DOI: https://doi.org/10.1038/s42949-026-00379-0
تاريخ النشر: 2026-03-31
المؤلف: Cheng Huang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخفيف تأثير الجزر الحرارية الحضرية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التأثيرات غير الخطية لأنماط المساحات الزرقاء والخضراء (BGS) على تأثير جزيرة الحرارة الحضرية (UHI) في نانتشانغ، وهي مدينة شبكية مائية في المناطق شبه الاستوائية. باستخدام بيانات جغرافية متعددة المصادر ونموذج الغابة العشوائية، تحدد الدراسة العتبات الحرجة لنسبة المساحات الزرقاء والخضراء (BGP) عند 27.05%، 39.49%، 60.74%، و71.46%، مع ملاحظة أفضل تبريد عند 73.32% وتناقص الفوائد بعد 74.90%. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يتجاوز أكبر مؤشر لرقعة المساحات الزرقاء والخضراء (LPI_BG) 13.18 لتحقيق تبريد فعال، بينما تزيد كثافة المباني (PBPA) فوق 19.34% بشكل كبير من تفاقم UHI. كما تجد الدراسة أن زيادة تنوع ارتفاع المباني (AUCHR > 2.25) وتجميع BGS (AI_BG > 81.44) تساهم بشكل إيجابي في تأثيرات التبريد.
يوصي المؤلفون بتحديد أهداف BGP للأحياء بين 60% و74% والحفاظ على كثافة المباني أقل من 20%. يدعون إلى تحول في التخطيط الحضري من “توسيع المنطقة” إلى “تحسين الهيكل”، مؤكدين على أهمية وجود رقع BGS مستمرة ومجمعة جنبًا إلى جنب مع شكل ثلاثي الأبعاد منسق للمباني لتعزيز التهوية. الإطار المقترح قابل للتكيف مع الظروف المناخية، مما يشير إلى أنه في المناطق ذات الرطوبة العالية، يمكن أن يعوض تجميع BGS الأكبر والاتصال المحدود من التبخر، بينما في المناطق ذات الرياح السائدة القوية، يمكن أن تعزز الممرات الزرقاء والخضراء المتوافقة مع اتجاه الرياح التبريد الديناميكي. تسلط الدراسة الضوء على مفهوم “المساحات الخضراء غير الفعالة” في المدن شبه الاستوائية وتؤكد على ضرورة وجود نهج تنظيمي متعدد العوامل، مما يوفر دعمًا تجريبيًا للتخطيط القابل للتكيف مع المناخ في المناطق الحارة والرطبة.
مقدمة
تناقش المقدمة ظاهرة جزيرة الحرارة الحضرية (UHI)، حيث تظهر المناطق الحضرية درجات حرارة أعلى من المناطق الريفية المحيطة بسبب الأسطح غير القابلة للاختراق وخصائصها الحرارية. disrupts هذا التأثير المناخات الدقيقة المحلية، ويؤثر على التوازن العالمي للطاقة، ويشكل تهديدات للصحة العامة والأنظمة البيئية. تؤدي زيادة UHI، المدفوعة بتوسع المدن ونمو السكان، إلى تفاقم نقص الموارد وضعف المناخ، خاصة بالنسبة للمجتمعات المهمشة. يعد التخفيف من UHI أمرًا ضروريًا لتعزيز البيئات الحضرية المستدامة، وتبرز المساحات الزرقاء والخضراء (BGS) كحلول طبيعية فعالة لتبريد المناطق الحضرية.
أظهرت الدراسات الحديثة تأثيرات التبريد لـ BGS، مع نتائج تشير إلى أن المناطق ذات الغطاء النباتي الكثيف يمكن أن تخفض درجات الحرارة بمقدار يصل إلى 8 درجات مئوية. يختلف إمكانات التبريد بناءً على التكوين المكاني، وسياق المناخ، وكثافة الغطاء النباتي. على سبيل المثال، تكون المساحات الخضراء المجاورة للمياه أكثر برودة بشكل ملحوظ من المناطق غير المجاورة، بينما يتأثر شدة تبريد المسطحات المائية بعوامل المنطقة. منهجيًا، تم استخدام نماذج مختلفة لتقييم تأثير كثافة المباني والتغيرات الموسمية على فعالية BGS. على الرغم من البحث المكثف، لا تزال هناك فجوات، خاصة في فهم آليات التبريد في مدن الشبكات المائية شبه الاستوائية مثل نانتشانغ، التي تتميز بتأثير UHI كبير وركيزة بيئية معقدة تشكلها نظام الأنهار والبحيرات.
النتائج
تشمل نتائج الدراسة تحليل 329 وحدة دراسية ضمن منطقة حضرية تتركز حول نهر غانجيانغ، كاشفة عن تركيبة استخدام أراضي متنوعة. تشكل المناطق المبنية 39.94% من إجمالي المساحة، بينما تشغل الأراضي المزروعة 47.87%، وتمثل المسطحات المائية 11.53%. تم تأكيد استقرار البيئة المبنية من خلال تغييرات استخدام الأراضي من 2020 إلى 2022، مع ملاحظة تغيير إجمالي قدره 1.54% فقط. يتماشى توزيع استخدام الأراضي مع هيكل حضري نموذجي لشبكة مائية.
أشار تحليل درجات الحرارة إلى درجة حرارة سطح الأرض القصوى (LST) تبلغ 51.00 درجة مئوية ودرجة حرارة دنيا تبلغ 16.00 درجة مئوية، مع متوسط 33.50 درجة مئوية وانحراف معياري قدره 10.39 درجة مئوية، متبعًا توزيعًا طبيعيًا. أظهرت متوسطات درجات الحرارة الصيفية من 2018 إلى 2022 حدًا أقصى قدره 60.00 درجة مئوية ومتوسطًا قدره 35.95 درجة مئوية. تراوحت متوسطات LST عبر وحدات الدراسة من 29.09 درجة مئوية إلى 42.10 درجة مئوية، مع تركيز درجات حرارة أعلى في المنطقة الحضرية الأساسية وقيم أقل في المناطق المحيطية الأكثر خضرة. علاوة على ذلك، أظهرت كل من LST في 11 أغسطس 2022 ومتوسط LST الصيفي ارتباطًا مكانيًا إيجابيًا قويًا (مؤشر موران العالمي = 0.49 و0.66، على التوالي)، مما يدل على تكتل كبير لقيم درجات الحرارة. كانت التغاير بين هذه القياسات LST 11.53، مع معامل ارتباط بيرسون قدره 0.81، مما يشير إلى اتساق قوي في أنماط التوزيع المكاني بين بيانات LST في مرحلة زمنية واحدة ومتوسطات LST على مدى عدة سنوات.
المناقشة
تقيّم هذه الدراسة بشكل كمي تأثيرات التبريد لأنماط المساحات الزرقاء والخضراء (BGS) على درجة حرارة سطح الأرض (LST) في نانتشانغ، وهي مدينة شبه استوائية. باستخدام صور Landsat 8 OLI من 11 أغسطس 2022، تدمج الدراسة بيانات جغرافية متنوعة، بما في ذلك ارتفاع المباني، واستخدام الأراضي، وشبكات الطرق، لتحليل الأنماط المكانية لـ BGS وتأثيرها على تخفيف الحرارة الحضرية. تضمنت المنهجية مرحلة معالجة بيانات قوية، حيث أكدت مصفوفة نقل استخدام الأراضي تغييرات طفيفة في استخدام الأراضي بين 2020 و2022، مما يضمن اتساقًا زمنيًا في التحليل. استخدمت الدراسة تقنيات التعلم الآلي، وخاصة الغابة العشوائية (RF)، لنمذجة العلاقة بين مقاييس BGS وLST، محددة ستة متغيرات تفسيرية رئيسية تؤثر بشكل كبير على تأثيرات التبريد.
تكشف النتائج الرئيسية أن نسبة BGS (BGP) تلعب دورًا حاسمًا في تنظيم درجات الحرارة، مع تحديد عتبات تبريد ملحوظة عند 27.05%، 39.49%، 60.74%، و71.46%. بعد هذه العتبات، يصبح تأثير التبريد بارزًا، خاصة عند BGP قدره 73.32%. بالإضافة إلى ذلك، تسلط الدراسة الضوء على أهمية تكوين المناظر الطبيعية، مشيرة إلى أن الرقع الأكبر والأكثر استمرارية من BGS أكثر فعالية في التبريد من الرقع المجزأة. تشير التحليلات أيضًا إلى أن كثافة المباني وتنوع الارتفاع تؤثر بشكل كبير على LST، مع توصيات لاستراتيجيات التخطيط الحضري تهدف إلى تعزيز BGS وتحسين التخطيطات المكانية للتخفيف من تأثيرات جزيرة الحرارة الحضرية. بشكل عام، تسهم هذه الأبحاث في تقديم رؤى قيمة حول الديناميات غير الخطية لـ BGS وتأثيراتها على مرونة المناخ الحضري.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42949-026-00379-0
Publication Date: 2026-03-31
Author(s): Cheng Huang et al.
Primary Topic: Urban Heat Island Mitigation
Overview
This study investigates the nonlinear effects of blue-green space (BGS) patterns on the urban heat island (UHI) effect in Nanchang, a subtropical water-network city. Utilizing multi-source geographic data and a random forest model, the research identifies critical thresholds for BGS proportion (BGP) at 27.05%, 39.49%, 60.74%, and 71.46%, with optimal cooling observed at 73.32% and benefits diminishing beyond 74.90%. Additionally, the largest patch index of BGS (LPI_BG) must exceed 13.18 for effective cooling, while building density (PBPA) above 19.34% significantly exacerbates UHI. The study also finds that increasing building height variation (AUCHR > 2.25) and BGS aggregation (AI_BG > 81.44) contribute positively to cooling effects.
The authors recommend establishing neighborhood BGP targets between 60% and 74% and maintaining building density below 20%. They advocate for a shift in urban planning from “area expansion” to “structural optimization,” emphasizing the importance of continuous and aggregated BGS patches alongside a coordinated three-dimensional building morphology to enhance ventilation. The proposed framework is adaptable to climate conditions, suggesting that in high-humidity areas, greater BGS aggregation and connectivity can offset limited transpiration, while in regions with strong prevailing winds, blue-green corridors aligned with wind direction can enhance dynamic cooling. The study highlights the concept of “ineffective green space” in subtropical cities and underscores the necessity for multi-factor regulatory approaches, providing empirical support for climate-adaptive planning in hot-humid regions.
Introduction
The introduction discusses the Urban Heat Island (UHI) phenomenon, where urban areas exhibit higher temperatures than surrounding rural regions due to impermeable surfaces and their thermal properties. This effect disrupts local microclimates, impacts global energy balance, and poses threats to public health and ecosystems. The intensification of UHI, driven by urban expansion and population growth, exacerbates resource shortages and climate vulnerability, particularly for marginalized communities. Mitigating UHI is essential for promoting sustainable urban environments, and Blue-Green Spaces (BGS) are highlighted as effective natural solutions for cooling urban areas.
Recent studies have demonstrated the cooling effects of BGS, with findings indicating that high-vegetation areas can reduce temperatures by up to 8°C. The cooling potential varies based on spatial configuration, climate context, and vegetation density. For instance, riparian green spaces are significantly cooler than non-riparian areas, while the cooling intensity of water bodies is influenced by area thresholds. Methodologically, various models have been employed to assess the impact of building density and seasonal variations on BGS effectiveness. Despite extensive research, gaps remain, particularly in understanding the cooling mechanisms in subtropical water-network cities like Nanchang, which is characterized by a significant UHI effect and a complex ecological substrate formed by its river-lake system.
Results
The results of the study encompass an analysis of 329 study units within an urban area centered around the Ganjiang River, revealing a diverse land use composition. Built-up areas constitute 39.94% of the total area, while cultivated land occupies 47.87%, and water bodies account for 11.53%. The stability of the built environment was confirmed through land use changes from 2020 to 2022, with only a 1.54% overall change observed. The land use distribution aligns with a typical water-network urban structure.
Temperature analysis indicated a maximum land surface temperature (LST) of 51.00°C and a minimum of 16.00°C, with an average of 33.50°C and a standard deviation of 10.39°C, following a normal distribution. The summer average temperatures from 2018 to 2022 showed a maximum of 60.00°C and an average of 35.95°C. The mean LST across the study units ranged from 29.09°C to 42.10°C, with higher temperatures concentrated in the core urban area and lower values in greener peripheral zones. Furthermore, both the LST on August 11, 2022, and the average summer LST exhibited strong positive spatial autocorrelation (global Moran’s I = 0.49 and 0.66, respectively), indicating significant clustering of temperature values. The covariance between these LST measures was 11.53, with a Pearson correlation coefficient of 0.81, suggesting a strong consistency in spatial distribution patterns between single-time-phase and multi-year average LST data.
Discussion
This study quantitatively evaluates the cooling effects of blue-green space (BGS) patterns on urban land surface temperature (LST) in Nanchang, a subtropical city. Utilizing Landsat 8 OLI imagery from August 11, 2022, the research integrates various geographic data, including building height, land cover, and road networks, to analyze the spatial patterns of BGS and their impact on mitigating urban heat. The methodology involved a robust data preprocessing phase, where a land use transfer matrix confirmed minimal changes in land use between 2020 and 2022, ensuring temporal consistency in the analysis. The study employed machine learning techniques, particularly Random Forest (RF), to model the relationship between BGS metrics and LST, identifying six key explanatory variables that significantly influence cooling effects.
Key findings reveal that the proportion of BGS (BGP) plays a critical role in temperature regulation, with notable cooling thresholds identified at 27.05%, 39.49%, 60.74%, and 71.46%. Beyond these thresholds, the cooling effect becomes pronounced, particularly at a BGP of 73.32%. Additionally, the study highlights the importance of landscape configuration, suggesting that larger, continuous patches of BGS are more effective in cooling than fragmented ones. The analysis also indicates that building density and height variability significantly affect LST, with recommendations for urban planning strategies aimed at enhancing BGS and optimizing spatial layouts to mitigate urban heat island effects. Overall, this research contributes valuable insights into the nonlinear dynamics of BGS and their implications for urban climate resilience.