DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100588
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38440259
تاريخ النشر: 2024-02-07
المؤلف: Prashant Kumar وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخفيف تأثير الجزر الحرارية الحضرية
نظرة عامة
تقوم هذه المراجعة بتقييم منهجي لفعالية البنية التحتية الخضراء والزرقاء والرمادية (GBGI) في التخفيف من ارتفاع درجات الحرارة في المدن، من خلال تجميع البيانات من 202 منشور ذي صلة. تحدد 51 نوعًا من GBGI، حيث تظهر الحدائق النباتية، والأراضي الرطبة، والجدران الخضراء، وأشجار الشوارع أعلى كفاءات التبريد. تؤكد المراجعة على أهمية مراعاة آثار المناخ المستقبلية، والفوائد المشتركة متعددة الوظائف، والآثار غير المقصودة المحتملة عند تنفيذ استراتيجيات جديدة لـ GBGI. تشمل الآليات الرئيسية لتنظيم درجة الحرارة التظليل، والتبخر، والعزل الحراري، والتي تساهم أيضًا في تقليل استهلاك الطاقة في المباني.
تسلط النتائج الضوء على الاهتمام العالمي المتزايد بـ GBGI، خاصة في آسيا وأوروبا، مع الإشارة إلى الفجوات الإقليمية في تركيز البحث. تناقش المراجعة كل من الفوائد – مثل إدارة مياه الأمطار واحتجاز الكربون – والعيوب، بما في ذلك زيادة تكاليف الصيانة وصراعات استخدام الأراضي. تؤكد على ضرورة وجود استراتيجيات مخصصة لـ GBGI تأخذ في الاعتبار الظروف المناخية المحلية وكثافة المدن، داعية إلى نهج متوازن لتعظيم الفوائد مع تقليل الآثار السلبية. علاوة على ذلك، تدعو إلى تعزيز التعاون البحثي ومشاركة المعرفة لمعالجة الفجوات الحالية في تصميم وتنفيذ وأداء GBGI على المدى الطويل، بهدف تحسين مرونة المدن ضد مخاطر الحرارة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على القلق المتزايد بشأن موجات الحرارة، التي تؤثر سلبًا على صحة الإنسان، والاقتصادات، والنظم البيئية. تُعرف موجات الحرارة بأنها فترات طويلة من ارتفاع درجات حرارة الهواء، وقد زادت في التكرار والشدة منذ الخمسينيات، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تغير المناخ وزيادة انبعاثات الغازات الدفيئة. تستشهد الورقة بإحصائيات مقلقة، بما في ذلك أكثر من 166,000 حالة وفاة عالمية مرتبطة بموجات الحرارة بين عامي 1998 و2017، وتؤكد على الحاجة الملحة لتحسين مراقبة الحرارة واستراتيجيات التكيف، خاصة في ضوء درجات الحرارة القياسية في السنوات الأخيرة.
يدعو المؤلفون إلى تنفيذ البنية التحتية الخضراء والزرقاء والرمادية (GBGI) كحل حاسم للتخفيف من حرارة المدن. تشمل GBGI الهياكل المعتمدة على النباتات، والمياه، والهياكل الهندسية التي يمكن أن تخفض درجات حرارة المدن بفعالية من خلال آليات مثل التبخر والتظليل. تستعرض المقدمة الأدبيات الموجودة حول أنواع مختلفة من GBGI، مشيرة إلى فجوة في التقييمات المنهجية لفوائد التبريد المباشرة والفوائد المشتركة. تهدف الورقة إلى سد هذه الفجوة من خلال إجراء مراجعة شاملة لـ 51 نوعًا من GBGI عبر مناطق مناخية مختلفة، وتقييم فعاليتها في التخفيف من حرارة المدن، وتقديم إرشادات لتحسين استراتيجيات GBGI. الهدف النهائي هو إنشاء قاعدة بيانات عالمية لـ GBGI لا تعالج حرارة المدن فحسب، بل تعزز أيضًا التنوع البيولوجي وتدير المخاطر الطبيعية الأخرى.
الطرق
تستخدم البحث إطار تصنيف تم تطويره بواسطة جونز وآخرين وتقوم بتوسيعه ليشمل 51 نوعًا من البنية التحتية الخضراء والزرقاء والرمادية (GBGI) مصنفة إلى عشرة مجموعات واسعة، بما في ذلك الحدائق، والحدائق العامة، والبنية التحتية الخضراء المُنشأة. تحدد الدراسة ستة فوائد مشتركة مرتبطة بـ GBGI، لا سيما التخفيف من الحرارة، وزيادة الفرص الترفيهية، وتقليل الضوضاء المحيطة، والتخفيف من مخاطر الفيضانات والجفاف، وتحسين جودة الهواء والماء، بالإضافة إلى التنوع البيولوجي. بينما تم تناول مبادئ التصميم والتنفيذ التفصيلية لـ GBGI في الأدبيات السابقة، تركز هذه المراجعة على تحليل الأدبيات المنهجية باستخدام منهجية PRISMA لتحديد الاتجاهات الجغرافية والزمنية، فضلاً عن فجوات المعرفة.
شملت عملية البحث الأدبي خمس مراحل، بدءًا من تطوير مصطلحات البحث وانتهاءً باختيار 202 منشور ذي صلة من مجموعة أولية تضم 27,486. تم تحليل الدراسات المختارة لمختلف المعايير، بما في ذلك الموقع، ونوع GBGI، والفوائد المرتبطة، باستخدام إحصائيات وصفية عبر برنامج R. ومن الجدير بالذكر أن 64.7% من المنشورات المختارة تناولت بشكل أساسي التخفيف من الحرارة، بينما ناقشت الدراسات المتبقية فوائد مشتركة متنوعة. قامت التحليل بتصنيف الدراسات وفقًا لتصنيف المناخ كوبرن-جيجر والمقاييس المكانية، مما يوفر رؤى حول فعالية تدخلات GBGI عبر سياقات بيئية مختلفة.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في الورقة البحثية على فعالية البنية التحتية الخضراء والزرقاء (GBGI) وتصميم المدن الحساسة للمياه في التخفيف من حرارة المدن، خاصة في أستراليا وعلى مستوى العالم. تبرز الدراسات المختلفة التي تمت مراجعتها الفوائد المتعددة الأوجه لـ GBGI، والتي تشمل مزايا اقتصادية واجتماعية وبيئية وثقافية، فضلاً عن قدرتها على معالجة ضعف الحرارة من خلال تقليل التعرض، وإدارة الحساسية، وزيادة القدرة التكيفية. تؤكد النتائج على أهمية التصميم والتخطيط الاستراتيجي في تحسين آثار التبريد لـ GBGI، مع توصيات محددة لترتيب وتوجيه العناصر الخضراء لتعظيم المناطق المظللة.
تقدم الورقة أيضًا تحليلًا شاملاً للآليات التي من خلالها تنظم GBGI درجة الحرارة وإجهاد الحرارة، مثل التبخر، والتظليل، والعزل الحراري. تحدد كفاءة التبريد لأنواع مختلفة من GBGI عبر مناطق مناخية متنوعة، كاشفة أن عوامل مثل كثافة السكان، ومساحة المدينة، والارتفاع تؤثر بشكل كبير على فعاليتها. ومن الجدير بالذكر أن البحث يشير إلى أن الحدائق الحضرية الكبيرة وأنواع معينة من GBGI، مثل الأراضي الرطبة والأسطح الخضراء، فعالة بشكل خاص في تقليل درجات الحرارة، مع اختلاف آثار التبريد حسب نوع المناخ. تدعو النتائج إلى استراتيجيات مخصصة لـ GBGI تأخذ في الاعتبار الظروف البيئية المحلية وخصائص المدن لتعزيز مرونة المدن ضد الحرارة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100588
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38440259
Publication Date: 2024-02-07
Author(s): Prashant Kumar et al.
Primary Topic: Urban Heat Island Mitigation
Overview
This review systematically evaluates the efficacy of green-blue-grey infrastructure (GBGI) in mitigating urban overheating, synthesizing data from 202 relevant publications. It identifies 51 GBGI types, with botanical gardens, wetlands, green walls, and street trees demonstrating the highest cooling efficiencies. The review emphasizes the importance of considering future climate impacts, multifunctional co-benefits, and potential unintended consequences when implementing new GBGI strategies. Key mechanisms for temperature regulation include shading, evapotranspiration, and thermal insulation, which also contribute to reduced energy consumption in buildings.
The findings highlight a growing global interest in GBGI, particularly in Asia and Europe, while noting regional disparities in research focus. The review discusses both the benefits—such as stormwater management and carbon sequestration—and drawbacks, including increased maintenance costs and land use conflicts. It underscores the necessity for tailored GBGI strategies that consider local climatic conditions and urban density, advocating for a balanced approach to maximize benefits while minimizing negative impacts. Furthermore, it calls for enhanced research collaboration and knowledge-sharing to address existing gaps in GBGI design, implementation, and long-term performance, ultimately aiming to improve urban resilience against heat risks.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the growing concern surrounding heatwaves, which adversely affect human health, economies, and ecosystems. Defined as prolonged periods of elevated air temperatures, heatwaves have intensified in frequency and severity since the 1950s, largely attributed to climate change and rising greenhouse gas emissions. The paper cites alarming statistics, including over 166,000 global deaths linked to heatwaves between 1998 and 2017, and emphasizes the urgent need for improved heat surveillance and adaptation strategies, particularly in light of record-breaking temperatures in recent years.
The authors advocate for the implementation of green-blue-grey infrastructure (GBGI) as a critical solution for mitigating urban heat. GBGI encompasses vegetation-based, water-based, and engineered structures that can effectively lower urban temperatures through mechanisms such as evapotranspiration and shading. The introduction reviews existing literature on various GBGI types, noting a gap in systematic assessments of their direct cooling benefits and co-benefits. The paper aims to fill this gap by conducting a comprehensive review of 51 GBGI types across different climate zones, evaluating their effectiveness in urban heat mitigation, and providing guidelines for optimizing GBGI strategies. The ultimate goal is to create a global GBGI database that not only addresses urban heat but also enhances biodiversity and manages other natural hazards.
Methods
The research employs a classification framework developed by Jones et al. and expands it to encompass 51 types of green-blue-grey infrastructure (GBGI) categorized into ten broad groups, including gardens, parks, and constructed green infrastructure. The study identifies six co-benefits associated with GBGI, notably heat mitigation, enhanced recreational opportunities, ambient noise reduction, flood and drought risk mitigation, and improvements in air and water quality, as well as biodiversity. While detailed design and implementation principles for GBGI have been addressed in prior literature, this review focuses on systematic literature analysis using the PRISMA methodology to identify geographical and temporal trends, as well as knowledge gaps.
The literature search involved five stages, starting with the development of search terms and culminating in the selection of 202 relevant publications from an initial pool of 27,486. The selected studies were analyzed for various parameters, including location, type of GBGI, and associated benefits, utilizing descriptive statistics via R software. Notably, 64.7% of the selected publications primarily addressed heat mitigation, while the remaining studies discussed various co-benefits. The analysis categorized the studies according to the Köppen-Geiger climate classification and spatial scales, providing insights into the effectiveness of GBGI interventions across different environmental contexts.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the effectiveness of green-blue infrastructure (GBGI) and water-sensitive urban design in mitigating urban heat, particularly in Australia and globally. Various studies reviewed highlight the multifaceted benefits of GBGI, which include economic, social, environmental, and cultural advantages, as well as its capacity to address heat vulnerability through exposure reduction, sensitivity management, and enhanced adaptive capacity. The findings underscore the importance of strategic design and planning in optimizing GBGI’s cooling effects, with specific recommendations for the arrangement and orientation of green elements to maximize shaded areas.
The paper also presents a comprehensive analysis of the mechanisms through which GBGI regulates temperature and heat stress, such as through evapotranspiration, shading, and thermal insulation. It identifies the cooling efficiency of different GBGI types across various climate zones, revealing that factors like population density, city area, and altitude significantly influence their effectiveness. Notably, the research indicates that larger urban parks and specific GBGI types, such as wetlands and green roofs, are particularly effective in reducing temperatures, with cooling effects varying by climate type. The findings advocate for tailored GBGI strategies that consider local environmental conditions and urban characteristics to enhance urban resilience against heat.