولوجيا لتسهيل اعتماد الأسطح الخضراء على نطاق واسع، والتي يمكن أن تكون نهجًا استراتيجيًا لتقليل مخاطر الحرارة الحضرية مع توفير فوائد بيئية إضافية.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على التحدي الحاسم لظاهرة جزيرة الحرارة الحضرية (UHI) في سياق أهداف التنمية المستدامة (SDGs) التي وضعتها الأمم المتحدة لبناء مدن مستدامة. تؤدي ظاهرة UHI إلى درجات حرارة أعلى بكثير في المناطق الحضرية مقارنة بالمناطق الريفية، مما يشكل مخاطر صحية لأكثر من نصف سكان العالم الحضري. من 1983 إلى 2016، زادت التعرض الحضري للحرارة الشديدة بنسبة تقارب 200%، مع توقعات تشير إلى أنه بحلول عام 2050، سيواجه 1.6 مليار شخص في أكثر من 970 مدينة درجات حرارة شديدة بشكل منتظم. بالإضافة إلى ذلك، زاد نطاق درجة الحرارة اليومية (DTR)، مما زاد من تفاقم المخاطر الصحية المرتبطة بتقلبات درجات الحرارة.
للتخفيف من هذه التحديات، يتم تسليط الضوء على الحلول القائمة على الطبيعة (NbS)، وخاصة البنية التحتية الخضراء والزرقاء الحضرية (UGBI)، كاستراتيجيات فعالة. تشمل UGBI ميزات مثل الأسطح الخضراء والحدائق والأراضي الرطبة الحضرية، التي يمكن أن تخفض درجات الحرارة المحلية بشكل كبير من خلال آليات مثل التبخر والظل. ومع ذلك، فإن التفاوت في توزيع UGBI وتوافر الأراضي المحدود في المناطق الحضرية ذات الكثافة العالية تعيق فوائد التبريد العادلة. تقترح الورقة التحقيق في إمكانيات التبريد لتشجير الأسطح الحضرية، مستفيدة من تقنيات الاستشعار عن بعد المتقدمة لتقييم تأثير سيناريوهات التشجير المختلفة على درجات الحرارة الحضرية عالميًا. تهدف هذه الدراسة إلى سد الفجوة المعرفية بشأن قابلية توسيع الأسطح الخضراء كحل لتحديات الحرارة الحضرية.
الطرق
ت outlines قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث تم استخدام التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب مختبرية محكومة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة تأثيراتها على النتائج ذات الصلة.
شملت جمع البيانات استخدام أدوات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية. تم إجراء التحليل باستخدام أدوات برمجية قادرة على إجراء اختبارات إحصائية معقدة، مثل تحليل الانحدار وANOVA، لتحديد الفروق والعلاقات المهمة بين المتغيرات. يبرز القسم أهمية القابلية للتكرار والشفافية في الطرق المستخدمة، موفرًا أوصافًا مفصلة للإجراءات المتبعة لتسهيل البحث المستقبلي في هذا المجال.
المناقشة
تسلط الدراسة الضوء على الإمكانيات الكبيرة لتبريد الأسطح الخضراء الحضرية على نطاق عالمي، كاشفة عن إمكانيات تبريد متوسطة خلال النهار تبلغ 0.57±0.47 °م، و1.12±0.92 °م، و1.58±1.31 °م عبر سيناريوهات تشجير منخفضة ومتوسطة وعالية، على التوالي. كانت إمكانيات التبريد الليلية أقل، بمتوسط 0.14±0.14 °م، و0.27±0.27 °م، و0.39±0.38 °م. وجدت الدراسة أن المدن القريبة من خط الاستواء أظهرت أعلى إمكانيات التبريد، خاصة خلال النهار، بينما كان التبريد الليلي أكثر وضوحًا في مناطق مثل أمريكا الوسطى والجنوبية. يمكن أن يقلل تنفيذ تشجير الأسطح من شدة جزيرة الحرارة الحضرية السطحية (SUHII) بنسبة 16.1-44.9% خلال النهار و6.4-18.2% في الليل للمدن المتأثرة بشكل كبير بـ SUHI (SUHII ≥ 1 °م).
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم فوائد التبريد للسكان الحضريين، مما يشير إلى أن معظم المدن شهدت فوائد تبريد معتدلة (0-0.25 °م * 10^5 شخص)، مع زيادة ملحوظة في المدن التي تحقق فوائد تبريد أعلى مع زيادة شدة سيناريوهات التشجير. اختلف التوزيع المكاني لفوائد التبريد عن ذلك الخاص بإمكانيات التبريد، حيث أظهرت القارات ذات الكثافة السكانية العالية مثل أفريقيا وآسيا وأوروبا فوائد أعلى على الرغم من انخفاض إمكانيات التبريد مقارنة بأوقيانوسيا وأمريكا الجنوبية. كما أظهرت التحليلات أن تشجير الأسطح يقلل باستمرار من نطاق درجة الحرارة اليومية (DTR)، مع تخفيضات تبلغ -0.39±0.47 °م، و-0.77±0.92 °م، و-1.10±1.33 °م تحت سيناريوهات تشجير منخفضة ومتوسطة وعالية، على التوالي. يعتبر هذا التخفيض في DTR أمرًا حيويًا للتخفيف من المخاطر الصحية المرتبطة بتقلبات درجات الحرارة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية تشجير الأسطح الحضرية كاستراتيجية قابلة للتطبيق لتعزيز مرونة المناخ الحضري وتعزيز العدالة البيئية، خاصة في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية والمتأثرة بالحرارة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42949-026-00354-9
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Hao Bai et al.
Primary Topic: Urban Heat Island Mitigation
Overview
This research investigates the cooling potential of green roofs as a nature-based solution to combat the increasing urban heat challenges. Utilizing ultra-high-resolution building footprint data, the study estimates that implementing roof greening can reduce land surface temperatures (LST) in global cities by 0.57-1.58 °C during the day and 0.14-0.39 °C at night, depending on the extent of greening. Notably, while Asia exhibits the greatest cooling benefits for urban populations, it does not possess the highest overall cooling potential. The findings also reveal that green roofs can decrease the diurnal temperature range (DTR) by 0.39-1.10 °C, indicating a more significant cooling effect during daytime hours.
In conclusion, the developed framework demonstrates that rooftop greening can effectively lower LST across cities worldwide, with specific cooling potentials of 0.57, 1.12, and 1.58 °C during the day, and 0.14, 0.27, and 0.39 °C at night, under low, medium, and high greening scenarios, respectively. The stronger daytime cooling contributes to a reduction in DTR, reinforcing the role of green roofs in mitigating urban heat amidst global climate change. The study emphasizes the need for supportive policies and advancements in technology to facilitate the widespread adoption of green roofs, which can serve as a strategic approach to reduce urban heat risks while providing additional environmental benefits.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the critical challenge of the urban heat island (UHI) effect in the context of the United Nations’ Sustainable Development Goals (SDGs) aimed at building sustainable cities. The UHI effect results in significantly higher temperatures in urban areas compared to rural surroundings, posing health risks to over half of the global urban population. From 1983 to 2016, urban exposure to extreme heat surged by nearly 200%, with projections indicating that by 2050, 1.6 billion people in over 970 cities will regularly face extreme temperatures. Additionally, the diurnal temperature range (DTR) has increased, further exacerbating health risks associated with temperature variability.
To mitigate these challenges, Nature-based Solutions (NbS), particularly urban green and blue infrastructure (UGBI), are highlighted as effective strategies. UGBI includes features such as green roofs, parks, and urban wetlands, which can significantly lower local temperatures through mechanisms like evapotranspiration and shading. However, disparities in UGBI distribution and limited land availability in high-density urban areas hinder equitable cooling benefits. The paper proposes to investigate the cooling potential of urban rooftop greening, leveraging advanced remote sensing techniques to assess the impact of various greening scenarios on urban temperatures globally. This study aims to fill the knowledge gap regarding the scalability of green roofs as a solution to urban heat challenges.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled laboratory experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved the use of standardized instruments to ensure reliability and validity. The analysis was conducted using software tools capable of performing complex statistical tests, such as regression analysis and ANOVA, to determine significant differences and relationships among the variables. The section emphasizes the importance of replicability and transparency in the methods used, providing detailed descriptions of the procedures followed to facilitate future research in the field.
Discussion
The research highlights the significant cooling potential of urban roof greening on a global scale, revealing average daytime cooling potentials of 0.57±0.47 °C, 1.12±0.92 °C, and 1.58±1.31 °C across low, medium, and high greening scenarios, respectively. Nighttime cooling potentials were lower, averaging 0.14±0.14 °C, 0.27±0.27 °C, and 0.39±0.38 °C. The study found that cities near the equator exhibited the highest cooling potentials, particularly during the day, while nighttime cooling was more pronounced in regions like Central and South America. The implementation of rooftop greening could reduce surface urban heat island intensity (SUHII) by 16.1-44.9% during the day and 6.4-18.2% at night for cities significantly affected by SUHI (SUHII ≥ 1 °C).
Additionally, the cooling benefits for urban populations were assessed, indicating that most cities experienced modest cooling benefits (0-0.25 °C * 10^5 people), with a notable increase in cities achieving higher cooling benefits as greening scenarios intensified. The spatial distribution of cooling benefits differed from that of cooling potential, with densely populated continents like Africa, Asia, and Europe showing higher benefits despite lower cooling potentials compared to Oceania and South America. The analysis also demonstrated that roof greening consistently reduces the diurnal temperature range (DTR), with reductions of -0.39±0.47 °C, -0.77±0.92 °C, and -1.10±1.33 °C under low, medium, and high greening scenarios, respectively. This reduction in DTR is crucial for mitigating health risks associated with temperature fluctuations. Overall, the findings underscore the importance of urban roof greening as a viable strategy for enhancing urban climate resilience and promoting environmental justice, particularly in densely populated and heat-affected regions.