DOI: https://doi.org/10.1038/s42949-026-00363-8
تاريخ النشر: 2026-02-18
المؤلف: Shengjun Gao وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخفيف تأثير الجزر الحرارية الحضرية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة العلاقة بين التحضر وموجات الحرارة الحضرية المركبة (UCHWs) عبر 936 مدينة عالمية، مع التركيز على الفوارق المرتبطة بها. تكشف التحليلات عن زيادة مستمرة في UCHWs من 2003 إلى 2019، خاصة في الجنوب العالمي، حيث تجاوز ارتفاع شدة موجات الحرارة تلك في الشمال العالمي. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة تجد أيضًا انخفاضًا عامًا في الفوارق المتعلقة بـ UCHWs خلال هذه الفترة.
تنسب الأبحاث زيادة شدة UCHWs إلى عمليات التحضر، مثل انتشار الأسطح غير النفاذة وتقليل المساحات الخضراء الحضرية. ومن المثير للاهتمام، أنه بينما يؤدي التحضر إلى تفاقم شدة UCHWs، فإنه في الوقت نفسه يقلل من تباينها المكاني، مما يؤدي إلى تقليل الفوارق المرتبطة بهذه الأحداث الحرارية. تؤكد هذه النتائج الديناميكيات المعقدة بين التنمية الحضرية والتحديات المرتبطة بالمناخ، مما يبرز الحاجة إلى تخطيط حضري مستدام للتخفيف من آثار موجات الحرارة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على زيادة تعرض سكان المدن لموجات الحرارة، خاصة موجات الحرارة المركبة ليلاً ونهارًا، مع تفاقم التحضر. تؤكد أن التباينات في البيئات الحضرية – مثل هياكل المباني، شكل المدينة، والمساحات الخضراء – تؤدي إلى تعرض غير متساوٍ للحرارة بين السكان، والذي يمكن تقييمه من خلال مفهومي “الفجوة” و”الظلم”. بينما تركز فجوة موجات الحرارة الحضرية على تباين التعرض للحرارة داخل المدن، فإن الظلم يتضمن عوامل الضعف الاجتماعي مثل العمر والدخل. وثقت الدراسات السابقة الأعباء الحرارية غير المتناسبة التي تواجهها مجموعات اجتماعية واقتصادية مختلفة ولاحظت اتجاهات في آثار موجات الحرارة على مدار العقدين الماضيين، كاشفة عن زيادة الأعباء الحرارية الحضرية وفي بعض المدن الأمريكية، انخفاض الفجوة.
تهدف الورقة إلى استكشاف العلاقة بين موجات الحرارة الحضرية المركبة (UCHWs) والفوارق المرتبطة بها عبر المدن العالمية، مع التركيز بشكل خاص على التباين بين الجنوب العالمي والشمال العالمي. على الرغم من الأبحاث الموجودة حول شكل المدينة وتأثيرات تغير المناخ على فجوة موجات الحرارة، لا يزال التأثير المحدد للتحضر على هذه الديناميكيات غير مستكشف بشكل كافٍ. تستخدم الدراسة بيانات درجة حرارة الهواء القريبة من السطح المستمدة من الأقمار الصناعية من 2003 إلى 2019 لـ 936 مدينة لتحليل التباينات المكانية والزمنية في UCHWs وفوارقها، باستخدام مؤشر جيني كمقياس للفجوة. تسعى الأبحاث إلى توضيح الروابط بين التحضر وموجات الحرارة والفجوة، مما يساهم في النقاش حول التنمية الحضرية المستدامة.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون بيانات حدود المدن العالمية (GUB) لعام 2020، المستمدة من بيانات المناطق الاصطناعية غير النفاذة العالمية (GAIA) بارتفاع 30 مترًا، لتحديد المناطق الحضرية التي تتجاوز 100 كم² على مستوى العالم. تم استخدام تصنيف المناطق الحضرية إلى الشمال العالمي والجنوب العالمي لمعالجة الضعف الاجتماعي والاقتصادي، بينما سهلت تصنيفات مجموعة الدخل الخاصة بالبنك الدولي (عالية، متوسطة عليا، متوسطة دنيا، ومنخفضة) التحليلات المقارنة. لتقييم موجات الحرارة المناخية الحضرية (UCHW)، تم تحليل مجموعات بيانات درجة حرارة الهواء القريبة من السطح اليومية القصوى (Tmax) والدنيا (Tmin) من 2003 إلى 2020، مع التركيز على موجات الحرارة الصيفية الممتدة المحددة لكلا نصفي الكرة الأرضية.
شملت المنهجية استخراج بيانات السلاسل الزمنية لـ Tmax وTmin، مع تنظيف البيانات بدقة لاستبعاد البكسلات ذات القيم المفقودة المفرطة. كما اختبر المؤلفون متانة نتائج UCHW باستخدام بيانات درجة حرارة سطح الأرض، مع معالجة مشكلات فقدان البيانات بسبب الغيوم وأعطال الأجهزة من خلال اختيار مجموعة بيانات درجة حرارة سطح الأرض اليومية العالمية عالية الدقة. بالإضافة إلى ذلك، تم رسم توزيع السكان الحضري باستخدام مجموعة بيانات WorldPop، وتم حساب قيم مؤشر الفرق الطبيعي للنباتات (NDVI) لتقييم تغطية النباتات. تم الحصول على بيانات المناخ الخلفية، بما في ذلك درجة حرارة الهواء وهطول الأمطار، من مجموعة بيانات ERA5-Land، وتمت معالجة جميع البيانات من خلال منصة Google Earth Engine لاشتقاق متوسط درجات الحرارة الصيفية الممتدة وهطول الأمطار التراكمي للمناطق الحضرية من 2003 إلى 2019.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات البيانية الهامة، والتحليلات الإحصائية، وأي علاقات ملحوظة بين المتغيرات. غالبًا ما يتم توضيح النتائج من خلال الجداول أو الرسوم البيانية أو الأشكال، التي توفر تمثيلًا بصريًا للبيانات وتسهيل التفسير.
قد يتضمن القسم أيضًا مقارنات مع الدراسات السابقة، مع التأكيد على كيفية مساهمة النتائج الحالية في الجسم المعرفي القائم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي شذوذ أو نتائج غير متوقعة، مما يوفر رؤى حول الآثار المحتملة أو المجالات التي تتطلب مزيدًا من البحث. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتأكيد الفرضيات المطروحة في المقدمة ويضع الأساس للنقاشات والاستنتاجات اللاحقة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة من ورقة البحث الضوء على زيادة شدة وفجوة موجات الحرارة الحضرية المركبة (UCHWs) عبر 936 مدينة من 2003 إلى 2019. تكشف التحليلات أن سكان الشمال العالمي يعانون من متوسط حرارة تراكمي أعلى (8.35 ± 4.12 °C) مقارنة بأولئك في الجنوب العالمي (5.26 ± 2.67 °C)، مع ملاحظات لفوارق كبيرة عبر تصنيفات الدخل المختلفة. ومن الجدير بالذكر أن 67.3% من المدن أظهرت اتجاهًا تصاعديًا في الحرارة التراكمية، مع زيادة عالمية متوسطة قدرها 0.29 °C سنويًا، خاصة في الجنوب العالمي (0.30 °C/سنة). كما وجدت الدراسة متوسط مؤشر جيني عالمي قدره 0.53، مما يشير إلى تعرض غير متساوٍ لـ UCHWs، مع فجوة أعلى في الجنوب العالمي (0.56 ± 0.16) مقارنة بالشمال العالمي (0.51 ± 0.13). على الرغم من ذلك، لوحظ اتجاه تنازلي في فجوة UCHW، خاصة في الجنوب العالمي، مما يشير إلى علاقة معقدة بين شدة UCHW وتباين التعرض.
تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لمعالجة التحديات المزدوجة المتمثلة في ارتفاع الحرارة الحضرية وفجوة التعرض. تؤكد الدراسة أنه بينما يساهم التحضر في زيادة UCHWs، فإنه يؤدي أيضًا إلى تقليل الفجوة حيث تصبح المناظر الطبيعية الحضرية أكثر تجانسًا. ومع ذلك، قد يؤدي هذا الانخفاض في الفجوة إلى إخفاء الضعف الأساسي، حيث تواجه مجموعات ديموغرافية مختلفة نتائج صحية متفاوتة تحت ظروف تعرض حرارية مماثلة. يدعو المؤلفون إلى استراتيجيات تخفيف مستهدفة تعزز التشجير الحضري وتحسن التهوية المحلية لتقليل كل من الحرارة العامة والفجوات في التعرض، بينما يدعون أيضًا إلى فهم دقيق للعدالة في إدارة مخاطر الحرارة الحضرية. تشير قيود الدراسة، بما في ذلك الاعتماد على مجموعات بيانات درجة حرارة محددة والتركيز على مدن مختارة، إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تشمل مجموعة أوسع من البيئات الحضرية لتعزيز قابلية تعميم النتائج.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42949-026-00363-8
Publication Date: 2026-02-18
Author(s): Shengjun Gao et al.
Primary Topic: Urban Heat Island Mitigation
Overview
This study investigates the relationship between urbanization and urban compound heatwaves (UCHWs) across 936 global cities, focusing on the associated inequalities. The analysis reveals a consistent increase in UCHWs from 2003 to 2019, particularly pronounced in the Global South, where the rise in heatwave intensity has outstripped that of the Global North. Notably, the study also finds a general decline in inequalities related to UCHWs during this period.
The research attributes the intensification of UCHWs to urbanization processes, such as the proliferation of impervious surfaces and the reduction of urban greenery. Interestingly, while urbanization exacerbates the severity of UCHWs, it simultaneously decreases their spatial heterogeneity, leading to a reduction in inequality associated with these heat events. These findings underscore the complex dynamics between urban development and climate-related challenges, emphasizing the need for sustainable urban planning to mitigate the impacts of heatwaves.
Introduction
The introduction highlights the increasing vulnerability of urban residents to heatwaves, particularly compound day-night heatwaves, as urbanization intensifies. It emphasizes that variations in urban environments—such as building structures, city morphology, and green spaces—result in unequal heat exposure among residents, which can be assessed through the concepts of “inequality” and “inequity.” While urban heatwave inequality focuses on the variability of heat exposure within cities, inequity incorporates social vulnerability factors like age and income. Previous studies have documented the disproportionate heat burdens faced by different socio-economic groups and have noted trends in heatwave impacts over the past two decades, revealing both increasing urban heat burdens and, in some U.S. cities, decreasing inequality.
The paper aims to investigate the relationship between urban compound heatwaves (UCHWs) and associated inequalities across global cities, particularly contrasting those in the Global South and Global North. Despite existing research on urban morphology and climate change’s effects on heatwave inequality, the specific influence of urbanization on these dynamics remains underexplored. The study utilizes satellite-derived near-surface air temperature data from 2003 to 2019 for 936 cities to analyze spatial and temporal variations in UCHWs and their inequalities, employing the Gini index as a measure of inequality. The research seeks to elucidate the connections between urbanization, heatwaves, and inequality, contributing to the discourse on sustainable urban development.
Methods
In this study, the authors employed the 2020 Global Urban Boundary (GUB) data, derived from 30 m global artificial impervious area (GAIA) data, to identify urban areas exceeding 100 km² globally. The classification of urban regions into Global North and Global South was utilized to address socioeconomic vulnerabilities, while the World Bank’s income-group classifications (High, Upper-middle, Lower-middle, and Low) facilitated comparative analyses. To assess urban climate heatwaves (UCHW), daily maximum (Tmax) and minimum (Tmin) near-surface air temperature datasets from 2003 to 2020 were analyzed, focusing on extended summer heatwaves defined for both hemispheres.
The methodology involved extracting time series data for Tmax and Tmin, with rigorous data cleaning to exclude pixels with excessive missing values. The authors also tested the robustness of UCHW findings using land surface temperature data, addressing issues of data loss due to cloud cover and instrument failures by selecting a high-accuracy global seamless daily land surface temperature dataset. Additionally, urban population distribution was mapped using the WorldPop dataset, and normalized difference vegetation index (NDVI) values were calculated to assess vegetation cover. Background climate data, including air temperature and precipitation, were sourced from the ERA5-Land dataset, with all data processed through the Google Earth Engine platform to derive mean extended summer temperatures and cumulative precipitation for urban areas from 2003 to 2019.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data trends, statistical analyses, and any observed relationships between variables. The results are often illustrated through tables, graphs, or figures, which provide a visual representation of the data and facilitate interpretation.
The section may also include comparisons with previous studies, emphasizing how the current findings contribute to the existing body of knowledge. Additionally, any anomalies or unexpected results are discussed, providing insights into potential implications or areas for further research. Overall, this section serves to substantiate the hypotheses posed in the introduction and lays the groundwork for subsequent discussions and conclusions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the increasing intensity and inequality of urban compound heatwaves (UCHWs) across 936 cities from 2003 to 2019. The analysis reveals that residents in the Global North experience higher average cumulative heat (8.35 ± 4.12 °C) compared to those in the Global South (5.26 ± 2.67 °C), with significant disparities observed across different income classifications. Notably, 67.3% of cities exhibited an upward trend in cumulative heat, with a global average increase of 0.29 °C per year, particularly pronounced in the Global South (0.30 °C/year). The study also found a global average Gini index of 0.53, indicating unequal exposure to UCHWs, with higher inequality in the Global South (0.56 ± 0.16) than in the Global North (0.51 ± 0.13). Despite this, a decreasing trend in UCHW inequality was noted, especially in the Global South, suggesting a complex relationship between UCHW intensity and exposure variability.
The findings underscore the urgent need to address the dual challenges of rising urban heat and exposure inequality. The study emphasizes that while urbanization contributes to increased UCHWs, it also leads to a reduction in inequality as urban landscapes become more homogenized. However, this reduction in inequality may mask underlying vulnerabilities, as different demographic groups experience varying health outcomes under similar heat exposure conditions. The authors advocate for targeted mitigation strategies that enhance urban greening and optimize local ventilation to reduce both overall heat and exposure disparities, while also calling for a nuanced understanding of equity in urban heat risk management. The limitations of the study, including the reliance on specific temperature datasets and the focus on selected cities, suggest that future research should encompass a broader range of urban environments to enhance the generalizability of the findings.