تخفيف حرارة المدن من خلال البنية التحتية الخضراء والزرقاء: المحركات، الفعالية، والاحتياجات المستقبلية Urban heat mitigation by green and blue infrastructure: Drivers, effectiveness, and future needs
إن الجمع بين التحضر وارتفاع درجة حرارة الأرض يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المدن ويزيد من تكرار وشدة أحداث الحرارة الشديدة بسبب تغير المناخ. ومع ذلك، يمكن التخفيف من خطر ارتفاع درجة حرارة المدن من خلال البنية التحتية الخضراء والزرقاء والرمادية (GBGI) الحضرية، مثل الحدائق، والأراضي الرطبة، والتشجير الهندسي، التي لديها القدرة على تقليل درجات حرارة الهواء في الصيف بشكل فعال. على الرغم من العديد من المراجعات، لا تزال الأدلة المتعلقة بفوائد التبريد الكمية لـ GBGI جزئية وتوصيات التنفيذ العملية غير واضحة. تستعرض هذه المراجعة الأدبية المنهجية قاعدة الأدلة المتعلقة بتخفيف الحرارة والفوائد المشتركة ذات الصلة، وتحدد الفجوات المعرفية، وتقترح توصيات لتنفيذها لتعظيم فوائدها. بعد فحص 27,486 ورقة، تم مراجعة 202 ورقة، استنادًا إلى 51 نوعًا من GBGI مصنفة تحت 10 تقسيمات رئيسية. تم البحث بشكل جيد في بعض GBGI (الجدران الخضراء، الحدائق، أشجار الشوارع) لقدرتها على التبريد الحضري. ومع ذلك، تلقت عدة GBGI أخرى اهتمامًا ضئيلًا (حديقة حيوانات، ملعب جولف، مصب) أو اهتمامًا محدودًا (حديقة خاصة، قطعة أرض). لوحظ أن أكثر التبريد الهوائي كفاءة كان في الحدائق النباتية.المستنقعات )، جدران خضراء ( )، أشجار الشوارع ( ) وشرفات مزروعة ( تحت ظروف المناخ المتغيرة (2070-2100) مع الأخذ في الاعتبار RCP8.5، هناك تحول في أنواع المناخ الفرعية، إما داخل نفس منطقة المناخ (مثل، Dfa إلى Dfb و Cfb إلى Cfa) أو عبر مناطق مناخية أخرى (مثل، Dfb [رطب دافئ صيفي قاري] إلى BSk [جاف، شبه قاحل بارد] و Cwa [معتدل] إلى Am [استوائي]). قد تؤدي هذه التحولات إلى انخفاض الكفاءة للـ GBGI الحالي في المستقبل. نظرًا لأهمية الخدمات المتعددة، من الضروري تحقيق التوازن بين وظيفتها، وأداء التبريد، والفوائد المشتركة الأخرى ذات الصلة عند التخطيط للـ GBGI في المستقبل. هذا الـ GBGI العالمي يمكن أن يساعد جرد التخفيف من الحرارة صانعي السياسات ومخططي المدن في تحديد أولويات التدخلات الفعالة لتقليل خطر ارتفاع درجات الحرارة في المدن، وسد الفجوات البحثية، وتعزيز مرونة المجتمع.
مقدمة
تعتبر موجات الحرارة مصدر قلق كبير للمجتمع لأنها تؤثر سلبًا على صحة الإنسان والاقتصاد والأنظمة البيئية الطبيعية.بينما لا توجد تعريفات عالمية لموجات الحر، فإنها تُعرف عمومًا على أنها فترات تتجاوز فيها درجة حرارة الهواء عتبات معينة على مدى أيام أو أسابيع.هذه المخاطر هي ظواهر جوية واسعة النطاق، تمتد عادة عبر القارات وتشمل كميات هائلة من الهواء الساخن. تنشأ ظاهرة الحرارة الشديدة من مجموعة من العوامل، بما في ذلك زيادة الكثافة السكانية الحضرية، وارتفاع درجات حرارة الهواء في الصيف، وتكثيف الأنشطة البشرية، مما يؤدي إلى توليد فائض من الحرارة وتقليل الانعكاسية والتبخر. ونتيجة لذلك، يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجات الحرارة خلال النهار في الصيف، ولا سيما ليالٍ أكثر دفئًا أيضًا.على مستوى العالم، زادت موجات الحرارة بشكل كبير في التكرار والشدة منذ الخمسينيات بسبب تغير المناخ، وتعتبر الآن من قبل المجتمعات العلمية والمهنية الأخرى نتيجة مباشرة لارتفاع تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي للأرض.بين عامي 1998 و2017، كانت موجات الحر مسؤولة عن وفاة أكثر من 166,000 فرد على مستوى العالم، مع أكثر من 70,000 حالة وفاة، بالإضافة إلى الجفاف المصاحب وفشل المحاصيل اللاحق، مما أدى إلى خسارة اقتصادية قدرها 16 مليار يورو.خلال موجة الحر في أغسطس 2003 في أوروبا.كان هناك زيادة ملحوظة في العدد السنوي لساعات التعرض للإجهاد الحراري في أمريكا الجنوبية بين عامي 1979 و2020.تفاوت معدل الزيادة حسب فئة كوبن-جيجر، حيث تراوح بين +1.16 ساعة في السنة إلى +8.25 ساعة في السنة. في العقدين الماضيين، لم تقتصر جميع المدن التي تم تحليلها فقط على شهدت ساعات متتالية أكثر تحت ضغط الحرارة مقارنة بالعقدين السابقين، ولكنها أيضًا عانت من استمرار أكبر لهذه الظروف. تم نسب عبء الوفيات المرتبطة بالحرارة البالغ 62,862 حالة وفاة إلى صيف 2022 الحار القياسي في أوروبا، مما يبرز الحاجة إلى تعزيز مراقبة الحرارة، وخطط الوقاية، واستراتيجيات التكيف على المدى الطويل.درجة حرارة جوية قياسيةتمت ملاحظته في 19 يوليو 2022 في المملكة المتحدة.في يوليو 2023، شهد العالم hottest month on record، مع موجات حر واسعة النطاق عبر العديد من الدول في نصف الكرة الشمالي.وو وآخرونحلل بيانات من 717 موقعًا عبر 36 دولة وأبلغ عن زيادة معدلات الوفيات بسبب تقلبات درجات الحرارة وارتفاع درجات الحرارة الناجمة عن تغير المناخ، بينما قام كامبل وآخرون.في مراجعتهم العالمية لتأثيرات الصحة التي تركزت على الفئات الضعيفة. شيو وآخرون.تمت دراسة الوفيات تحت تعريفات مختلفة لموجات الحرارة مع الأخذ في الاعتبار السياقات المناخية المختلفة والخصائص الاجتماعية والديموغرافية المتنوعة للسكان المدروسين، لتقديم منظور أكثر دقة مما يمكن أن تقدمه مجرد تحليل مدة وشدة موجات الحرارة. على سبيل المثال، صحة السكان المعينين هي عامل حاسم في نتيجة أحداث موجات الحرارة، ويجب النظر إلى الشدة من خلال عدسة مقياس قائم على الصحة.ومع ذلك، بينما تعتبر التأثيرات الصحية مهمة بشكل حاسم، هناك تأثير أكبر على رفاهية الإنسان يمتد إلى أنماط السلوك اليومية المتغيرة والعديد من العواقب الاجتماعية، وفي النهاية الاقتصادية.من المتوقع أن تستمر موجات الحرارة الشديدة والمتكررة فيقرن.على اليابسة، ستزداد درجات الحرارة القصوى بشكل أسرع مقارنة بزيادة متوسط درجة الحرارة العالمية (البر والبحر معًا) بسبب تسارع تغير المناخ العالمي الناتج عن الانبعاثات البشرية. وهذا يتطلب الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة، وتعزيز مصارف الكربون، واستراتيجيات التكيف المرنة. وبالتالي، فإن الزيادة في تكرار وارتفاع ومدة موجات الحرارة تجبر الحكومات على اتخاذ إجراءات ضد الزيادة في خطر الوفيات والأمراض المرتبطة بالحرارة. إن زيادة تنفيذ مراكز التبريدهو مؤشر واضح على أن الحكومات بدأت تتخذ إجراءات لحماية سكانها من الحرارة الشديدة. كما اعترف به الفريق الدولي المعني بتغير المناخ،تعتبر عناصر البنية التحتية الحضرية الخضراء والزرقاء فعالة بشكل خاص في خفض درجات حرارة الهواء في المدن. وقد تم اقتراح البنية التحتية الخضراء والزرقاء والرمادية (GBGI)، التي تشمل الهياكل المعتمدة على النباتات (الخضراء = الأشجار، العشب، الأسوار، إلخ)، والمعتمدة على المياه (الزرقاء = المسابح، البرك، البحيرات، الأنهار، إلخ)، والهياكل الهندسية (الرمادية = الجدران الخضراء، الواجهات الخضراء، والأسطح) على نطاق واسع للتخفيف من تأثير ارتفاع درجات الحرارة في المدن وتقليل استهلاك الطاقة.لديهم القدرة على لعب دور حيوي في تحسين جودة الحياة لسكان المدن، وتعزيز التنوع البيولوجي، والتخفيف من آثار تغير المناخ، وتعزيز الاستدامة بشكل عام.يمكن أن تنظم GBGI، وخاصة مكونها الأخضر، حرارة المدن وقد تعزز بيئة حضرية أكثر راحة وبرودة.من خلال آليات مختلفة مثل التبخر،التبخر، التظليل، والعزل الحراري. البنية التحتية الزرقاء، التي تشمل المسطحات المائية مثل البرك والقنوات والأنهار والجداول والبحيرات والأراضي الرطبة، تمتص الحرارة وتبرد المنطقة المحيطة من خلال التبخر. وقد وُجد أن أشكالًا مختلفة من البنية التحتية الخضراء فعالة في الحفاظ على برودة البيئات الحضرية. على سبيل المثال، تان وآخرون.استخدموا نهج النمذجة الإقليمية لمنطقة شيكاغو الحضرية وأفادوا أن الأسطح الخضراء تقلل من درجة الحرارة القريبة من السطح بنسبة 14% مقارنة بأسطح الألواح الشمسية. وبالمثل، بلانكو وآخرون.وجد أن الجدران النباتية الخضراء سجلت ما يصل إلىدرجة حرارة السطح السفلي أقل من جدار الخرسانة المكشوفة خلال فصل الصيف في فالينزانو (باري)، إيطاليا. كوتس وآخرون.أبرزت أن أشجار الشوارع يمكن أن تخفض درجات حرارة الهواء خلال النهار في الصيف بنسبة تصل إلىومع ذلك، تم الإبلاغ عن أن تأثير التبريد للأشجار خلال أحداث الحرارة الشديدة لم يكن كبيرًا بين الشوارع التي تحتوي على أشجار وتلك التي لا تحتوي عليها. كما أظهرت الأشجار في الشوارع أنها تخفض درجات حرارة السطح بشكل كبير في المدن عبر أوروبا.لقد قامت العديد من الدراسات حول تخفيف حرارة المدن بتقييم إمكانيات إدارة المياه الحضرية لتحسين التبريد الحضري من خلال احتفاظ المياه في البيئة الحضرية.كمثال، يمكن أن يساهم دمج الميزات المائية الطبيعية داخل المدن في تبريد المناطق المحيطة مثل البحيرات والبرك.أبرد داخلًا بين 30 و200 متر مقارنةً بالحواف)، الأنهار ( تأثير التبريد)، والمستنقعات الحضرية ( تأثير التبريد).تم الإبلاغ عن أن كميات كبيرة من غطاء الأشجار، والمساحات الخضراء، والأسطح والجدران الخضراء، والمساحات المفتوحة تقلل من حرارة المدن من خلال تبريد التبخر والنتح.تم اقتراح الاستخدام المشترك لعدة تدابير لتخفيف الحرارة بشكل كبير لتقليل درجات حرارة الهواء في المدن.حداد وآخرونقامت بتحديد فوائد تدابير التخفيف من الحرارة على مستوى المدينة لصحة الإنسان، واستهلاك الطاقة، وذروة الطلب على الكهرباء. وأفادت أن أفضل سيناريوهات التخفيف كانت تلك التي جمعت بين المواد الباردة- الممرات، والتظليل، والنباتات لتقليل درجة حرارة الهواء المحيط القصوى بـ بالمقارنة مع المناطق التي لا تحتوي على تدخلات GBGI. سادغي وآخرون.حلل تأثير استراتيجيات البنية التحتية للتشجير الحضري (غطاء الأشجار، الأسطح الخضراء، والمناطق الخضراء) على مؤشر المناخ الحراري العالمي (UTCI) تحت 3 سيناريوهات عبر 10 محطات طقس في سيدني، أستراليا. يقيس UTCI تأثير الحرارة الحضرية على راحة وصحة الإنسان، مع الأخذ في الاعتبار المتغيرات الجوية (درجة حرارة الهواء، الرطوبة، سرعة الرياح، والإشعاع). يساعد في تفسير ومعالجة التحديات التي تطرحها الحرارة في المدن. أظهرت دراستهم المحاكية أن زراعة 2 مليون شجرة مُروية جيدًا في حوض سيدني يمكن أن تقلل من متوسط UTCI اليومي الحضري بـخلال موجة حر. بالإضافة إلى ذلك، أظهر تقييم تأثير الصحة احتمال انخفاض الوفيات المرتبطة بالحرارة بمعدل يصل إلى 11.7 حالة يوميًا في جميع أنحاء سيدني. وهذا بالإضافة إلى العديد من الفوائد الصحية والرفاهية الأخرى التي توفرها GGBI من خلال خدمات النظام البيئي البيئية.
يوفر الجدول 1 نظرة عامة على المقالات الاستعراضية السابقة التي ركزت على إمكانيات التخفيف من الحرارة للتدخلات الخضراء (مثل: الأشجار، الحدائق، العشب، الحدائق الصغيرة، الملاعب الرياضية، ملاعب الجولف، المزارع الحضرية، مناطق اللعب، الغابات النهرية)، والزرقاء (مثل: البرك، البحر، الخزانات، الأراضي الرطبة، البحيرات، الأنهار، القنوات، والجداول)، أو الهندسية (مثل: الأسطح الخضراء، الجدران الخضراء، حدائق الأسطح). وقد ركزت الغالبية العظمى من هذه المراجعات السابقة على تأثير التبريد لأشكال مختلفة من البنية التحتية الخضراء.بينما قام آخرون بدراسة البنية التحتية الزرقاء في سياق التخفيف من حرارة المدن.ومع ذلك، لم تقيم أي من هذه الدراسات بشكل منهجي الفوائد المباشرة لتبريد المدن الناتجة عن العديد من أشكال البنية التحتية الخضراء في المناطق الحضرية جنبًا إلى جنب مع الفوائد المشتركة التي تقدمها هذه التدخلات. ركزت معظم المراجعات على دراسة الأشجار، تليها الأسطح الخضراء، والحدائق (أو المناطق الخضراء الكبيرة الأخرى)، والتشجير العمودي، بينما لم تكن هناك العديد من أشكال البنية التحتية الخضراء في المناطق الحضرية مثل الحدائق (البستانية، التراثية، المشاتل، الحيوانية، المطرية، الخلفية)، وحقول الرياضة، والشرفات المزروعة، والحلول المعتمدة على المياه (الأراضي الرطبة، الخزانات، المصبات/المد والجزر، الأنهار، البحيرات، البرك، البحر، قنوات/خنادق المياه) ضمن نطاقها. لذلك، تكمن حداثة هذه الورقة في التقييم المنهجي لقائمة شاملة من 51 نوعًا من البنية التحتية الخضراء في المناطق الحضرية تحت 10 فئات رئيسية، استنادًا إلى تصنيف جونز وآخرين.علاوة على ذلك، تقدم هذه المراجعة تحليلًا شاملاً لفعالية GBGI ضد موجات الحرارة في مناطق مناخية مختلفة وظروف مناخية فرعية؛ وتستكشف اعتماد فعالية GBGI على عدة عوامل محتملة التأثير (مثل كثافة السكان، الارتفاع، مساحة المدينة، المقياس المكاني، نسبة مساحة GBGI إلى مساحة المدينة، الاتجاهات الزمنية، موقع المراقبة، والبيئة المحيطة). وهذا يتيح لنا استخلاص رؤى لتحسين استراتيجيات GBGI لظروف مختلفة.
تهدف هذه المقالة الاستعراضية إلى تجميع وتفسير الدراسات العلمية الموجودة المتعلقة بالبنية التحتية الخضراء في المدن (GBGI) بشكل شامل، بهدف نهائي هو إنشاء قاعدة بيانات عالمية لـ GBGI تشمل مزاياها المباشرة مثل تخفيف حرارة المدن، بالإضافة إلى فوائدها المشتركة، التي تشمل إدارة المخاطر الطبيعية الأخرى، ومعالجة القضايا الاجتماعية، أو تعزيز التنوع البيولوجي. الأهداف المحددة هي: (1) إجراء مراجعة منهجية للأدبيات التي تقيم فعالية GBGI في تخفيف حرارة المدن وتوافر المعلومات حول فوائدها المشتركة والعيوب المحتملة، (2) التأكيد على النهج الأكثر فعالية والأكثر بحثًا في GBGI لمعالجة تسخين المدن من بين 51 نوعًا من GBGI تم تقييمها، (3) تحديد مجالات المعرفة التي لا تزال غير متطورة حاليًا، و(4) اقتراح إرشادات للتخطيط والتنفيذ والمراقبة والتقييم لـ GBGI لتحقيق أقصى فوائد في تبريد المدن. نهدف إلى التأكيد على أن مراجعتنا المنهجية مصممة لتقديم تحليل شامل لطيف البحث بأكمله في هذا المجال، بدلاً من التركيز فقط على الأوراق الحديثة. تم تصميم مراجعتنا المنهجية لمعالجة أسئلة بحث محددة (أي، ما هي فعالية مجموعة واسعة من GBGI المستخدمة في البيئات الحضرية؟ أي أنواع من GBGI هي الأكثر والأقل كفاءة وما هي التحديات المرتبطة بتقييم تدخلات GBGI لتسخين المدن؟) من خلال تحليل تدريجي للبيانات المستخرجة من الأوراق البحثية ذات الصلة التي تم تحديدها من خلال بحث محدد مسبقًا ومعيار استخراج بيانات متسق.
المواد والطرق
تتبنى المراجعة تصنيفًا قدمه جونز وآخرون.ويقوم بتوسيعها إلى 51 نوعًا من البنية التحتية الخضراء تحت 10 فئات واسعة: الحدائق، المنتزهات، مناطق الخدمات، الميزات/المسارات الخطية، البنية التحتية الخضراء المنجزة (GI) على البنية التحتية، البنية التحتية الخضراء الهجينة (للمياه)، المسطحات المائية، مناطق حضرية غير مغلقة أخرى، أماكن عامة أخرى، ومختلط (أخضر-أزرق). بعيدًا عن
الابتكار
الجدول 1. ملخص لأهم المقالات الاستعراضية منذ عام 2019 حول الفوائد المتعددة لـ GBGI في التكيف مع حرارة المدن والتخفيف منها
من التخفيف من الحرارة، تم تحديد خمسة فوائد إضافية: تعزيز الفرص الترفيهية، تقليل الضوضاء المحيطة، التخفيف من مخاطر الفيضانات والجفاف، تحسين جودة الهواء والماء، والتنوع البيولوجي. تم تناول مبادئ تصميم وتنفيذ GBGI بالتفصيل، بالإضافة إلى التحديات العالمية لـ GBGI، في مراجعات سابقة (الجدول 1) وبالتالي، فهي خارج نطاق مراجعتنا. منهجية PRISMAتم اعتمادها لمراجعة منهجية للأدبيات (الشكل S1). ساعدتنا هذه المنهجية في الكشف عن الاتجاهات الجغرافية والزمنية في أصل الدراسات، بالإضافة إلى الفجوات المعرفية في الأدبيات الموجودة. تم تقديم العينة لتنظيم مجموعات البيانات المستمدة من الأوراق التي تمت مراجعتها لكل من الفئات الفرعية الـ 51 في الجدول S1. تتكون عملية البحث في الأدبيات لدينا من خمس مراحل (القسم S1). (1) تم تطوير مصطلحات البحث بناءً على الأهداف وفئات GBGI (الجدول S2). (2) تم البحث في الأدبيات التي تمت مراجعتها من قبل الأقران باللغة الإنجليزية والتي نُشرت بين عامي 2010 و2023 عبر تركيبات مصطلحات البحث البوليانية (الجدول S2) باستخدام Web of Science وScience Direct وScopus وGoogle Scholar لصفحات النتائج العشرين الأولى. أسفر ذلك عن إجمالي 27,486 منشورًا (الشكل-
الجدول 1. ملخص لأهم المقالات الاستعراضية منذ عام 2019 حول الفوائد المتعددة لـ GBGI في التكيف مع حرارة المدن والتخفيف منها
نوع GBGI (الموقع)
النتائج الرئيسية
المؤلفون
الأسطح الخضراء والجدران الخضراء (المكسيك)
تمت دراسة الأسطح الخضراء والجدران الخضراء، بالإضافة إلى فوائدها من حيث الطاقة والحرارة والبيئة، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الغطاء النباتي والمناخ والركيزة والتكوين وسياسات الأسطح الخضراء في المكسيك. كان التركيز الأساسي على تقييم درجات حرارة السطح والداخل كمعايير حاسمة.
أفيلا-هيرنانديز وآخرون
الأسطح الخضراء (الولايات المتحدة)
تمت دراسة تأثير الأسطح الباردة، والأسطح الخضراء، وأسقف الألواح الشمسية على درجة الحرارة القريبة من السطح وطلب الطاقة للتبريد. وقد خفضت فعالية الأسطح الخضراء درجة الحرارة بـمقارنة بأسطح الألواح الشمسية.
تان وآخرون
الغابات الحضرية وشبه الحضرية (عالمي)
يؤكد علم الحلقات الخشبية كأداة قيمة لاتخاذ القرارات المستندة إلى الأدلة في التخطيط الحضري. له تطبيقات جغرافية واسعة وتطبيقات متنوعة، بما في ذلك تقييم مخاطر المناخ، والحفاظ على التراث الثقافي، وتقييم التلوث البيئي، وإدارة الأشجار.
مياهارا وآخرون
تظليل GI، تصميم حضري حساس للمياه (أستراليا)
تمت مراجعة مكونات مختلفة من ضعف الحرارة (مثل التعرض، والحساسية، والقدرة على التكيف) وخيارات التخفيف في أستراليا. لقد أثبت التصميم الحضري القائم على المياه والتصميم البيئي أنهما فعالان في تقليل آثار الحرارة في أستراليا.
عدنان وآخرون
الفوائد الاقتصادية والاجتماعية والبيئية والثقافية لـ BGI
يؤكد على قدرة GBGI على تقديم تعددية الوظائف، لتلبية عدد من الاحتياجات والأولويات والأهداف على مقاييس مختلفة، من المجتمعات إلى المدن إلى الاستراتيجيات، مما يجعله بنية تحتية حيوية تعتمد بشكل كبير على التصميم والتخطيط. ويقدم نهج ‘رؤوس الأموال الأربعة’ للمساعدة في تشكيل الهندسة التي تتناغم مع الاعتماد المتبادل بين الأنظمة.
بدر وآخرون
الحدائق، الأسطح الخضراء، أنظمة التشجير العمودية، الحدائق العامة، الأشجار الحضرية، والغابات (نيجيريا).
تمت دراسة الحالة الحالية للبنية التحتية الخضراء الحضرية في نيجيريا، مثل الحدائق المنزلية، والأسطح الخضراء، وأنظمة التشجير العمودي، والحدائق العامة، والغابات الحضرية، وتم تسليط الضوء على الفوائد، والعيوب، والعوائق، والفرص للبنية التحتية الخضراء لتحسين الجودة البيئية وتعزيز جودة الحياة في المدن النيجيرية التي تتوسع بسرعة.
أديغون وآخرون
الأشجار، الأسطح الخضراء، التشجير العمودي، والمسطحات المائية (عالمي)
تم تقييم الأوراق من حيث نمذجة العملية، والتحقق، ومحاكاة السيناريو لفوائد تخفيف موجات الحرارة من البنية التحتية الخضراء الحضرية والبنية التحتية الزرقاء، واستنتجت أن تصميم البنية التحتية الخضراء الحضرية يجب أن يتضمن موقع الزراعة المناسب، والترتيب، والتوجه لتحسين المنطقة المظللة من أجل تعزيز تأثير التبريد.
ليو وآخرون
غطاء قمة الشجرة (عالمي)
تم جمع بيانات تجريبية على مستوى الأرض لدرجة حرارة السطح تحت الغطاء وتهوية تبريد كثافة مظلة الأشجار. يمكن أن يوفر غطاء مظلة الأشجار الظل، ويقلل من درجات حرارة الهواء المحلية، ويخلق بيئة أكثر برودة وراحة، خاصة للمشاة. يجب إعطاء الأولوية للأشجار التي توفر ظلًا كثيفًا على الأقل فوق الأسطح المعبدة، حيث أن كل وحدة من مؤشر مساحة الأوراق أدت إلى حواليتَبريد السطح.
تمت مراجعة كفاءة التبريد للجيوب الخضراء (المسطحات المائية، المساحات الخضراء، والحدائق) وتحديد العوامل المؤثرة على تأثير التبريد للجيوب الخضراء مثل الحجم، الشكل، الاتصال، وتvariations المناخ.
تم تحليل التأثيرات الحرارية للمساحات الزرقاء الثابتة على ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية (UHI) وأظهر أن حجم وشكل المساحات الزرقاء هما متغيران مهمان للتبريد الذي يتم تحقيقه في بيئة حضرية.
أمباتزيديس وكيرشو
الحدائق الحضرية الصغيرة والمتوسطة والكبيرة الحجم (عالمي)
تمت مراجعة تأثيرات التبريد للمساحات الخضراء الحضرية في السنوات الأخيرة وأفادت بأن أعلى مسافة تأثير تبريد وشدة تأثير تبريد تكون للمناطق الحضرية الكبيرة التي تزيد مساحتها عن 10 هكتارات.
أرام وآخرون
الحلول المستندة إلى الطبيعة (عالمي)
تم تقييم تأثير المخاطر الهيدرومناخية الشديدة، مثل الفيضانات والانهيارات الأرضية والجفاف وموجات الحرارة وارتفاع الأمواج العاتية، وتم تسليط الضوء على الانخفاض الكبير في المخاطر الذي تم تحقيقه من خلال تنفيذ مبادرة البنية التحتية الخضراء. وبشكل خاص، ظهرت الطريقة الهجينة لتخفيف الفيضانات والطريقة الخضراء لتخفيف الحرارة كأكثر الحلول فعالية. ومع ذلك، فإن فعالية مبادرة البنية التحتية الخضراء تعتمد على هيكلها ونوعها والأنواع النباتية المستخدمة والظروف البيئية.
ديبلي وآخرون
الحلول المستندة إلى الطبيعة (عالمي)
تمت مراجعة منهجيات مختلفة تتضمن تفاعل التعرض والضعف والتكيف لتقييم المخاطر الهيدرومناخية (الفيضانات، الجفاف، وموجات الحرارة)، مع التركيز على فعالية التخفيف من تأثيرات البنية التحتية الخضراء والزرقاء.
ساهاني وآخرون
الحلول المستندة إلى الطبيعة (عالمي)
يؤكد على أهمية دمج المبادئ البيئية في التخطيط الحضري، مع التركيز على دمج البنية التحتية الخضراء، والحفاظ على التنوع البيولوجي، والحلول القائمة على الطبيعة لتعزيز المدن المستدامة والمرنة، ويبرز الدور الحاسم لمشاركة أصحاب المصلحة بشكل تعاوني في ضمان التنفيذ الفعال، وتعزيز الاستدامة الحضرية، والحفاظ على النزاهة البيئية.
هيمنز وآخرون
إزالة التكرارات والفحص بناءً على معايير إدراج GBGI تركت 1,512 منشورًا لمزيد من الفحص (الشكل 1B) والأهلية لاسترجاع النص الكامل (الشكل 1C). في النهاية، تم اختيار 202 منشورًا (تم اختيار (من أصل 27,486 منشورًا تم تحديدها في البداية) للدراسة التحليلية (الأشكال 1D و1E). (4) تم استخراج البيانات ذات الصلة (مثل الموقع، نوع GBGI، الفوائد والعيوب المشتركة، والفجوات المعرفية) من الدراسات المختارة (الجدول S2). (5) تم تصنيف عدد الدراسات المتاحة لكل من فئات GBGI الفرعية إلى ست فئات أداء مشروطة (الجدول S3). تم تحليل البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام الإحصاءات الوصفية على برنامج R.من بين 202 منشورًا مختارًا،ناقشت فقط التخفيف من الحرارة كخدمة النظام البيئي الرئيسية؛ بينما ناقش الباقون الفوائد المشتركة.
قمنا بتصنيف جميع الأوراق إلى أربع مناطق رئيسية من تصنيف المناخ كوبرن-جيجر: المعتدل، والقاري، والجاف، والاستوائي (الشكل S2). تم تقسيم كل منطقة إلى ثلاثة مقاييس مكانية بناءً على التبريد الملحوظ: المقياس الدقيق ( )، مقياس متوسط ( ) ، و على نطاق واسع ( ). علاوة على ذلك، قمنا بتحديد كل موقع دراسي
الشكل 1. توفر الأدبيات عبرأنواع GBGI الرئيسية والفئات الفرعية عدد (A) المنشورات المحددة، (B) المنشورات التي تم فحصها، (C) المنشورات المؤهلة، و(D) المنشورات المدرجة في التحليل التلوي، و(E) النسبة المئوية للمنشورات المدرجة لكل من الفئات الفرعية الـ 51 لـ GBGI (الموضحة على المحور الرأسي في A)، والتي تقع تحت 10 فئات رئيسية لـ GBGI (الموضحة كنص عريض في A). قائمة مفصلة بالفئات الرئيسية والفرعية لـ GBGI مدرجة في الجدول S3.
درجات الحرارة المراقبة أو المودلة مع أنواع محددة من GBGI. لتقييم الآثار المحتملة لتغير المناخ على كفاءة التبريد، قمنا بتصنيف كل ورقة بحثية إلى مجموعتين بناءً على أطر زمنية دراستها: الماضي والمستقبل. علاوة على ذلك، أجرينا تحليلًا يقارن هجرة أنظمة GBGI بين مناطق مناخ كوبرن-جيجر المختلفة في الظروف المناخية الحالية والمستقبلية (قسم GBGI الحضري وتغير المناخ). يتم تحليل الظروف المناخية المستقبلية تحت أكبر سيناريو انبعاثات RCP8.5.الذي يغطي الفترة من 2071 إلى 2100.
لتوصيف تأثير المعايير المختلفة على كفاءة التبريد لنظام GBGI تحت مناطق مناخية مختلفة، يتم اعتبار أربعة عوامل رئيسية: (أ) كثافة السكان، (ب) نسبة المساحة التي تغطيها تدخلات GBGI إلى إجمالي مساحة المدينة/البلدة، (ج) الارتفاعات (فوق مستوى سطح البحر)، و(د) المقياس الزمني. ترتبط هذه المعايير بإمكانات التبريد لتدخلات GBGI ضمن أربع مناطق مناخية متميزة. تم الحصول على كثافة السكان (لكل كيلومتر مربع) وارتفاع كل موقع يتم فيه تنفيذ GBGI من قاعدة بيانات المدن العالمية.بالإضافة إلى ذلك، يتم استخراج مناطق GBGI والمدينة أو البلدة المعنية، فضلاً عن المقاييس الزمنية، من كل ورقة تمت مراجعتها. ثم يتم حساب نسبة التبريد من خلال قسمة مساحة تدخل GBGI على المساحة الإجمالية للمدينة أو البلدة، مما يوفر رؤى حول النطاق المكاني للتدخل بالنسبة للبيئة الحضرية.
آليات تنظيم درجة الحرارة وإجهاد الحرارة بواسطة GBGI
يمكن لـ GBGI، وخاصة مكونه الأخضر، تنظيم حرارة المدنمن خلال التبخر،التبخر، التظليل، والعزل الحراري. البنية التحتية الزرقاء تمتص الحرارة وتبرد المنطقة المحيطة من خلال التبخر (القسم S2).
آليات تنظيم درجة الحرارة وإجهاد الحرارة بواسطة GI
تساعد الأشجار والنباتات في تقليل الحرارة من خلال توفير الظل وتقليل كمية ضوء الشمس المباشر الذي يصل إلى الأرض، مما يؤدي إلى خفض درجات حرارة السطح وتخفيف تأثير جزيرة الحرارة الحضرية (UHI) من خلال خلق مناخ محلي أكثر برودة.بالإضافة إلى ذلك، خلال عملية النتح، تطلق النباتات الرطوبة، مما يساهم في تبريد الهواء المحيط عن طريق تحويل الحرارة الظاهرة إلى حرارة كامنة.يمكن أن تعمل الحدائق كأجهزة تكييف هواء طبيعية من خلال عدة آليات،بما في ذلك تشكيل نظام حراري مركزي على مقياس ميكروي (نسيم الحديقة) الذي يولد تيارات تدفق منخفضة المستوى تسحب الهواء من المناطق الخضراء الأكثر برودة نحو المناطق الحضرية الأكثر دفئًا.عناصر الجهاز الهضمي الأخرى, مثل الأسطح الخضراء، والجدران الخضراء، وحدائق الأسطح، توفر العزل، وتقلل من امتصاص الحرارة من قبل المباني، وتعزز التبريد بالتبخر (امتصاص الحرارة، حيث يتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية في تيار الهواء).تساهم النباتات أيضًا في تبديد الحرارة من خلال العمل كحواجز للرياح، وتعديل أنماط تدفق الهواء، وتسهيل التهوية الطبيعية.
آليات تنظيم درجة الحرارة وإجهاد الحرارة بواسطة البنية التحتية الزرقاء
البنية التحتية الزرقاء (BI) تخفف بشكل فعال من آثار الحرارة من خلال تبريد البيئة المحيطة.من خلال عمليات مثل التبخر والنتح، والتظليل، وتأثير الانعكاس، وإعادة شحن المياه الجوفية، وتخفيف درجة الحرارة.يمكن أن يوفر التبريد خلال النهار (يعمل كخزان حراري من خلال امتصاص وتخزين الحرارة من البيئة المحيطة)، في حين أنه قد يؤدي إلى الاحترار في الليل (إعادة إطلاق الحرارة بسبب السعة الحرارية الأعلى للماء مقارنة بسطح الأرض).تساعد عملية التبخر من المسطحات المائية أيضًا في تبريد الهواء، مما يخلق مناخًا محليًا بدرجات حرارة أقل، وبالتالي يساعد في التخفيف من تأثير الجزر الحرارية الحضرية.يمكن أن تولد المسطحات المائية الحضرية الكبيرة نسيمًا باردًا يساعد في خفض درجة الحرارة المحيطة ويوفر الراحة خلال الطقس الحار من خلال التبريد بالتبخر.علاوة على ذلك، فإن أسطح المواد الحيوية أقل انعكاسًا وأكثر امتصاصًا للإشعاع الشمسي بسبب انخفاض الألبيدو (0.05-0.10) مقارنة بالغابات (0.1).أو الثلج (8.8-0.95)، خاصة في ظل ظروف هادئة؛ وبالتالي، هناك تسخين أقل للمحيط المباشر،يساعد ذلك في التخفيف من تراكم الحرارة ويساهم في تبريد المنطقة المحيطة. ومع ذلك، فإن انخفاض الألبيدو للماء لا يضمن دائمًا مناطق محيطة أكثر برودة حيث يمتص الحرارة، مما يؤثر على المناخ المحلي. يحتفظ بمزيد من الطاقة الشمسية، مما يؤدي إلى زيادة الرطوبة واعتدال درجات الحرارة في الجوار. يعتمد التأثير العام على عوامل مثل سعة حرارة الماء، وحركات الهواء، وتعقيدات الطقس المحلي، مما يجعل المقارنات المباشرة لدرجات الحرارة تحديًا. بعض الأنظمة البيئية مثل الأراضي الرطبة، والبرك، والبحيرات، والمجاري المائية، وحدائق الأمطار تعمل أيضًا كإسفنجات طبيعية، تخزن الماء وتطلقه خلال درجات الحرارة العالية، مما يساهم في تعديل درجات الحرارة في الجوار من خلال زيادة توفر الماء للتبخر عبر إعادة شحن المياه الجوفية.
التخطيط العالمي لدراسات GBGI لتخفيف حرارة المدن
الاتجاهات الزمنية والمكانية
تحليل اتجاهات النشر يوفر رؤى حول كيفية تطور المعرفة، ويساعد في فهم السياق، ويحدد الفجوات، ويضمن المصداقية، ويدعم اتخاذ قرارات مستنيرة، مما يعزز عمق ودقة التحليل. توضح الشكل S3A الاتجاهات الزمنية للنشر من 2010 إلى 2023 المدرجة في هذه المراجعة. يُظهر الزيادة العامة في عدد المنشورات التي تحقق في GBGI اهتمامًا متزايدًا ونشاطًا بحثيًا حول الموضوع فيما يتعلق بتخفيف حرارة المدن وفوائد أخرى. يمكن أن يُعزى ذلك إلى زيادة المخاوف بشأن تغير المناخ وتأثيراته على حرارة المدن، مما يدفع نحو تحول عالمي نحو التخطيط الحضري المستدام والاعتبارات البيئية.قد يكون هذا الارتفاع مدفوعًا أيضًا بالفعالية المثبتة لـ GBGI في التخفيف من الحرارة وفوائدها المرتبطة، مما يثير اهتمامًا متزايدًا وجهودًا بحثية.بينما شهدت السنوات السابقة (2010-2016) عددًا منخفضًا نسبيًا من المنشورات، مع نطاق منفي عام 2010 إلىفي عام 2016، زيادة خطية كبيرةتمت ملاحظته في جميع أنحاء العالم بعد عام 2016 مع ( ) في عام 2017، بلغ ذروته عند في عام 2022. بشكل عام، تشير الاتجاهات إلى زيادة الاهتمام والنشاط البحثي لاستخدام البنية التحتية الخضراء والزرقاء في التخفيف من حرارة المدن والفوائد المرتبطة بها. من المحتمل أن يكون الذروة في عام 2022 ناتجة جزئيًا عن جائحة فيروس كورونا 2019، حيث فرضت العديد من الدول عمليات إغلاق وقيود على الحركة، مما زاد من الوعي بالفوائد وحفز البحث في البنية التحتية الخضراء والزرقاء.
تمت دراسة الاتجاهات المكانية لدراسات GBGI بدقة لتقييمها بشكل منهجي والمساعدة في تحديد المناطق الجغرافية ذات التركيزات البحثية المتنوعة وتوزيع دراسات GBGI، مع التركيز على فعاليتها ضد الحرارة في مناطق عالمية مختلفة (الشكل 2). تقدم هذه التحليل رؤى حول الاحتياجات الإقليمية المحددة، والممارسات الفعالة، وإمكانية نقل الحلول عبر مواقع مختلفة. نشأت معظم دراسات GBGI من آسيا (51.1%)، وبشكل رئيسي من الصين (29.95%)، تليها أوروبا (30.4%)، وأستراليا (7.5%)، وأمريكا الشمالية (7.0%). تم إجراء عدد أقل بكثير من الدراسات في أمريكا الجنوبية (1.8%)، وأفريقيا (1.8%)، وأوقيانوسيا (نيوزيلندا، 0.4%) (الشكل 2). يمكن أن يُعزى انتشار GBGI في آسيا وأوروبا (81%) إلى عوامل متنوعة.
نوع GBGI المدروس اختلف عبر القارات. على سبيل المثال، في آسيا، الأراضي الرطبة ( ) والحدائق ( ) كانت الأنواع الأكثر دراسة من GBGI لمكافحة ارتفاع درجات الحرارة في المدن. بالمقابل، كانت التدابير الأكثر شيوعًا في أوروبا هي الأشجار في الشوارع (18.8%)، والجدران الخضراء (15.9%)، والأسطح الخضراء (13.0%) (الشكل 2). في أستراليا، كانت دراسات الجدران الخضراء بارزة (17.6%)، إلى جانب ري الحدائق الخلفية، والحدائق العامة، والأشجار في الشوارع، والأسطح الخضراء، التي تشكلمن إجمالي دراسات GBGI. في أمريكا الشمالية، شكلت الحدائق (31.3%)، وأشجار الشوارع (18.8%)، والأراضي الرطبة (12.5%) حواليالتدخلات المتعلقة بـ GBGI الموصوفة. من المحتمل أن تنبع الفجوة في أنواع GBGI المدروسة عبر القارات من السياقات الإقليمية المتنوعة، وظروف المناخ، وأولويات التخطيط الحضري. يعكس ذلك الاحتياجات البيئية المتنوعة والتحديات الحضرية الخاصة بكل قارة، مما يشكل التركيز على أنواع مختلفة من تدخلات GBGI الأكثر ملاءمة لمواجهة ارتفاع درجات الحرارة الحضرية في مناطقها المعنية. على سبيل المثال، في آسيا، فإن التطوير الواسع لـ GBGI (المستنقعات، والحدائق، والمساحات الخضراء) هو استجابة للتحديات التي تطرحها التحضر السريع، والتفضيلات الثقافية التي تعطي الأولوية للمناطق الخضراء للأنشطة المجتمعية،وأهداف بيئية تركز على الحفاظ على التنوع البيولوجي، وتحسين جودة الهواء، والتخفيف من تأثير الجزر الحرارية الحضرية.تُعطي المبادرات الحكومية في الدول الآسيوية الأولوية لإنشاء حدائق كبيرة كجزء من التخطيط الحضري والسياسات البيئية.يعكس نهجًا شاملاً لمعالجة التحديات المرتبطة بالتنمية الحضرية. في أوروبا، تتضمن استراتيجيات GBGI أساليب متنوعة، مثل دمج البنية التحتية الخضراء في المناطق الحضرية، وتنفيذ مشاريع استعادة الأنهار لتحسين جودة المياه، واعتماد ممارسات الزراعة البيئية والزراعة المستدامة، والتأكيد على الحفاظ على التنوع البيولوجي من خلال المناطق المحمية وشبكات ناتورا 2000. تتماشى هذه الاستراتيجيات مع الأهداف البيئية الأوسع للاتحاد الأوروبي، ولا سيما مشاريع أفق 2020 والصفقة الخضراء الأوروبية.من المثير للاهتمام أن هذا يظهر زيادة في الاهتمام بتطبيق فوائد التخفيف من الحرارة التي توفرها GBGI في القارات ذات الدخل المنخفض والدخل المتوسط الأدنى، والتي تعتبر أقل تطورًا وذات كثافة سكانية عالية مثل آسيا وأفريقيا (إجمالي 52.9%). بالمقارنة، أظهرت القارات الأكثر تطورًا مثل أوروبا وأستراليا وأمريكا الشمالية (إجمالي 44.9%) عددًا أقل ولكن مشابهًا من الدراسات. قد يُعزى التفاوت في تمثيل أبحاث GBGI من قبل قارات مختلفة إلى عوامل متعددة، مثل توفر الموارد للبحث، والأولويات الإقليمية المتنافسة المختلفة، والتحديات الاجتماعية والاقتصادية، ونقص الوعي بفوائد GBGI، وعدد المؤسسات الأكاديمية أو البحثية القائمة التي تركز على أبحاث GBI.بدأت أفريقيا وأمريكا الجنوبية في إبداء بعض الاهتمام بأبحاث GBGI لتخفيف حرارة المدن. ويليامز وآخرون.أبلغت عن فعالية الاستجابات التكيفية لتغير المناخ في أفريقيا، ووجدت أن أقل عدد من الإجراءات تم الإبلاغ عنها للمدن، مع وجود فقط معدل الاستجابة.
أنواع تدخلات GBGI
تُلخص الشكل S4A عدد الدراسات المتاحة لكل نوع من أنواع GBGI، والدراسات المقابلة لكل من الأنواع العشرة من GBGI موضحة في الأشكال S3B و S4B. أكثر من ثلاثة أرباع (75.7%) من جميع الدراسات ركزت على أربعة أنواع فقط من GBGI: البنية التحتية الخضراء المُنشأة على البنية التحتية الرمادية. )، ميزات وطرق GI الخطية ( ) ، الحدائق ( )، والمسطحات المائية ( ). النسبة المتبقية البالغة 24.2% من الدراسات ركزت على ست فئات أخرى من البنية التحتية الخضراء والزرقاء: الحدائق (5.5%)، مناطق حضرية غير مغلقة أخرى (4.9%)، البنية التحتية الهجينة للمياه (4.9%)، مساحة عامة أخرى ( مختلط ) ومناطق الخدمات ( ). من بين فئات GBGI المدروسة، الجدران الخضراء ( الأسطح الخضراء )، أشجار الشوارع ( ) والحدائق (9.9%) كانت الأكثر دراسة (41.6% من الإجمالي). كانت الفئات الفرعية الثانية الأكثر دراسة (46.0%) من GBGI تشمل الغابات، والبحيرات، والأراضي الرطبة، والأرصفة القابلة للاختراق، والبرجولات (مع النباتات)، والأسوار، والغابات النهرية، والحدائق النباتية، وحواف الطرق، والحدائق الصغيرة، والشرفات. كانت الفئات الأقل دراسة (12.4%) تشمل الحدائق الخاصة، والفناءات المروية، وحقول الرياضة، وملاعب الأطفال، وحقول الجولف، والمساحات المفتوحة المشتركة، والمقابر، والحدائق المخصصة، والمزارع الحضرية، والمساحات العامة المعتمدة، والأرصفة القابلة للاختراق، وبرك التخفيف، والخزانات، والأراضي الشجرية، والعشب. يبرز هذا التوزيع للتركيز البحثي على أنواع مختلفة من GBGI عدم المساواة في الانتباه إلى فئات معينة ويؤكد الحاجة إلى مزيد من البحث الشامل عبر أنواع مختلفة من GBGI لضمان فهم متوازن لتأثيراتها البيئية وفوائدها.
أثر المعلمات المختلفة على كفاءة التبريد لنظام GBGI تحت مناطق مناخية مختلفة
المناطق المناخية المصنفة حسب كوبنتشمل مجموعة من الظروف البيئية التي تشكل خصائص مناطق مختلفة حول العالم. في هذا التصنيف، هناك خمس مناطق مناخية رئيسية و30
الشكل 2. التوزيع الجغرافي للأوراق التي تم مراجعتها بناءً على عدد فئات GBGI، وموقعها (خط العرض وخط الطول) حسب القارة وعدد المنشورات حسب السنة. الرقم في القرص المغناطيسي والرسم البياني الشريطي يظهر عدد ونسبة الفئات الفرعية وأنواع GBGI في كل قارة.
أنواع فرعية. نظرًا لأن موجات الحرارة ليست مشكلة في المناخ القطبي، الذي يتميز بدرجات حرارة شديدة البرودة، لم يتم استرجاع أي تدخلات من GBGI من هذه المنطقة المناخية (الشكل S5). لذلك، فإن GBGI المقدم في هذه الدراسة يغطي فقط 4 مناطق مناخية رئيسية و18 نوعًا فرعيًا. تم العثور على أمثلة ملحوظة (الجدول S4) في التحليل لمناخات محددة. الغالبية ( ) من GBGI وُجدت في المناطق المعتدلة ( ) والمناطق المناخية القارية (20%)، التي تشمل فئات مثل Cfb وCfa وCwa وDwa، والتي تتميز بصيف دافئ وحار وممطر (الشكل S2). ضمن هذه الفئات المناخية، كانت الهياكل مثل GI على البنية التحتية والحدائق والميزات والخطوط الخطية هي الأكثر استخدامًا، بينما تقع الـ 13% الأخرى من GBGIs في المناطق المناخية الاستوائية (Aw، Af) والجافة (BWh، BSh). في المناخات المعتدلة (Cfa وCfb الفرعية)، كانت الأراضي الرطبة والحدائق الأكثر فعالية في التبريد بسبب التبخر والنتح، والظل، والمسطحات المائية، وتأثير المساحات الخضراء، مما يقلل درجات الحرارة بحوالي (الشكل S5). أظهرت الأراضي الرطبة تبريدًا فعالًا على المقياس المتوسط، غالبًا في محيط طبيعي – بينما تفوقت الحدائق في التبريد على المقياس الصغير، خاصة بالقرب من المناطق المبنية، مما يبرز الدور الحاسم للأراضي الرطبة والحدائق في البنية التحتية الخضراء الحضرية للمناخات المعتدلة.
بالنسبة للمناخات القارية (المناخ الفرعي Dfb)، كانت الجدران الخضراء والحدائق النباتية فعالة بشكل ملحوظ، حيث حققت تبريدًا يقاربقريبًا، من المحتمل أن يكون ذلك بسبب تأثيرها المحلي (الشكل S5). تم ملاحظة فعاليتها بشكل رئيسي على المقياس الدقيق ولكن ليس على المقياس المتوسط و/أو الكبير. ومع ذلك، أظهرت الحدائق أيضًا تبريدًا فعالًا على المقياس المتوسط بسبب حجمها الأكبر وتغطيتها الأوسع، مما يسمح لها بممارسة تأثير أكبر على منطقة أوسع، وبالتالي تُظهر أداءً أفضل في التبريد في بيئة المقياس المتوسط مقارنةً بأنواع GBGI الأخرى. أظهرت الأسطح الخضراء، الواقعة ضمن مزيج من المناطق المبنية والطبيعية، وحدائق النباتات المراقبة داخل وخارج المناطق المبنية، تبريدًا ملحوظًا في مناخ دوي الفرعي للمناخات القارية بكفاءة تبلغ حواليبسبب قدرتها على توفير العزل، وتقليل امتصاص الحرارة، ودعم التبخر
الشكل 3. مخطط انتشار كفاءة تبريد GBGI مخطط انتشار كفاءة تبريد GBGI في مناطق المناخ المختلفة ووفقًا لكثافة السكان (A)، مساحة المدينة (B)، النسبة: مساحة GBGI/مساحة المدينة (C)، الارتفاع (D)، والمقياس الزمني للتبريد (E).
تمت المقارنة والمناقشة مقابل كثافة السكان، مساحة المدينة، الارتفاع، ومدة الدراسة الزمنية (الأشكال 3 و S6؛ الجدول S5).
كثافة السكان. بالنسبة لـ GBGIs المدروسة، تتراوح كثافة السكان من 0.05 إلىمع قيمة ارتباط تبلغ 0.02 وقيمة p تبلغ 0.7 لأداء التبريد. تشير الأداء الأمثل لإدارة الحرارة الذي لوحظ في المدن ذات الكثافة السكانية المنخفضة إلى توازن بين التنمية الحضرية واستراتيجيات التبريد المستدامة.أظهرت الدراسات التي أجريت في المناخات الاستوائية ذات الكثافة السكانية الحضرية العالية فعالية تبريد منخفضة نسبيًا (الشكل 3A). في المناخات الجافة، مثل تلك الموجودة في المناطق المتوسطية، تصبح أهمية BI بالغة الأهمية بسبب الظروف الأقل ملاءمة لـ GI.لذا، قد تعتمد فعالية GBGI في هذا المجال على استراتيجيات إدارة المياه. إن فهم العلاقة المعقدة بين كفاءة التبريد وكثافة السكان ومناطق المناخ أمر ضروري لتكييف استراتيجيات التنمية الحضرية المستدامة التي تتناسب مع الخصائص الفريدة لمناطق مختلفة.
GBGI مقابل المناطق الحضرية. أظهرت المناطق الحضرية الأكبر، خاصة في المناخات القارية والجافة والمعتدلة، ارتباطًا إيجابيًا مع تأثيرات التبريد الملحوظة. (الشكل 3B)، مما يشير إلى إمكانيات كبيرة لتنفيذ GBGI. في المناخات الجافة، يزيد الامتداد المكاني للمناطق الحضرية الكبيرة من الفرص لتنفيذ GBGI، مثل الأسطح الخضراء والأرصفة القابلة للاختراق، تعزيز كفاءة التبريد المتوسطة إلىكانت تدخلات GBGI في المناخات الاستوائية محصورة بشكل أساسي في المناطق الحضرية الصغيرة، حيث وصلت إلىكفاءة التبريد في المتوسط. وهذا يشير إلى الإمكانية للتوسع إلى نطاقات أكبر لتحقيق فوائد تبريد أكثر أهمية. تقدم المناخات الاستوائية تحديات مميزة لتنفيذ GBGI في المناطق الحضرية الكبرى، حيث قد تكون بعض تدخلات GBGI محصورة في البداية في مساحات حضرية أصغر بسبب ارتفاع الرطوبة وهطول الأمطار الغزيرة.ومع ذلك، فإن الإمكانية للتوسع إلى نطاقات أكبر تشير إلى احتمال وجود فوائد تبريد كبيرة في المناخات الاستوائية. الشكل 3C يقدم مقارنة بين منطقة GBGI ومنطقة المدينة المدروسة، عمليات التبريد، خاصة في مثل هذه الظروف المناخية الخاصة.في المناخات الجافة (تحت مناخ BWh)، كانت الحدائق الجيبية والمناطق الرطبة الأكثر فعالية، حيث خفضت درجات الحرارة على المقياس الدقيق بـ و (الشكل S5) على التوالي، مما يسمح بتأثير تبريد مركز للـ GI ضمن ظروف بيئية جافة.تم تحقيق الكفاءة العالية لحدائق الأسطح في المناخات الاستوائية (المناخ الفرعي أف) حتى حواليالتبريد. يعود ذلك بشكل أساسي إلى تأثيرها المحلي على المقياس الدقيق، خاصة عندما تكون موجودة داخل أو على سطح المباني في المناطق ذات الكثافة العمرانية العالية.في الختام، تؤكد التباين في فعالية GBGI عبر مناطق المناخ على الحاجة إلى استراتيجيات محددة لكل منطقة. علاوة على ذلك، كانت فعالية GBGI في التبريد الحضري مرتبطة بـ مع نسب كفاءة التبريد تتراوح من 0.0009 إلى 0.95. قيمة الارتباط (r) هي 0.02، مع قيمة p تبلغ 0.8. تشير النسبة الأصغر إلى تقليل مساحة GBGI مقارنة بمساحة المدينة، حيث لوحظ تأثير التبريد الأكثر أهمية بالنسبة للنسب التي تقل عن 0.3، وهو ما يتضح بشكل خاص في المناطق الاستوائية. وهذا يدل على الأداء الأمثل لـ GBGI على المقياس الدقيق، مما يشير إلى إمكانية توسيع تدخلات GBGI عبر سياقات مناخية مختلفة لتغطية كامل مساحة المدينة. العلاقة الملحوظة بين مساحة GBGI إلى مساحة المدينة/النسبة وكفاءة التبريد تتماشى مع الأبحاث السابقة في علم المناخ الحضري.المفهوم الذي يشير إلى أن النسبة الأصغر، تشير إلى GBGI أقل من 0.2يمكن أن يوفر توزيع تبريد فعال،يؤدي إلى تبريد أكبر تتوافق الفوائد مع فكرة أن وجود المساحات الخضراء المحلية وتوفير الظل يمكن أن يكون له تأثير كبير على تنظيم المناخ المحلي.تتجلى أهمية تأثيرات التبريد المعززة في المناطق الاستوائية، خاصة عندما ينخفض نسبة مساحة منطقة البنية الخضراء إلى مساحة المدينة عن 0.3، مما يتماشى مع الأبحاث التي تؤكد فعالية البنية الخضراء في المناخات الاستوائية.تشير هذه النتائج إلى أن الفوائد المناخية الدقيقة الناتجة عن تدخلات البنية التحتية الخضراء في المدن تكون ملحوظة بشكل خاص في المناطق التي تكون فيها الحاجة إلى تخفيف الحرارة أكثر حدة. وعلى العكس من ذلك، فإن الكفاءة المتناقصة في التبريد التي لوحظت مع زيادة حجم المدينة في المناطق المعتدلة تتوافق مع الدراسات التي تسلط الضوء على التحديات المتعلقة بتوسيع البنية التحتية الخضراء في المناطق الحضرية الأكبر. الـ النسبة المئوية التي تصل إلى نسبة تبريد تبلغ 0.52 في المناطق المعتدلة تؤكد التحديات التي تطرحها التمدد الحضري والصعوبة في الحفاظ على توازن بين التنمية الحضرية والاستدامة البيئية. الارتفاع. لوحظ تأثير تبريد كبير يصل إلى ارتفاع 500 متر عبر مناخات مختلفة (الشكل 3D). يتراوح الارتفاع من 0 متر إلى فوق مستوى سطح البحر، مع قيمة ارتباط تبلغ 0.02 وقيمة p تبلغ 0.8. ومع ذلك، لم يؤدِ الارتفاع الإضافي في الارتفاع إلى زيادة لاحقة في كفاءة التبريد لـ GBGI. أشارت الأبحاث السابقة إلى أن الارتفاع العالي مرتبط على الأرجح بتأثير تبريد قوي للمساحات الخضراء الحضرية، ولكن يجب إجراء مزيد من الأبحاث لتأكيد النتائج.تأثير الارتفاع على التبريد من خلال التدخلات الحضرية، بما في ذلك GBGI، معقد بسبب العديد من العوامل. تنخفض الرطوبة مع الارتفاع، وفي المناخات الأكثر جفافًا يكون تأثير التبريد لـ GBGI أقوى.تنخفض درجة الحرارة أيضًا مع الارتفاع، لذا فإن البيئات الحضرية في المناطق الجبلية تكون أكثر برودة بشكل عام. على النقيض من ذلك، فإن الإشعاع الشمسي الهابط (الإشعاع) يزداد مع الارتفاع، حيث يتم امتصاصه بواسطة السحب وأنواع أخرى في الغلاف الجوي.لذا فإن المباني والأسطح الحضرية الأخرى في الارتفاعات العالية تتلقى تسخينًا مباشرًا من الشمس أكثر من تلك الموجودة على مستوى سطح البحر. ستختلف العامل السائد أو النتيجة الصافية من مكان لآخر وستعتمد على التضاريس المحلية وظروف المناخ التي تقدم أيضًا تباينًا.يجب أن تأخذ التخطيط الحضري وجهود التخفيف من آثار المناخ في الاعتبار ارتفاعات الأماكن لإدارة الحرارة من قبل GBGI.ندرة المياه في المناخات الجافة تطرح تحديات لتبريد المدن المستدام الذي يتضمن البنية التحتية الخضراء والزرقاء. هنا، قد يؤثر الارتفاع على توفر موارد المياه لعناصر البنية التحتية الخضراء والزرقاء، مما يؤثر على الفعالية العامة لها. بينما قد يوفر الارتفاع راحة من الحرارة في المناخات الاستوائية الحارة والرطبة، قد يعتمد نجاح تنفيذ البنية التحتية الخضراء والزرقاء على عوامل مثل انتشار الغطاء النباتي ومسطحات المياه.
المقياس الزمني. عند فحص المقياس الزمني للتبريد، تراوحت مدة تأثيرات التبريد المبلغ عنها، من بضع مئات من الأيام إلى حوالي 800 يوم، مع وجود الغالبية تحت 100 يوم. العلاقة بين كفاءة التبريد والمقياس الزمني هي 0.08، معقيمة 0.3. تُظهر العلاقة بين المقياس الزمني وكفاءة التبريد ارتباطًا ضعيفًا، مع تشتت نقاط البيانات حول القيمة المتوسطة 136.1 يومًا. بالنسبة للمناخات القارية والجافة والمعتدلة، فإن متوسط كفاءة التبريد المبلغ عنها لـ GBGI هو تقريبًاعلى مدى فترة مراقبة تتراوح تقريبًا بين 100-200 يوم وفقًا للمدة النموذجية لفصل الصيف أو أكثر الفصول حرارة في هذه المناطق المناخية، والتي تستمر من 3-5 أشهر. أظهرت البنى التحتية الخضراء مثل الحدائق والأسطح الخضراء والجدران الخضراء كفاءة تبريد مثالية ضمن هذه الفترات الزمنية، مما يبرز أهمية مراعاة الظروف المناخية في تصميم وتخطيط مثل هذه التدخلات.وبالمثل، بالنسبة لمنطقة المناخ الاستوائي، فإن متوسط كفاءة التبريد المبلغ عنها لمؤشر كفاءة التبريد الأخضر هو تقريبًاتمت المراقبة على مدى حوالي 75 يومًا صيفيًا/حارًا (الشكل 3E). علاوة على ذلك، يظهر كفاءة التبريد ارتباطًا أفضل مع المناخات الاستوائية، مع معامل ارتباط قدره 0.3، على الرغم من أنه ليس ذا دلالة إحصائية.
تمت ملاحظة الدراسات التي أجريت لفترات أطول بشكل رئيسي في المناخات المعتدلة وبعض المناخات الجافة. ومن الجدير بالذكر أن كفاءة GBGI بدت تتناقص عندما تم دراستها لأكثر من 400 يوم. قد يكون ذلك بسبب تدهور صحة GBGI بعد الصيف. في المناخات الجافة أو القاحلة، يمكن أن تحد حلول GBGI الموفرة للمياه من العوائق في صحة GBGI الناتجة عن مشاكل توفر المياه. على وجه الخصوص، يصبح الجمع بين البنية التحتية الرمادية التي تدعم الحفاظ على المياه وGI المقاوم للجفاف أمرًا بالغ الأهمية للتبريد المحلي في المناطق التي تعاني من نقص المياه.
تكشف هذه التحليل الشامل أن فعالية GBGI في تبريد المدن تختلف بشكل كبير بناءً على المناطق المناخية وكثافة السكان ومساحة المدينة والارتفاع ومدة الدراسة الزمنية. تشير النتائج إلى تفضيل تدخلات GBGI في المدن ذات الكثافة المنخفضة والمساحات الأكبر، مما يظهر إمكانيات التوسع وزيادة فعالية GBGI، خاصة في المناطق الاستوائية عند توسيعها لتغطية مساحات أكبر من المدينة. القيود في تسليط الضوء على المناطق الرئيسية للبحث المستقبلي والاعتبارات في تنفيذ GBGI لاستراتيجيات تبريد المدن، وذلك بسبب الكثافة السكانية في البيئات الحضرية وانخفاض الفعالية على المدى الزمني الطويل.
المنافع والمساوئ المشتركة لتدخل GBGI
تظهر الأشكال 4A-4C توفر الدراسات استنادًا إلى تصنيف قائم على أدلة من ست نقاط حول الفوائد المشتركة والأضرار، على التوالي. تمتلك تدخلات البنية التحتية الخضراء والزرع (GBGI) القدرة على تقديم فوائد مشتركة متعددة، تشمل، على سبيل المثال، إدارة مياه الأمطار، وتخزين الكربون، وتحسين جودة الهواء ومرونة المدن تجاه المخاطر مثل ارتفاع درجة حرارة المدن. ومع ذلك، قد يكون لدى GBGI أحيانًا أضرار (مثل الاستبعاد الاجتماعي، وزيادة حبوب اللقاح، أو البعوض، إلخ) أيضًا، وقد تم عكس هذه التأثيرات المزدوجة في الدراسات التي تم مراجعتها.تم الإبلاغ عن الفوائد المشتركة لـالدراسات، بينماكما أبلغت عن الفوائد المحتملة المرتبطة بتنفيذ GBGI لتخفيف الحرارة. كانت الأشجار في الشوارع هي الأكثر نشرًا. ) الإبلاغ عن الفوائد المشتركة، تليها الأسطح الخضراء ( )، الأراضي الرطبة ( ” ) وحدائق نباتية (تدابير أخرى مثل الحواجز، والجدران الخضراء، والحدائق الصغيرة، وحدائق الأمطار أبلغت أيضًا عن فوائد مشتركة تتجاوز تخفيف الحرارة، على الرغم من حدوث ذلك في حالات أقل.
تم الإبلاغ عن عيوب معينة لبعض البنية التحتية الخضراء والبنية التحتية الخضراء الحضرية، مثل الملاعب، وأشجار الشوارع، والأسطح الخضراء، بما في ذلك ارتفاع تكاليف الصيانة، والنزاعات الناجمة عن استخدام الأراضي، والعواقب البيئية غير المقصودة. على سبيل المثال، يمكن أن تحد الأشجار المزروعة بكثافة من انتشار الهواء، مما قد يزيد من مستويات التلوث في ظروف معينة.بينما يمكن لبعض النباتات أن تسبب ردود فعل تحسسية مرتبطة بالحبوب.كان حجم المنشورات التي تناقش العيوب الملحوظة أقل بكثير من تلك التي تبرز الفوائد المشتركة، مما يشير إما إلى أن الفوائد العامة لاستخدام GBGI في التخفيف من الحرارة تفوق بشكل كبير أي نتائج سلبية محتملة، أو أن هناك تحيزًا في الأدبيات نحو التركيز على الآثار الإيجابية لـ GBGI، مع إغفال الآثار غير المرغوب فيها المحتملة.هناك حاجة إلى مزيد من البحث حول التقييم والرصد لتحديد الفوائد والمساوئ المركبة والمترابطة للبنية التحتية الخضراء والزرقاء وضمان أن تكون أي خيارات تنفيذ قائمة على الأدلة وتتبنى نهجًا شاملاً لتعظيم فوائدها المتعددة الوظائف.
تحديد فعالية تبريد GBGI
تم تقييم فعالية فئات GBGI الفرعية المختلفة في التخفيف من ارتفاع درجات الحرارة الحضرية في أربع فئات دراسية منفصلة: المراقبة في الموقع، النمذجة، الاستشعار عن بعد، ومجموعة من تقنيات المراقبة والنمذجة. تم تقييم كفاءتها من حيث تقليل درجة الحرارة. ) بالدرجات المئوية، مع فترات الثقة الدنيا (LCIs) وفترات الثقة العليا (UCIs) نتيجة لتدخل GBGI مقابل حالة مرجعية (بدون تدخلات GBGI). طوال الورقة، تركز دراسات المراقبة والنمذجة في الموقع بشكل أساسي على درجة حرارة الهواء، بينما تركز دراسات الاستشعار عن بعد (RS) على درجة حرارة سطح الأرض (LST). تُستخدم هذه المصطلحات بشكل متسق لتمثيل درجة الحرارة في الورقة. في النصوص اللاحقة، يتم الإبلاغ عن درجة حرارة النهار في الجدول S6 وتُعرض الفروقات المقابلة في درجة حرارة الليل في الأشكال S7A-S7C. تم تصنيف كفاءة تقليل درجة حرارة الليل لفئات GBGI الفرعية (الشكل S7B) حسب نوع المنهجية (المراقبة، النمذجة، و/أو RS مع المتوسطات) المستخدمة لكفاءة التبريد المبلغ عنها. بركة التخفيف (المراقبة، تقريباًالتبريد) وحديقة السطح (مراقبة، نموذجية، ومُستشعَرة عن بُعد، تقريبًاالتبريد) أبلغ عن أكثر أنظمة التبريد كفاءة في الليل. تم الإبلاغ عن أعلى مستوى من التبريد بواسطة طرق RS بسبب قياس درجة حرارة سطح الأرض بدلاً من درجة حرارة الهواء، تليها المراقبة، النمذجة، وتركيباتها. بركة التخفيف (المراقبة، تقريباًالتبريد) وحديقة السطح (مراقبة، نموذجية، وRS، تقريباًالتبريد) أبلغ عن أكثر أنظمة التبريد كفاءة في الليل. تم ملاحظة أكثر أنظمة التبريد فعالية من قبل RS، تليها المراقبة، النمذجة، وتركيباتها. تم حساب الـ يتم تنفيذ LCIs و UCIs باستخدام -التوزيع، الذي يناسب الحالات التي تتضمن أحجام عينات صغيرة نسبيًا.
المراقبة في الموقع. تتضمن المراقبة في الموقع استخدام معدات أو حساسات موضوعة مباشرة في البيئة الطبيعية لجمع بيانات درجة حرارة الهواء بشكل مستمر أو دوري دون التسبب في إزعاج للمواضيع أو المحيط.نصف الدراسات ) أبلغت عن أدلة من المراقبة المستندة إلى الموقع، مما يشير إلى هيمنة تقييم التخفيف من الحرارة القائم على الملاحظة لجي بي جي آي. تم تقييم دراسات المراقبة لفعالية مجموعة واسعة من أنواع جي بي جي آي ( ) مقارنة مع
الشكل 4. عدد الدراسات تحت كل فئة من فئات GBGI (A) تصنيف قائم على الأدلة من ست نقاط لعدد الدراسات تحت كل فئة من فئات GBGI، (B) الفوائد المشتركة، (C) الأضرار، و(D) التدخلات المتعددة لـ GBGI ضمن الفئة الرئيسية لـ GBGI لتخفيف الحرارة. تشير الخلايا الرمادية إلى أنه لم يتم العثور على أدلة في قاعدة البيانات عبر الإنترنت (الجدول S3).
النمذجة )، المراقبة والنمذجة المختلطة ( )، و RS ( ) في الشكل 5 أ. استنادًا إلى عدد المنشورات في كل مقياس تصنيف، أظهرت الجدران الخضراء، والأسطح الخضراء، والأراضي الرطبة، والحدائق، وأشجار الشوارع كفاءة عالية إلى متوسطة في خفض درجة حرارة الهواء بنسبة تصل إلى ، ، و ، على التوالي (الشكل 5 ب). تُصنف الفئات الفرعية الأخرى من GBGI، مثل الحدائق الجيبية، والشرفات المزروعة، وحدائق الأسطح، والغابات، على أنها من الفئة المتوسطة، حيث تقدم انخفاضات ملحوظة في درجات الحرارة تتراوح منإلى. علاوة على ذلك، فإن بعض أنواع GBGI، مثل البحر، والحلول المختلطة، وحواف الطرق، والغابات النهرية، قدمت مستويات منخفضة نسبيًالإدارةكفاءة التبريد، مع درجة عالية من عدم اليقين ). ويُعزى ذلك على الأرجح إلى حجم العينة الصغيرة ومستوى الثقة المنخفض الناتج عن هذه النتائج. وعلى العكس، فإن أنواع GBGI مثل حدائق الأمطار وبرك التخفيف قدمت أعلى تخفيض في درجة الحرارة.. ومع ذلك، فإنها مرتبطة بقدر عالٍ من عدم اليقين بسبب المعلومات المحدودة جدًا الموجودة ضمن الفئات ذات توافر البيانات المنخفض. بشكل عام، قدمت البيانات المستندة إلى المراقبة مستوى معتدل من الثقة ( ). باختصار، وُجد أن الجدران الخضراء، والأسطح الخضراء، والأراضي الرطبة، والحدائق، وأشجار الشوارع كانت الأكثر فعالية في تخفيف الحرارة مقارنة بتلك التي أظهرت كفاءة أقل مثل الحلول المختلطة، وحواف الطرق. ومع ذلك، فإن الثقوب- تظهر نتائج الأداء تباينًا كبيرًا، كما يتضح من فترات الثقة الخاصة بها (الشكل 5B) وعدد المنشورات المتاحة (الشكل 4A). يعتمد هذا التباين على العديد من العوامل الخاصة بالدراسة، مثل الظروف المناخية المحلية، وأنواع البنية التحتية الخضراء والبيئية وتصميمها وصيانتها، بالإضافة إلى التوزيع غير المتساوي للدراسات لكل نوع من أنواع البنية التحتية الخضراء والبيئية. لذلك، هناك حاجة إلى تفسير حذر عند إجراء أي مقارنات مباشرة.
النمذجة. تقريبًا من الأدبيات التي تم مراجعتها استخدمت نهج النمذجة لتقييم كفاءة مختلف أنظمة البنية التحتية الخضراء الحضرية ضد الحرارة. كانت زراعة الأشجار على طول الشوارع هي الفئة الأكثر فعالية من أنظمة البنية التحتية الخضراء الحضرية، حيث أظهرت نتائج النمذجة انخفاضًا في درجة الحرارة قدره مع عدم اليقين المنخفض نسبيًا (CI، ). وبالمثل، تعرض الحدائق الجيبية، والأسوار، والفناءات المروية، والأراضي الرطبة، والمساحات العامة المعتمدة، والمساحات المفتوحة المشتركة، وحواف الطرق، والجدران الخضراء، وحدائق الأمطار، والحدائق، والبحيرات، والأرصفة القابلة للاختراق، والأسطح الخضراء مجموعة من نماذج تقليل درجة حرارة الهواء، تتراوح من إلى (الشكل 5C). أظهرت الفئات الأخرى من GBGI، مثل حدائق الأسطح، البحر، الأسطح الخضراء، الرصف القابل للاختراق، الحدائق، البحيرات، حدائق الأمطار، والجدران الخضراء، انخفاضًا أقل في درجة الحرارة، يتراوح من إلىأظهرت الشرفات المزروعة أكبر انخفاض في درجة حرارة الهواء، مع انخفاض قدره. ومع ذلك، كان هناك عدد محدود فقط من المنشورات المتاحة ( ) لهذا الاستنتاج.
الشكل 5. أداء جميع الفئات الفرعية لـ GBGI (A) تمثيل مبعثر يظهر أداء جميع الفئات الفرعية لـ GBGI التي تم تقييمها من 202 ورقة من خلال المنهجيات التالية في المنشورات المراجعة: (B) المراقبة في الموقع، (C) النمذجة العددية، (D) المراقبة والنمذجة العددية (MM)، (E) RS، و(F) الأداء العام مع وبدون RS (متوسط a-d) لكل من فئات GBGI. تمثل أشرطة الخطأ في جميع الرسوم البيانيةتم حساب s و UCIs باستخدام اختبار t. لا ينطبق CI على الفئات الفرعية لـ GBGI ذات توفر النشر المنخفض جدًا. البيانات المقدمة أعلاه من الدراسات الفردية ملخصة في الجدول S3.
توفر البيانات المستندة إلى النماذج مستوى ضيق نسبيًا من الثقة (Cl، حوالي 0 إلى عند تقييم فعالية تدابير GBGI في خفض درجات حرارة الهواء. قد يُعزى ذلك إلى استخدام نماذج تعمل مع مجموعات بيانات مستخرجة لتقييم الحرارة، والتي تعوض عن القيود الناجمة عن التغطية المحدودة والتوزيع غير المتساوي للبيانات من محطات الطقس وشبكات المراقبة. ومع ذلك، من الضروري التحقق من صحة هذه النماذج ومعايرتها باستخدام بيانات رصدية لضمان الدقة، وتحديد التحيزات، وأخذ عدم اليقين في الاعتبار. من خلال دمج البيانات المستندة إلى النماذج مع بيانات المراقبة، يمكن تحقيق تقييم أكثر شمولاً وقوة لتخفيف الحرارة. يتضمن مراقبة درجة الحرارة المعتمدة على نظام RS استخدام أجهزة استشعار فضائية أو جوية لقياس ومراقبة تقلبات درجة الحرارة على مناطق واسعة. حواليمن إجمالي الأدبيات التي تم مراجعتها، تم الإبلاغ عن مستويات متفاوتة من الكفاءة لمختلف GBGI في تقليل درجة حرارة السطح خلال الأيام الحارة جداً باستخدام تقنيات الاستشعار عن بعد. من بين 16 نوعًا من GBGI التي تم دراستها من خلال الاستشعار عن بعد، أظهرت الجدران الخضراء أكبر كفاءة، مع انخفاض في درجة حرارة السطح قدره (الأشكال 5A و 5E)؛ ومع ذلك، فإن عدم اليقين مرتفع جداً لأن ورقتين فقط تابعت الجدران الخضراء باستخدام تقنيات قائمة على الاستشعار عن بعد. وبالمثل، أظهرت الأشجار في الشوارع، والأسوار، وحدائق الأسطح، والأراضي الرطبة انخفاضات نسبية في درجة حرارة السطح. و ، على التوالي. تتأثر أكبر تقلبات في درجة حرارة سطح الأرض المبلغ عنها بالدقة المكانية لأن منصات الاستشعار عن بعد (خاصة الأقمار الصناعية) تلتقط البيانات على مقاييس مكانية أكبر، مما قد يشمل مزيجًا من أنواع تغطية الأراضي المختلفة.نتيجة لذلك، يمكن أن يؤدي دمج قيم درجات الحرارة من أسطح مختلفة، بما في ذلك المناطق الحضرية الساخنة أو الأسطح المعرضة، إلى قراءات أعلى لدرجات الحرارة المتوسطة.لذلك، بينما توفر القياسات المعتمدة على الاستشعار عن بُعد تغطية واسعة وقدرة على تقديم معلومات مفصلة مكانيًا، يجب التحقق من دقتها ومعايرتها باستخدام القياسات الأرضية.
من المثير للاهتمام أن المبادرات المختلطة (الخضراء والزرقاء)، والحدائق المروية، والحدائق العامة، والمنتزهات، والغابات، وحقول الجولف، والغابات النهرية أظهرت مستويات متفاوتة من عدم الكفاءة في التبريد السطحي والهوائي، تتراوح منإلى (الأشكال 5 أ و 5E). على العكس من ذلك، أظهرت بعض GBGIs مثل الأسطح الخضراء كفاءات أقل مع قيم انخفاض درجة الحرارة من بسبب عوامل مثل رطوبة التربة وكثافة الغطاء النباتي.تشمل هذه العوامل، عمق التربة الضحل، وتوافر المياه المحدود، ومعدلات التبخر العالية،يمكن أن يحد من القدرة على التبريد للأسطح الخضراء.
أظهرت المراقبة المعتمدة على نظام RS أن البرغولات والجدران الخضراء أظهرت كفاءات أكبر في تقليل درجات الحرارة مع ظهور درجة عالية من عدم اليقين نتيجة العدد القليل من المنشورات المتاحة. ) في مقابل الأسطح الخضراء التي تظهر كفاءات نسبية أقل ( ) (الشكل 5E). بشكل عام، أظهرت دراسات الاستشعار عن بُعد أكبر انخفاضات مقارنةً بالمراقبة أو النمذجة أو مزيج منهما، وقدمت مستويات أعلى من عدم اليقين (كما هو موضح بواسطة Cl في الشكل 5E). كانت هذه النتيجة متوقعة، حيث إن دراسات الاستشعار عن بُعد تُبلغ في الغالب عن درجة حرارة سطح الأرض بدلاً من درجة حرارة الهواء المستخدمة في حالات أخرى. لتقليل عدم اليقين في أداء GBGI، من الضروري التحقق من صحة تقييمات الكفاءة المعتمدة على الاستشعار عن بُعد مقابل القياسات في الموقع.
الدراسات المجمعة (في الموقع، النمذجة، والاستشعار عن بعد). تشمل مراقبة درجة الحرارة المجمعة استخدام أكثر من طريقة (القياسات في الموقع، نمذجة درجة الحرارة، أو الاستشعار عن بعد) لمراقبة وتحليل تقلبات درجة الحرارة عبر مقاييس مختلفة، تتراوح من المستويات المحلية إلى العالمية.يوفر تقييمًا شاملًا ودقيقًا لكفاءة GBGI في تخفيف الحرارة، مع تقديم تغطية مكانية وزمنية، ورؤى متعددة الأبعاد، وجمع بيانات فعال من حيث التكلفة. تقريبًامن المنشورات التي تمت مراجعتها تناولت أساليب المراقبة والنمذجة المختلطة لتقييم كفاءة GBGI المختلفة في خفض درجة الحرارة (الأشكال 5A و5D). من بين 14 نوعًا من GBGI تم تقييمها من خلال هذه الطريقة، أظهرت الملاعب الرياضية أعلى كفاءةمع عدم اليقين العالي/Cl، مما يمثل توفرًا منخفضًا جدًا للمنشورات. فئات GBGI الفرعية الأخرى التي تظهر انخفاضًا قويًا جدًا في درجة الحرارة مع عدم يقين منخفض تشمل الغابات،
مثل الأسطح الخضراء، والجدران الخضراء، وحدائق الأسطح هي الميزات الأكثر شيوعًا التي تم تنفيذها على المقياس الصغير. الفئات المهيمنة الأخرى من GBGI على المقياس الصغير هي الحدائق ()، والميزات والمسارات الخطية (مثل أشجار الشوارع، 16%). تقدم GBGI مثل أشجار الشوارع، والحدائق، والأسطح الخضراء فوائد محلية للغاية، مباشرة، وفورية، بما في ذلك توفير الظل، وانخفاض درجات حرارة السطح، وتأثيرات التبريد المحلية، والمساحات الخضراء، وتحسين جودة الهواء، مما يساهم في بيئة أكثر صحة وقابلية للعيش في المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية حيث يكون تأثير جزيرة الحرارة أكثر وضوحًا.بالمقارنة مع التدخلات على المقياس المتوسط والمقياس الصغير، يمكن أن تكون هذه التدخلات على المقياس الصغير أسهل في التنفيذ وأكثر فعالية من حيث التكلفة، مما يجعلها خيارًا جذابًا للبلديات ذات القيود الميزانية، مما يسهل التنفيذ الواسع النطاق.تساعد التدخلات على المقياس الصغير أيضًا في تعزيز مشاركة المجتمع وقبوله، حيث إنها أكثر وضوحًا وفائدة فورية للسكان المحليين.قد يتأثر اعتماد GBGI المحدود على المقياس المتوسط () والمقياس الكبير () بالتحديات المتعلقة بتنفيذ المقياس الكبير، مثل توفر الأراضي، والتمويل، ونقص الممارسات الجيدة التي تظهر فعاليتها على نطاق أوسع، واعتبارات التخطيط الحضري المعقدة. على سبيل المثال، تم تنفيذ حوالي 11% من GBGI التي تمت مراجعتها (المسطحات المائية: الأراضي الرطبة والبحيرات [8%]؛ والميزات والمسارات الخطية: الغابات المجاورة [3%]) على المقياس المتوسط و/أو المقياس الكبير.
الموقع والبيئة المحيطة. يعد موقع القياسات أمرًا حاسمًا لتحديد القدرة على التبريد لـ GBGI بدقة. يتم تقسيم الموقع الذي يتم فيه حساب كفاءة تبريد GBGI إلى خمس فئات رئيسية (الأمام، الداخل، القريب، الخارج، وأعلى تدخل GBGI). علاوة على ذلك، يتم تجميع هذه المواقع إلى ستة تقسيمات بناءً على تركيبات الفئات الخمس (مثل، الداخل والقريب، الداخل والخارج). يتم تعريف الفئات الخمس الأولى على النحو التالي: (أ) الأمام: يقيس اختلافات درجة الحرارة ضمن بضعة أمتار (مثل،) من أمام GBGI؛ (ب) الداخل: يقيم انخفاض درجة الحرارة وتغيرات المناخ الصغير الأخرى داخل GBGI؛ (ج) القريب: يقيم معلمات المناخ الصغير في المنطقة المحيطة بالبنية التحتية، ممتدًا إلى حوالي 10-20 م من التدخل؛ (د) الخارج: يقيم التأثير على درجة الحرارة في المناطق التي تقع خارج التدخل، ضمن دائرة نصف قطرها 20-50 م؛ و(هـ) الأعلى: يقيس درجات الحرارة ويقيم تأثيرات التبريد على الأسطح العلوية لتدخلات GBG. في هذا التحليل، قامت معظم الدراسات (47%) بقياس القدرة على التبريد داخل الحدود (أي، المركز الأساسي لـ GBGI) تليها الخارج (أي، القرب القريب ضمن مسافة منإلى حدود GBGI [21%])، كل من الداخل والخارج (15%)، مجموعة من الداخل والخارج والقريب ()، ومواقع متنوعة مثل الأعلى والقريب (). لم تقم حوالي 2% من الدراسات بالإبلاغ عن موقع قياسات درجة الحرارة (الشكل 6). كما هو متوقع، كانت تأثيرات التبريد (المتوسط) التي تم قياسها داخل مناطق GBGI أعلى مقارنة بتلك التي تم قياسها خارج أو على أعلى) من مناطق GBGI. يمكن أن يُعزى ذلك إلى تأثير GBGI على المناخ الصغير للمحيط. يعمل هذا التأثير بشكل أساسي من خلال تنظيم ميزانية الطاقة المحلية، والتي تشمل آليتين رئيسيتين: التبخر والامتصاص والانعكاس للإشعاع القصير الموجي. التبخر، وهو آلية تبريد هامة،يتضمن تحويل المياه المتبخرة من النباتات إلى بخار ماء عن طريق استخراج الطاقة من البيئة المحلية. تسهم هذه العملية في بيئة أكثر برودة، كما يتضح من القياسات التي تم أخذها داخل GBGI. بالإضافة إلى ذلك، في قمة الغطاء، يمنع امتصاص وانعكاس الإشعاع القصير الموجي الوارد المناطق المظللة أدناه من الاحترار، مما يعزز تأثير التبريد.كلما ابتعدت عن GBGI، تنخفض كفاءة التبريد بما يتماشى مع مفهوم تدرج الحرارة-درجة الحرارة. يُعزى هذا الانخفاض إلى تقليل التعرض لآليات التبريد الخاصة بـ GBGI، مثل الظل والتبخر، كما لوحظ في القياسات التي تم أخذها خارج وعلى أعلى البنية التحتية.
تعتمد كفاءة التبريد لـ GBGI على البيئات المحيطة، بما في ذلك المناطق المبنية، والميزات الطبيعية (مثل البحيرات والحدائق)، والبيئات المختلطة التي تجمع بين العناصر المبنية والطبيعية.من الدراسات التي تم تحليلها، تم تنفيذ حواليمن GBGI في المناطق المبنية، وحوالي 7% في المناطق الطبيعية، و9% في ظروف بيئية مختلطة. ومع ذلك، لم تقم نسبة ملحوظةمن الأوراق بالإبلاغ عن أي خصائص للبيئة المحيطة بـ GBGI المدروسة. تقدم GBGI المنفذة في ظروف بيئية مبنية، والتي تتميز بالبنية التحتية ذات الكثافة العالية، تحديات وفرصًا لكل من GBGI في تقليل موجات الحرارة. تسهم وفرة الأسطح غير المنفذة في احتباس الحرارة، مما يؤدي إلى تفاقم تأثير UHI وتقليل الكفاءة العامة لـ GBGI الموجودة.على العكس، تلعب GBGI المنفذة في البيئات الطبيعية، بما في ذلك البحيرات والحدائق، والمساحات المغطاة بالأشجار،
دورًا حاسمًا في تعزيز كفاءة GBGI في تخفيف موجات الحرارة. على سبيل المثال، قد تساعد الأشجار الإضافية في الحدائق في خفض درجات الحرارة المحيطة.
الأداء العام. يوضح الشكل 7A متوسط الانخفاض وCls للحالتين، مع وبدون دراسات RS، بينما يتم تصوير متوسط انخفاض درجة الحرارة لكل فئة فرعية من GBGI لنفس السيناريو في الشكل 7C. أظهر الأداء العام المتوسط لـ GBGI بناءً على دراسات RS انخفاضًا أكبر نسبيًا في درجة الحرارة () مع عدم يقين معتدل ()، تليها المراقبة () مع عدم يقين ضيق جدًا ()، النمذجة ()، والدراسات المختلطة (;) (الشكل 7 A). تشير الأداء العام مع قياسات RS إلى أن دمج RS أدخل خطأ قدرهمقارنة بالمراقبة، النمذجة، والدراسات المجمعة (الجدول S7). قد يُعزى الانخفاض الملحوظ في درجة الحرارة الواضح في دراسات RS جزئيًا إلى تركيزها على قياس LST، بدلاً من درجات حرارة الهواء التي تم قياسها بواسطة دراسات in situ والنمذجة العددية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تنشأ الاختلافات بين الدراسات ضمن نفس الفئة التي تؤثر على نتائج هذه الأنواع الثلاثة من الأبحاث من عدة عوامل. تشمل هذه الاختلافات في الأدوات المستخدمة، والأساليب المعتمدة، والمواد المستخدمة في مناطق عالمية مختلفة، والظروف المناخية السائدة.
تقدم الأشكال 7B و7C خرائط الحرارة والأداء العام المتوسط لكل فئة من GBGI، على التوالي. تظهر النتائج أن عدة فئات فرعية، مثل الجدران الخضراء، والأسطح الخضراء، وأشجار الشوارع، والحدائق، وغيرها، تظهر انخفاضًا كبيرًا في درجة الحرارة (الشكل 7B). ومع ذلك، أظهرت بعض الفئات الفرعية، بما في ذلك برك التخفيف، والحدائق الصغيرة، والمقابر، والمساحات المفتوحة المشتركة، وغيرها، كفاءة في خفض درجة الحرارة مع عدم يقين عالي. لا تحتوي بعض الفئات الفرعية على قيم لـ CIs، مما يشير إلى عدد غير كافٍ من المنشورات لحسابها.
تشير النتائج المجمعة من جميع أنواع تقييمات الكفاءة التي تم مناقشتها أعلاه إلى أن أكثر GBGIs كفاءة في خفض درجة الحرارة هي برك التخفيف والبرجولات، مع كفاءات إجمالية في خفض درجة الحرارة قدرهاو، على التوالي. ومع ذلك، لا تتوفر فترات الثقة لبركة التخفيف (الشكل 7A)، ومرتبطة بكفاءتها درجة عالية من عدم اليقين لأنها مصنفة تحت فئات توفر نشر منخفضة جداً ومنخفضة. الفئات الفرعية الأخرى من GBGI التي أظهرت كفاءات أكبر نسبياً في تقليل درجة الحرارة هي الحدائق النباتية.المستنقعاتجدران خضراءأشجار الشوارعشرفات مزروعة )، سياجات ( ) ، رصف نفاذ ( ) ، والحدائق ( كانت هذه الأنواع من GBGI تتوفر على نطاق متنوع من النشر، يتراوح من منخفض إلى مرتفع جداً.
علاوة على ذلك، تحتوي الحدائق النباتية، والأراضي الرطبة، والأرصفة القابلة للاختراق على درجة كبيرة من عدم اليقين، كما يتضح من نطاق واسع من فترات الثقة؛ في المقابل، تتمتع الحدائق، والأراضي الرطبة، والجدران الخضراء، وأشجار الشوارع بنطاق ضيق من فترات الثقة، مما يشير إلى انخفاض عدم اليقين مع أداء عالٍ في تخفيف الحرارة (الأشكال 7B و7C). وعلى العكس من ذلك، أظهرت الفئات الفرعية مثل البحر وحواف الطرق انخفاضات أقل في متوسط درجات الحرارة تتراوح منإلىمع فترات ثقة ضيقة نسبيًا، مما يشير إلى أداء أكثر موثوقية في تخفيف الحرارة.
اعتبارات لتقييم كفاءة GBGI
تقييم GBGI لفوائده في التبريد يتضمن منهجيات متنوعة، كل منها له نقاط قوة ونتائج وقيود فريدة. يلتقط الرصد في الموقع بيانات دقيقة وعالية الدقة في الوقت الفعلي، مما يوفر رؤى محددة للموقع، ولكنه قد يكون محدودًا من حيث النطاق وأحجام العينات.حتى لو كانت الطريقة الميدانية تلتقط الفروق المحلية، مما يتيح استجابات فورية لتغير الظروف، فإن قيودها تشمل التغطية المكانية المحدودة، وكثافة الموارد، والقيود الزمنية المحتملة، حيث قد لا تتمكن من التقاط الاتجاهات طويلة الأمد بشكل فعال.النمذجة توفر سيناريوهات فعالة من حيث التكلفة لفهم أكبر نطاق ولكن قد تبسط التفاعلات المعقدة بشكل مفرط.تساهم التقييمات المعتمدة على النمذجة في توفير قدرات تنبؤية وتحليلات سيناريو، مما يسمح بمحاكاة تكوينات GBGI المستقبلية وتأثيرها على الحرارة الحضرية. يمكن أن تعمل هذه النماذج على مقاييس مختلفة، مدمجةً متغيرات مثل استخدام الأراضي وكثافة المباني. على الرغم من قابليتها للتوسع وإمكانية توجيه السياسات، تتطلب التقييمات المعتمدة على النمذجة بيانات مدخلات موثوقة، وقد تكون معقدة، وقد تُدخل عدم اليقين في نتائجها مما يستلزم جهود التحقق. قد تواجه النماذج أيضًا صعوبة في التقاط التعقيد الكامل للأنظمة الجوية والطبيعة الديناميكية لموجات الحرارة، مما يؤدي إلى احتمالية وجود عدم دقة في التنبؤات.
(أ)
ب
1.5
٣.٣
0.4
2.2
1.1
٣
٣
٣
2.9
2.9
2.9
3.1
٤.٣
1.3
٣
2.8
1.4
0.4
1.7
1.3
1.3
2.9
2.9
2.9
3.1
0.8
2.8
٢.٤
2.3
3.1
2.3
٦.٧
٤.٧
2.9
6.1
1.3
٤.٥
٤.٥
٧
٧
3.8
0.6
3.3
3.8
1.7
18.2
2.7
٥.٤
2.2
2.1
0.3
7.1
2.2
1.7
٤.٧
1.5
12.6
2
٤.١
3.3
3.9
0.5
0.9
0.4
٢.٤
2.5
2.9
٧
1.3
3.4
٢.٤
2.1
٥.٤
2.8
2.1
2.1
2
0.1
1.8
1.8
2.8
٤.٣
٧.٦
1.5
3.8
3.3
2.3
٣
2.5
2.5
3.9
٣
٣.٥
٣.٥
٤
٤
1.7
1.7
1.7
2.1
2.1
٢
٥
٥
٣
2.8
2.9
٣
3.1
3.1
٣
٥.٦
2.2
٤.٩
٤.٩
٣
0.8
٢.٤
3.2
2.7
1.4
2.9
٤.١
0.3
1.7
1.7
٢.٧
3.7
٣
2.7
2.3
2.3
2.3
2
6.1
3.8
3.8
تسمح طرق الاستشعار عن بُعد، مثل صور الأقمار الصناعية، بالحصول على منظور واسع حول أنماط موجات الحرارة وجمع بيانات متسقة، لكنها تواجه تحديات تشمل الغيوم، والقيود المكانية والزمانية، والانحياز المحتمل، وتحديات التفسير. تستخدم هذه الطريقة أيضًا أنواعًا مختلفة من البيانات، بما في ذلك الصور الحرارية ومؤشرات الغطاء النباتي، مما يجعلها فعالة للتقييمات الإقليمية والبلدية. قد لا توفر دائمًا المعلومات التفصيلية والمحلية اللازمة للاستجابة الفورية. علاوة على ذلك، نظرًا لأن الاستشعار عن بُعد يقيس فقط درجة حرارة سطح الأرض، قد تكون هناك بعض الشكوك عند تحويل هذه البيانات إلى معلومات حول موجات الحرارة. بينما يعتبر الاستشعار عن بُعد غير تدخلي وفعال من حيث التكلفة، فإنه يواجه تحديات تتعلق بالدقة المكانية، والاعتماد على الظروف الجوية، والحاجة إلى التحقق من صحة البيانات من خلال التحقق الميداني. بينما تلعب التكنولوجيا دورًا حيويًا في تتبع ومعالجة موجات الحرارة، فإن هذه الأساليب لها قيود يجب أخذها بعين الاعتبار بعناية. لتقييم آثار التبريد لـ GBGI في البيئات الحضرية بشكل شامل، فإن اتباع نهج متكامل يستخدم منهجيات مختلفة أمر بالغ الأهمية وقد عزز قدرتنا على الاستجابة للأحداث الجوية المتطرفة. يمكن أن توفر المعلومات التفصيلية من المراقبة في الموقع التحقق من نتائج الاستشعار عن بعد والنمذجة، بينما يوفر الاستشعار عن بعد
الشكل 7. كفاءة أنواع مختلفة من GBGI في التخفيف من حرارة المدن (A) ملخص للأداء العام لأنواع GBGI المختلفة من جميع الدراسات، (B) خريطة حرارية توضح أداء GBGI من طرق مختلفة والقيم المتوسطة، و(C) المتوسط العام لكفاءة GBGI في التخفيف من حرارة المدن. تمثل أشرطة الخطأ في جميع الرسوم البيانية حدود الثقة 95% (LCIs وUCIs) كما تم حسابها باستخدام اختبار t. تمثل القيم المتوسطة والمتوسطة* متوسط جميع أنواع الدراسات مع وبدون بيانات RS، على التوالي. تشير M&M إلى الدراسات المجمعة للمراقبة والنمذجة. يمثل تدرج الألوان الأداء، حيث تمثل الخلايا الرمادية الدراسات التي لم تأخذ في الاعتبار المراقبة أو النمذجة أو M&M أو RS. يستخدم الشكل تمثيلًا لصندوق البيانات مع الوسيط المشار إليه بخط عمودي أسود سميك، والمتوسط ممثلًا بنقاط زرقاء، والربعين العلوي والسفلي المشار إليهما بحدود الصندوق. الدائرة مع خط عمودي تمثل فئات GBGI التي تحتوي على منشور واحد فقط. جميع البيانات الرقمية المقدمة موجودة في الجدول S6. ت complement التغطية الواسعة النطاق الرؤى المحددة للموقع التي تم الحصول عليها من المراقبة في الموقع. يوفر النمذجة منظورًا مستقبليًا بفضل قدراته التنبؤية، مما يُعلم صانعي السياسات حول التأثيرات المحتملة لتدخلات GBGI المختلفة. تخلق هذه الأساليب معًا إطارًا قويًا للتخطيط الحضري، والمرونة المناخية، والتنمية المستدامة.
التغير المناخي والجي بي جي الحضري
يؤثر تغير المناخ بشكل كبير على السكان والنظم البيئية العالمية، مما يؤدي إلى تغييرات في أنماط درجات الحرارة وهطول الأمطار عبر قارات مختلفة التي تحكم أنواع المناخ في المنطقة. تتطلب هذه التغييرات إعادة تقييم GBGI لتعزيز كفاءتها في التخفيف من آثار تغير المناخ والتكيف معها.ركزت nearly جميع (98%) الأوراق على المناخ الحالي؛ فقطتم فحص كفاءة التبريد المستقبلية لـ GBGI بشكل محدد.
الجدول S8 يوضح التأثير المتوقع لتغير المناخ المستقبلي على اختيار GBGI في مناطق المناخ المختلفة. الشكل 8 يظهر تصنيف مناخ كوبن-جيجر وموقع عشر فئات من GBGI للحاضر والمستقبل تحت سيناريو RCP8.5. تعتبر الأراضي الرطبة والأشجار الجدارية وأشجار الشوارع حلول GBGI المثالية لمواجهة أنماط المناخ المتغيرة، حيث من المتوقع أن تكون المناخات القارية الفرعية الأكثر برودة ورطوبة (Dfb و BSk) مقارنة بالمناخات القارية الدافئة الحالية أو المناخات شبه الباردة (Dfa و Dfb)، على التوالي. قد يحتاج التركيز الحالي على أشجار الشوارع والأرصفة القابلة للاختراق إلى التطور نحو هياكل أكثر تنظيمًا لدرجات الحرارة مثل الجدران الخضراء تحت المناخ المتوقع Dfb.تلعب الأراضي الرطبة دورًا محوريًا في مرونة المناخ، لا سيما في المناطق التي تنتقل من مناخ قاري رطب (Dfa) إلى مناخ قاري كامل (Dfb). من المحتمل أن تشهد هذه المناطق أنماط هطول مطري متغيرة وزيادة في خطر الأحداث الجوية المتطرفة. تعمل الأراضي الرطبة كعوازل طبيعية، حيث تمتص المياه الزائدة خلال الأمطار الغزيرة وتمنع الفيضانات. علاوة على ذلك، تساهم في تنقية المياه، والحفاظ على التنوع البيولوجي، واحتجاز الكربون، مما يعزز صحة النظام البيئي بشكل عام.توفر الجدران الخضراء فوائد عديدة، بما في ذلك تنظيم درجة الحرارة، وتحسين جودة الهواء، وتعزيز الجمالية. من خلال دمج النباتات عمودياً على هياكل المباني، تساهم الجدران الخضراء في تأثيرات التبريد، مما يخفف من تأثير الحرارة الحضرية الذي يمكن أن يتفاقم بسبب التحول إلى مناخ أكثر قارية.يمكن أن توفر الأشجار في الشوارع الظل، وتقلل من درجات الحرارة المحيطة، وتعزز المناخات الدقيقة الحضرية بشكل عام في المناطق التي تنتقل من مناخ قاري معتدل (Dfb) إلى مناخ شبه جاف بارد (BSk). كما أنها تساهم في الكربون
الشكل 8. الخرائط الأساسية هي تصنيفات كوبن-جيجر، والنقاط هي مواقع عشر فئات من GBGI (A) خريطة اليوم الحالي (1991-2020) و(B) الخريطة المستقبلية (2071-2100) تحت سيناريو RCP8.5.
الاحتجاز وتحسين جودة الهواء، ومعالجة جوانب متعددة من الاستدامة البيئية.
في منطقة المناخ الجاف (BSk)، تشير التوقعات المستقبلية إلى احتمال الانتقال نحو المناخ الفرعي BSh وBWk، مما يتطلب تدابير GBGI أكثر تكيفًا. وهذا يعني أن أفضل حلول GBGI الحالية من الشرفات والأراضي الرطبة تحتاج إلى تحديث إلى الجدران الخضراء وأشجار الشوارع، لمناخ BSh المستقبلي، والأراضي الرطبة الحالية إلى الغابات لمواجهة السيناريوهات المناخية المتطورة (من BSk إلى BWK) لتحسين التبريد الحضري والتنوع البيولوجي. في المناخات الجافة التي تنتقل من شبه الجفاف (BSk) إلى المناخ الجاف (BWk)، يمكن أن تعمل الغابات كعوازل ضد الأحداث الجوية القاسية، مما يعزز المرونة العامة للنظام البيئي.ومع ذلك، من المتوقع أن تظل منطقة المناخ الاستوائي (Af وAw وAs) مستقرة نسبيًا، مما يشير إلى تغييرات محدودة في التأثيرات المحتملة للتبريد من GBGI في هذه المنطقة.
بالنسبة للمناطق المعتدلة في أوروبا (Cfb وDfb)، قد تؤدي التغييرات المتوقعة إلى تنفيذ الحدائق، والحدائق الصغيرة، والجدران الخضراء، والأسطح الخضراء، والبحيرات، والعشب، مقدمة حلول تكيفية استجابة للتغيرات المتوقعة في المناخ (Cfa). تساهم هذه الميزات في تنظيم درجة الحرارة وتحسين إدارة المياه.تساهم الحدائق والحدائق الصغيرة في تعزيز المساحات الخضراء، بينما توفر الجدران والأسطح الخضراء تبريدًا حضريًا وتقلل من تأثيرات جزر الحرارة في المستقبل في أوروبا.علاوة على ذلك، يمكن أن تساعد البحيرات والأراضي الرطبة في تنظيم درجة الحرارة، وإدارة المياه، والحفاظ على التنوع البيولوجي في أوروبا تحت تأثير تغير المناخ المستمر.تمتلك الأسطح الخضراء مع السياسات الداعمة إمكانات كبيرة من الفئة النادرة إلى السائدة في المستقبل القريب في المدن الأوروبية المعتدلة لتخفيف آثار تغير المناخ.ومع ذلك، تواجه هذه الأسطح تحديات في التبني مرتبطة بهياكل الحوافز. يتحمل مالكو المباني المخاطر، بينما يجني الجمهور الفوائد.
وجدت دراسة مماثلة أجراها زو وآخرون.أنه في المناطق المعتدلة من الصين، تقع معظم الحدائق الحضرية في (شمال شرق الصين وسهول شمال الصين) في منطقة المناخ Dwa حاليًا، ولكن حوالي 71% من هذه الحدائق ستكون في منطقة المناخ Cwa في المستقبل تحت سيناريو انبعاثات RCP8.5 بين 2071 و2100. يجب أن تتطور تدابير GBGI من الحدائق الحضرية الحالية لت prioritizing الأجسام المائية الأكبر مثل البحيرات وتطوير حواف الطرق لتلبية احتياجات الاحتفاظ بالمياه بما يتماشى مع مبادئ إدارة المياه المستدامة والأسطح الخضراء، وإعادة استخدام المساحات الحضرية والأراضي الرطبة من أجل التحول إلى المناخ الفرعي Cwa في المناخ المتغير.بالإضافة إلى ذلك، لوحظت تحولات من Aw إلى المناخ الاستوائي الموسمي (Am) في كل من المناطق الشمالية والجنوبية، وكذلك من المناخ الاستوائي بدون موسم جاف (Af) إلى Am في الأجزاء الوسطى والجنوبية الغربية من جنوب شرق آسيا.يمكن أن تؤدي هذه الانتقال إلى تقليل تأثيرات التبريد بسبب القيود في أكبر مسافة تبريد للحديقة وأكبر كثافة تبريد للحديقة في منطقة المناخ الجديدة. بالإضافة إلى ذلك، ستخضع الحدائق الحضرية الموجودة حاليًا خارج مناخ الموسمي (Am) ومناخ شبه الجفاف الدافئ (BSh) لتغييرات، معوالانتقال إلى مناطق BSh وAm، على التوالي. وهذا يشير إلى تقليل تأثيرات التبريد بسبب الزيادات المتوقعة في هطول الأمطار ودرجات الحرارة المرتفعة. ظهر ارتفاع درجة الحرارة الدنيا كعامل حاسم يدفع التحول المناخي من Cwa إلى Aw في الشمال، بينما كانت الزيادة في هطول الأمطار سببًا في الانتقال من Aw إلى Am في الشمال والجنوب. يمكن أن تساعد النتائج من هذه الدراسة حول المناطق المناخية المستقبلية في تحديد النقاط الساخنة البيئية الضعيفة في جميع أنحاء العالم المتأثرة بتغير المناخ. كما تساهم في تحديد تدابير GBGI المثلى التي تخفف بشكل فعال من الآثار السلبية مثل موجات الحرارة تحت ظروف المناخ المتغيرة. التعاون مع الخبراء البيئيين والمشاركة المستمرة من المجتمع هي مكونات أساسية لتنفيذ GBGI الناجح تحت ظروف المناخ الحالية والمستقبلية. في المناطق التي تنتقل من مناخ قاري رطب (Dwa) إلى مناخ معتدل دافئ (Cwa)، يتطلب تكيف GBGI إعطاء الأولوية للأسطح الخضراء والأراضي الرطبة الاصطناعية للتحكم في درجة الحرارة وإدارة المياه بشكل فعال، على التوالي.لذا، مع الأخذ في الاعتبار التغييرات المتوقعة في ظروف المناخ، يمكن أن تهدف هذه GBGI المحتملة إلى توفير مناظر حضرية أكثر استدامة ومرونة مناخية. لذلك، يجب على صانعي السياسات أن يأخذوا في الاعتبار هذه التحولات المناخية المتوقعة وتكييف استراتيجيات GBGI لتتوافق مع هذه التغييرات، مع إعطاء الأولوية لميزات مثل الجدران الخضراء، والبحيرات، والغابات، والأراضي الرطبة الاصطناعية وفقًا لذلك.
الأطر المفاهيمية لتنفيذ GBGI لتخفيف الحرارة
تقدم الجدول S9 تلخيصًا نوعيًا للأدبيات في شكل إطار عمل من تسع مراحل لتنفيذ تدابير GBGI لتخفيف مخاطر الحرارة، وتعزيز مرونة المناخ الحضري وتوفير فوائد أخرى مشتركة. في الوقت نفسه، يوضح الشكل 9 المراحل الأربع، جنبًا إلى جنب مع عمليات التخطيط المشترك، والتصميم، والإدارة، والتطوير الكامل، وتسع عمليات فرعية في الإطار المفاهيمي لتنفيذ GBGI لتخفيف الحرارة. المراحل، مرتبة تقريبًا وفقًا لتسلسلها الزمني، تقبل دائمًا أن الدائرية والتكرار يجب أن تكون متأصلة في أي عملية تصميم أو تطبيق لنظرية التغيير(الشكل 9)، تشمل ما يلي.
مشاركة أصحاب المصلحة
من الضروري تحديد وإشراك جميع أصحاب المصلحة المعنيين واللاعبين الرئيسيين بما في ذلك المجتمعات المحلية، والوكالات الحكومية، ومخططي المدن، والمنظمات البيئية، وما إلى ذلك. يجب ضمان مشاركتهم النشطة في مشروع GBGI من الفكرة إلى التنفيذ وما بعده لجمع مدخلاتهم المتعلقة بمشكلة الحرارة، ومعالجة المخاوف، وضمان أن احتياجاتهم تؤخذ بعين الاعتبار.
دراسات الجدوى
من المهم إجراء تقييمات لتحديد جدوى وملاءمة تنفيذ تدابير GBGI في المناطق المعرضة للحرارة ذات المخاطر العالية، خاصة في المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية التي تفتقر إلى المساحات الخضراء، حيث تعيش الفئات السكانية الحساسة مثل كبار السن، والذين يعانون من ظروف اقتصادية صعبة، والذين لديهم مشاكل صحية موجودة مسبقًا. يجب أن تأخذ هذه التقييمات في الاعتبار العوامل الفنية والاقتصادية والبيئية. يجب أن تتضمن هذه التقييمات تحليلًا للبنية التحتية الحضرية الحالية، وتحديد مواقع تنفيذ GBGI المحتملة، وتقديرًا مفصلاً للتكاليف والفوائد المرتبطة بخيارات مختلفة.
الفوائد المشتركة والعيوب
من الضروري تقييم الفوائد المشتركة المحتملة (التأثيرات الإيجابية، مثل انخفاض درجة الحرارة مع تحسين جودة الهواء والمياه، وزيادة التنوع البيولوجي، وزيادة الفرص الترفيهية) والآثار غير المقصودة (مثل ارتفاع تكاليف الصيانة أو الاضطرابات الاجتماعية المحتملة، وردود الفعل التحسسية) المرتبطة بتنفيذ GBGI.
التصميم
يمكن أن تشمل خطة وتصميم تدابير GBGI لتقليل الحرارة بناءً على دراسة الجدوى ومدخلات أصحاب المصلحة تحديد المزيج المناسب من GI (مثل الحدائق، والغابات الحضرية، والأسطح الخضراء)، وBI (مثل البرك، والبحيرات، والأراضي الرطبة)، والبنية التحتية الرمادية (مثل الأرصفة القابلة للاختراق) مع مراعاة الظروف المناخية الحارة المحلية، والمساحة المتاحة.
السياسة والتخطيط
تطوير سياسات، وإرشادات، وتنظيمات، وحوافز داعمة لدمج تدابير إدارة موجات الحرارة GBGI في التخطيط الحضري وإطارات التحديث لتتوافق مع أجندة الاستدامة لأهداف التكيف مع تغير المناخ والتخفيف.
التنفيذ
خلال مرحلة التنفيذ، يجب بناء وتثبيت تدابير GBGI المصممة في المواقع أو المناطق المختارة مع إدارة المشروع والتنسيق المناسب.
المراقبة
بعد التثبيت، يمكن مراقبة إمكانيات تقليل الحرارة والفوائد المشتركة الأخرى لـ GBGI من خلال معايير مختلفة، مثل درجة الحرارة، جودة الهواء، إدارة المياه، وصحة النباتات. والتي تساعد أيضًا في تحديد أي مشكلات صيانة أو تشغيل مطلوبة.
تقييم
يمكن تحليل البيانات المجمعة وتقييمها في سياق المؤشرات المتعلقة بأداء الحرارة (مثل، المؤشر الحراري، تقليل الإجهاد الحراري) أو الفوائد المشتركة الأخرى المرغوبة التي تهدف إلى تقييم فعالية إدارة الحرارة لتدابير GBGI ومرونة المدن.
توسيع وتكرار
بعد تقييم ناجح وإيجابي لإمكانية تخفيف الحرارة لتدابير GBGI المنفذة، يمكن بذل الجهود لتوسيع النهج إلى مناطق أكبر أو تكراره في مواقع أخرى.يجب استخدام الدروس المستفادة من مشاريع تخفيف الحرارة السابقة، بما في ذلك أفضل الممارسات لتأمين الموارد لتوسيع GBGI، لتوجيه وتعزيز مشاريع GBGI المستقبلية.
باختصار، يجب أن تتضمن عملية تنفيذ GBGI لتخفيف الحرارة والتكيف نهجًا منظمًا بشكل عقلاني، من مشاركة أصحاب المصلحة ودراسات الجدوى إلى التصميم، وتطوير السياسات، والتنفيذ، والمراقبة، والتقييم، والتوسع والتكرار في النهاية لاستغلال إمكانياتها الكاملة. ومع ذلك، من المهم تكييف هذه التدابير المحددة وفقًا للسياق واحتياجات كل مدينة أو منطقة.
فجوات المعرفة
بينما يمكن لـ GBGI تخفيف آثار UHI والحرارة بشكل عام، توجد العديد من فجوات المعرفة المحددة والعامة التي لا تزال بحاجة إلى معالجة قبل أن يمكن تحسين تصاميم GBGI لتقديم أقصى فوائد تبريد. على سبيل المثال، وُجد أن GBGI مثل الأسطح والجدران الخضراء، وأشجار الشوارع، والأسوار، والأراضي الرطبة، والبحيرات لديها القدرة على تقليل الحرارة وتحسين المناخات الدقيقة الحضرية، ومع ذلك، لا تزال الدراسات المنهجية التي تقيم فعاليتها في التبريد تحت ظروف مناخية مختلفة (مثل، يوم صيفي دافئ مقابل يوم حرارة شديدة)، وأنظمة الإدارة (مثل، الري مقابل عدم الري)، والإعدادات الحضرية (مثل، السكنية مقابل الصناعية)، والمقاييس نادرة. علاوة على ذلك، أشارت دراستنا إلى فجوة معرفة عامة تشير إلى الأساليب المتكاملة للتخطيط، والتصميم، وتنفيذ GBGI. لا يزال تأثير التآزر بين العناصر الخضراء والمائية المركبة قيد البحث. لذلك، يمكن أن تساعد الأبحاث الإضافية التي تقيم فعالية تركيبات مختلفة من العناصر الزرقاء (مثل، المسطحات المائية، الأراضي الرطبة)، والخضراء (مثل، الحدائق الحضرية، الأسطح الخضراء، أشجار الشوارع)، والعناصر الهندسية (مثل، الأرصفة الباردة، الأسطح العاكسة) في تحسين تصميم وتكوين هذه العناصر لتعظيم تأثيراتها التآزرية في تخفيف الحرارة.
هناك حاجة لفهم الحجم والشكل والكثافة والموقع المثالي لـ GBGI لتعظيم التبريد والفوائد المشتركة الأخرى المرتبطة.يمكن أن تحاكي تقنيات النمذجة العددية والحاسوبية التفاعلات المعقدة بين GBGI والمناخات الدقيقة الحضرية لتحديد تصميمها الأمثل و
الشكل 9. إطار مفاهيمي يوضح تنفيذ GBGI لتخفيف ارتفاع درجة حرارة المدن إطار مفاهيمي يوضح تنفيذ GBGI لتخفيف الحرارة من خلال عمليات من أربع مراحل: التخطيط المشترك، التصميم، والإدارة، والتطوير على نطاق كامل، وتسع عمليات فرعية.
المكان.ومع ذلك، غالبًا ما تفتقر النماذج الحالية إلى الدقة المكانية والزمانية اللازمة لالتقاط التغيرات الدقيقة في درجة الحرارة، والرطوبة النسبية، وحركة الهواء التي تؤثر عليها عناصر البنية التحتية المختلفة. لمعالجة هذه الفجوة، فإن تطوير نماذج تدمج خدمات GBGI، والضعف الديموغرافي والاجتماعي والاقتصادي، وتأخذ في الاعتبار الخصائص السطحية التفصيلية، بما في ذلك معايير النباتات ومعلومات استخدام الأراضي، أمر ضروري، حيث سيساهم ذلك بشكل كبير في تعزيز فهمنا للأداء الحراري لـ GBGI.
وبالمثل، فإن نقص الإرشادات لاختيار وتصميم GBGI هو فجوة أخرى تعيق التنفيذ.هناك حاجة إلى أبحاث للتحقيق في كيفية تطور عناصر مثل النمو، والصحة، ونوع النباتات، وتدهور المواد الهندسية، والجدوى الاقتصادية، وممارسات الصيانة مع مرور الوقت. هذه المعلومات مطلوبة لاتخاذ قرارات طويلة الأجل في التخطيط الحضري وتطوير السياسات لدعم التطبيق الأوسع، والتكرار، والتوسع في حلول GBGI. توجد أيضًا فجوات معرفية في تحديد استراتيجيات فعالة لإشراك وتثقيف المجتمعات حول فوائد GBGI،بالإضافة إلى تعزيز الممارسات المستدامة، مثل الحفاظ على المياه والتشجير الحضري، لدمج GBGI في التصميم الحضري.هناك حاجة إلى أبحاث تستكشف الهياكل الحاكمة، وأطر السياسات، واستراتيجيات مشاركة أصحاب المصلحة، والعوامل الاجتماعية والثقافية والاقتصادية التي تؤثر على اعتماد GBGI.
التوزيع العادل لـ GBGI وفوائده هو اعتبار مهم في الأنظمة الحضرية المعقدة.يجب أن تبحث الأبحاث في الفجوات المحتملة في الوصول إلى فوائد تدابير GBGI، لا سيما في المجتمعات المحرومة والمهمشة والمنسية. سيساعد تقييم آثار العدالة البيئية لتنفيذ GBGI في ضمان توزيع الفوائد بشكل عادل ومعالجة الفجوات الاجتماعية القائمة.
من بين المنشورات التي تمت مراجعتها (), لم تقم الغالبية () بالإبلاغ عن فوائد مشتركة أخرى لـ GBGI المستخدمة بخلاف تخفيف الحرارة والتكيف معها. لذلك، ظهر تقييم الفوائد المتعددة لأنواع GBGI المختلفة كفجوة بحثية رئيسية. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لاستكشاف إمكانيات عناصر GBGI الممثلة تمثيلاً ناقصًا (حدائق الحيوان، الأراضي ذات الغطاء النباتي القليل، مناطق الحدائق المشتركة، ساحات المدارس، الحدائق، الأنهار، ممرات السكك الحديدية، البرك،
مواقف السيارات القابلة للاختراق، حمامات السباحة الخارجية، حدائق المشاتل، حدائق التراث، الممرات، قنوات التحكم في الفيضانات، مصبات الأنهار، مسارات الدراجات، القنوات، البيوسويل، الزراعة القابلة للزراعة، ملاعب الجولف، وحقول الرياضة) وتقييم فعاليتها بخلاف تخفيف الحرارة والتكيف، على سبيل المثال، من حيث الصحة العامة والرفاه الاجتماعي، أو آثار التنوع البيولوجي.علاوة على ذلك، توجد فجوات معرفية كبيرة تتعلق بالمخاوف المتعلقة بتوافر المياه وإدارة تنفيذ الحلول المعتمدة على المياه (مثل، أنظمة الري، الأراضي الرطبة، البرك، وحدائق الأمطار) خلال الحرارة الشديدة. تشمل هذه الفجوات موارد المياه المستدامة، وتقنيات التخزين والإدارة الفعالة للمياه، وآثار ندرة المياه على الحلول المعتمدة على المياه والمياه. يجب أن تستكشف الأبحاث آثار تحسين الراحة الحرارية على النتائج الصحية البدنية والعقلية، فضلاً عن القيمة الاجتماعية والثقافية للمساحات الخضراء والزرقاء في تعزيز مرونة المجتمع والتماسك الاجتماعي خلال صيف حار بشكل متزايد.
يمكن أن تساعد معالجة هذه الفجوات المعرفية من خلال مزيد من الأبحاث، والعمل مع أصحاب المصلحة، وتطوير منصات تبادل المعرفة وقاعدة بيانات GBGIفي التغلب على الحواجز وتسهيل التنفيذ الفعال لـ GBGI لتكيف وتخفيف مخاطر الحرارة.
الملخص والاستنتاج
تملأ هذه المراجعة المنهجية فجوة مهمة في الأدبيات الحالية من خلال هدفها في تقييم فعالية GBGI في التدفئة الحضرية من خلال جمع مجموعة بيانات معقدة من دراسات متنوعة. تبني هذه المراجعة المنهجية قاعدة أدلة حول فوائد GBGI في التخفيف من الحرارة، والفوائد المرتبطة، وفجوات المعرفة، والتوصيات لتعظيم إمكاناته. تم إجراء رسم خرائط عالمي لتدخلات GBGI، التي تهدف بشكل خاص إلى التخفيف من الحرارة الحضرية، من خلال مراجعة منهجية للأدبيات التي أسفرت عن 202 منشور ذي صلة. قدم التحليل التلوي تصنيفًا قائمًا على الأدلة لـ 51 نوعًا من GBGI. تم مناقشة كل من الجوانب الإيجابية والسلبيات غير المقصودة لتدابير GBGI جنبًا إلى جنب مع الآليات التي ينظم بها GBGI درجة الحرارة ويخفف من الحرارة. تم تحديد فجوات المعرفة في تنفيذ GBGI واستخدمت التركيبة النقدية للمعلومات لاقتراح توصيات عملية لتنفيذ GBGI بشكل فعال. ومن ثم، تمهد هذه المراجعة الطريق للتقدمات المستقبلية في مجال GBGI، مقدمة فهمًا شاملاً لإمكاناته وآثاره. تم الإبلاغ عن أن أكثر الآليات الفيزيائية شيوعًا التي ينظم بها GI التدفئة الحضرية وتخلق بيئات أكثر برودة هي التظليل، والتبخر، والعزل الحراري. يرتبط هذا التبريد أيضًا بتقليل استهلاك الطاقة في المباني من خلال دعم اكتساب الحرارة وتقليل الحمل التبريدي. يُبلغ عن أن BI يعمل كخزان حرارة، منظمًا درجة الحرارة من خلال التبخر، وامتصاص الحرارة مما يساهم في التخفيف من آثار UHI وخلق بيئات حضرية أكثر راحة. تشير تحليل المنشورات إلى زيادة كبيرة في اهتمام البحث والنشاط في استخدام GBGI للتخفيف من الحرارة الحضرية في جميع أنحاء العالم، مع تركيز ملحوظ في آسيا وأوروبا مقارنة بأمريكا الجنوبية أو إفريقيا بسبب الكثافة الحضرية والتوسع، جنبًا إلى جنب مع ارتفاع درجات الحرارة التي تؤثر على المدن في جميع أنحاء العالم وسكانها. هناك تفضيلات إقليمية محتملة وأولويات في معالجة الحرارة الحضرية وآثارها المرتبطة. تشمل أكثر أنواع GBGI المدروسة للتخفيف من الحرارة الحضرية GI المُنشأة حيث يتم دمج عناصر نباتية مع الهياكل المبنية القائمة، ولكن أيضًا في شكل أشجار الشوارع، والحدائق أو الممرات الخضراء. بالنسبة للحدائق الخاصة، وحقول الرياضة، والمقابر، وحدائق التراث، كانت إمكانات التبريد أقل وضوحًا، مما يتطلب المزيد من الدراسات. تقدم تدخلات GBGI فوائد مشتركة مثل إدارة مياه الأمطار واحتجاز الكربون، بالإضافة إلى مجموعة واسعة من خدمات النظام البيئي. ومع ذلك، توجد أيضًا عواقب غير مقصودة، مثل زيادة تكاليف الصيانة والصراعات المحتملة في استخدام الأراضي. إن تحسين فوائدها متعددة الوظائف لأي سياق محدد هو المفتاح. تم الإبلاغ عن أن أشجار الشوارع لديها أكبر عدد من الفوائد المشتركة بالإضافة إلى فعاليتها المحتملة في التخفيف من الحرارة والتكيف، تليها الأسطح الخضراء وحدائق النباتات. كانت الملاعب، والجدران الخضراء، والأسطح الخضراء، وأشجار الشوارع لديها أكبر عدد من العيوب المبلغ عنها مثل الملوثات المحبوسة في وديان الشوارع والتهاب الأنف التحسسي. يبرز هذا أهمية النظر في نهج متوازن أثناء تنفيذها للتخفيف من الحرارة والتكيف. من بين الطرق، يُعتبر الرصد في الموقع هو النهج الأكثر شيوعًا، يليه النمذجة، والاستشعار عن بعد، وتركيباتها لتقييم فعالية التبريد الحضري لـ GBGI. بغض النظر عن نقاط البيانات المحدودة، يوفر الرصد في الموقع دقة زمنية عالية، وقياسات دقيقة وموثوقة في الوقت الحقيقي لتحليل (أ) الاتجاهات قصيرة المدى مثل موجات الحرارة وUHI، و(ب) سجلات المناخ التاريخية طويلة المدى للتحقق من بيانات النمذجة والاستشعار عن بعد. تقدم النمذجة تباينات مكانية وزمنية، ولكن مع عدم اليقين بسبب الافتراضات. يوفر الاستشعار عن بعد تغطية مكانية واسعة ولكنه يفتقر إلى التفاصيل الدقيقة ويتطلب معالجة بيانات متقدمة. بينما لا يوجد نهج عالمي، يمكن أن تعزز الطرق المجمعة والمخصصة الدقة المكانية والزمنية لأهداف محددة، مما يعزز قدرتنا على الاستجابة للأحداث الجوية المتطرفة وإبلاغ سياسات التنمية المستدامة ومرونة المناخ. تلعب تدخلات GBGI على المقياس الصغير، التي تركز على البنية التحتية المبنية، والحدائق، والميزات الخطية، دورًا حيويًا في التخفيف من موجات الحرارة في مناطق حضرية محددة، مقدمة فوائد فورية وفعالة من حيث التكلفة ومركزة على المجتمع مقارنة بالتدخلات الأكبر. تتأثر كفاءة التبريد لـ GBGI بالموقع والبيئة المحيطة، حيث تظهر القياسات داخل مناطق GBGI تأثيرات تبريد أكبر بسبب آليات مثل التبخر. ومع ذلك، تتناقص الفعالية كلما ابتعدنا عن تدخل GBGI (مثل خارج البنية التحتية). كما أن نوع البيئة مهم، حيث يعزز GBGI في البيئات الطبيعية، مثل الحدائق، التخفيف من موجات الحرارة أكثر من تلك الموجودة في المناطق المبنية. تختلف فعالية GBGI في التبريد الحضري بناءً على المناطق المناخية، وكثافة السكان، ومساحة المدينة، والارتفاع، ومدة الدراسة الزمنية. تسلط الاستراتيجيات المحددة إقليميًا، خاصة في المدن ذات الكثافة المنخفضة والمناطق الاستوائية، الضوء على قابلية التوسع وزيادة الفعالية. تشير التحديات في البيئات الحضرية الأكثر كثافة وانخفاض الفعالية على مدى فترات زمنية أطول إلى مجالات للبحث المستقبلي في تنفيذ GBGI للتبريد الحضري. تتطلب التحولات المناخية المتوقعة استراتيجيات GBGI مصممة خصيصًا، مع التأكيد على تكييف الحلول مثل الجدران الخضراء، والبحيرات، والغابات، والأراضي الرطبة المُنشأة لتعزيز التبريد الحضري والمرونة محليًا وعلى نطاق أكبر. يعد معالجة فجوات المعرفة الحالية من خلال البحث الشامل، وتعاون أصحاب المصلحة، وتطوير منصات وقواعد بيانات لمشاركة المعرفة أمرًا حيويًا لتحسين تصميم وتنفيذ وفوائد GBGI للتكيف الفعال مع مخاطر الحرارة والتخفيف منها. هناك حاجة إلى مزيد من الفهم للتأثيرات التآزرية لدمج عناصر GBGI الخضراء والمبنية لتعزيز التبريد وتقليل التدفئة الحضرية. بالإضافة إلى ذلك، توجد فجوات في توفر المياه وإدارتها، وتصميم GBGI الأمثل واستراتيجيات التوزيع، ومتطلبات الأداء والصيانة على المدى الطويل، ومشاركة المجتمع وتغيير السلوك، التوزيع العادل للفوائد، وأطر السياسات والحكم الداعمة.
التوصيات
يمكن استخلاص عشر توصيات أوسع قائمة على الأدلة من هذه الدراسة.
يمكن أن تساعد تصنيفات GBGI المخصصة بناءً على الموقع الجغرافي في التخفيف من الحرارة الحضرية. يجب تعظيم تغطية GBGI في أي مدينة لتقليل آثار UHI وخطر ارتفاع درجة حرارة المدن. توفر جميع أنواع GBGI فوائد تبريد، والعديد منها أيضًا فوائد مشتركة مهمة. يجب إعادة الطبيعة إلى المدن المتزايدة والكثافة، ويجب استغلال أي فرصة لتوسيع تغطية النباتات على الأرض، وال podiums، والجدران، والأسطح. يجب أن يكون كل تطوير حضري إيجابيًا للطبيعة لجعل مدننا وسكانها مرنين ضد الضغوط والصدمات المتوقعة من تغير المناخ العالمي. يُوصى بتحسين أنواع GBGI المحددة للمشاريع لتحقيق أقصى قدر من التبريد والفوائد المشتركة.
يمكن أن يساعد تحديد المناطق المعرضة للحرارة في اختيار GBGI المستهدف لتوفير حلول التخفيف من الحرارة. يتطلب ذلك تقييمًا شاملاً لتهديد الحرارة، مع مراعاة توزيعها المكاني وشدتها، وضعف السكان، والذي يشمل العوامل الديموغرافية والاجتماعية والاقتصادية، مثل العمر والدخل، والقدرة التكيفية، مثل التعليم والوصول إلى خدمات الرعاية الصحية. قد تتطلب المناطق المعرضة للحرارة إنشاء مساحات خضراء مفتوحة مشتركة واعتماد أنواع GBGI الأخرى، مثل أشجار الشوارع، والأسطح الخضراء، والأرصفة القابلة للاختراق، وحدائق الأمطار، والبيوسوالز، والأراضي الرطبة حسب الاقتضاء. حيثما كان ذلك ممكنًا ماليًا، سيكون زيادة عدد ملاجئ التبريد المجتمعية استثمارًا حاسمًا للحفاظ على الأعضاء الأكثر ضعفًا في السكان الحضريين بأمان.
إطار المراقبة والتقييم ضروري لتقييم أداء GBGI في التخفيف من الحرارة وتحديد مجالات التحسين. لقد أظهرت تحليلاتنا أن قدرة التبريد لأنواع GBGI الفردية تختلف وفقًا للإعداد الجغرافي. لذلك، سيكون من المهم إنشاء أطر ستقوم بت quantifying فوائد التبريد وكيف يمكن تحسين هذه الفوائد من خلال تحسينات في التصميم والإدارة المحددة لمنطقة جغرافية معينة. سيسمح ذلك لصانعي القرار والمشغلين باتخاذ قرارات مستنيرة، وتحديث المشاريع لتقديم الحل الأكثر فعالية لـ GBGI.
لتحقيق تخفيف فعال لحرارة المدن المقاومة للمناخ، من الضروري فهم الخصائص والوظائف والقيود الخاصة بالبنية التحتية الخضراء والمياه. يشمل ذلك فهم الاستخدامات والفوائد المحتملة لمختلف البنية التحتية الخضراء والمياه، مثل الحدائق الترفيهية التي يمكن أن تحسن جودة الهواء وتخفف من آثار جزيرة الحرارة الحضرية، والأسطح الخضراء، وحدائق الأسطح، والجدران الخضراء التي تعزز التنوع البيولوجي، وتقلل من استهلاك الطاقة، وتدير مياه الأمطار، وتحسن جودة الهواء، وتقلل من تلوث الضوضاء، وتحسن الجمالية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تسهل المواد القابلة للاختراق المستخدمة في الأرصفة ومواقف السيارات والطرق تسرب المياه، وتقلل من جريان مياه الأمطار، وتعيد شحن المياه الجوفية. ومع ذلك، أثناء تنفيذ البنية التحتية الخضراء والمياه، يجب مراعاة العوامل المحددة للموقع وظروف المناخ المحلي لتجنب اختيار بنية تحتية غير متوافقة. على سبيل المثال، قد لا تكون حدائق الأمطار، أو الأراضي الرطبة، أو الأسطح الخضراء ذات أعماق التربة الضحلة مناسبة في المناطق التي تكون فيها توافر المياه محدودًا ومعدلات التبخر مرتفعة.
تأثير مبادرات البنية التحتية الخضراء على تخفيف حرارة المدن يعتمد بشكل كبير على المقاييس المكانية. يمكن أن تتراوح هذه المقاييس من المباني الفردية، حيث تُستخدم الأسطح أو الجدران الخضراء، إلى الأحياء بأكملها، حيث قد تكون الحدائق والغابات الحضرية أكثر ملاءمة، وحتى المبادرات على مستوى المدينة مثل الممرات الخضراء وزراعة الأشجار بشكل واسع. تشير الأدبيات الحالية إلى وجود علاقة إيجابية غير خطية (تشبع) بين حجم مبادرات البنية التحتية الخضراء، وخاصة الحدائق، وإمكاناتها في التبريد. لذلك، فإن تخصيص استراتيجيات مبادرات البنية التحتية الخضراء لتلبية احتياجات مناطق خطر الحرارة المحددة وأخذ الخصائص المكانية المميزة في الاعتبار أمر ضروري لتحقيق أفضل النتائج.
استكشاف الإمكانيات لدمج مقاييس GBGI المختلفة قد يقدم فرصًا فريدة لتعزيز الفوائد الاجتماعية والبيئية. يمكن أن يؤدي استخدام عدة مقاييس GBGI، جنبًا إلى جنب مع تضمين عناصر خضراء أو زرقاء مثل أنظمة الري والأسطح الخضراء المزودة بأنظمة جمع مياه الأمطار، إلى تعزيز فوائد التبريد. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا يشجع أيضًا على مجموعة من الفوائد المشتركة الأخرى، بما في ذلك التنوع البيولوجي. تحسين التفاعل البيئي، تحسين الاتصال بالموائل، وتعزيز مرونة النظام البيئي.
من الضروري تقييم العواقب السلبية المحتملة بعناية لمنع أي آثار جانبية غير مقصودة عند تنفيذ GBGI. على سبيل المثال، قد تؤدي الأشجار الكثيفة في الأودية الضيقة أو العميقة إلى زيادة التعرض للملوثات المحبوسة بشكل غير مقصود. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي الكربونات العضوية المتطايرة البيولوجية إلى تحفيز الأوزون كملوث ثانوي يمكن أن يسبب مشاكل في التنفس وضباب الصيف في الصيف الحار. يجب أيضًا أخذ متطلبات الصيانة العالية، مثل تلك الخاصة بالحدائق النباتية والحيوانية والتراثية، في الاعتبار. يمكن أن يؤدي الوصول المحدود إلى المياه للري إلى تقليل قدرة GBGI على التبريد. يجب أيضًا توخي الحذر عند تنفيذ عناصر جديدة من GBGI لضمان عدم المساس بسلامة البنية التحتية المبنية. من المهم أيضًا أن نكون واعين لإمكانية حدوث تأثيرات بيئية غير مقصودة ونزوح المجتمعات الضعيفة. لذلك، قبل اختيار التدخلات المناسبة لـ GBGI، من الضروري تقييم السياق المحلي، والظروف البيئية، والموارد المتاحة، والميزانية لضمان فعاليتها على المدى الطويل وتجنب العيوب المحتملة.
تتطلب استراتيجيات شاملة للتخفيف من الحرارة إرشادات عملية سهلة التنفيذ. يجب أن توفر الأطر السياسية توجيهات بشأن معايير التصميم بما في ذلك قوانين البناء وتنظيمات المناطق، فضلاً عن سياسات استخدام الأراضي. يجب أن توفر آليات مالية لتحفيز اعتماد البنية التحتية الخضراء والمياه، لا سيما في المناطق ذات الضعف العالي تجاه الحرارة، مع تركيز خاص على المدارس، والإسكان الاجتماعي، والمرافق التي تقدم رعاية المسنين.
تعتبر برامج التوعية المناخية وحملات المعلومات العامة ضرورية في تعزيز العمل الإيجابي بشأن الحرارة الحضرية وتدخلات GBGI. إن دمج التعليم المتعلق بالمناخ في المناهج الدراسية مهم لتطوير فهم أعمق لأسباب ونتائج الحرارة البيئية، فضلاً عن الحلول المحتملة التي تقدمها GBGI للتبريد الحضري. بالإضافة إلى المناهج الدراسية، من الضروري الاعتراف بأن الأفراد، سواء كانوا محترفين أو غير محترفين، لديهم مستويات مختلفة من الوعي والمعرفة والمواقف والسلوكيات. من الضروري تسهيل التقدم لجميع الأفراد على هذا الطيف، من اليسار إلى اليمين. وهذا يمثل تحديًا تعليميًا مميزًا.
تلعب مشاركة أصحاب المصلحة دورًا محوريًا في تعزيز اعتماد حلول البنية التحتية الخضراء والحضرية في المناطق المعرضة للحرارة. من الضروري إشراك جميع أصحاب المصلحة بنشاط، بما في ذلك الباحثين والمجتمعات ومخططي المدن والمهندسين والهيئات الحكومية والمنظمات غير الربحية والشركات، في إنشاء مبادرات البنية التحتية الخضراء والحضرية بشكل مشترك. إن عملية التعاون لمكافحة آثار النقاط الساخنة للحرارة الحضرية لا تدمج فقط وجهات نظر متنوعة، بل تعزز أيضًا شعورًا بالملكية المشتركة والمسؤولية الجماعية. في النهاية، تعزز هذه المقاربة فعالية وقبول التدخلات.
للتخفيف بفعالية من ارتفاع درجات الحرارة في المدن واستغلال الفوائد المشتركة للبنية التحتية الخضراء والزرقاء، من الضروري إجراء أبحاث إضافية حول أنواع البنية التحتية الخضراء والزرقاء الأقل دراسة وأيضًا في الدول الأقل بحثًا لسد الفجوات المعرفية. يمكن أن يساعد الفهم الشامل لإمكانات البنية التحتية الخضراء والزرقاء في التخفيف من الحرارة في توجيه استراتيجيات التخطيط والتصميم الحضري التي تهدف إلى إنشاء مدن مستدامة وقادرة على التكيف.
REFERENCES
Wang, F., Harindintwali, J.D., Wei, K., et al. (2023). Climate change: Strategies for mitigation and adaptation. Innov. Geosci. 1: 100015.
Perkins-Kirkpatrick, S.E., and Lewis, S.C. (2020). Increasing trends in regional heatwaves. Nat. Commun. 11: 3357.
Vogel, M.M., Zscheischler, J., Fischer, E.M., et al. (2020). Development of future heatwaves for different hazard thresholds. J. Geophys. Res. Atmos. 125: e2019JD032070.
Sahani, J., Kumar, P., Debele, S., et al. (2022). Heat risk of mortality in two different regions of the United Kingdom. Sustain. Cities Soc. 80: 103758.
Wedler, M., Pinto, J.G., and Hochman, A. (2023). More frequent, persistent, and deadly heat waves in the 21 st century over the Eastern Mediterranean. Sci. Total Environ. 870: 161883.
Meque, A., Pinto, I., Maúre, G., et al. (2022). Understanding the variability of heatwave characteristics in southern Africa. Weather Clim. Extrem. 38: 100498.
Yenneti, K., Ding, L., Prasad, D., et al. (2020). Urban overheating and cooling potential in Australia: An evidence-based review. Climate 8: 126.
Li, T., Zhang, C., Ban, J., et al. (2023). Projecting universal health risks under climate change to bridge mitigation and health adaptation objectives. Innovation 4: 100427.
Yin, Z., Zhou, B., Duan, M., et al. (2023). Climate extremes become increasingly fierce in China. Innovation 4: 100406.
Perkins, S.E., Alexander, L.V., and Nairn, J.R. (2012). Increasing frequency, intensity and duration of observed global heatwaves and warm spells. Geophys. Res. Lett. 39: L20714.
Zhang, X., Chen, F., and Chen, Z. (2023). Heatwave and mental health. J. Environ. Manag. 332: 117385.
Harrington, L.J., and Otto, F.E.L. (2020). Reconciling theory with the reality of African heatwaves. Nat. Clim. Change 10: 796-798.
Miranda, V.F.V.V., dos Santos, D.M., Peres, L.F., et al. (2023). Heat stress in South America over the last four decades: a bioclimatic analysis. Theor. Appl. Climatol. 155: 911-928. https://doi.org/10.1007/s00704-023-04668-x.
Ballester, J., Quijal-Zamorano, M., Méndez Turrubiates, R.F., et al. (2023). Heat-related mortality in Europe during the summer of 2022. Nat. Med. 29(7): 1857-1866.
NASA (2023). NASA finds June 2023 hottest on record. https://climate.nasa.gov/news/ 3276/nasa-finds-june-2023-hottest-on-record/#:~text=June%202023%20was%20the% 20hottest,on%20ships%20and%20ocean%20buoys.
Wu, Y., Wen, B., Li, S., et al. (2022). Fluctuating temperature modifies heat-mortality association around the globe. Innovation 3: 100225.
Campbell, S., Remenyi, T.A., White, C.J., et al. (2018). Heatwave and health impact research: A global review. Health Place 53: 210-218.
Xu, Z., FitzGerald, G., Guo, Y., et al. (2016). Impact of heatwave on mortality under different heatwave definitions: A systematic review and meta-analysis. Environ. Int. 89-90: 193-203.
Montero, J.C., Mirón, I.J., Criado, J.J., et al. (2010). Comparison between two methods of defining heat waves: a retrospective study in Castile-La Mancha (Spain). Sci. Total Environ. 408: 1544-1550.
Rasilla, D., Allende, F., Martilli, A., et al. (2019). Heat Waves and Human Well-Being in Madrid (Spain). Atmosphere 10: 288.
IPCC (2021). International Panel on Climate Change: The Physical Science Basis – the Working Group I Contribution to the Sixth Assessment Report addresses the most up-to-date physical understanding of the climate system and climate change, bringing together the latest advances in climate science. https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-working-group-i/.
Wang, F., Harindintwali, J.D., Yuan, Z., Wang, M., Wang, F., Li, S., Yin, Z., Huang, L., Fu, Y., Li, L., et al. (2021). Technologies and perspectives for achieving carbon neutrality. The Innovation 2: 100180.
Widerynski, S., Schramm, P.J., Conlon, K.C., et al. (2017). Use of cooling centers to prevent heat-related illness: summary of evidence and strategies for implementation. https:// shorturl.at/bklqu.
Williams, L., Erens, B., Ettelt, S., et al. (2019). Evaluation of the Heatwave Plan for England. Policy Innovation and Evaluation Research Unit. https://shorturl.at/gtGW0.
Mücke, H. G., and Litvinovitch, J.M. (2020). Heat extremes, public health impacts, and adaptation policy in Germany. Int. J. Environ. Res. Publ. Health 17: 7862.
Errett, N.A., Hartwell, C., Randazza, J.M., et al. (2023). Survey of extreme heat public health preparedness plans and response activities in the most populous jurisdictions in the United States. BMC Publ. Health 23: 811-11.30.
Zonato, A., Martilli, A., Gutierrez, E., et al. (2021). Exploring the effects of rooftop mitigation strategies on urban temperatures and energy consumption. JGR. Atmospheres 126: e2021JD035002.
Bader, E., Faulkner, M., Gough, M., et al. (2022). The Benefits of Blue-Green Infrastructure. Chapter 2 in the Manual of Blue Green Infrastructure, Institution of Civil Engineers, Thomas Telford, pp. 23-40.
Debele, S.E., Kumar, P., Sahani, J., et al. (2019). Nature-based solutions for hydro-meteorological hazards: Revised concepts, classification schemes and databases. Environ. Res. 179: 108799.
Sahani, J., Kumar, P., Debele, S., et al. (2019). Hydro-meteorological risk assessment methods and management by nature-based solutions. Sci. Total Environ. 696: 133936.
Kumar, P., Debele, S.E., Sahani, J., et al. (2021a). Nature-based solutions efficiency evaluation against natural hazards: Modelling methods, advantages and limitations. Sci. Total Environ. 784: 147058.
Almaaitah, T., Appleby, M., Rosenblat, H., et al. (2021). The potential of Blue-Green infrastructure as a climate change adaptation strategy: a systematic literature review. BlueGreen Systems 3: 223-248.
Le Phuc, C.L., Nguyen, H.S., Dao Dinh, C., et al. (2022). Cooling island effect of urban lakes in hot waves under foehn and climate change. Theor. Appl. Climatol. 149: 817-830.
Wu, S., Yang, H., Luo, P., et al. (2021). The effects of the cooling efficiency of urban wetlands in an inland megacity: A case study of Chengdu, Southwest China. Build. Environ. 204: 108128.
Cai, Y., Li, C., Ye, L., et al. (2022). Effect of the roadside tree canopy structure and the surrounding on the daytime urban air temperature in summer. Agric. For. Meteorol. 316: 108850.
Morabito, M., Crisci, A., Guerri, G., et al. (2021). Surface urban heat islands in Italian metropolitan cities: Tree cover and impervious surface influences. Sci. Total Environ. 751: 142334.
Fini, A., Frangi, P., Mori, J., et al. (2017). Nature based solutions to mitigate soil sealing in urban areas: Results from a 4-year study comparing permeable, porous, and impermeable pavements. Environ. Res. 156: 443-454.
Kostadinović, D., Jovanović, M., Bakić, V., et al. (2022). Experimental investigation of summer thermal performance of the green roof system with mineral wool substrate. Build. Environ. 217: 109061.
Tan, H., Kotamarthi, R., Wang, J., et al. (2023). Impact of different roofing mitigation strategies on near-surface temperature and energy consumption over the Chicago metropolitan area during a heatwave event. Sci. Total Environ. 860: 160508.
Blanco, I., Schettini, E., and Vox, G. (2019). Predictive model of surface temperature difference between green façades and uncovered wall in Mediterranean climatic area. Appl. Therm. Eng. 163: 114406.
Coutts, A.M., White, E.C., Tapper, N.J., et al. (2016). Temperature and human thermal comfort effects of street trees across three contrasting street canyon environments. Theor. Appl. Climatol. 124: 55-68.
Schwaab, J., Meier, R., Mussetti, G., et al. (2021). The role of urban trees in reducing land surface temperatures in European cities. Nat. Commun. 12: 6763.
Broadbent, A.M., Coutts, A.M., Tapper, N.J., et al. (2018). The microscale cooling effects of water-sensitive urban design and irrigation in a suburban environment. Theor. Appl. Climatol. 134: 1-23.
Lam, C.K.C., Gallant, A.J., and Tapper, N.J. (2020). Does irrigation cooling effect intensify during heatwaves? A case study in the Melbourne botanic gardens. Urban For. Urban Green. 55: 126815.
Fogarty, J., van Bueren, M., and Iftekhar, M.S. (2021). Making waves: Creating water sensitive cities in Australia. Water Res. 202: 117456.
Coutts, A.M., Tapper, N.J., Beringer, J., et al. (2013). Watering our cities: The capacity for Water Sensitive Urban Design to support urban cooling and improve human thermal comfort in the Australian context. Prog. Phys. Geogr. 37: 2-28.
Völker, S., Baumeister, H., Claßen, T., et al. (2013). Evidence for the temperature-mitigating capacity of urban blue space – A health geographic perspective. Erdkunde 67: 355-371.
Sanusi, R., Johnstone, D., May, P., et al. (2016). Street orientation and the side of the street greatly influence the microclimatic benefits street trees can provide in summer. J. Environ. Qual. 45: 167-174.
Qi, J., Ding, L., and Lim, S. (2021). Toward cool cities and communities: A sensitivity analysis method to identify the key planning and design variables for urban heat mitigation techniques. Sustain. Cities Soc. 75: 103377.
Santamouris, M., Paolini, R., Haddad, S., et al. (2020). Heat mitigation technologies can improve sustainability in cities. A holistic experimental and numerical impact assessment of urban overheating and related heat mitigation strategies on energy consumption, indoor comfort, vulnerability and heat-related mortality and morbidity in cities. Energy Build. 217: 110002.
Haddad, S., Paolini, R., Ulpiani, G., et al. (2020). The holistic approach to assess co-benefits of local climate mitigation in a hot humid region of Australia. Sci. Rep. 10: 14216.
Sadeghi, M., Chaston, T., Hanigan, I., et al. (2022). The health benefits of greening strategies to cool urban environments-A heat health impact method. Build. Environ. 207: 108546.
Sadler, J.P., Grayson, N., Hale, J.D., et al. (2018). The Little Book of Ecosystem Services in the City.
Aram, F., Higueras García, E., Solgi, E., et al. (2019). Urban green space cooling effect in cities. Heliyon 5: e01339.
Rahman, M.A., Stratopoulos, L.M., Moser-Reischl, A., et al. (2020). Traits of trees for cooling urban heat islands: A meta-analysis. Build. Environ. 170: 106606.
Adegun, O.B., Ikudayisi, A.E., Morakinyo, T.E., et al. (2021). Urban green infrastructure in Nigeria: A review. Scientific African 14: e01044.
Ampatzidis, P., and Kershaw, T. (2020). A review of the impact of blue space on the urban microclimate. Sci. Total Environ. 730: 139068.
Jones, L., Anderson, S., Læssøe, J., et al. (2022). A typology for urban green infrastructure to guide multifunctional planning of nature-based solutions. Nature-Based Solutions 2: 100041.
Ávila-Hernández, A., Simá, E., and Ché-Pan, M. (2023). Research and development of green roofs and green walls in Mexico: A review. Sci. Total Environ. 856: 158978.
Miyahara, A.A.L., Paixão, C.P., dos Santos, D.R., et al. (2022). Urban dendrochronology toolkit for evidence-based decision-making on climate risk, cultural heritage, environmental pollution, and tree management – A systematic review. Environ. Sci. Pol. 137: 152-163.
Adnan, M.S.G., Dewan, A., Botje, D., et al. (2022). Vulnerability of Australia to heatwaves: A systematic review on influencing factors, impacts, and mitigation options. Environ. Res. 213: 113703.
Liu, Z., Cheng, W., Jim, C.Y., et al. (2021). Heat mitigation benefits of urban green and blue infrastructures: A systematic review of modelling techniques, validation and scenario simulation in ENVI-met V4. Build. Environ. 200: 107939.
Yu, Z., Yang, G., Zuo, S., et al. (2020). Critical review on the cooling effect of urban bluegreen space: A threshold-size perspective. Urban For. Urban Green. 49: 126630.
Heymans, A., Breadsell, J., Morrison, G., et al. (2019). Ecological urban planning and design: A systematic literature review. Sustainability 11: 3723.
Moher, D., Liberati, A., Tetzlaff, J., et al. (2009). Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses: the PRISMA statement. Ann. Intern. Med. 151: 264-W64.
R Core Team (2022). R: A Language and Environment for Statistical Computing (R Foundation for Statistical Computing). https://www.R-project.org/.
Beck, H.E., Zimmermann, N.E., McVicar, T.R., et al. (2018). Present and future KöppenGeiger climate classification maps at 1-km resolution. Sci. Data 5: 1-12.
Xi, C., Wang, D., and Cao, S.J. (2023). Impacts of trees-grass area ratio on thermal environment, energy saving, and carbon benefits. Urban Clim. 47: 101393.
Windbourne, J., Jones, T., Garvey, S., et al. (2020). Tree Transpiration and Urban Temperatures: Current Understanding, Implications, and Future Research Directions. Bioscience 70: 576-588.
Lu, J., Li, Q., Zeng, L., et al. (2017). A micro-climatic study on cooling effect of an urban park in a hot and humid climate. Sustain. Cities Soc. 32: 513-522.
Chibuike, E.M., Ibukun, A.O., Abbas, A., et al. (2018). Assessment of green parks cooling effect on Abuja urban microclimate using geospatial techniques. Remote Sens. Appl. 11: 11-21.
Peng, J., Dan, Y., Qiao, R., et al. (2021). How to quantify the cooling effect of urban parks? Linking maximum and accumulation perspectives. Rem. Sens. Environ. 252: 112135.
Gunawardena, K.R., Wells, M.J., and Kershaw, T. (2017). Utilising green and bluespace to mitigate urban heat island intensity. Sci. Total Environ. 584-585: 1040-1055.
Lynn, B.H., and Lynn, I.M. (2020). The impact of cool and green roofs on summertime temperatures in the cities of Jerusalem and Tel Aviv. Sci. Total Environ. 743: 140568.
Iaria, J., and Susca, T. (2022). Analytic Hierarchy Processes (AHP) evaluation of green roofand green wall-based UHI mitigation strategies via ENVI-met simulations. Urban Clim. 46: 101293.
Li, H., Zhao, Y., Sützl, B., et al. (2022). Impact of green walls on ventilation and heat removal from street canyons: Coupling of thermal and aerodynamic resistance. Build. Environ. 214: 108945.
Castiglia Feitosa, R., and Wilkinson, S.J. (2020). Small-scale experiments of seasonal heat stress attenuation through a combination of green roof and green walls. J. Clean. Prod. 250: 119443.
Sun, R., Chen, A., Chen, L., et al. (2012). Cooling effects of wetlands in an urban region: The case of Beijing. Ecol. Indicat. 20: 57-64.
Zhang, Z., Chen, F., Barlage, M., et al. (2022). Cooling Effects Revealed by Modeling of Wetlands and Land-Atmosphere Interactions. Water Resour. Res. 58: e2021WR030573.
Hathway, E.A., and Sharples, S. (2012). The interaction of rivers and urban form in mitigating the Urban Heat Island effect: A UK case study. Build. Environ. 58: 14-22.
Wu, C., Li, J., Wang, C., et al. (2019). Understanding the relationship between urban blue infrastructure and land surface temperature. Sci. Total Environ. 694: 133742.
McCormick, K., Anderberg, S., Coenen, L., et al. (2013). Advancing sustainable urban transformation. J. Clean. Prod. 50: 1-11.
Lafortezza, R., and Sanesi, G. (2019). Nature-based solutions: Settling the issue of sustainable urbanization. Environ. Res. 172: 394-398.
Berdejo-Espinola, V., Suárez-Castro, A.F., Amano, T., et al. (2021). Urban green space use during a time of stress: A case study during the COVID-19 pandemic in Brisbane, Australia. People Nat. 3: 597-609.
Lopez, B., Kennedy, C., Field, C., et al. (2021). Who benefits from urban green spaces during times of crisis? Perception and use of urban green spaces in New York City during the COVID-19 pandemic. Urban For. Urban Green. 65: 127354.
Pouso, S., Borja, Á., Fleming, L.E., et al. (2021). Contact with blue-green spaces during the COVID-19 pandemic lockdown beneficial for mental health. Sci. Total Environ. 756: 143984.
Mabon, L., and Shih, W.Y. (2021). Urban greenspace as a climate change adaptation strategy for subtropical Asian cities: A comparative study across cities in three countries. Global Environ. Change 68: 102248.
Jaung, W., Carrasco, L.R., Shaikh, S.F.E.A., et al. (2020). Temperature and air pollution reductions by urban green spaces are highly valued in a tropical city-state. Urban For. Urban Green. 55: 126827.
MHURDPRC (2016). Ministry of Housing and Urban-Rural Development, & Ministry of Environmental Protection, the People’s Republic of China Result of National Inventory about Urban River Pollution. http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201602/t20160219_ 226677.html.2016.
Sikora, A. (2021). European Green Deal-legal and financial challenges of the climate change. Era Forum 21: 681-697.
Debele, S.E., Leo, L.S., Kumar, P., et al. (2023). Nature-based Solutions Can Help Reduce the Impact of Natural Hazards: A Global Analysis of NBS Case Studies. Sci. Total Environ. 902: 165824.
Williams, P.A., Simpson, N.P., Totin, E., et al. (2021). Feasibility assessment of climate change adaptation options across Africa: an evidence-based review. Environ. Res. Lett. 16: 073004.
Schroeter, B., Zingraff-Hamed, A., Ott, E., et al. (2021). The knowledge transfer potential of online data pools on nature-based solutions. Sci. Total Environ. 762: 143074.
Kottek, M., Grieser, J., Beck, C., et al. (2006). World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Metz. 15: 259-263.
Alikhani, S., Nummi, P., and Ojala, A. (2021). Urban wetlands: A review on ecological and cultural values. Water 13: 3301.
Johnson, R., and Wang, L. (2021). Green Infrastructure Efficiency in Continental Climates: Insights from Green Walls and Botanical Gardens. Environ. Sci. Technol. 28: 451-468.
Meerow, S., Natarajan, M., and Krantz, D. (2021). Green infrastructure performance in arid and semi-arid urban environments. Urban Water J. 18: 275-285.
Tanaka, Y., and Silva, M. (2023). Micro-scale Impact of Roof Gardens in Tropical Climates: A Study on Temperature Reduction in Densely Built-up Areas. Urban Clim. 18: 88-101.
Manoli, G., Fatichi, S., Schläpfer, M., et al. (2019). Magnitude of urban heat islands largely explained by climate and population. Nature 573: 55-60.
Santamouris, M., Haddad, S., Saliari, M., et al. (2018). On the energy impact of Urban Heat Island in Sydney: Climate and energy potential of mitigation technologies. Energy Build. 166: 154-164.
Sailor, D.J. (2011). A review of methods for estimating anthropogenic heat and moisture emissions in the urban environment. Int. J. Climatol. 31: 189-199.
Nouri, H., Beecham, S., and Hassanli, A.M. (2019). Urban heat island and its challenges in tropical climates: A case study in Darwin, Australia. Urban For. Urban Green. 40: 312-322.
Gill, S.E., Handley, J.F., Ennos, A.R., et al. (2007). Adapting cities for climate change: the role of the green infrastructure. Built. Environ. 33: 115-133.
Yin, J., Wu, X., Shen, M., et al. (2019). Impact of urban greenspace spatial pattern on land surface temperature: a case study in Beijing metropolitan area, China. Landsc. Ecol. 34: 2949-2961.
Grimmond, C.S.B., Blackett, M., Best, M.J., et al. (2011). Initial results from Phase 2 of the international urban energy balance model comparison. Int. J. Climatol. 31: 244-272.
Imhoff, M.L., Zhang, P., Wolfe, R.E., et al. (2010). Remote sensing of the urban heat island effect across biomes in the continental USA. Rem. Sens. Environ. 114: 504-513.
DeFries, R.S., Foley, J.A., and Asner, G.P. (2004). Land-use choices: Balancing human needs and ecosystem function. Front. Ecol. Environ. 2: 249-257.
Seto, K.C., Güneralp, B., and Hutyra, L.R. (2012). Global forecasts of urban expansion to 2030 and direct impacts on biodiversity and carbon pools. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109: 16083-16088.
Kuang, W., Liu, Y., Dou, Y., et al. (2015). What are hot and what are not in an urban landscape: quantifying and explaining the land surface temperature pattern in Beijing, China. Landsc. Ecol. 30: 357-373.
Zhou, W., Yu, W., Zhang, Z., et al. (2023). How can urban green spaces be planned to mitigate urban heat island effect under different climatic backgrounds? A threshold-based perspective. Sci. Total Environ. 890: 164422.
Borduas, N., and Donahue, N.M. (2018). The natural atmosphere. Green Chem. 131-150.
Oke, T.R. (1982). The Energetic Basis of the Urban Heat Island (Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society).
Grimmond, S.U.E. (2007). Urbanization and global environmental change: local effects of urban warming. Geogr. J. 173: 83-88.
Aflaki, A., Mirnezhad, M., Ghaffarianhoseini, A., et al. (2017). Urban heat island mitigation strategies: A state-of-the-art review on Kuala Lumpur, Singapore and Hong Kong. Cities 62: 131-145.
Ommer, J., Bucchignani, E., Leo, L.S., et al. (2022). Quantifying co-benefits and disbenefits of Nature-based Solutions targeting Disaster Risk Reduction. Int. J. Disaster Risk Reduc. 75: 102966.
Kumar, P., Abhijith, K.V., and Barwise, Y. (2019). Implementing Green Infrastructure for Air Pollution Abatement: General Recommendations for Management and Plant Species Selection. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.8198261.v4.
Barwise, Y., and Kumar, P. (2020). Designing vegetation barriers for urban air pollution abatement: a practical review for appropriate plant species selection. NPJ Clim. Atmos. Sci. 3: 12.
Song, J., and Hart, J.D. (2010). Bootstrapping in a high dimensional but very low-sample size problem. J. Stat. Comput. Simulat. 80: 825-840.
Grey, C.P., and Tarascon, J.M. (2016). Sustainability and in situ monitoring in battery development. Nat. Mater. 16: 45-56.
Sowińska-Świerkosz, B., and García, J. (2021). A new evaluation framework for naturebased solutions (NBS) projects based on the application of performance questions and indicators approach. Sci. Total Environ. 787: 147615.
Kumar, P., Debele, S.E., Sahani, J., et al. (2021b). An overview of monitoring methods for assessing the performance of nature-based solutions against natural hazards. Earth Sci. Rev. 217: 103603.
Li, X., Xu, X., Wang, X., et al. (2021). Assessing the effects of spatial scales on regional evapotranspiration estimation by the SEBAL model and multiple satellite datasets: a case study in the Agro-Pastoral Ecotone, northwestern China. Rem. Sens. 13: 1524.
Kianmehr, A., Lim, T.C., and Li, X. (2023). Comparison of different spatial temperature data sources and resolutions for use in understanding intra-urban heat variation. Sustain. Cities Soc. 96: 104619.
Dong, J., Lin, M., Zuo, J., et al. (2020). Quantitative study on the cooling effect of green roofs in a high-density urban Area-A case study of Xiamen, China. J. Clean. Prod. 255: 120152.
Fleck, R., Gill, R.L., Saadeh, S., et al. (2022). Urban green roofs to manage rooftop microclimates: A case study from Sydney, Australia. Build. Environ. 209: 108673.
Xu, H., Chen, H., Zhou, X., et al. (2020). Research on the relationship between urban morphology and air temperature based on mobile measurement: A case study in Wuhan, China. Urban Clim. 34: 100671.
Hong, F., Zhan, W., Göttsche, F.M., et al. (2021). A simple yet robust framework to estimate accurate daily mean land surface temperature from thermal observations of tandem polar orbiters. Rem. Sens. Environ. 264: 112612.
Harlan, S.L., Brazel, A.J., Prashad, L., et al. (2006). Neighborhood microclimates and vulnerability to heat stress. Soc. Sci. Med. 63: 2847-2863.
Nowak, D.J., Crane, D.E., and Stevens, J.C. (2006). Air pollution removal by urban trees and shrubs in the United States. Urban For. Urban Green. 4: 115-123.
Berardi, U., GhaffarianHoseini, A., and GhaffarianHoseini, A. (2014). State-of-the-art analysis of the environmental benefits of green roofs. Appl. Energy 115: 411-428.
Kabisch, N., and Haase, D. (2014). Green justice or just green? Provision of urban green spaces in Berlin, Germany. Landsc. Urban Plann. 122: 129-139.
Smithers, R.J., Doick, K.J., Burton, A., et al. (2018). Comparing the relative abilities of tree species to cool the urban environment. Urban Ecosyst. 21: 851-862.
Richter, R., Ballasus, H., Engelmann, R.A., et al. (2022). Tree species matter for forest microclimate regulation during the drought year 2018: disentangling environmental drivers and biotic drivers. Sci. Rep. 12: 17559.
Rahman, M.A., Moser, A., Rötzer, T., et al. (2017). Microclimatic differences and their influence on transpirational cooling of Tilia cordata in two contrasting street canyons in Munich, Germany. Agric. For. Meteorol. 232: 443-456.
Probst, N., Bach, P.M., Cook, L.M., et al. (2022). Blue Green Systems for urban heat mitigation: mechanisms, effectiveness and research directions. Blue-Green Systems 4: 348-376.
Akbari, H., Pomerantz, M., and Taha, H. (2001). Cool surfaces and shade trees to reduce energy use and improve air quality in urban areas. Sol. Energy 70: 295-310.
Chang, C.R., and Li, M.H. (2014). Effects of urban parks on the local urban thermal environment. Urban For. Urban Green. 13: 672-681.
Suits, K., Annus, I., Kändler, N., et al. (2023). Overview of the (Smart) Stormwater Management around the Baltic Sea. Water 15: 1623.
Jezzini, Y., Assaf, G., and Assaad, R.H. (2023). Models and Methods for Quantifying the Environmental, Economic, and Social Benefits and Challenges of Green Infrastructure: A Critical Review. Sustainability 15: 7544.
Aghamohammadi, N., Fong, C.S., Farid, N.D.N., et al. (2022). Heat and Mental Health in Cities. In Urban Overheating: Heat Mitigation and the Impact on Health (Springer Nature Singapore), pp. 81-107.
Dore, M.H.I. (2005). Climate change and changes in global precipitation patterns: what do we know? Environ. Int. 31: 1167-1181.
Zhou, X., Okaze, T., Ren, C., et al. (2020). Evaluation of urban heat islands using local climate zones and the influence of sea-land breeze. Sustain. Cities Soc. 55: 102060.
Puppim de Oliveira, J.A., Bellezoni, R.A., Shih, W.Y., et al. (2022). Innovations in Urban Green and Blue Infrastructure: Tackling local and global challenges in cities. J. Clean. Prod. 362: 132355.
Mentens, J., Raes, D., and Hermy, M. (2006). Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21 st century? Landsc. Urban Plann. 77: 217-226.
Čížková, H., Květ, J., Comín, F.A., et al. (2013). Actual state of European wetlands and their possible future in the context of global climate change. Aquat. Sci. 75: 3-26.
Brudermann, T., and Sangkakool, T. (2017). Green roofs in temperate climate cities in Europe-An analysis of key decision factors. Urban For. Urban Green. 21: 224-234.
Zhou, Y., Zhao, H., Mao, S., et al. (2022). Studies on urban park cooling effects and their driving factors in China: Considering 276 cities under different climate zones. Build. Environ. 222: 109441.
Tao, S., Fang, J., Ma, S., et al. (2020). Changes in China’s lakes: Climate and human impacts. Natl. Sci. Rev. 7: 132-140.
Zhou, D., Liu, Y., Hu, S., et al. (2019). Assessing the hydrological behaviour of large-scale potential green roofs retrofitting scenarios in Beijing. Urban For. Urban Green. 40: 105-113.
Hamed, M.M., Nashwan, M.S., Shahid, S., et al. (2023). Future Köppen-Geiger climate zones over Southeast Asia using CMIP6 Multimodel Ensemble. Atmos. Res. 283: 106560.
Mitsch, W.J., Zhang, L., Stefanik, K.C., et al. (2012). Creating wetlands: primary succession, water quality changes, and self-design over 15 years. Bioscience 62: 237-250.
Rogers, C.D.F., Makana, L.O., Leach, J.M., et al. (2023). The Little Book of Theory of Change for Infrastructure and Cities (University of Birmingham).
Sherman, M.H., and Ford, J. (2014). Stakeholder engagement in adaptation interventions: an evaluation of projects in developing nations. Clim. Pol. 14: 417-441.
O’Brien, R.M., Phelan, T.J., Smith, N.M., et al. (2021). Remediation in developing countries: A review of previously implemented projects and analysis of stakeholder participation efforts. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 51: 1259-1280.
Coutts, J., White, T., Blackett, P., et al. (2017). Evaluating a space for co-innovation: Practical application of nine principles for co-innovation in five innovation projects. Outlook Agric. 46: 99-107.
Curt, C., Di Maiolo, P., Schleyer-Lindenmann, A., et al. (2022). Assessing the environmental and social co-benefits and disbenefits of natural risk management measures. Heliyon 8: e12465.
Dumitru, A., Frantzeskaki, N., and Collier, M. (2020). Identifying principles for the design of robust impact evaluation frameworks for nature-based solutions in cities. Environ. Sci. Pol. 112: 107-116.
Davies, C., Chen, W.Y., Sanesi, G., et al. (2021). The European Union roadmap for implementing nature-based solutions: A review. Environ. Sci. Pol. 121: 49-67.
Di Pirro, E., Sallustio, L., Sgrigna, G., et al. (2022). Strengthening the implementation of national policy agenda in urban areas to face multiple environmental stressors: Italy as a case study. Environ. Sci. Pol. 129: 1-11.
Augusto, B., Roebeling, P., Rafael, S., et al. (2020). Short and medium-to long-term impacts of nature-based solutions on urban heat. Sustain. Cities Soc. 57: 102122.
Frantzeskaki, N. (2019). Seven lessons for planning nature-based solutions in cities. Environ. Sci. Pol. 93: 101-111.
Cortinovis, C., Olsson, P., Boke-Olén, N., et al. (2022). Scaling up nature-based solutions for climate-change adaptation: Potential and benefits in three European cities. Urban For. Urban Green. 67: 127450.
Rosemartin, A., Crimmins, T.M., Gerst, K.L., et al. (2023). Lessons learned in knowledge co-production for climate-smart decision-making. Environ. Sci. Pol. 141: 178-187.
Graça, M., Cruz, S., Monteiro, A., et al. (2022). Designing urban green spaces for climate adaptation: A critical review of research outputs. Urban Clim. 42: 101126.
Topal, H.F., Hunt, D.V.L., and Rogers, C.D.F. (2021). Exploring urban sustainability understanding and behavior: A systematic review towards a conceptual framework. Sustainability 13: 1139.
Kumar, P., Sahani, J., Rawat, N., et al. (2023). Using empirical science education in schools to improve climate change literacy. Renew. Sustain. Energy Rev. 178: 113232.
Kaur, R., and Gupta, K. (2022). Blue-green infrastructure (BGI) network in urban areas for sustainable storm water management: A geospatial approach. City and Environment Interactions 16: 100087.
De Sousa Silva, C., Viegas, I., Panagopoulos, T., et al. (2018). Environmental justice in accessibility to green infrastructure in two European cities. Land 7: 134 .
Amaral, M.H., Benites-Lazaro, L.L., Antonio de Almeida Sinisgalli, P., et al. (2021). Environmental injustices on green and blue infrastructure: Urban nexus in macrometropolitan territory. J. Clean. Prod. 289: 125829.
تم تكليف هذا العمل من قبل UKRI (EPSRC، NERC، AHRC) وتم تمويله من قبل مشروع RECLAIM Network Plus (EP/W034034/1؛ EP/W033984) ضمن سلسلة مراجعات التركيب. يقر المؤلفون التاليون بالتمويل الذي تم تلقيه من خلال منحهم: P.K. و L.J. (NE/X002799/1؛ NE/X002772/1)؛ L.J. (H2020 REGREEN، اتفاقية منحة الاتحاد الأوروبي رقم 821016؛ 2021YFE93100)؛ G.M.L. (FAPESP 2019/08783-0)؛ C.D.F.R. (EP/R017727)؛ L.M. (رقم منحة ARC IC220100012)؛ H.G. (رقم منحة RGC C5024-21G)؛ M.F.A. و E.D.F. (رقم منحة FAPESP 2016/18438-0؛ 2022/02365-5)؛ S.J.C. (رقم منحة NSFC 52225005)؛ R.Y. (رقم منحة NSFC 52278090)؛ F.W. (رقم منحة NKP 2020YFC180700)؛ J.E. (NE/
X000443/1)؛ و F.C. (NE/M010961/1؛ NE/V002171/1). يشكر المؤلفون أندريا صوفيا ماجول فاخاردو على مساهمتها في التصميم الأولي لبعض الأشكال. كما نشكر أعضاء فريق GCARE ومختبر غيلدفورد الحي (GLL)، بالإضافة إلى المشاركين في ورشة عمل شبكة RECLAIM Network Plus لرصد الأفق.
مساهمات المؤلفين
P.K.: التصور، الأساليب، الإشراف، إدارة المشروع، التمويل، التحليل، الكتابة – المسودة الأصلية، الكتابة – المراجعة والتحرير؛ S.D.: التصور، الأساليب، استخراج البيانات، تحليل البيانات (الأشكال، الجداول)، الكتابة – المسودة الأصلية، الكتابة – المراجعة والتحرير؛ S.K.: استخراج البيانات، الكتابة – المراجعة والتحرير؛ C.H.: استخراج البيانات، الكتابة – المراجعة والتحرير؛ J.S.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ N.A.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ M.d.F.A.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ M.A.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ K.B.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ N.C.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ S.C.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ F.C.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ J.E.E.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ D.F.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ E.D.d.F.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ H.G.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ M.C.H.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ M.K.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ T.R.K.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ S.L.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ G.M.L.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ S.K.M.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ L.M.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ R.P.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ C.R.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ R.Y.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ F.W.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ J.W.: الكتابة – المراجعة والتحرير؛ L.J.: التصور، الأساليب، الكتابة – المراجعة والتحرير. تظهر أسماء المؤلفين بترتيب أبجدي بين فريق الكتابة الأساسي والمؤلفين الرئيسيين. علق جميع المؤلفين على المسودة الأصلية وساهموا في تطوير النص، والجداول، والأشكال، والتماسك العام والتدقيق اللغوي للورقة.
The combination of urbanization and global warming leads to urban overheating and compounds the frequency and intensity of extreme heat events due to climate change. Yet, the risk of urban overheating can be mitigated by urban green-blue-grey infrastructure (GBGI), such as parks, wetlands, and engineered greening, which have the potential to effectively reduce summer air temperatures. Despite many reviews, the evidence bases on quantified GBGI cooling benefits remains partial and the practical recommendations for implementation are unclear. This systematic literature review synthesizes the evidence base for heat mitigation and related co-benefits, identifies knowledge gaps, and proposes recommendations for their implementation to maximize their benefits. After screening 27,486 papers, 202 were reviewed, based on 51 GBGI types categorized under 10 main divisions. Certain GBGI (green walls, parks, street trees) have been well researched for their urban cooling capabilities. However, several other GBGI have received negligible (zoological garden, golf course, estuary) or minimal (private garden, allotment) attention. The most efficient air cooling was observed in botanical gardens ( ), wetlands ( ), green walls ( ), street trees ( ), and vegetated balconies ( ). Under changing climate conditions (2070-2100) with consideration of RCP8.5, there is a shift in climate subtypes, either within the same climate zone (e.g., Dfa to Dfb and Cfb to Cfa) or across other climate zones (e.g., Dfb [continental warm-summer humid] to BSk [dry, cold semi-arid] and Cwa [temperate] to Am [tropical]). These shifts may result in lower efficiency for the current GBGI in the future. Given the importance of multiple services, it is crucial to balance their functionality, cooling performance, and other related co-benefits when planning for the future GBGI. This global GBGI
heat mitigation inventory can assist policymakers and urban planners in prioritizing effective interventions to reduce the risk of urban overheating, filling research gaps, and promoting community resilience.
INTRODUCTION
Heatwaves are of great concern to society as they negatively impact human health, economy, and natural ecosystems. While there is no universal definition of heatwaves, they are generally defined as episodes where the air temperature exceeds certain thresholds over days or weeks. These hazards are extensive meteorological phenomena, typically spanning continents and involving vast amounts of heated air. The extreme heat phenomenon arises from a combination of factors, including rising urban density, elevated summer air temperatures, and intensified anthropogenic activities, resulting in surplus heat generation and reduced albedo and transpiration cooling. Consequently, it leads to elevated daytime temperatures during summer and, notably, warmer nights as well. Globally, heatwaves have substantially increased in frequency and intensity since the 1950s due to climate change, and are now considered by scientific and other professional communities to be a direct consequence of rising greenhouse gas concentrations in the Earth’s atmosphere. Between 1998 and 2017, heatwaves were responsible for the global deaths of more than 166,000 individuals, with more than 70,000 fatalities, concomitant drought and subsequent crop failure, leading to an economic loss of EUR 16 billion during the August 2003 heatwave in Europe. There was a significant increase in the annual number of hours experiencing heat stress in South America between 1979 and 2020. The rate of increase varied depending on the Köppen-Geiger class, ranging from +1.16 h per year to +8.25 h per year. In the last two decades, all the cities analyzed not only
witnessed more consecutive hours under heat stress compared with the preceding two decades, but also experienced a greater persistence of these conditions. A heat-related mortality burden of 62,862 deaths was attributed to the record hot summer of 2022 in Europe, emphasizing the need for enhanced heat surveillance, prevention plans, and long-term adaptation strategies. A record-breaking air temperature of was noted on July 19, 2022, in the UK. In July 2023, the world experienced the hottest month on record, with widespread heatwaves across many countries in the northern hemisphere. Wu et al. analyzed data from 717 locations across 36 countries and reported the increased mortality rates due to climate change-induced temperature variability and temperature rise, while Campbell et al. in their global review of health impacts focused on vulnerable populations. Xu et al. studied mortality under different heatwave definitions and accounting for different climatic contexts and different socio-demographic characteristics of the study populations to provide a more nuanced perspective than a simple heatwave duration and intensity analysis would yield. For example, the health of a given population is a strong determinant of the outcome of heatwave events and the severity should be viewed through the lens of a health-based metric. However, while health impacts are critically important, there is a greater impact on human wellbeing that reaches into altered daily patterns of behavior and myriad social, and ultimately economic, consequences. More frequent and intense hot extremes are expected to persist in the century. On land, temperature extremes will increase faster compared with the increase in global mean (land and ocean combined) temperature due to accelerating global climate change from anthropogenic emissions. This necessitates transitioning to renewables, fortifying carbon sinks, and resilient adaptation strategies. Thus, the increasing frequency, amplitude, and duration of heatwaves forces governments to take action against the increasing risk of heatrelated mortality and morbidity. The increasing implementation of cooling centers is a clear indicator that governments are beginning to take action to protect their populations from extreme heat.
As acknowledged by the International Panel on Climate Change, green and blue urban infrastructure elements are particularly effective in reducing air temperatures in cities. Green-blue-grey infrastructure (GBGI), which includes vegeta-tion-based (green = trees, grass, hedges, etc.), water-based (blue = pools, ponds, lakes, rivers, etc.), and engineered (gray = green walls, green facades, and roofs) structures, have been widely proposed to mitigate the impact of urban overheating and decrease energy consumption. They have the potential to play a vital role in improving the quality of life for urban residents, enhancing biodiversity, mitigating climate change impacts, and promoting overall sustainability. GBGI, especially its green component, can regulate urban heat and may promote a more comfortable and cooler urban environment through various mechanisms such as evaporation, transpiration, shading, and thermal insulation. Blue infrastructure, which includes water bodies such as ponds, canals, rivers, streams, lakes, and wetlands, absorbs heat and cools the surrounding area through evaporation. Different forms of green infrastructure have been found effective in keeping urban environments cool. For example, Tan et al. used a regional modeling approach for the Chicago metropolitan area and reported that green roofs reduce the near-surface temperature by 14% compared with solar panel roofs. Likewise, Blanco et al. found that green vegetated walls recorded up to lower surface temperature than the uncovered concrete wall during summertime in Valenzano (Bari), Italy. Coutts et al. highlighted that street trees can cool summer daytime air temperatures by up to , yet reported that the cooling effect of trees during extreme heat events was not significant between streets with and without trees. Street trees were also shown to significantly lower surface temperatures in cities across Europe. Several urban heat mitigation studies have also assessed the potential of urban water management for improving urban cooling through the retention of water in the urban environment. As an example, the integration of natural water features within cities can effectively cool surrounding areas such as lakes and ponds ( cooler inside between 30 and 200 m than at edges), rivers ( cooling effect), and urban wetlands ( cooling effect). High amounts of tree canopy cover, green space, green roofs and walls, and open space have been reported to decrease urban heat through evapotranspiration cooling. The combined use of multiple heat mitigation measures has been proposed to substantially decrease urban air temperatures. Haddad et al. quantified the benefits of city-scale heat mitigation measures to human health, energy consumption, and peak electricity demand. They reported that the best-performing mitigation scenarios were those that combined cool mate-
rials, shading, and greenery to reduce the peak ambient air temperature by in comparison with areas without GBGI interventions. Sadeghi et al. analyzed the impact of urban greening infrastructure strategies (tree cover, green roofs, and green areas) on the Universal Thermal Climate Index (UTCI) under 3 scenarios across 10 weather stations in Sydney, Australia. UTCI measures the impact of urban heat on human comfort and health, considering meteorological variables (air temperature, humidity, wind speed, and radiation). It helps to explain and address the challenges posed by heat in cities. Their simulation study showed that planting 2 million well watered trees in the Sydney Basin could decrease the urban daily average UTCI by during a heatwave. Additionally, the health impact assessment revealed a potential decrease in heatrelated deaths by up to 11.7 per day across Sydney. This is in addition to the numerous other health and wellbeing benefits that GGBI provides through ecological ecosystem services.
Table 1 provides an overview of past review articles that focused on the heat mitigation potential of green (e.g., trees, parks, grass, pocket park, sports field, golf course, city farms, playgrounds, riparian woodland), blue (e.g., ponds, sea, reservoir, wetlands, lakes, rivers, canals, and streams), or engineered (e.g., green roofs, green walls, roof garden) interventions. The majority of these past reviews have focused on the cooling effect of different forms of green infrastructure while others examined blue infrastructure in the context of urban heat mitigation. However, none of these studies has systematically assessed the direct urban cooling benefits of the many various forms of urban GBGI alongside the co-benefits these GBGI interventions offer. Most reviews focused on investigating trees, followed by green roofs, parks (or other large green areas), and vertical greenings while numerous other GBGI such as gardens (botanical, heritage, nursery, zoological, rain, backyard), sports fields, vegetated balconies, waterbased solutions (wetland, reservoir, estuary/tidal, river, lake, pond, sea, water canal/ditch) were not within their scope. Therefore, the novelty of this paper lies in the systematic assessment of a comprehensive list of 51 GBGI types under 10 main categories, based on the typology of Jones et al. Furthermore, this review offers a comprehensive analysis of GBGI effectiveness against heatwaves in various climate zones and sub-climate conditions; and it explores the dependence of GBGI effectiveness on multiple potentially influencing factors (e.g., population density, altitude, city area, spatial scale, GBGI-area to city-area ratio, temporal trends, monitoring location, and surrounding environment). This allows us to draw insights for optimizing GBGI strategies for different conditions.
This review article aims to comprehensively consolidate and interpret the existing scientific studies related to GBGI, with the ultimate goal of creating a global GBGI database that encompasses their direct advantages such as urban heat mitigation, as well as their co-benefits, which include managing other natural hazards, addressing societal issues, or enhancing biodiversity. The specific objectives are to (1) conduct a systematic review of the literature assessing GBGI’s effectiveness in urban heat mitigation and the availability of information about their co-benefits and potential drawbacks, (2) emphasize the most effective and extensively researched GBGI approach for addressing urban heating out of the 51 GBGI types that were evaluated, (3) identify areas of knowledge that are currently underdeveloped, and (4) suggest guidelines for the planning, implementation, monitoring, and evaluation of GBGI for maximum urban cooling benefits. We aim to emphasize that our systematic review is designed to provide a comprehensive analysis of the entire spectrum of research in this domain, rather than focusing solely on recent papers. Our systematic review is designed to address specific research questions (i.e., what is the efficacy of the broad range of GBGI used in urban environments? Which GBGI types are most and least efficient and what are the challenges associated with the GBGI intervention assessments for urban heating?) through a stepwise analysis of the data extracted from the relevant research papers that were identified through a predefined search and a consistent data extraction criterion.
MATERIALS AND METHODS
The review adopts a classification presented by Jones et al. and expands it to 51 GBGI types under 10 broad categories: gardens, parks, amenity areas, linear features/ routes, constructed green infrastructure (GI) on infrastructure, hybrid GI (for water), water bodies, other non-sealed urban areas, other public spaces, and mixed (green-blue). Apart
The Innovation
Table 1. Summary of the most relevant review articles since 2019 on the multiple benefits of GBGI for urban heat adaptation and mitigation
from heat mitigation, five more co-benefits were identified: enhanced recreational opportunities, ambient noise reduction, flood and drought risk mitigation, improvements in air and water quality, and biodiversity. Detailed GBGI design and implementation principles, along with global GBGI challenges, have been covered in earlier reviews (Table 1) and, therefore, are beyond the scope of our review. The PRISMA methodology was adopted for the systematic review of the literature (Figure S1). This methodology helped us to uncover geographical and temporal trends in the origin of studies, as well as knowledge voids in the existing literature. The sample for organizing the datasets obtained from the reviewed papers for each of the 51 sub-categories is presented in Table S1. Our literature search consisted of five stages (Section S1). (1) Search terms were developed based on objectives and GBGI categories (Table S2). (2) peer-reviewed literature in the English language and published between 2010 and 2023 were searched via Boolean search term combinations (Table S2) utilizing Web of Science, Science Direct, Scopus, and Google Scholar for their first 20 pages of results. This yielded a total of 27,486 publications (Fig-
Table 1. Summary of the most relevant review articles since 2019 on the multiple benefits of GBGI for urban heat adaptation and mitigation
GBGI type (location)
Key findings
Authors
Green roofs and green walls (Mexico)
Examined green roofs and green walls, along with their energy, thermal, and environmental benefits, considering factors such as vegetation, climate, substrate, configuration, and green roof policies in Mexico. The primary focus was the assessment of surface and interior temperatures as critical parameters.
Ávila-Hernández et al.
Green roofs (US)
Examined the impact of cool roofs, green roofs, and solar panel roofs on near-surface temperature and cooling energy demand. The effectiveness of green roofs reduced temperature by compared with solar panel roofs.
Tan et al.
Urban and peri-urban forests (Global)
Confirms dendrochronology as a valuable tool for evidence-based decision-making in urban planning. It has broad geographical applicability and diverse applications, including climate risk assessment, cultural heritage preservation, environmental pollution evaluation, and tree management.
Miyahara et al.
GI shading, water-sensitive urban design (Australia)
Reviewed different components of heat vulnerability (e.g., exposure, sensitivity, and adaptive capacity) and mitigation options in Australia. GI and water-sensitive urban design have proven to be efficient in reducing the impacts of heat in Australia.
Adnan et al.
Economic, social, environmental and cultural benefits of BGI
Emphasizes the ability of GBGI to deliver multifunctionality, meeting a number of needs, priorities, and objectives on various scales, from communities to cities to strategies, making it a critical infrastructure that is heavily dependent on design and planning. It introduces the ‘four capitals’ approach to help frame engineering that is synergistic with system interdependency.
Bader et al.
Gardens, green roofs, vertical greening systems, public parks, urban trees, and forests (Nigeria).
Examined the current state of urban GI in Nigeria, such as domestic gardening, green roofs, vertical greening systems, public parks, and urban forests and highlighted the benefits, disadvantages, barriers, and opportunities of GI to improve environmental quality and enhance the quality of life in Nigeria’s rapidly expanding cities.
Adegun et al.
Trees, green roofs, vertical greenings, and water bodies (Global)
Evaluated papers for their modeling, validation, and scenario simulation process for the heatwave mitigation benefits of urban GI and BI and concluded that GBGI design should incorporate appropriate implantation location, arrangement, and orientation to optimize the shaded area for improving the cooling effect.
Liu et al.
Tree canopy cover (Global)
Collected empirical data at ground level for below-canopy surface temperature and transpiration cooling of trees’ canopy density. Tree canopy cover can provide shading, reduce local air temperatures, and create a cooler and more comfortable environment, particularly for pedestrians. Trees that provide dense shade at least over paved surfaces should be prioritized since every unit of leaf area index led to around of surface cooling.
Rahman et al.
Green-blue (waterbodies, greenspaces, and parks) (Global)
Reviewed cooling efficiency of GBI (waterbodies, greenspaces, and parks) and identified influencing factors on the cooling effect of GBGI like size, shape, connectivity, and climate variations.
Yu et al.
Blue space (ponds, lakes, rivers, canals streams) (Global)
Analyzed thermal effects of static blue spaces on the UHI and showed that the size and shape of blue spaces are important variables for the cooling achieved in an urban environment.
Ampatzidis and Kershaw
Small, medium, and large-sized sized urban parks (Global)
Reviewed the cooling effects of urban green spaces in recent years and reported that the highest cooling effect distance and cooling effect intensity are for large urban parks with an area of more than 10 ha .
Aram et al.
Nature-based solutions (Global)
Assessed the impact of extreme hydro-meteorological hazards, such as floods, landslides, droughts, heatwaves, and storm surges, and highlighted the significant risk reduction achieved through the implementation of GBGI. Specifically, the hybrid approach for flood mitigation and the green approach for heat mitigation emerged as the most effective solutions. However, the effectiveness of GBGI depends on its architecture, typology, green species, and environmental conditions.
Debele et al.
Nature-based solutions (Global)
Reviewed different methodologies incorporating exposure, vulnerability, and adaptation interaction for hydro-meteorological risk (flood, drought, and heatwaves) assessment, focusing on mitigation effectiveness of GBGI.
Sahani et al.
Nature-based solutions (Global)
Underscores the importance of incorporating ecological principles into urban planning, with a focus on integrating GI, biodiversity conservation, and NBS to promote resilient and sustainable cities and highlighted the critical role of collaborative stakeholder engagement in ensuring effective implementation, fostering urban sustainability, and maintaining ecological integrity
Heymans et al.
ure 1A). (3) Removing duplicates and screening based on GBGI inclusion criteria left 1,512 publications for further screening (Figure 1B) and full-text retrieval eligibility (Figure 1C). Eventually, 202 publications ( of the originally identified 27,486 publications) were chosen for meta-analysis (Figures 1D and 1E). (4) Relevant data (e.g., location, type of GBGI, co- and dis-benefits, and knowledge gaps) were extracted from the selected studies (Table S2). (5) The number of studies available for each of the GBGI sub-categories was categorized into six scale conditional performance classes (Table S3). The data hence obtained were analyzed using descriptive statistics on R project software. Of the selected 202 publications, solely discussed heat mitigation as their main ecosystem service; the rest discussed the co-benefits.
We categorized all the papers into four main Köppen-Geiger climate classification zones: temperate, continental, dry, and tropical (Figure S2). Each zone was further divided into three spatial scales based on the cooling observed: micro-scale ( ), meso-scale ( ), and macro-scale ( ). Furthermore, we tagged each study location
Figure 1. The literature availability across the primary types of GBGI and their subcategories The number of (A) identified, (B) screened, (C) eligible, and (D) included publications for meta-analysis, and (E) the percentage of included publications for each of the 51 GBGI sub-categories (shown at the y axis of A), falling under the 10 main GBGI categories (shown as bold text in A). A detailed list of the GBGI main and sub-categories is listed in Table S3.
of monitored or modeled temperatures with specific types of GBGI. To assess the potential effects of climate change on cooling efficiency, we categorized each paper into two groups based on their study time frames: past and future. Moreover, we conducted an analysis comparing the migration of GBGI systems between different Köppen-Geiger climate zones in the present and future climate conditions (Section urban GBGI and climate change). The future climate condition is analyzed under the largest emission scenario of RCP8.5 which covers 2071-2100.
To characterize the impact of various parameters on the cooling efficiency of GBGI under different climate zones, four main factors are considered: (a) population density, (b) the ratio of the area covered by GBGI intervention to the total town/city area, (c) altitudes (above mean sea level), and (d) temporal scale. These parameters are correlated with the cooling potential of GBGI interventions within four distinct climate zones. Population density (per square kilometer) and the altitude of each location where GBGI is implemented are obtained from the World Cities Database. Additionally, the areas of GBGI and the respective city or town, as well as temporal scales, are extracted from each reviewed paper. The cooling ratio is then calculated by dividing the area of GBGI intervention by the total town or city area, providing insights into the spatial scale of the intervention in relation to the urban environment.
MECHANISMS OF TEMPERATURE AND HEAT STRESS REGULATION BY GBGI
GBGI, especially its green component, can regulate urban heat through evaporation, transpiration, shading, and thermal insulation. Blue infrastructure absorbs heat and cools the surrounding area through evaporation (Section S2).
Mechanisms of temperature and heat stress regulation by GI
Trees and plants help in the reduction of heat by providing shade and decreasing the amount of direct sunlight reaching the ground, therefore lowering surface temperatures and mitigating the urban heat island (UHI) effect via creating a cooler micro-climate. Additionally, during evapotranspiration plants release moisture, which further cools the surrounding air by converting sensible heat into latent heat. Parks can act as natural air conditioners through several mechanisms, including the formation of micro-scale centripetal thermal system (park breeze) that generate low-level advection currents that draw air from cooler green toward warmer urban areas. Other GI elements,
such as green roofs, green walls, and roof gardens, provide insulation, decrease heat absorption by buildings, and promote evaporative cooling (heat absorption, as water changes from liquid to a gas state in the air stream). Vegetation also contributes to the dissipation of heat by acting as windbreaks, modifying airflow patterns, and facilitating natural ventilation.
Mechanisms of temperature and heat stress regulation by blue infrastructure
Blue infrastructure (BI) actively mitigates heat effects by cooling the surrounding environment through processes such as evapotranspiration, shading, the albedo effect, groundwater recharge, and temperature buffering. can provide cooling during the day (acts as a heat sink by absorbing and storing heat from the surrounding environment), whereas it may lead to warming at night (re-releasing the heat due to water’s higher heat capacity compared with the land surface). Evaporation from water bodies also helps to cool the air, creating a micro-climate with lower temperatures and thereby helping to mitigate the UHI effect. Larger urban water bodies can also generate cool breezes that further lower the ambient temperature and provide relief during hot weather through evaporative cooling. Furthermore, surfaces of BI are less reflective and more absorptive for solar radiation due to low albedo (0.05-0.10) than forests (0.1 or snow (8.8-0.95), especially under calm conditions; thus, there is less heating of the immediate surroundings, helping to mitigate heat build-up and contributing to the cooling of the surrounding area. However, water’s lower albedo does not always guarantee cooler surrounding areas as it absorbs heat, affecting the local climate. It retains more solar energy, leading to increased humidity and moderated temperatures nearby. The overall impact relies on factors like water’s heat capacity, air movements, and local weather complexities, making direct temperature comparisons challenging. Some of the BI such as wetlands, ponds, lakes, swales, and rain gardens also act as natural sponges, storing water and releasing it during high air temperatures, thereby moderating temperatures in the vicinity by increasing water availability for evaporation through groundwater recharge.
GLOBAL MAPPING OF GBGI STUDIES FOR URBAN HEAT MITIGATION
Temporal and spatial trends
Analysis of publication trends offers insight into how knowledge evolves, aids in understanding context, identifies gaps, ensures credibility, and supports well informed decisions, enhancing the depth and accuracy of analysis. Figure S3A illustrates the chronological trends of publications from 2010 to 2023 included in this review. A general increase in the number of publications investigating GBGI portrays a growing interest and research activity on the topic for urban heat mitigation and other benefits. This can be attributed to heightened concerns about climate change and impacts on urban heat, propelling a global shift toward sustainable urban planning and environmental considerations. This surge might also be driven by the proven effectiveness of GBGI in mitigating heat and its associated benefits, prompting increased attention and research efforts. While the earlier years (2010-2016) saw a relatively low count of publications, with a range of in 2010 to in 2016, a substantial linear increase ( ) was observed worldwide after 2016 with ( ) in 2017, peaking at in 2022. Overall, the trend indicates a growing interest and research activity for the use of GBGI for urban heat mitigation and associated benefits. The peak in 2022 is likely partially attributable to the coronavirus disease 2019 pandemic, with many countries imposing lockdown and movement restrictions, which raised awareness of the benefits and motivating research into GBGI.
The spatial trends of GBGI studies were scrutinized to systematically evaluate and help identify geographical areas with varying research focuses the distribution of GBGI studies, focusing on their effectiveness against heat within different global regions (Figure 2). This analysis offers insights into specific regional needs, effective practices, and potential transferability of solutions across different locations. Most of the GBGI studies originated from Asia (51.1%), primarily from China (29.95%), followed by Europe (30.4%), Australia (7.5%), and North America (7.0%). Far fewer studies have been carried out in South America (1.8%), Africa (1.8%), and Oceania (New Zealand, 0.4%) (Figure 2). The prevalence of GBGI in Asia and Europe (81%) can be attributed to various factors.
The type of GBGI studied varied across continents. For example, in Asia, wetlands ( ) and parks ( ) were the most frequently studied GBGI types
for combating urban overheating. In contrast, the most common GBGI measures reported in Europe were street trees (18.8%), green walls (15.9%), and green roofs (13.0%) (Figure 2). In Australia, green wall studies were prominent (17.6%), alongside irrigating backyards, parks, street trees, and green roofs, which constituted of the total GBGI studies. In North America, parks (31.3%), street trees (18.8%), and wetlands (12.5%) made up approximately of GBGI interventions described. The disparity in types of GBGI studied across continents likely stems from diverse regional contexts, climate conditions, and urban planning priorities. This reflects the varying environmental needs and urban challenges specific to each continent, shaping the focus on different types of GBGI interventions best suited to tackle urban overheating in their respective regions. For instance, in Asia, the extensive development of GBGI (wetlands, parks, and green spaces) are a response to challenges posed by rapid urbanization, cultural preferences that prioritize green areas for community activities, and environmental goals focused on biodiversity conservation, improved air quality, and mitigating the UHI effect. Government initiatives in Asian countries prioritize large park creation as part of urban planning and environmental policies, reflecting a comprehensive approach to addressing challenges associated with urban development. In Europe, GBGI strategies involve diverse approaches, such as integrating GI into urban areas, implementing river restoration projects for water quality improvement, adopting agroecology and sustainable agriculture practices, and emphasizing biodiversity conservation through protected areas and Natura 2000 networks. These strategies align with broader EU environmental goals, notably Horizon 2020 projects and the European Green Deal. Interestingly, this shows an increasing interest in the widespread application of the heat mitigation benefits provided by GBGI in low-income and lower-middle-income, relatively less developed, and highly populated continents such as Asia and Africa (total 52.9%). Comparatively, the most developed continents such as Europe, Australia, and North America (total 44.9%) demonstrated a lower but similar number of studies. The varying representation in GBGI research by different continents may be attributed to various factors, such as resource availability for research, different competing regional priorities, socio-economic challenges, lack of GBGI benefits awareness, and number of established academic or research institutions focusing on GBI research. Africa and South America have initiated some interest in GBGI research for urban heat mitigation. Williams et al. reported on the effectiveness of adaptive responses to climate change in Africa, finding that the fewest actions were reported for cities, with only a response rate.
Types of GBGI interventions
Figure S4A summarizes the number of studies available for each GBGI type and the corresponding studies for each of the 10 GBGI are shown in Figures S3B and S4B. More than three-quarters (75.7%) of all studies focused on only four GBGI types: constructed GI on gray infrastructure ( ), linear GI features and routes ( ), parks ( ), and waterbodies ( ). The remaining 24.2% of studies focused on six other GBGI categories: gardens (5.5%), other non-sealed urban areas (4.9%), hybrid GI for water (4.9%), other public space ( ), mixed ( ), and amenity areas ( ). Among the studied GBGI categories, green walls ( ), green roofs ( ), street trees ( ), and parks (9.9%) were the most studied (41.6% of the total). The second most studied (46.0%) GBGI sub-categories included woodland, lakes, wetlands, permeable paving, pergola (with vegetation), hedges, riparian woodlands, botanical gardens, road verges, pocket parks, and balconies. The least studied categories (12.4%) included private gardens, irrigated backyards, sports fields, playgrounds, golf courses, shared open spaces, cemeteries, allotments, city farms, adopted public spaces, permeable paving, attenuation ponds, reservoirs, shrublands, and grass. This distribution of research focus on different GBGI types highlights unequal attention to specific categories and underscores the need for more comprehensive research across various GBGI types to ensure a balanced understanding of their environmental impacts and benefits.
Effect of various parameters on the cooling efficiency of GBGI under different climate zones
Climate zones classified by the Köppen encompass a range of environmental conditions that shape the characteristics of various regions across the globe. In this classification, there are five primary climate zones and 30
Figure 2. Geographical distribution of reviewed papers based on the number of GBGI categories, their location (latitude and longitude) by continent and number of publications by year The number in the magnetic disk and bar plot shows the number and percentage of GBGI sub-categories and types in each continent.
sub-types. Because heatwaves are not a problem in the polar climate, which is characterized by extremely cold temperatures, no GBGI interventions are retrieved from this climate zone (Figure S5). Therefore, the GBGI presented in this study only covers 4 primary climate zones and 18 subtypes. Noteworthy examples (Table S4) were found in the analysis for specific climates. The majority ( ) of GBGI were found to be located in the temperate ( ) and continental (20%) climate zones, encompassing categories such as Cfb, Cfa, Cwa, and Dwa, characterized by warm, hot, and rainy summers (Figure S2). Within these climate categories, GBGI constructs such as GI on infrastructure, parks, and linear features and routes were the most frequently used, while the other 13% of GBGIs are located in tropical (Aw, Af) and dry (BWh, BSh) climate zones. In temperate climates (Cfa and Cfb sub-climate), wetlands and parks were the most effective for cooling due to evapotranspiration, shade, waterbodies, and the impact of green space, reducing temperatures by approximately (Figure S5). Wetlands showed efficient cooling at the meso-scale, often in natural surround-
ings, while parks excelled in micro-scale cooling, particularly near built-up areas emphasizing the crucial role of wetlands and parks in urban GI for temperate climates.
For continental climates (Dfb sub-climate), green walls and botanical gardens were notably efficient, achieving cooling of approximately nearby, likely due to their localized impact (Figure S5). Their effectiveness was observed mainly at the micro-scale but not at the meso-scale and/or macro-scale. However, parks also showed efficient cooling at the meso-scale due to their larger size and broader coverage, which allows them to exert a more significant influence over a wider area, thus demonstrating better cooling performance in the meso-scale environment compared with other GBGI types. Green roofs, situated within a mix of built and natural areas, and botanical gardens monitored inside and outside within built-up areas, showed significant cooling in the Dwa subclimate of continental climates at an efficiency of approximately due to their ability to provide insulation, decrease heat absorption, and support evaporative
Figure 3. Scatterplot of GBGI cooling efficiency Scatterplot of GBGI cooling efficiency in different climate zones and against population density (A), area of city (B), ratio: area of GBGI/area of city (C), altitude (D), and temporal scale of cooling (E).
ated and discussed against population density, city area, altitude, and temporal duration of study (Figures 3 and S6; Table S5).
Population density. For the studied GBGIs, the population density ranges from 0.05 to , with a correlation value of 0.02 and a p value of 0.7 for cooling performance. Optimal heat management performance observed in low-population density cities suggests a balance between urban development and sustainable cooling strategies. Studies conducted in tropical climates with dense urban populations demonstrated relatively reduced cooling efficacy (Figure 3A). In dry climates, such as those found in Mediterranean regions, the importance of BI becomes paramount because of less favorable conditions for GI. Hence, the effectiveness of GBGI in this area may depend on water management strategies. Understanding the intricate relationship between cooling efficiency, population density, and climate zones is essential for tailoring sustainable urban development strategies that accommodate the unique characteristics of different regions.
GBGI versus city area. The larger urban areas, especially in continental, dry, and temperate climates, exhibited a positive correlation with noteworthy average cooling effects of (Figure 3B), suggesting substantial potential for GBGI implementation. In dry climates, the spatial extent of larger city areas amplifies opportunities for implementing GBGI, such as green roofs and permeable pavements, enhancing average cooling efficiency to . GBGI interventions in tropical climates were primarily confined to smaller city areas, reaching up to cooling efficiency on average. This indicates the potential for expansion to larger extents for more significant cooling benefits. Tropical climates present distinctive challenges to GBGI implementation in larger city areas, where certain GBGI interventions may initially be confined to smaller urban spaces due to elevated humidity and heavy rainfall. Nevertheless, the potential for expansion to larger extents hints at the prospect of significant cooling benefits in tropical climates. Figure 3C presents a comparison of the GBGI area with the studied city area,
cooling processes, especially in such particular climatic conditions. In dry climates (BWh sub-climate), pocket parks and wetlands were the most effective, reducing temperatures at the micro-scale by and (Figure S5), respectively, allowing for a concentrated cooling effect of GI within arid environmental conditions. The high efficiency of roof gardens in tropical climates (Af subclimate) was achieved up to approximately cooling. This is primarily due to their localized micro-scale impact, particularly when situated within or on top of buildings in densely built-up areas. In conclusion, the variability in GBGI effectiveness across climate zones underscores the need for region-specific strategies. Furthermore, GBGI effectiveness for urban cooling was associ-
with cooling efficiency ratios ranging from 0.0009 to 0.95 . The correlation (r) value is 0.02 , with a p-value of 0.8 . A smaller ratio indicated a reduced GBGI area in comparison with the city area, with the most significant cooling effect observed for ratios of less than 0.3, especially evident in tropical regions. This signifies the optimal functioning of GBGI at the micro-scale, indicating the potential for expansion of GBGI interventions across different climatic contexts to cover the entire city area. The observed relationship between the GBGI area to city area/ratio and cooling efficiency aligns with past research in urban climatology. The concept that a smaller ratio, indicative of GBGI smaller 0.2 can provide effective cooling distribution, results in greater cooling
benefits is consistent with the idea that localized greenery and shade provision can have a substantial impact on micro-climate regulation. The prominence of enhanced cooling effects in tropical regions, particularly when the GBGI area-to-city area ratio falls below 0.3, resonates with research emphasizing the effectiveness of GI in equatorial climates. These findings suggest that the micro-climatic benefits derived from GBGI interventions are particularly pronounced in regions where the need for heat mitigation is more acute. Conversely, the diminishing cooling efficiency observed with increasing city size in temperate regions corresponds with studies highlighting the challenges of scaling up GI in larger urban areas. The percentile reaching a cooling ratio of 0.52 in temperate regions confirms the challenges posed by urban sprawl and the difficulty in maintaining a balance between urban development and environmental sustainability.
Altitude. A considerable cooling impact was observed up to an altitude of 500 m across various climates (Figure 3D). The altitude ranges from 0 m to above mean sea level, with a correlation value of 0.02 and a p value of 0.8. However, a further increase in altitude did not yield a subsequent increase in the cooling efficiency of GBGI. Previous research suggested that high altitude is likely associated with a strong cooling effect of urban green space, but further research need to be conducted to confirm the findings. The impact of altitude on cooling by urban interventions, including GBGI, is complicated by many factors. Humidity decreases with altitude, and in drier climates the cooling effect of GBGI is stronger. Temperature also decreases with altitude, so urban environments in mountainous regions are cooler in general. In contrast, the downward solar radiation (irradiance) increases with altitude, as it is absorbed by clouds and other species in the atmosphere. So buildings and other urban surfaces in higher altitudes receive more direct heating from the sun than those at sea level. The dominant factor or net result will vary from place to place and will depend on local topography and climate conditions that also introduce variability. Urban planning and climate mitigation efforts should consider altitudes of the places for heat management by GBGI. Water scarcity in dry climates poses challenges for sustainable urban cooling incorporating GBGI. Here, altitude may influence the availability of water resources for BI elements, thereby impacting the overall effectiveness of GBGI. While altitude may provide relief from heat in hot and humid tropical climates, the success of GBGI implementation could hinge on factors such as the prevalence of vegetation and water bodies.
Temporal scale. Examining the temporal scale of cooling, the reported duration of cooling effects varied, ranging from a few hundred days to approximately 800 days, with the majority falling under 100 days. The correlation between cooling efficiency and temporal scale is 0.08 , with a value of 0.3 . The association between the temporal scale and cooling efficiency shows a weak correlation, with data points scattered around the mean value of 136.1 days. For continental, dry, and temperate climates, the mean reported GBGI cooling efficiency is approximately over a monitored period of approximately 100-200 days in accordance to the typical duration of the summer or warmest season in these climate zones, lasting 3-5 months. GBGIs such as parks, green roofs, and green walls exhibited optimal cooling efficiency within these time frames, highlighting the relevance of considering climatic conditions in the design and planning of such interventions. Similarly, for the tropical climate zone, the mean reported GBGI cooling efficiency is approximately monitored over a duration of approximately 75 summer/hot days (Figure 3E). Furthermore, the cooling efficiency shows a better association with tropical climates, with a correlation coefficient of 0.3, although it is not statistically significant.
Studies conducted for longer periods were predominantly observed in temperate and a few dry climates. Notably, GBGI efficiency seemed to decrease when studied for more than 400 days. This might be due to the degrading health of GBGI after summer. In arid or dry climates, water-efficient GBGI solutions can limit the hindrance in GBGI health caused due to water availability issues. In particular, the combination of gray infrastructure supporting water conservation and drought-resistant GI becomes paramount for localized cooling in waterscarce regions.
This comprehensive analysis reveals that the effectiveness of GBGI for urban cooling varies significantly based on climatic zones, population density, city area, altitude, and temporal duration of study. The findings indicate a preference for GBGI interventions in cities with lower density and larger areas, showcasing the potential for scalability and enhanced effectiveness of GBGI, especially in tropical regions when expanded to cover larger city extents. The limitations in
denser urban settings and the reduced effectiveness over longer temporal scales highlight key areas for future research and considerations in implementing GBGI for urban cooling strategies.
Co- and dis-benefits of GBGI intervention
Figures 4A-4C show the availability of studies based on a six-point scale ev-idence-based classification on co-benefits and dis-benefits, respectively. GBGI interventions possess the potential to deliver multiple co-benefits, encompassing, for example, stormwater management, carbon sequestration, and improved air quality and urban resilience to hazards such as urban overheating. However, GBGI may occasionally have dis-benefits (e.g., social exclusion, increased pollen, or mosquitoes, etc.) as well, and these dual effects were reflected in the reviewed studies. Co-benefits were reported for of studies, while also reported potential dis-benefits associated with GBGI implementation for heat mitigation. Street trees had the highest number of publications ( ) reporting cobenefits, followed by green roofs ( ), wetlands ( ), and botanical gardens ( ). Other measures such as hedges, green walls, pocket parks, and rain gardens also reported co-benefits beyond heat mitigation, although in fewer instances.
Reported dis-benefits for certain GBGI, such as playgrounds, street trees, and green roofs, included higher maintenance costs, conflicts arising from land use, and unintended environmental consequences. For instance, densely planted trees can limit dispersion, which can increase pollution levels in certain conditions, while certain flora can induce pollen-related allergic reactions. The volume of publications discussing the dis-benefits was noticeably less than those highlighting the co-benefits, suggesting either that the overarching benefits of using GBGI for heat mitigation significantly outbalance any potential adverse outcomes or that there is a bias in the literature toward focusing on the positive effects of GBGI, while neglecting possible undesired effects. Further research on evaluation and monitoring is necessary to quantify the compound and interlinked co/dis-benefits of GBGI and ensure that any implementation options are evidence-based and adopt a holistic approach to optimize their multifunctional benefits.
Efficacy quantification of GBGI cooling
The effectiveness of different GBGI sub-categories in mitigating urban heating was evaluated in four separate classes of studies: in situ monitoring, modeling, remote sensing, and a combination of monitoring and modeling techniques. Their efficiency was assessed in terms of temperature reduction ( ) in degrees Celsius, along with lower confidence intervals (LCIs) and upper confidence intervals (UCIs) as a result of GBGI intervention against a reference case (without the GBGI interventions). Throughout the paper, the in situ monitoring and modeling studies primarily examine air temperature, while the remote sensing (RS) studies focus on land surface temperature (LST). These terms are consistently used to represent temperature in the paper. In the subsequent texts, daytime temperature is reported in Table S6 and the corresponding night-time temperature differences are presented in Figures S7A-S7C. Night-time temperature reduction efficiency of GBGI sub-categories (Figure S7B) have been sub-classified by the type of methodology (monitoring, modeling, and/or RS with averages) used for the reported cooling efficiency. The attenuation pond (monitored, approximately cooling) and roof garden (monitored, modeled, and remotely sensed, approximately cooling) reported the most efficient cooling at night time. The highest cooling was reported by RS methods owing to measuring LST rather the air temperature, followed by monitoring, modeling, and their combinations. Attenuation pond (monitored, approximately cooling) and roof garden (monitored, modeled, and RS, approximately cooling) reported the most efficient cooling at night time. The most effective cooling was observed by RS, followed by monitoring, modeling, and their combinations. The calculation of the LCIs and UCIs is performed using the -distribution, which is appropriate for situations involving relatively small sample sizes.
In situ monitoring. In situ monitoring involves the use of equipment or sensors placed directly in the natural environment to collect air temperature data continuously or periodically without causing disturbance to the subjects or surroundings. One-half of the studies ( ) reported evidence from in situ-based monitoring, suggesting the dominance of observationbased heat mitigation assessment of GBGIs. Monitoring studies were evaluated for the efficacy of a wide range of GBGI types ( ) compared with
Figure 4. Number of studies under each GBGI category (A) A six-point-scale evidence-based classification of the number of studies under each GBGI category, (B) co-benefits, (C) disbenefits, and (D) multiple interventions of GBGI within the main category of GBGI for heat mitigation. Gray cells indicate that there was no evidence found in the online database (Table S3).
modeling ( ), mixed monitoring and modeling ( ), and RS ( ) in Figure 5 A . Based on the number of publications in each classification scale, green walls, green roofs, wetlands, parks, and street trees showed high to moderate efficiency in reducing the air temperature by up to , , and , respectively (Figure 5 B ). The other GBGI sub-categories, such as pocket parks, vegetated balconies, roof gardens, and woodland, are categorized as medium class, offering significant temperature decreases that range from to . Furthermore, certain GBGI types, such as sea, mixed solutions, road verge, and riparian woodland, provided relatively low to moderate cooling efficiency, with relatively high uncertainty ( ). This was presumably due to the small sample size and the consequent low level of confidence in these results. Conversely, GBGI types like rain gardens and attenuation ponds offered the highest temperature reduction . However, they are associated with high uncertainty due to the very limited information found within categories with low data availability. Overall monitoring-based data provided a moderate level of confidence ( ).
In summary, green walls, green roofs, wetlands, parks, and street trees were found to be the most effective in mitigating heat as opposed to those showing lower efficiency such as mixed solutions, and road verges. However, the perfor-
mance results exhibit considerable variability, as reflected by their CIs (Figure 5B) and the number of available publications (Figure 4A). This variability depends on numerous study-specific factors, such as local climatic conditions, the types of GBGI and their design, and upkeep, as well as the uneven distribution of studies for each GBGI type. Therefore, a cautious interpretation is needed when making any direct comparisons.
Modeling. Approximately of the reviewed literature used a modeling approach to evaluate the efficiency of different GBGIs against heat. Tree planting along streets was the most effective GBGI category, modeling results showed a temperature decrease of with very relatively low uncertainty (CI, ). Similarly, pocket parks, hedges, irrigated backyards, wetlands, adopted public spaces, shared open spaces, road verges, green walls, rain gardens, parks, lakes, permeable paving’s, and green roofs exhibit a range of modeled air temperature reduction, spanning from to (Figure 5C). The other GBGI categories, such as roof gardens, sea, green roofs, permeable paving, parks, lakes, rain gardens, and green walls, exhibited lower temperature reduction, ranging from to . Vegetated balconies demonstrated the most significant decrease in air temperature, with a decrease of . However, only a limited number of publications was available ( ) for this conclusion.
Figure 5. Performance of all GBGI sub-categories (A) Scatter representation showing the performance of all GBGI sub-categories assessed from 202 papers through the following methodologies in the reviewed publications: (B) in situ monitoring, (C) numerical modeling, (D) monitoring and numerical modeling (MM), (E) RS, and (F) the overall performance with and without RS (average of a-d) for each of the GBGI categories. The error bars in all plots represent s and UCIs as computed using the t -test. The CI is not applicable for GBGI sub-categories with very low publication availability. The data presented above from individual studies are summarized in Table S3.
Model-based data provide a reasonably narrow level of confidence (Cl, approximately 0 to ) when assessing the effectiveness of GBGI measures in decreasing air temperatures. This might be attributed to the use of models that work with extrapolated datasets for heat evaluation, which compensate for the limitations arising from limited coverage and the uneven distribution of data from weather stations and monitoring networks. However, it is essential to validate and calibrate these models using observational data to ensure accuracy, identify biases, and account for uncertainty. By combining model-based data with monitoring data, a more comprehensive and robust assessment of heat mitigation can be achieved. . RS-based temperature monitoring entails the use of satellite or airborne sensors to measure and observe temperature fluctuations over extensive regions. Approximately of the total reviewed literature reported varying levels of efficiencies of different GBGI in reducing the LST during very hot days using RS techniques. Among the 16 types of GBGI studied through RS, green walls demonstrated the greatest efficiency, with an LST decrease of (Figures 5A and 5E); however, the uncertainty is very high because only two papers monitored green walls using RS-based techniques. Similarly, street trees, hedges, roof gardens, and wetlands showed relatively high LST decreases of and , respectively. The greatest variability in the reported LST is influenced by spatial resolution because RS platforms (especially satellites) capture data over larger spatial scales, which may include a mix of different land cover types. Consequently, the integration of temperature values from various surfaces, including hot urban areas or exposed surfaces, can lead to higher average temperature readings. Therefore, while RS-based measurements offer extensive coverage and the ability to provide spatially detailed information, their accuracy should be validated and calibrated with ground-based measurements.
Interestingly, mixed initiatives (green-blue), irrigated backyards, allotments, parks, woodland, golf courses, and riparian woodland showed varying levels of
efficiencies in surface and air cooling, ranging from to (Figures 5 A and 5E). Conversely, some GBGIs such as green roofs demonstrated lower efficiencies with temperature decrease values of due to factors such as soil moisture and vegetation density. These factors, including shallow soil depths, limited water availability, and high evaporation rates, can limit the cooling potential of green roofs.
RS-based monitoring demonstrated that pergolas and green walls exhibited relatively greater temperature reduction efficiencies with high uncertainty emerging from the small number of available publications ( ) as opposed to green roofs demonstrating relatively lower efficiencies ( ) (Figure 5E). In general, RS studies showed the greatest decreases as compared with the monitoring, modeling, or their combination, and they presented higher uncertainties (as indicated by the Cl in Figure 5E). This outcome was expected, as RS studies mostly report LST as opposed to the air temperature used in other cases. To decrease the uncertainty in GBGI performance, it is essential to validate RS-based efficiency assessments against in situ measurements.
Combined (in situ, modeling, and RS) studies. Combined temperature monitoring encompasses the use of more than one method (in situ measurements, temperature modeling, or RS) to monitor and analyze temperature fluctuations across various scales, ranging from local to global levels. It provides a comprehensive and accurate evaluation of the efficiency of GBGI for heat mitigation, offering spatial and temporal coverage, multi-dimensional insights, and cost-effective data collection. Approximately of the reviewed publications covered mixed monitoring and modeling approaches for evaluating the efficiency of different GBGIs in decreasing the temperature (Figures 5A and 5D). Among the 14 types of GBGI assessed through this method, sports fields exhibited greatest highest efficiency of with high uncertainty/Cl, representing a very low publication availability. Other GBGI sub-categories that show a very robust temperature decrease with low uncertainty including woodland,
such as green roofs, green walls, and roof gardens are the most common features implemented at the micro-scale. Other dominant GBGI categories at the mi-cro-scale are parks ( ), and linear features and routes (e.g., street trees, 16%). GBGI such as street trees, parks, and green roofs offer highly localized, direct, and immediate benefits, including shade provision, lower surface temperatures, localized cooling effects, green spaces, and improved air quality, contributing to a healthier and more livable environment in densely populated urban zones where the heat island effect is most pronounced. Compared with meso-scale and micro-scale interventions, these micro-scale interventions can be easier to implement and more cost effective, making them an attractive option for municipalities with budget constraints, facilitating widespread implementation. Microscale interventions also foster community engagement and acceptance, as they are more visible and immediately beneficial to local residents. The limited adoption of GBGI at the meso-scale ( ) and macro-scale ( ) might be influenced by challenges related to macro-scale implementation, such as land availability, funding, lack of best practices that demonstrate their effectiveness at a larger scale, and complex urban planning considerations. For instance, approximately 11% of the reviewed GBGI (waterbodies: wetlands and lakes [8%]; and linear features and routes: riparian woodland [3%]) were implemented at combined meso-scale and/or macro-scale.
Location and surroundings. The location of measurements is crucial to accurately determine the cooling potential of GBGI. The location where GBGI cooling efficiency is calculated is divided into five main categories (front, inside, near, outside, and top of GBGI intervention). Furthermore, these locations are grouped into six subdivisions based on combinations of the five categories (e.g., inside and near, inside and outside). The first five categories are defined as follows: (a) front: measures temperature differences within a few meters (e.g., ) from the front of the GBGI; (b) inside: evaluates temperature reduction and other micro-climate changes within the GBGI; (c) near: assesses micro-climate parameters in the area surrounding the infrastructure, extending to approximately 10-20 m from the intervention; (d) outside: evaluates the impact on temperature in areas just outside the intervention, within a radius of 20-50 m; and (e) top: measures temperatures and assesses cooling effects on the top surfaces of GBG interventions. In this analysis, most studies (47%) measured the cooling potential inside the boundary (i.e., core center of GBGI) followed by outside (i.e., close proximity within a distance of to the GBGI boundary [21%]), both inside and outside (15%), a combination of inside, outside, and nearby ( ), and varied locations such as top and near ( ). Approximately 2% of studies did not report the location of the temperature measurements (Figure 6). As expected, cooling effects (average ) measured inside GBGI areas were higher compared with those measured outside or on top of GBGI areas. This can be attributed to the influence of GBGI on the micro-climate of the surroundings. This influence primarily operates through the regulation of the local energy budget, involving two key mechanisms: evapotranspiration and the absorption and reflection of shortwave radiation. Evapotranspiration, a significant cooling mechanism, involves the conversion of vegetational transpired water into water vapor by extracting energy from the local environment. This process contributes to a cooler environment, as evidenced in measurements taken within GBGI. Additionally, at the top canopy, the absorption and reflection of incoming shortwave radiation prevent the shaded areas below from warming up, further enhancing the cooling effect. As one moves away from GBGI, the cooling efficiency decreases in alignment with the temperature-heat gradient concept. This decrease is attributed to the reduced exposure to GBGI’s cooling mechanisms, such as shading and evapotranspiration, as observed in measurements taken outside and on top of the infrastructure.
The cooling efficiency of GBGI depends on the surrounding environments, including built-up areas, natural features (such as lakes and parks), and mixed environments that combine built and natural elements. Of the analyzed studies, approximately of GBGI are implemented in built-up areas, approximately 7% in natural areas, and 9% in mixed environmental conditions. However, a notable of the papers did not report any characteristics of the vicinity of the studied GBGI. GBGI implemented in built-up environmental conditions, characterized by high-density infrastructure, presents both challenges and opportunities for GBGI in reducing heatwaves. The prevalence of impervious surfaces contributes to heat retention, exacerbating the UHI effect and decreasing the overall efficiency of the GBGI in place. Conversely, GBGI implemented within natural surroundings, including lakes, parks, and tree-covered spaces,
plays a crucial role in enhancing GBGI efficiency for heatwave mitigation. For example, additional trees in parks may aid in the decrease of ambient temperatures.
Overall performance. Figure 7A shows the mean reduction and Cls for both cases, with and without RS studies, while the mean temperature reduction by each GBGI sub-category for the same scenario is depicted in Figure 7C. The overall mean performance of GBGI based on RS studies showed a relatively greater temperature decrease ( ) with moderate uncertainty ( ), followed by monitoring ( ) with a very narrow ), modeling ( ), and mixed ( ; ) studies (Figure 7 A ). The overall performance with RS measurements indicates that integrating RS introduced an error of compared with monitoring, modeling, and combined studies (Table S7). The pronounced temperature reduction evident in RS studies might be partially attributed to their focus on measuring LST, as opposed to air temperatures measured by in situ and numerical modeling studies. Additionally, variations between studies within the same category that impact the outcomes of these three types of research could stem from several factors. These include differences in the deployed instrumentation, the methodologies adopted, the materials used in various global regions, and prevailing climatological conditions.
Figures 7B and 7C present the heatmaps and overall mean performances for each GBGI category, respectively. The results show that several sub-categories, such as green walls, green roofs, street trees, parks, and others, show significant temperature reduction (Figure 7B). However, some sub-categories, including attenuation ponds, pocket parks, cemeteries, shared open spaces, and others showed temperature reduction efficiency with high uncertainty. Certain sub-categories have no values for CIs, indicating an insufficient number of publications to calculate them.
The combined results from all types of efficiency assessments discussed above indicate that the most efficient GBGIs for temperature reduction are attenuation ponds and pergolas, with overall temperature reduction efficiencies of and , respectively. However, no confidence intervals are available for the attenuation pond (Figure 7A), and their efficiencies are associated with high uncertainty because that they are categorized under very low and low publication availability categories. Other GBGI sub-categories that demonstrated relatively greater temperature decrease efficiencies are botanical gardens , wetlands , green walls , street trees , vegetated balconies ( ), hedges ( ), permeable paving ( ), and parks ( ). These GBGI types had a diverse range of publication availability, ranging from low to very high.
Furthermore, botanical gardens, wetlands, and permeable paving have relatively large uncertainty, shown by a wide range of CIs; in contrast, parks, wetlands, green walls, and street trees have a narrow Cl range, suggesting low uncertainty with high heat mitigation performance (Figures 7B and 7C). Conversely, sub-categories such as sea and road verge showed lower mean temperature reductions ranging from to with relatively narrow CIs, suggesting more reliable heat mitigation performance.
Considerations for GBGI efficiency assessment
The assessment of GBGI for its cooling benefits involves diverse methodologies, each with unique strengths, implications, and limitations. In-situ monitoring captures on-site high-resolution and accurate data for real-time, site-specific insights, but may be limited in scope and sample sizes. Even if the in situ approach captures local nuances, enabling real-time responses to change conditions, its limitations include restricted spatial coverage, resource intensity, and potential temporal constraints, as it may not effectively capture long-term trends. Modeling provides cost-effective scenarios for larger scale understanding but might oversimplify complex interactions. Modeling-based assessments contribute predictive capabilities and scenario analyses, allowing for the simulation of future GBGI configurations and their impact on urban heat. These models can operate at different scales, integrating variables like land use and building density. Despite their scalability and policy guidance potential, modeling-based assessments require reliable input data, can be complex, and may introduce uncertainties in their outcomes that necessitate validation efforts. Models may also struggle to capture the full complexity of weather systems and the dynamic nature of heatwaves, leading to potential inaccuracies in predictions.
(A)
B
1.5
3.3
0.4
2.2
1.1
3
3
3
2.9
2.9
2.9
3.1
4.3
1.3
3
2.8
1.4
0.4
1.7
1.3
1.3
2.9
2.9
2.9
3.1
0.8
2.8
2.4
2.3
3.1
2.3
6.7
4.7
2.9
6.1
1.3
4.5
4.5
7
7
3.8
0.6
3.3
3.8
1.7
18.2
2.7
5.4
2.2
2.1
0.3
7.1
2.2
1.7
4.7
1.5
12.6
2
4.1
3.3
3.9
0.5
0.9
0.4
2.4
2.5
2.9
7
1.3
3.4
2.4
2.1
5.4
2.8
2.1
2.1
2
0.1
1.8
1.8
2.8
4.3
7.6
1.5
3.8
3.3
2.3
3
2.5
2.5
3.9
3
3.5
3.5
4
4
1.7
1.7
1.7
2.1
2.1
2
5
5
3
2.8
2.9
3
3.1
3.1
3
5.6
2.2
4.9
4.9
3
0.8
2.4
3.2
2.7
1.4
2.9
4.1
0.3
1.7
1.7
2.7
3.7
3
2.7
2.3
2.3
2.3
2
6.1
3.8
3.8
RS methods, such as satellite imagery, allows broad perspective on heatwave patterns and consistent data collection, but faces challenges that include cloud cover, spatial and temporal limitations, potential biases, and interpretation challenges. This method also utilizes various data types, including thermal imagery and vegetation indices, making it efficient for regional and citywide assessments. They may not always provide the detailed, localized information needed for an immediate response. Moreover, since RS measures only LST, there may be some uncertainty when converting these data into heatwave information. While RS is non-intrusive and cost effective, it faces challenges related to spatial resolution, dependence on weather conditions, and the need for validation through ground truthing.
While technology plays a vital role in tracking and addressing heatwaves, these methods have limitations that must be carefully considered. To comprehensively evaluate GBGI’s cooling effects in urban settings, an integrated approach utilizing different methodologies is crucial and has advanced our ability to respond to extreme weather events. In situ monitoring’s detailed information can validate RS and modeling results, while RS’s
Figure 7. Efficiency of various GBGI types for urban heat mitigation (A) A summary of the overall performance of different GBGI types from all studies, (B) heatmap showing GBGI performances from for different methods and the average values, and (C) overall average of GBGI efficiency for urban heat mitigation. The error bars in all plots represent 95% LCIs and UCIs as computed using the t-test. The Average and Average* values represent the average of all study types with and without RS data, respectively. M&M denotes combined monitoring and modeling studies. The color gradient represents the performance, with gray cells representing studies that did not consider either monitoring, modeling, M&M, or RS. The figure uses a boxplot representation with the median indicated by a thick vertical black line, the mean represented by blue dots, and the upper and lower quartiles indicated by the box boundaries. The circle with a vertical line represents the GBGI categories with only one publication. All numerical data presented is provided in Table S6.
large-scale coverage complements the sitespecific insights gained from in situ monitoring. Modeling offers a forward-looking perspective with its predictive capabilities, informing policymakers about the potential impacts of different GBGI interventions. These approaches together create a robust framework for urban planning, climate resilience, and sustainable development.
URBAN GBGI AND CLIMATE CHANGE
Climate change is significantly impacting global populations and ecosystems, leading to shifts in temperature and precipitation patterns across various continents that govern the climate types of the region. These changes necessitate a re-evaluation of GBGI to enhance their efficiency in mitigating and adapting to climate variations. Nearly all (98%) of the papers focused on the current climate; only specifically examined future GBGI cooling efficiency.
Table S8 outlines the projected influence of future climate change on the choice of GBGI in various climate zones. Figure 8 shows the Köp-pen-Geiger climate classification and the location of ten GBGI categories for present and the future under the RCP8.5 scenario. Wetlands and green wall and street trees will be ideal prospective GBGI solutions to counteract changing climate patterns, where cooler and wetter continental sub-climates (Dfb and BSk) are projected from current warm summer continental or hemiboreal climates (Dfa and Dfb), respectively. The current emphasis on street trees and permeable paving may need to evolve toward more temperature-regulating structures like green walls under the projected Dfb climate. Wetlands play a pivotal role in climate resilience, particularly in regions transitioning from a humid continental (Dfa) to a fully continental (Dfb) climate. These areas are likely to experience altered precipitation patterns and increased risk of extreme weather events. Wetlands act as natural buffers, absorbing excess water during heavy rainfall and preventing floods. Moreover, they contribute to water purification, biodiversity conservation, and carbon sequestration, enhancing overall ecosystem health. Green walls provide numerous benefits, including temperature regulation, air quality improvement, and aesthetic enhancement. By integrating vegetation vertically onto building structures, green walls contribute to cooling effects, mitigating the UHI effect that can be exacerbated by a shift to a more continental climate. Street trees can provide shade, decrease ambient temperatures, and enhance overall urban micro-climates in regions transitioning from a temperate continental (Dfb) to a cold semi-arid (BSk) climate. They also contribute to carbon
Figure 8. Base maps are Köppen-Geiger classifications, and the point are location of ten GBGI categories (A) The present-day map (1991-2020) and (B) the future map (20712100) under the RCP8.5 scenario.
sequestration and improve air quality, addressing multiple aspects of environmental sustainability.
In the dry climate zone (BSk), the future projection suggests a potential transition toward the BSh and BWk sub-climate, requiring more adaptive GBGI measures. That means the current best GBGI solutions of balcony and wetlands need to be updated to green walls and street trees, for future BSh climate, and current wetlands to woodlands to tackle the evolving climate scenarios (BSk to BWK) for improved urban cooling and biodiversity. In dry climates shifting from semi-arid (BSk) to dry arid climate (BWk), woodlands can act as buffers against extreme weather events, enhancing the overall resilience of the ecosystem. However, the tropical climate zone (Af, Aw, and As) is expected to remain relatively stable, indicating limited changes in the potential cooling effects of GBGI in this area.
For temperate zones in Europe (Cfb, Dfb), expected changes may prompt the implementation of parks, pocket parks, green walls, green roofs, lakes, and grass,
offering adaptive solutions in response to projected shifts in climate (Cfa). These features contribute to temperature regulation and enhanced water management. Parks and pocket parks contribute to enhanced green spaces, while green walls and roofs provide urban cooling and reduce heat island effects in the future in Europe. Furthermore, lakes and wetlands expanses can aid in temperature regulation, water management, and biodiversity conservation in Europe under ongoing climate change. Green roofs with supportive policies have great potential from niche to mainstream in the near future in temperate European cities for climate change mitigation. However, these roofs encounter adoption challenges linked to incentive structures. Building owners bear the risks, while the public reaps the benefits.
A similar study by Zhou et al. found that, in the temperate regions of China, most urban parks in (Northeast China and the North China Plain) are located in the Dwa climate zone at present, but roughly 71% of these parks would be in the Cwa climate zone in future under the RCP8.5 emission scenario between 2071
and 2100. GBGI measures should evolve from current urban parks to prioritize larger water bodies such as lakes and road verge developments to address water retention needs aligning with the principles of sustainable water management and green roofs, repurposing urban space and wetlands for the Cwa sub-climate shift in the changing climate. Additionally, shifts were observed from Aw to tropical monsoon (Am) in both the northern and southern regions, as well as from tropical without a dry season (Af) to Am in the central and southwestern parts of Southeast Asia. This transition could lead to decreased cooling effects due to limitations in the largest park cooling distance and the largest park cooling intensity in the new climate zone. Additionally, urban parks currently situated outside the monsoon climate (Am) and warm semi-arid climate (BSh) zones will undergo changes, with and moving into BSh and Am zones, respectively. This suggests reduced cooling effects due to projected increases in rainfall and higher temperatures. The increase in minimum temperature emerged as a crucial factor driving the climate shift from Cwa to Aw in the north, while increased rainfall was a reason for Aw to Am transition in the north and south. The findings from this study on future climate zones can aid in pinpointing ecologically vulnerable hotspots worldwide affected by climate change. They also contribute to identifying optimal GBGI measures that effectively mitigate adverse impacts such as heatwaves under changing climatic conditions. Collaboration with environmental experts and ongoing community engagement are essential components of successful GBGI implementation under present-day and future climate conditions. In areas transitioning from a humid continental climate (Dwa) to a warm temperate climate (Cwa), adapting GBGI involves prioritizing green roofs and constructed wetlands for temperature control and effective water management, respectively. Thus, considering the expected alterations in climate conditions, these prospective GBGI can aim to provide more sustainable and climate-resilient urban landscapes. Hence, policymakers should consider these projected climate shifts and tailor GBGI strategies to align with these changes, prioritizing features such as green walls, lakes, woodlands, and constructed wetlands accordingly.
CONCEPTUAL FRAMEWORKS FOR GBGI IMPLEMENTATION FOR HEAT MITIGATION
Table S9 presents a qualitative synthesis of the literature in the form of a ninestage framework for implementing GBGI measures to mitigate heat risks, promote urban climate resilience and provide other co-benefits. Meanwhile, Figure 9 depicts the four stages, along with the processes of co-planning, design, and management, full-scale development, and nine sub-processes in the conceptual framework for GBGI implementation for heat mitigation. The stages, roughly sorted according to their chronological sequence, always accept that circularity and iteration should be inherent in any design process or application of a theory of change (Figure 9), include the following.
Stakeholder engagement
It is crucial to identify and involve all relevant stakeholders and key players including local communities, government agencies, urban planners, environmental organizations, etc. Their active participation in a GBGI project should be ensured from conception to implementation and beyond to gather their input related to the problem of heat, address concerns, and ensure that their needs are considered.
Feasibility studies
It is important to conduct assessments to determine the feasibility and viability of implementing GBGI measures in heat-vulnerable areas with high heat risk exposure, particularly in densely populated urban areas lacking green spaces, where sensitive populations such as the elderly, economically disadvantaged, and those with pre-existing health issues reside. These assessments should consider technical, economic, and environmental factors. This evaluation should include an analysis of the existing urban infrastructure, the identification of potential GBGI implementation sites, and a detailed estimation of costs and benefits associated with various options.
Co-benefits and dis-benefits
It is essential to assess the potential co-benefits (positive impacts, e.g., reduced temperature along with improved air and water quality, enhanced biodiversity, and increased recreational opportunities) and unintended consequences
(e.g., higher maintenance costs or potential social disruptions, and allergic reactions) associated with GBGI implementation.
Design
The plan and design of heat-reducing GBGI measures based on the feasibility study and stakeholder input could include determining the appropriate mix of GI (e.g., parks, urban forests, and green roofs), BI (e.g., ponds, lakes, and wetlands), and gray infrastructure (e.g., permeable pavements) considering local hot climatic conditions, and available space.
Policy and planning
Developing supportive policies, guidelines, regulations, and incentives to integrate GBGI heatwave management measures into urban planning and retrofitting frameworks to align with the sustainability agenda of climate change adaptation and mitigation goals.
Implementation
During the implementation phase, the designed GBGI measures should be constructed and installed on selected sites or areas with proper project management and coordination.
Monitoring
After installation, heat reduction potential and other co-benefits of GBGI can be monitored through various parameters, such as temperature, air quality, water management, and vegetation health. which also help to identify any required maintenance or operational issues.
Evaluation
The collected data can be analyzed and evaluated in the context of indicators related to heat performance (e.g., thermal index, reduction in heat stress) or other desired co-benefits aiming to assess the heat managing effectiveness of GBGI measures and urban resilience.
Upscaling and replication
After a successful and positive evaluation of the heat mitigation potential of the implemented GBGI measures, efforts can be made to upscale the approach to larger areas or replicate it in other locations. Lessons learned from previous heat mitigation projects, including best practices for securing resources for GBGI expansion, should be used to guide and enhance future GBGI projects.
In summary, the process of implementing GBGI for heat mitigation and adaptation should involve a rationally structured approach, from stakeholder engagement and feasibility studies to design, policy development, implementation, monitoring, evaluation, and eventual upscaling and replication to exploit their full potential. However, it is important to adapt these specific measures according to the context and needs of each city or region.
KNOWLEDGE GAPS
While GBGI can mitigate UHI effects and heat in general, numerous specific and general knowledge gaps exist that still need to be addressed before GBGI designs can be optimized to deliver maximum cooling benefits. For instance, GBGI such as green roofs and walls, street trees, hedges, wetlands, and lakes were found to have the potential to decrease heat and improve urban micro-climates, yet systematic studies assessing their cooling effectiveness under different climatic conditions (e.g., warm summer day vs. extreme heat day), management regimes (e.g., irrigation vs. no irrigation), urban settings (e.g., residential vs. industrial), and scales remain sparse. Moreover, our study has indicated a generalized knowledge gap referring to integrated approaches to planning, designing, and implementing GBGI. The potential of synergistic effects between combined green and BI elements remains under research. Therefore, further research evaluating the effectiveness of different combinations of blue (e.g., water bodies, wetlands), green (e.g., urban parks, green roofs, street trees), and engineered elements (e.g., cool pavements, reflective surfaces) can help to optimize the design and configuration of these elements to maximize their synergistic effects in heat mitigation.
An understanding of the ideal size, shape, density, and location of GBGI is required to maximize the cooling and other associated co-benefits. Numerical and computational modeling techniques can simulate the complex interactions between the GBGI and urban micro-climates to identify their optimal design and
Figure 9. A conceptual framework outlining the implementation of GBGI to mitigate urban overheating A conceptual framework outlinning the GBGI implementation for heat mitigation through four stage processes: co-planning, design, and management, full-scale development, and nine sub-processes.
placement. However, current models often lack the necessary spatial and temporal resolution to capture the fine-scale variations in temperature, relative humidity, and air movement influenced by different infrastructure elements. To address this gap, the development of models that integrate GBGI services, demographic and socio-economic vulnerabilities, and account for the detailed surface characteristics, including vegetation parameters and land use information, is essential, as it will greatly enhance our understanding of the thermal performance of GBGI.
Similarly, the lack of guidelines for GBGI selection and design is another gap that hinders implementation. Research is needed to investigate how the elements such as the growth, health, and type of vegetation, degradation of engineered materials, cost effectiveness, and maintenance practices evolve over time. Such information is required for long-term decision-making in urban planning and policy development to support the wider application, replication, and upscaling of GBGI solutions. Knowledge gaps also exist in identifying effective strategies for engaging and educating communities about the benefits of GBGI, as well as promoting sustainable practices, such as water conservation and urban greening, to integrate GBGI into urban design. There is a need for research that explores the governance structures, policy frameworks, stakeholder engagement strategies, and the social, cultural, and economic factors influencing the adoption of GBGI.
The equitable distribution of GBGI and its benefits is an important consideration in complex urban systems. Research should examine the potential disparities in access to and the benefits derived from GBGI measures, particularly in disadvantaged, marginalized, and forgotten communities. Evaluating the environmental justice implications of GBGI implementation will help to ensure that the benefits are distributed fairly and address existing social inequities.
Among the reviewed publications ( ), the majority ( ) did not report other co-benefits for the used GBGI beyond mitigating and adapting to heat. Therefore, assessing the multi-benefits of different GBGI types emerged as a major research gap. In addition, more studies are required to explore the potential of underrepresented GBGI elements (zoological gardens, sparsely vegetated land, shared garden areas, schoolyards, allotments, rivers, railway corridors, ponds,
permeable parking, outdoor swimming pools, nursery gardens, heritage gardens, footpaths, flood control channels, estuaries, cycle tracks, canals, bioswales, arable agriculture, golf courses, and sports field) and assess their effectiveness beyond heat mitigation and adaptation, for example, in terms of public health and social wellbeing, or biodiversity implications. Moreover, significant knowledge gaps exist on concerns related to water availability and management of wa-ter-based solutions implementation (e.g., irrigation systems, wetlands, ponds, and rain gardens) during extreme heat. These gaps include sustainable water resources, efficient water storage and management techniques, and the impacts of water scarcity on water-based and water-dependent solutions. Research should explore the effects of improved thermal comfort on physical and mental health outcomes, as well as the social and cultural value of green and blue spaces in enhancing community resilience and social cohesion during increasingly hot summers.
Addressing these knowledge gaps through further research, working with stakeholders, and developing the knowledge-sharing platforms and GBGI database can help to overcome barriers and facilitate the effective implementation of GBGI for heat risk adaptation and mitigation.
SUMMARY AND CONCLUSION
This systematic review fills an important gap in the existing literature by its goal of appraisals of the GBGI efficacy for urban heating by bringing together a complex dataset from various studies. This systematic review builds an evidence base on the benefits of GBGI for heat mitigation, associated co-benefits, knowledge gaps, and recommendations for maximizing its potential. A global mapping of GBGI interventions, specifically aimed at urban heat mitigation, was carried out through a systematic literature review that yielded 202 relevant publications. The meta-analysis provided an evidence-based classification for 51 GBGI types. Both the positive and unintended downsides of GBGI measures were discussed along with the mechanisms by which GBGI regulates temperature and mitigates heat. Knowledge gaps in the implementation of GBGI were identified and the critical synthesis of information was used to propose practical recommendations for effective GBGI implementation. Hence, this review paves the
way for future advancements in the realm of GBGI, offering a comprehensive understanding of its potential and implications.
The most common physical mechanisms by which GI regulates urban heating and creates cooler environments were reported to be shading, evapotranspiration, and thermal insulation. This cooling is also associated with decreasing energy consumption in buildings through subsidizing heat gain and decreasing the cooling load. BI is reported to act as a heat sink, regulating temperature through evaporation, and absorbing heat thereby contributing to the mitigation of UHI effects and the creation of more comfortable urban environments.
The analysis of publications indicates a significant increase in research interest and activity in using GBGI for urban heat mitigation worldwide, with a notable focus in Asia and Europe as opposed to South America or Africa due to urban densification and expansion, coupled with rising temperatures affecting cities worldwide and their populations. There are potential regional preferences and priorities in addressing urban heat and its associated impacts. The most studied GBGI types for urban heat mitigation include constructed GI where plant elements are integrated with existing built structures, but also in the form of street trees, parks or green corridors. For private gardens, sports fields, cemeteries and heritage gardens, the cooling potential was less clear, requiring more studies.
GBGI interventions offer co-benefits such as stormwater management and carbon sequestration, as well as a wide range of ecosystem services. However, unintended consequences also exist, such as increased maintenance costs and potential land use conflicts. Optimizing their multifunctional benefits for any specific context is the key. Street trees were reported to have the highest number of co-benefits in addition to their potential effectiveness in heat mitigation and adaptation, followed by green roofs and botanical gardens. Playgrounds, green walls, green roofs, and street trees had the highest number of reported drawbacks such as pollutants trapped in street canyons and allergic rhinitis. This highlights the importance of considering a balanced approach during their implementation for heat mitigation and adaptation.
Among methods, in situ monitoring is the most common approach, followed by modeling, RS, and their combinations for evaluating the urban cooling efficacy of GBGI. Regardless of limited data points, in situ monitoring offers high temporal resolution, accurate and reliable real-time ground-based measurements for analyzing (a) short-term trends e.g., heatwave and UHI, and (b) long-term historical climate records for validating RS and model data. Modeling offers spatiotemporal variations, but with uncertainties due to assumptions. RS provides extensive spatial coverage but lacks fine-grained details and requires advanced data processing. While there is no universal approach, combined and customized methods can enhance the spatiotemporal resolution for specific objectives, enhancing our ability to respond to extreme weather events and inform sustainable development and climate resilience policies.
Micro-scale GBGI interventions, focusing on built infrastructure, parks, and linear features, play a vital role in mitigating heatwaves in specific urban areas, providing immediate, cost-effective, and community-centric benefits compared with larger scale interventions. The cooling efficiency of GBGI is influenced by location and surroundings, with measurements inside GBGI areas demonstrating greater cooling effects due to mechanisms like evapotranspiration. However, effectiveness diminishes as we are distancing away from GBGI intervention (e.g., outside of the infrastructure). The type of environment also matters, with GBGI in natural surroundings, like parks, enhancing heatwave mitigation more than those in built-up areas. GBGI effectiveness for urban cooling varies based on climatic zones, population density, city area, altitude, and temporal duration of the study. Region-specific strategies, especially in lower density cities and tropical regions, highlight scalability and enhanced effectiveness. Challenges in denser urban settings and decreased effectiveness over longer temporal scales suggest areas for future research in implementing GBGI for urban cooling. Projected climate shifts require tailored GBGI strategies, emphasizing the adaptation of solutions like green walls, lakes, woodlands, and constructed wetlands to enhance urban cooling and resilience locally and at greater scale.
Addressing the existing knowledge gaps through comprehensive research, stakeholder collaboration, and the development of knowledge-sharing platforms and databases is crucial to optimizing the design, implementation, and benefits of GBGI for effective heat risk adaptation and mitigation. More understanding of the synergistic effects of combining green and BI elements is needed to enhance cooling and reduce urban heating. Additionally, gaps exist in water availability and management, GBGI optimal design and placement strategies, long-term performance and maintenance requirements, community engagement and behavior
change, equitable distribution of benefits, and supportive policy and governance frameworks.
RECOMMENDATIONS
Ten broader, evidence-based recommendations can be drawn from this study.
Tailored GBGI typology based on geographical location can aid urban heat mitigation. The GBGI cover in any city should be maximized to decrease UHI effects and the risk of urban overheating. All GBGI types provide cooling benefits, many of them also important co-benefits. Nature needs to be brought back into densifying and expanding cities and any opportunity to expand plant cover on the ground, podiums, walls, and roofs must be taken. All urban development must be nature positive to make our cities and their populations resilient against anticipated stresses and shocks from global climate change. Project-specific optimization of GBGI types is recommended to generate maximum cooling and co-benefits.
Identifying heat-vulnerable regions can inform targeted GBGI selection to provide heat mitigation solutions. This necessitates a comprehensive evaluation of the heat threat, considering its spatial distribution and severity, the vulnerability of the population, which includes demographic and socio-economic factors, like age and income, and the adaptive capacity, such as education and access to healthcare services. Heatvulnerable areas might necessitate the creation of communal open green spaces and the adoption of other GBGI types, such as street trees, green roofs, permeable paving, rain gardens, bioswales, and wetlands as appropriate. Where financially feasible, increasing the number of community cooling shelters will be a critical investment to keep the most vulnerable members of an urban population safe.
A monitoring and evaluation framework is crucial for assessing GBGI’s performance in heat mitigation and identifying improvements. Our analyses have shown that the cooling capacity of individual GBGI types varies according to the geographical setting. Hence, it will be important that frameworks are established that will quantify cooling benefits and how these benefits can be optimized through improvements in design and management specific to a geographic region. This will allow deci-sion-makers and operators to make informed decisions, and update projects to deliver the most effective GBGI solution.
For effective climate-resilient urban heat mitigation, it is crucial to comprehend the characteristics, functionality and constraints of GBGI. This includes understanding the potential uses and benefits of different GBGI, such as recreational parks that can improve air quality and mitigate UHI effects, green roofs, roof gardens, and green walls that enhance biodiversity, reduce energy consumption, manage stormwater, improve air quality, decrease noise pollution and improve aesthetics. Additionally, permeable materials used on sidewalks, parking lots, and roads can facilitate water infiltration, reduce stormwater runoff, and recharge groundwater. However, while implementing GBGI, sitespecific factors and local climate conditions should be considered to avoid selecting incompatible GBGI. For example, rain gardens, wetlands, or green roofs with shallow soil depths may not be suitable in areas where water availability is limited and evaporation rates are high.
The impact of GBGI on urban heat mitigation is largely contingent on spatial scales. These scales can range from individual buildings, where green roofs or walls are used, to entire neighborhoods, where parks and urban forests might be more appropriate, and even city-wide initiatives like green corridors, and extensive tree planting. The existing body of literature indicates a positive, nonlinear (saturating) correlation between the size of GBGIs, especially parks, and their cooling potential. Therefore, customizing GBGI strategies to cater for specific heat risk zones and taking into account distinct location characteristics is imperative for achieving the best results.
Exploring the potential for integrating various GBGI measures may present unique possibilities for enhancing socio-ecological benefits. Making use of multiple GBGIs, coupled with the inclusion of green or blue elements like irrigation systems and green roofs equipped with rainwater harvesting systems, can amplify cooling benefits. Additionally, this also encourages a range of other co-benefits, including biodiversity
enhancement, habitat connectivity improvement, and bolstering ecosystem resilience.
It is essential to carefully evaluate potential negative consequences to prevent any unintended side effects when implementing GBGI. For instance, dense trees in narrow or deep street canyons may inadvertently increase exposure to trapped pollutants. In addition, biogenic volatile organic carbons can trigger ozone as a secondary pollutant that can produce respiratory and summer smog issues in hot summers. High maintenance requirements, such as those for botanical, zoological, and heritage gardens must also be considered. Limited access to water for irrigation can decrease the cooling capacity of GBGI. Care must also be taken when implementing new GBGI elements that the integrity of the built infrastructure is not compromised. Being mindful of the potential for unintended ecological impacts and displacement of vulnerable communities is also important. Therefore, before selecting suitable GBGI interventions, it is necessary to assess the local context, environmental conditions, available resources and the budget to ensure their long-term effectiveness and avoid possible drawbacks.
Comprehensive heat mitigation strategies with straightforward-toimplement practical guidelines are required. Policy frameworks should provide guidance on design standards including building codes and zoning regulations, as well as land use policies. They should provide financial mechanisms to incentivize the adoption of GBGI, particularly in areas with high heat vulnerability, with a special focus on schools, social housing and facilities providing aged care.
Climate literacy programs and public information campaigns are crucial in promoting positive action on urban heat and GBGI interventions. Incorporating climate-related education into the school curriculum is important for developing a deeper understanding of the causes and consequences of environmental heat, as well as the potential solutions offered by GBGI for urban cooling. In addition to the school curriculum, it is crucial to acknowledge that individuals, both professionals and laypeople, have various levels of awareness, knowledge, attitudes, and behaviors. It is necessary to facilitate progress for all individuals along this spectrum, from left to right. This presents a distinct educational challenge.
Stakeholder participation plays a pivotal role in promoting the adoption of GBGI solutions in regions susceptible to heat. It is vital to actively involve all stakeholders, including researchers, communities, urban planners, engineers, government bodies, non-profit organizations, and businesses, in the co-creation of GBGI initiatives. A collaborative process to combat the effects of urban heat hotspots not only integrates diverse perspectives but also fosters a sense of shared ownership and collective responsibility. This approach ultimately enhances the effectiveness and acceptance of interventions.
To effectively mitigate urban overheating and harness the co-benefits of GBGI, it is crucial to conduct additional research on the less-studied GBGI types and also in less investigated countries to fill the knowledge gaps. A comprehensive understanding of GBGI’s potential in heat mitigation can inform urban planning and design strategies aimed at creating sustainable and resilient cities.
REFERENCES
Wang, F., Harindintwali, J.D., Wei, K., et al. (2023). Climate change: Strategies for mitigation and adaptation. Innov. Geosci. 1: 100015.
Perkins-Kirkpatrick, S.E., and Lewis, S.C. (2020). Increasing trends in regional heatwaves. Nat. Commun. 11: 3357.
Vogel, M.M., Zscheischler, J., Fischer, E.M., et al. (2020). Development of future heatwaves for different hazard thresholds. J. Geophys. Res. Atmos. 125: e2019JD032070.
Sahani, J., Kumar, P., Debele, S., et al. (2022). Heat risk of mortality in two different regions of the United Kingdom. Sustain. Cities Soc. 80: 103758.
Wedler, M., Pinto, J.G., and Hochman, A. (2023). More frequent, persistent, and deadly heat waves in the 21 st century over the Eastern Mediterranean. Sci. Total Environ. 870: 161883.
Meque, A., Pinto, I., Maúre, G., et al. (2022). Understanding the variability of heatwave characteristics in southern Africa. Weather Clim. Extrem. 38: 100498.
Yenneti, K., Ding, L., Prasad, D., et al. (2020). Urban overheating and cooling potential in Australia: An evidence-based review. Climate 8: 126.
Li, T., Zhang, C., Ban, J., et al. (2023). Projecting universal health risks under climate change to bridge mitigation and health adaptation objectives. Innovation 4: 100427.
Yin, Z., Zhou, B., Duan, M., et al. (2023). Climate extremes become increasingly fierce in China. Innovation 4: 100406.
Perkins, S.E., Alexander, L.V., and Nairn, J.R. (2012). Increasing frequency, intensity and duration of observed global heatwaves and warm spells. Geophys. Res. Lett. 39: L20714.
Zhang, X., Chen, F., and Chen, Z. (2023). Heatwave and mental health. J. Environ. Manag. 332: 117385.
Harrington, L.J., and Otto, F.E.L. (2020). Reconciling theory with the reality of African heatwaves. Nat. Clim. Change 10: 796-798.
Miranda, V.F.V.V., dos Santos, D.M., Peres, L.F., et al. (2023). Heat stress in South America over the last four decades: a bioclimatic analysis. Theor. Appl. Climatol. 155: 911-928. https://doi.org/10.1007/s00704-023-04668-x.
Ballester, J., Quijal-Zamorano, M., Méndez Turrubiates, R.F., et al. (2023). Heat-related mortality in Europe during the summer of 2022. Nat. Med. 29(7): 1857-1866.
NASA (2023). NASA finds June 2023 hottest on record. https://climate.nasa.gov/news/ 3276/nasa-finds-june-2023-hottest-on-record/#:~text=June%202023%20was%20the% 20hottest,on%20ships%20and%20ocean%20buoys.
Wu, Y., Wen, B., Li, S., et al. (2022). Fluctuating temperature modifies heat-mortality association around the globe. Innovation 3: 100225.
Campbell, S., Remenyi, T.A., White, C.J., et al. (2018). Heatwave and health impact research: A global review. Health Place 53: 210-218.
Xu, Z., FitzGerald, G., Guo, Y., et al. (2016). Impact of heatwave on mortality under different heatwave definitions: A systematic review and meta-analysis. Environ. Int. 89-90: 193-203.
Montero, J.C., Mirón, I.J., Criado, J.J., et al. (2010). Comparison between two methods of defining heat waves: a retrospective study in Castile-La Mancha (Spain). Sci. Total Environ. 408: 1544-1550.
Rasilla, D., Allende, F., Martilli, A., et al. (2019). Heat Waves and Human Well-Being in Madrid (Spain). Atmosphere 10: 288.
IPCC (2021). International Panel on Climate Change: The Physical Science Basis – the Working Group I Contribution to the Sixth Assessment Report addresses the most up-to-date physical understanding of the climate system and climate change, bringing together the latest advances in climate science. https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-working-group-i/.
Wang, F., Harindintwali, J.D., Yuan, Z., Wang, M., Wang, F., Li, S., Yin, Z., Huang, L., Fu, Y., Li, L., et al. (2021). Technologies and perspectives for achieving carbon neutrality. The Innovation 2: 100180.
Widerynski, S., Schramm, P.J., Conlon, K.C., et al. (2017). Use of cooling centers to prevent heat-related illness: summary of evidence and strategies for implementation. https:// shorturl.at/bklqu.
Williams, L., Erens, B., Ettelt, S., et al. (2019). Evaluation of the Heatwave Plan for England. Policy Innovation and Evaluation Research Unit. https://shorturl.at/gtGW0.
Mücke, H. G., and Litvinovitch, J.M. (2020). Heat extremes, public health impacts, and adaptation policy in Germany. Int. J. Environ. Res. Publ. Health 17: 7862.
Errett, N.A., Hartwell, C., Randazza, J.M., et al. (2023). Survey of extreme heat public health preparedness plans and response activities in the most populous jurisdictions in the United States. BMC Publ. Health 23: 811-11.30.
Zonato, A., Martilli, A., Gutierrez, E., et al. (2021). Exploring the effects of rooftop mitigation strategies on urban temperatures and energy consumption. JGR. Atmospheres 126: e2021JD035002.
Bader, E., Faulkner, M., Gough, M., et al. (2022). The Benefits of Blue-Green Infrastructure. Chapter 2 in the Manual of Blue Green Infrastructure, Institution of Civil Engineers, Thomas Telford, pp. 23-40.
Debele, S.E., Kumar, P., Sahani, J., et al. (2019). Nature-based solutions for hydro-meteorological hazards: Revised concepts, classification schemes and databases. Environ. Res. 179: 108799.
Sahani, J., Kumar, P., Debele, S., et al. (2019). Hydro-meteorological risk assessment methods and management by nature-based solutions. Sci. Total Environ. 696: 133936.
Kumar, P., Debele, S.E., Sahani, J., et al. (2021a). Nature-based solutions efficiency evaluation against natural hazards: Modelling methods, advantages and limitations. Sci. Total Environ. 784: 147058.
Almaaitah, T., Appleby, M., Rosenblat, H., et al. (2021). The potential of Blue-Green infrastructure as a climate change adaptation strategy: a systematic literature review. BlueGreen Systems 3: 223-248.
Le Phuc, C.L., Nguyen, H.S., Dao Dinh, C., et al. (2022). Cooling island effect of urban lakes in hot waves under foehn and climate change. Theor. Appl. Climatol. 149: 817-830.
Wu, S., Yang, H., Luo, P., et al. (2021). The effects of the cooling efficiency of urban wetlands in an inland megacity: A case study of Chengdu, Southwest China. Build. Environ. 204: 108128.
Cai, Y., Li, C., Ye, L., et al. (2022). Effect of the roadside tree canopy structure and the surrounding on the daytime urban air temperature in summer. Agric. For. Meteorol. 316: 108850.
Morabito, M., Crisci, A., Guerri, G., et al. (2021). Surface urban heat islands in Italian metropolitan cities: Tree cover and impervious surface influences. Sci. Total Environ. 751: 142334.
Fini, A., Frangi, P., Mori, J., et al. (2017). Nature based solutions to mitigate soil sealing in urban areas: Results from a 4-year study comparing permeable, porous, and impermeable pavements. Environ. Res. 156: 443-454.
Kostadinović, D., Jovanović, M., Bakić, V., et al. (2022). Experimental investigation of summer thermal performance of the green roof system with mineral wool substrate. Build. Environ. 217: 109061.
Tan, H., Kotamarthi, R., Wang, J., et al. (2023). Impact of different roofing mitigation strategies on near-surface temperature and energy consumption over the Chicago metropolitan area during a heatwave event. Sci. Total Environ. 860: 160508.
Blanco, I., Schettini, E., and Vox, G. (2019). Predictive model of surface temperature difference between green façades and uncovered wall in Mediterranean climatic area. Appl. Therm. Eng. 163: 114406.
Coutts, A.M., White, E.C., Tapper, N.J., et al. (2016). Temperature and human thermal comfort effects of street trees across three contrasting street canyon environments. Theor. Appl. Climatol. 124: 55-68.
Schwaab, J., Meier, R., Mussetti, G., et al. (2021). The role of urban trees in reducing land surface temperatures in European cities. Nat. Commun. 12: 6763.
Broadbent, A.M., Coutts, A.M., Tapper, N.J., et al. (2018). The microscale cooling effects of water-sensitive urban design and irrigation in a suburban environment. Theor. Appl. Climatol. 134: 1-23.
Lam, C.K.C., Gallant, A.J., and Tapper, N.J. (2020). Does irrigation cooling effect intensify during heatwaves? A case study in the Melbourne botanic gardens. Urban For. Urban Green. 55: 126815.
Fogarty, J., van Bueren, M., and Iftekhar, M.S. (2021). Making waves: Creating water sensitive cities in Australia. Water Res. 202: 117456.
Coutts, A.M., Tapper, N.J., Beringer, J., et al. (2013). Watering our cities: The capacity for Water Sensitive Urban Design to support urban cooling and improve human thermal comfort in the Australian context. Prog. Phys. Geogr. 37: 2-28.
Völker, S., Baumeister, H., Claßen, T., et al. (2013). Evidence for the temperature-mitigating capacity of urban blue space – A health geographic perspective. Erdkunde 67: 355-371.
Sanusi, R., Johnstone, D., May, P., et al. (2016). Street orientation and the side of the street greatly influence the microclimatic benefits street trees can provide in summer. J. Environ. Qual. 45: 167-174.
Qi, J., Ding, L., and Lim, S. (2021). Toward cool cities and communities: A sensitivity analysis method to identify the key planning and design variables for urban heat mitigation techniques. Sustain. Cities Soc. 75: 103377.
Santamouris, M., Paolini, R., Haddad, S., et al. (2020). Heat mitigation technologies can improve sustainability in cities. A holistic experimental and numerical impact assessment of urban overheating and related heat mitigation strategies on energy consumption, indoor comfort, vulnerability and heat-related mortality and morbidity in cities. Energy Build. 217: 110002.
Haddad, S., Paolini, R., Ulpiani, G., et al. (2020). The holistic approach to assess co-benefits of local climate mitigation in a hot humid region of Australia. Sci. Rep. 10: 14216.
Sadeghi, M., Chaston, T., Hanigan, I., et al. (2022). The health benefits of greening strategies to cool urban environments-A heat health impact method. Build. Environ. 207: 108546.
Sadler, J.P., Grayson, N., Hale, J.D., et al. (2018). The Little Book of Ecosystem Services in the City.
Aram, F., Higueras García, E., Solgi, E., et al. (2019). Urban green space cooling effect in cities. Heliyon 5: e01339.
Rahman, M.A., Stratopoulos, L.M., Moser-Reischl, A., et al. (2020). Traits of trees for cooling urban heat islands: A meta-analysis. Build. Environ. 170: 106606.
Adegun, O.B., Ikudayisi, A.E., Morakinyo, T.E., et al. (2021). Urban green infrastructure in Nigeria: A review. Scientific African 14: e01044.
Ampatzidis, P., and Kershaw, T. (2020). A review of the impact of blue space on the urban microclimate. Sci. Total Environ. 730: 139068.
Jones, L., Anderson, S., Læssøe, J., et al. (2022). A typology for urban green infrastructure to guide multifunctional planning of nature-based solutions. Nature-Based Solutions 2: 100041.
Ávila-Hernández, A., Simá, E., and Ché-Pan, M. (2023). Research and development of green roofs and green walls in Mexico: A review. Sci. Total Environ. 856: 158978.
Miyahara, A.A.L., Paixão, C.P., dos Santos, D.R., et al. (2022). Urban dendrochronology toolkit for evidence-based decision-making on climate risk, cultural heritage, environmental pollution, and tree management – A systematic review. Environ. Sci. Pol. 137: 152-163.
Adnan, M.S.G., Dewan, A., Botje, D., et al. (2022). Vulnerability of Australia to heatwaves: A systematic review on influencing factors, impacts, and mitigation options. Environ. Res. 213: 113703.
Liu, Z., Cheng, W., Jim, C.Y., et al. (2021). Heat mitigation benefits of urban green and blue infrastructures: A systematic review of modelling techniques, validation and scenario simulation in ENVI-met V4. Build. Environ. 200: 107939.
Yu, Z., Yang, G., Zuo, S., et al. (2020). Critical review on the cooling effect of urban bluegreen space: A threshold-size perspective. Urban For. Urban Green. 49: 126630.
Heymans, A., Breadsell, J., Morrison, G., et al. (2019). Ecological urban planning and design: A systematic literature review. Sustainability 11: 3723.
Moher, D., Liberati, A., Tetzlaff, J., et al. (2009). Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses: the PRISMA statement. Ann. Intern. Med. 151: 264-W64.
R Core Team (2022). R: A Language and Environment for Statistical Computing (R Foundation for Statistical Computing). https://www.R-project.org/.
Beck, H.E., Zimmermann, N.E., McVicar, T.R., et al. (2018). Present and future KöppenGeiger climate classification maps at 1-km resolution. Sci. Data 5: 1-12.
Xi, C., Wang, D., and Cao, S.J. (2023). Impacts of trees-grass area ratio on thermal environment, energy saving, and carbon benefits. Urban Clim. 47: 101393.
Windbourne, J., Jones, T., Garvey, S., et al. (2020). Tree Transpiration and Urban Temperatures: Current Understanding, Implications, and Future Research Directions. Bioscience 70: 576-588.
Lu, J., Li, Q., Zeng, L., et al. (2017). A micro-climatic study on cooling effect of an urban park in a hot and humid climate. Sustain. Cities Soc. 32: 513-522.
Chibuike, E.M., Ibukun, A.O., Abbas, A., et al. (2018). Assessment of green parks cooling effect on Abuja urban microclimate using geospatial techniques. Remote Sens. Appl. 11: 11-21.
Peng, J., Dan, Y., Qiao, R., et al. (2021). How to quantify the cooling effect of urban parks? Linking maximum and accumulation perspectives. Rem. Sens. Environ. 252: 112135.
Gunawardena, K.R., Wells, M.J., and Kershaw, T. (2017). Utilising green and bluespace to mitigate urban heat island intensity. Sci. Total Environ. 584-585: 1040-1055.
Lynn, B.H., and Lynn, I.M. (2020). The impact of cool and green roofs on summertime temperatures in the cities of Jerusalem and Tel Aviv. Sci. Total Environ. 743: 140568.
Iaria, J., and Susca, T. (2022). Analytic Hierarchy Processes (AHP) evaluation of green roofand green wall-based UHI mitigation strategies via ENVI-met simulations. Urban Clim. 46: 101293.
Li, H., Zhao, Y., Sützl, B., et al. (2022). Impact of green walls on ventilation and heat removal from street canyons: Coupling of thermal and aerodynamic resistance. Build. Environ. 214: 108945.
Castiglia Feitosa, R., and Wilkinson, S.J. (2020). Small-scale experiments of seasonal heat stress attenuation through a combination of green roof and green walls. J. Clean. Prod. 250: 119443.
Sun, R., Chen, A., Chen, L., et al. (2012). Cooling effects of wetlands in an urban region: The case of Beijing. Ecol. Indicat. 20: 57-64.
Zhang, Z., Chen, F., Barlage, M., et al. (2022). Cooling Effects Revealed by Modeling of Wetlands and Land-Atmosphere Interactions. Water Resour. Res. 58: e2021WR030573.
Hathway, E.A., and Sharples, S. (2012). The interaction of rivers and urban form in mitigating the Urban Heat Island effect: A UK case study. Build. Environ. 58: 14-22.
Wu, C., Li, J., Wang, C., et al. (2019). Understanding the relationship between urban blue infrastructure and land surface temperature. Sci. Total Environ. 694: 133742.
McCormick, K., Anderberg, S., Coenen, L., et al. (2013). Advancing sustainable urban transformation. J. Clean. Prod. 50: 1-11.
Lafortezza, R., and Sanesi, G. (2019). Nature-based solutions: Settling the issue of sustainable urbanization. Environ. Res. 172: 394-398.
Berdejo-Espinola, V., Suárez-Castro, A.F., Amano, T., et al. (2021). Urban green space use during a time of stress: A case study during the COVID-19 pandemic in Brisbane, Australia. People Nat. 3: 597-609.
Lopez, B., Kennedy, C., Field, C., et al. (2021). Who benefits from urban green spaces during times of crisis? Perception and use of urban green spaces in New York City during the COVID-19 pandemic. Urban For. Urban Green. 65: 127354.
Pouso, S., Borja, Á., Fleming, L.E., et al. (2021). Contact with blue-green spaces during the COVID-19 pandemic lockdown beneficial for mental health. Sci. Total Environ. 756: 143984.
Mabon, L., and Shih, W.Y. (2021). Urban greenspace as a climate change adaptation strategy for subtropical Asian cities: A comparative study across cities in three countries. Global Environ. Change 68: 102248.
Jaung, W., Carrasco, L.R., Shaikh, S.F.E.A., et al. (2020). Temperature and air pollution reductions by urban green spaces are highly valued in a tropical city-state. Urban For. Urban Green. 55: 126827.
MHURDPRC (2016). Ministry of Housing and Urban-Rural Development, & Ministry of Environmental Protection, the People’s Republic of China Result of National Inventory about Urban River Pollution. http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201602/t20160219_ 226677.html.2016.
Sikora, A. (2021). European Green Deal-legal and financial challenges of the climate change. Era Forum 21: 681-697.
Debele, S.E., Leo, L.S., Kumar, P., et al. (2023). Nature-based Solutions Can Help Reduce the Impact of Natural Hazards: A Global Analysis of NBS Case Studies. Sci. Total Environ. 902: 165824.
Williams, P.A., Simpson, N.P., Totin, E., et al. (2021). Feasibility assessment of climate change adaptation options across Africa: an evidence-based review. Environ. Res. Lett. 16: 073004.
Schroeter, B., Zingraff-Hamed, A., Ott, E., et al. (2021). The knowledge transfer potential of online data pools on nature-based solutions. Sci. Total Environ. 762: 143074.
Kottek, M., Grieser, J., Beck, C., et al. (2006). World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Metz. 15: 259-263.
Alikhani, S., Nummi, P., and Ojala, A. (2021). Urban wetlands: A review on ecological and cultural values. Water 13: 3301.
Johnson, R., and Wang, L. (2021). Green Infrastructure Efficiency in Continental Climates: Insights from Green Walls and Botanical Gardens. Environ. Sci. Technol. 28: 451-468.
Meerow, S., Natarajan, M., and Krantz, D. (2021). Green infrastructure performance in arid and semi-arid urban environments. Urban Water J. 18: 275-285.
Tanaka, Y., and Silva, M. (2023). Micro-scale Impact of Roof Gardens in Tropical Climates: A Study on Temperature Reduction in Densely Built-up Areas. Urban Clim. 18: 88-101.
Manoli, G., Fatichi, S., Schläpfer, M., et al. (2019). Magnitude of urban heat islands largely explained by climate and population. Nature 573: 55-60.
Santamouris, M., Haddad, S., Saliari, M., et al. (2018). On the energy impact of Urban Heat Island in Sydney: Climate and energy potential of mitigation technologies. Energy Build. 166: 154-164.
Sailor, D.J. (2011). A review of methods for estimating anthropogenic heat and moisture emissions in the urban environment. Int. J. Climatol. 31: 189-199.
Nouri, H., Beecham, S., and Hassanli, A.M. (2019). Urban heat island and its challenges in tropical climates: A case study in Darwin, Australia. Urban For. Urban Green. 40: 312-322.
Gill, S.E., Handley, J.F., Ennos, A.R., et al. (2007). Adapting cities for climate change: the role of the green infrastructure. Built. Environ. 33: 115-133.
Yin, J., Wu, X., Shen, M., et al. (2019). Impact of urban greenspace spatial pattern on land surface temperature: a case study in Beijing metropolitan area, China. Landsc. Ecol. 34: 2949-2961.
Grimmond, C.S.B., Blackett, M., Best, M.J., et al. (2011). Initial results from Phase 2 of the international urban energy balance model comparison. Int. J. Climatol. 31: 244-272.
Imhoff, M.L., Zhang, P., Wolfe, R.E., et al. (2010). Remote sensing of the urban heat island effect across biomes in the continental USA. Rem. Sens. Environ. 114: 504-513.
DeFries, R.S., Foley, J.A., and Asner, G.P. (2004). Land-use choices: Balancing human needs and ecosystem function. Front. Ecol. Environ. 2: 249-257.
Seto, K.C., Güneralp, B., and Hutyra, L.R. (2012). Global forecasts of urban expansion to 2030 and direct impacts on biodiversity and carbon pools. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109: 16083-16088.
Kuang, W., Liu, Y., Dou, Y., et al. (2015). What are hot and what are not in an urban landscape: quantifying and explaining the land surface temperature pattern in Beijing, China. Landsc. Ecol. 30: 357-373.
Zhou, W., Yu, W., Zhang, Z., et al. (2023). How can urban green spaces be planned to mitigate urban heat island effect under different climatic backgrounds? A threshold-based perspective. Sci. Total Environ. 890: 164422.
Borduas, N., and Donahue, N.M. (2018). The natural atmosphere. Green Chem. 131-150.
Oke, T.R. (1982). The Energetic Basis of the Urban Heat Island (Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society).
Grimmond, S.U.E. (2007). Urbanization and global environmental change: local effects of urban warming. Geogr. J. 173: 83-88.
Aflaki, A., Mirnezhad, M., Ghaffarianhoseini, A., et al. (2017). Urban heat island mitigation strategies: A state-of-the-art review on Kuala Lumpur, Singapore and Hong Kong. Cities 62: 131-145.
Ommer, J., Bucchignani, E., Leo, L.S., et al. (2022). Quantifying co-benefits and disbenefits of Nature-based Solutions targeting Disaster Risk Reduction. Int. J. Disaster Risk Reduc. 75: 102966.
Kumar, P., Abhijith, K.V., and Barwise, Y. (2019). Implementing Green Infrastructure for Air Pollution Abatement: General Recommendations for Management and Plant Species Selection. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.8198261.v4.
Barwise, Y., and Kumar, P. (2020). Designing vegetation barriers for urban air pollution abatement: a practical review for appropriate plant species selection. NPJ Clim. Atmos. Sci. 3: 12.
Song, J., and Hart, J.D. (2010). Bootstrapping in a high dimensional but very low-sample size problem. J. Stat. Comput. Simulat. 80: 825-840.
Grey, C.P., and Tarascon, J.M. (2016). Sustainability and in situ monitoring in battery development. Nat. Mater. 16: 45-56.
Sowińska-Świerkosz, B., and García, J. (2021). A new evaluation framework for naturebased solutions (NBS) projects based on the application of performance questions and indicators approach. Sci. Total Environ. 787: 147615.
Kumar, P., Debele, S.E., Sahani, J., et al. (2021b). An overview of monitoring methods for assessing the performance of nature-based solutions against natural hazards. Earth Sci. Rev. 217: 103603.
Li, X., Xu, X., Wang, X., et al. (2021). Assessing the effects of spatial scales on regional evapotranspiration estimation by the SEBAL model and multiple satellite datasets: a case study in the Agro-Pastoral Ecotone, northwestern China. Rem. Sens. 13: 1524.
Kianmehr, A., Lim, T.C., and Li, X. (2023). Comparison of different spatial temperature data sources and resolutions for use in understanding intra-urban heat variation. Sustain. Cities Soc. 96: 104619.
Dong, J., Lin, M., Zuo, J., et al. (2020). Quantitative study on the cooling effect of green roofs in a high-density urban Area-A case study of Xiamen, China. J. Clean. Prod. 255: 120152.
Fleck, R., Gill, R.L., Saadeh, S., et al. (2022). Urban green roofs to manage rooftop microclimates: A case study from Sydney, Australia. Build. Environ. 209: 108673.
Xu, H., Chen, H., Zhou, X., et al. (2020). Research on the relationship between urban morphology and air temperature based on mobile measurement: A case study in Wuhan, China. Urban Clim. 34: 100671.
Hong, F., Zhan, W., Göttsche, F.M., et al. (2021). A simple yet robust framework to estimate accurate daily mean land surface temperature from thermal observations of tandem polar orbiters. Rem. Sens. Environ. 264: 112612.
Harlan, S.L., Brazel, A.J., Prashad, L., et al. (2006). Neighborhood microclimates and vulnerability to heat stress. Soc. Sci. Med. 63: 2847-2863.
Nowak, D.J., Crane, D.E., and Stevens, J.C. (2006). Air pollution removal by urban trees and shrubs in the United States. Urban For. Urban Green. 4: 115-123.
Berardi, U., GhaffarianHoseini, A., and GhaffarianHoseini, A. (2014). State-of-the-art analysis of the environmental benefits of green roofs. Appl. Energy 115: 411-428.
Kabisch, N., and Haase, D. (2014). Green justice or just green? Provision of urban green spaces in Berlin, Germany. Landsc. Urban Plann. 122: 129-139.
Smithers, R.J., Doick, K.J., Burton, A., et al. (2018). Comparing the relative abilities of tree species to cool the urban environment. Urban Ecosyst. 21: 851-862.
Richter, R., Ballasus, H., Engelmann, R.A., et al. (2022). Tree species matter for forest microclimate regulation during the drought year 2018: disentangling environmental drivers and biotic drivers. Sci. Rep. 12: 17559.
Rahman, M.A., Moser, A., Rötzer, T., et al. (2017). Microclimatic differences and their influence on transpirational cooling of Tilia cordata in two contrasting street canyons in Munich, Germany. Agric. For. Meteorol. 232: 443-456.
Probst, N., Bach, P.M., Cook, L.M., et al. (2022). Blue Green Systems for urban heat mitigation: mechanisms, effectiveness and research directions. Blue-Green Systems 4: 348-376.
Akbari, H., Pomerantz, M., and Taha, H. (2001). Cool surfaces and shade trees to reduce energy use and improve air quality in urban areas. Sol. Energy 70: 295-310.
Chang, C.R., and Li, M.H. (2014). Effects of urban parks on the local urban thermal environment. Urban For. Urban Green. 13: 672-681.
Suits, K., Annus, I., Kändler, N., et al. (2023). Overview of the (Smart) Stormwater Management around the Baltic Sea. Water 15: 1623.
Jezzini, Y., Assaf, G., and Assaad, R.H. (2023). Models and Methods for Quantifying the Environmental, Economic, and Social Benefits and Challenges of Green Infrastructure: A Critical Review. Sustainability 15: 7544.
Aghamohammadi, N., Fong, C.S., Farid, N.D.N., et al. (2022). Heat and Mental Health in Cities. In Urban Overheating: Heat Mitigation and the Impact on Health (Springer Nature Singapore), pp. 81-107.
Dore, M.H.I. (2005). Climate change and changes in global precipitation patterns: what do we know? Environ. Int. 31: 1167-1181.
Zhou, X., Okaze, T., Ren, C., et al. (2020). Evaluation of urban heat islands using local climate zones and the influence of sea-land breeze. Sustain. Cities Soc. 55: 102060.
Puppim de Oliveira, J.A., Bellezoni, R.A., Shih, W.Y., et al. (2022). Innovations in Urban Green and Blue Infrastructure: Tackling local and global challenges in cities. J. Clean. Prod. 362: 132355.
Mentens, J., Raes, D., and Hermy, M. (2006). Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21 st century? Landsc. Urban Plann. 77: 217-226.
Čížková, H., Květ, J., Comín, F.A., et al. (2013). Actual state of European wetlands and their possible future in the context of global climate change. Aquat. Sci. 75: 3-26.
Brudermann, T., and Sangkakool, T. (2017). Green roofs in temperate climate cities in Europe-An analysis of key decision factors. Urban For. Urban Green. 21: 224-234.
Zhou, Y., Zhao, H., Mao, S., et al. (2022). Studies on urban park cooling effects and their driving factors in China: Considering 276 cities under different climate zones. Build. Environ. 222: 109441.
Tao, S., Fang, J., Ma, S., et al. (2020). Changes in China’s lakes: Climate and human impacts. Natl. Sci. Rev. 7: 132-140.
Zhou, D., Liu, Y., Hu, S., et al. (2019). Assessing the hydrological behaviour of large-scale potential green roofs retrofitting scenarios in Beijing. Urban For. Urban Green. 40: 105-113.
Hamed, M.M., Nashwan, M.S., Shahid, S., et al. (2023). Future Köppen-Geiger climate zones over Southeast Asia using CMIP6 Multimodel Ensemble. Atmos. Res. 283: 106560.
Mitsch, W.J., Zhang, L., Stefanik, K.C., et al. (2012). Creating wetlands: primary succession, water quality changes, and self-design over 15 years. Bioscience 62: 237-250.
Rogers, C.D.F., Makana, L.O., Leach, J.M., et al. (2023). The Little Book of Theory of Change for Infrastructure and Cities (University of Birmingham).
Sherman, M.H., and Ford, J. (2014). Stakeholder engagement in adaptation interventions: an evaluation of projects in developing nations. Clim. Pol. 14: 417-441.
O’Brien, R.M., Phelan, T.J., Smith, N.M., et al. (2021). Remediation in developing countries: A review of previously implemented projects and analysis of stakeholder participation efforts. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 51: 1259-1280.
Coutts, J., White, T., Blackett, P., et al. (2017). Evaluating a space for co-innovation: Practical application of nine principles for co-innovation in five innovation projects. Outlook Agric. 46: 99-107.
Curt, C., Di Maiolo, P., Schleyer-Lindenmann, A., et al. (2022). Assessing the environmental and social co-benefits and disbenefits of natural risk management measures. Heliyon 8: e12465.
Dumitru, A., Frantzeskaki, N., and Collier, M. (2020). Identifying principles for the design of robust impact evaluation frameworks for nature-based solutions in cities. Environ. Sci. Pol. 112: 107-116.
Davies, C., Chen, W.Y., Sanesi, G., et al. (2021). The European Union roadmap for implementing nature-based solutions: A review. Environ. Sci. Pol. 121: 49-67.
Di Pirro, E., Sallustio, L., Sgrigna, G., et al. (2022). Strengthening the implementation of national policy agenda in urban areas to face multiple environmental stressors: Italy as a case study. Environ. Sci. Pol. 129: 1-11.
Augusto, B., Roebeling, P., Rafael, S., et al. (2020). Short and medium-to long-term impacts of nature-based solutions on urban heat. Sustain. Cities Soc. 57: 102122.
Frantzeskaki, N. (2019). Seven lessons for planning nature-based solutions in cities. Environ. Sci. Pol. 93: 101-111.
Cortinovis, C., Olsson, P., Boke-Olén, N., et al. (2022). Scaling up nature-based solutions for climate-change adaptation: Potential and benefits in three European cities. Urban For. Urban Green. 67: 127450.
Rosemartin, A., Crimmins, T.M., Gerst, K.L., et al. (2023). Lessons learned in knowledge co-production for climate-smart decision-making. Environ. Sci. Pol. 141: 178-187.
Graça, M., Cruz, S., Monteiro, A., et al. (2022). Designing urban green spaces for climate adaptation: A critical review of research outputs. Urban Clim. 42: 101126.
Topal, H.F., Hunt, D.V.L., and Rogers, C.D.F. (2021). Exploring urban sustainability understanding and behavior: A systematic review towards a conceptual framework. Sustainability 13: 1139.
Kumar, P., Sahani, J., Rawat, N., et al. (2023). Using empirical science education in schools to improve climate change literacy. Renew. Sustain. Energy Rev. 178: 113232.
Kaur, R., and Gupta, K. (2022). Blue-green infrastructure (BGI) network in urban areas for sustainable storm water management: A geospatial approach. City and Environment Interactions 16: 100087.
De Sousa Silva, C., Viegas, I., Panagopoulos, T., et al. (2018). Environmental justice in accessibility to green infrastructure in two European cities. Land 7: 134 .
Amaral, M.H., Benites-Lazaro, L.L., Antonio de Almeida Sinisgalli, P., et al. (2021). Environmental injustices on green and blue infrastructure: Urban nexus in macrometropolitan territory. J. Clean. Prod. 289: 125829.
This work has been commissioned by the UKRI (EPSRC, NERC, AHRC) and funded by RECLAIM Network Plus project (EP/W034034/1; EP/W033984) under its synthesis review series. The following authors acknowledge the funding received through their grants: P.K. and L.J. (NE/X002799/1; NE/X002772/1); L.J. (H2020 REGREEN, EU Grant agreement No. 821016; 2021YFE93100); G.M.L. (FAPESP 2019/08783-0); C.D.F.R. (EP/R017727); L.M. (ARC Grant No. IC220100012); H.G. (RGC Grant No. C5024-21G); M.F.A. and E.D.F. (FAPESP Grant No. 2016/18438-0; 2022/02365-5); S.J.C. (NSFC Grant No. 52225005), R.Y. (NSFC Grant No. 52278090); F.W. (NKP Grant No. 2020YFC180700); J.E. (NE/
X000443/1); and F.C. (NE/M010961/1; NE/V002171/1). The authors thank Andrea Sofia Majjul Fajardo for her contribution to the initial design of certain figures. We also thank the team members of GCARE and its Guildford Living Lab (GLL), as well as the participants in the RECLAIM Network Plus Horizon Scanning Workshop.
AUTHOR CONTRIBUTIONS
P.K.: conceptualization, methods, supervision, project administration, funding, analysis, writing – original draft, writing – reviewing and editing; S.D.: conceptualization, methods, data extraction, data analysis (figures, tables), writing – original draft, writing – reviewing and editing; S.K.: data extraction, writing – reviewing and editing; C.H.: data extraction, writing – reviewing and editing; J.S.: writing – reviewing and editing; N.A.: writing – review and editing; M.d.F.A.: writing – review and editing; M.A.: writing – review and editing; K.B.: writing – review and editing; N.C.: writing – review and editing; S.C.: writing – review and editing; F.C.: writing review and editing; J.E.E.: writing – review and editing; D.F.: writing – review and editing; E.D.d.F.: writing – review and editing; H.G.: writing – review and editing; M.C.H.: writing – review and editing; M.K.: writing – review and editing; T.R.K.: writing – review and editing; S.L.: writing review and editing; G.M.L.: writing – review and editing; S.K.M.: writing – review and editing; L.M.: writing – review and editing; R.P.: writing – review and editing; C.R.: writing – review and editing; R.Y.: writing – review and editing; F.W.: writing – review and editing; J.W.: writing – review and editing; L.J.: conceptualization, methods, writing – review and editing. The authors’ names appear in alphabetical order between the core writing team and the anchor authors. All authors commented on the draft manuscript and assisted in the conceptual development of the text, tables, figures, and the overall cohesiveness and proofreading of the paper.
