生态和社会 生态和社会
以下是引用本文的既定格式:
谢德,C., P. Kremer, J. S. Rockwell, K. G.亨德森,2020。城市发展和当前绿色基础设施政策对未来气候变化弹性的影响。beplay竞技生态和社会25(4): 37。
https://doi.org/10.5751/ES-12076-250437
研究,是特别节目的一部分基于自然的整体解决方案:释放绿色和蓝色基础设施的潜力

城市发展和当前绿色基础设施政策对未来气候变化弹性的影响beplay竞技

1维拉诺瓦大学地理与环境学系,美国宾夕法尼亚州维拉诺瓦2beplay竞技气候变化适应项目,流域办公室,费城水务局,费城,宾夕法尼亚州,美国

摘要

世界各国政府都开始计划应对气候变化的影响。beplay竞技在美国宾夕法尼亚州的费城,该市正在通过“绿色城市,清洁水域”项目实施各种绿色基础设施实践,以满足州和联邦的雨水法规。虽然这不是该计划的当前目标,但如果有效实施,绿色基础设施的一个共同效益是提高当地对潜在生态系统变化的适应能力,如夏季气温上升和更强的降水,也被定义为适应气候变化。beplay竞技我们分析了“绿色城市,清洁水源”计划的潜力,该计划旨在提高城市对未来气候变化后果的抵御能力。beplay竞技利用费城的三个未来土地覆盖模型,分析了在两种气候变化情景下,通过绿色基础设施在本世纪中期、本世纪末对气候变化的适应。beplay竞技随着时间的推移,绿色基础设施总体上减少了费城各地的径流量。绿色基础设施对地表温度的影响结果不一。不同类型的绿色基础设施对径流和地表温度的影响不同。据预测,这个城市在本世纪将变得更温暖、更潮湿、更城市化,尽管计划增加绿色基础设施,但整个城市的径流和当地气温将平均上升。如果增强弹性是为了跟上气候变化的步伐,市政府将需要扩大其绿色基础设施计划,并在规划新项目时beplay竞技考虑适应气候变化的共同利益。 Additionally, for true climate change resiliency to be achieved, green infrastructure implementation must be connected to citywide greening efforts, accelerate and continue beyond the near term for localities to function as they do today.
关键词:气候变化适应能beplay竞技力;cobenefits;绿色雨水基础设施;城市雨水径流;城市地表温度

介绍

城市的定义是其密集的、已建成的(灰色)基础设施,这些基础设施支持交通、安全、水务、能源、卫生和通信等日常功能(Andersson等,2019年)。我们今天对城市生态系统所做的决定对未来城市环境的恢复能力至关重要。随着城市继续面临技术进步、人口增长和气候变化带来的快速变化,生态系统服务(ES)的分布和有效性将变得更加重要。beplay竞技当地气候和雨水调节服务的丧失对城市生态系统的功能和弱势居民的保护构成了特别的威胁(Sussams等人,2015)。在世界上许多地区,城市化和气候变化的后果将随着时间的推移不断相互放大,给城市居民带来困难的生活条件。beplay竞技管理雨水和维持当地气候或温度调节的生态系统功能可以支持城市应对气候变化后果的弹性。beplay竞技

许多城市目前正在采取政策,将绿色基础设施(GI)与传统灰色基础设施整合起来,以解决城市弹性、水质和可持续性目标(Grimm等人2015年,Kabisch等人2017年,Meerow和Newell 2017年)。具体到气候变化的后果,过去的研究发现,GI可以通过提供额外的气候beplay竞技调节ES来减少这种影响。例如,植物可以通过蒸散发降低当地温度,增加径流对地面的渗透,增加城市的恢复力(Gill等人2007年,Brown等人2012年,Demuzere等人2014年,Jones和Somper 2014年,Hrdalo等人2015年,Sussams等人2015年,Meerow和Newell 2017年)。具体而言,Gill等人(2007)发现,与1961-1990年基线相比,在英国大曼彻斯特高密度住宅区增加10%的绿色覆盖后,在2080年代低温室气体排放情景和高温室气体排放情景下,最高地表温度分别下降了2.4°C至2.5°C。此外,Liu等人(2015)指出,用于雨水管理的GI可以通过减少径流和控制污染物的移动,减少降雨事件的强度和频率对水文和水质的负面影响。重要的是要评估生态系统的需求和地理信息系统提供生态系统的能力,以便城市现在就采取行动,减轻未来气候变化的后果。beplay竞技

尽管一种评估框架并不适用于所有情况,但这项工作纳入了两个相互关联的系统性因素,这些因素被认为对评估ES的流动(或阻碍)很重要:GI和灰色基础设施的布局和交叉;以及围绕绿蓝基础设施(GBI)的制度安排和实施方法,即所有权和用户权利、政策意图和处方等因素(Andersson等,2019)。在这种情况下,评估地理信息系统的功能需要量化和评估其提供生态环境服务的潜力,并相对于最需要潜在生态环境服务惠益的脆弱地区评估这一信息。与实体基础设施类似,需要评估机构和政策的目标、战略、监测和评估实践(Borgström等,2006年,Stead和Meijers 2009年,Cejudo和Michel 2017年),这可能会降低或提高GI对气候恢复力和人类福祉的贡献(Andersson等,2019年)。不同形式的GI及其产生的ES在与这些因素的关系上存在内在差异(Andersson等人,2019年);促进和管理这种多功能需要进一步理解。

在这项工作中,我们将物质基础设施和机构这两个系统性因素纳入了地理信息规划绿色城市,清洁水源(GCCW)的案例研究,以了解由当前水质法规推动的GI规划是否也可以扩大ES的效益,从而提高气候变化的适应能力。beplay竞技费城未来的三个土地覆盖模型(Shade and Kremer 2019)被用来理解不同类型GI的空间配置、由此产生的城市生态系统功能以及管理GI规划和设计的制度政策可能会增强或阻碍增强对未来气候变化的弹性的能力。beplay竞技土地覆盖模型预测了整个城市持续的城市化。GI的假设空间分布基于到2036年全面实施25年GCCW的假设(Shade and Kremer 2019)。在温和和极端气候变化情景下,研究了近期(2020 ~ 2046年)、本世纪中叶(beplay竞技2047 ~ 2073年)和本世纪末(2074 ~ 2099年)的气候变化影响。

方法和材料

制度框架:绿色城市,清洁水源

2011年,费城水务局(PWD)成立绿色城市,清洁水源(GCCW),以减少污水管道溢水事件,并改善城市溪流和河流的水质。GCCW的政策是由满足宾夕法尼亚州环境保护部(PADEP)和联邦清洁水法法规(费城水务局2011年)的需求驱动的。GCCW主要利用绿色雨水基础设施来减少流入雨水渠的径流,最终流入斯古吉尔河和特拉华河及其支流。PWD使用“绿色土地”(GAs)的概念来衡量项目的成功,“绿色土地”的定义是足够的地理指数来管理一英亩排水区域的一英寸雨水;约103立方米(27158加仑;费城水务局2016年)。

该项目是美国第一个优先考虑地理信息系统而不是传统的灰色基础设施来管理雨水径流的项目。虽然一些GI是在2011年之前建成的,但GCCW项目的建设在2011年正式开始,并将持续到2036年。地理标志项目的资金来源包括私人开发商的贷款、赠款和公共工程项目。为了创造更多的气体,GCCW提出了八种不同的最佳管理实践,以减少城市内不透水表面的数量:(1)绿色街道,(2)绿色学校,(3)绿色公共设施,(4)绿色停车场,(5)绿色开放空间,(6)绿色工业,商业,商业和机构,(7)绿色小巷,车道和人行道,(8)绿色家庭(费城水务局,2011年)。PWD在整个城市实施了各种植物性GI措施,如雨水花园、人造湿地、树沟、种植机、沼泽和绿色屋顶,以及非植物性措施,如蓄水池、沟、坑、盆地和透水路面(费城水务局,2011年)。到2036年,GCCW将至少实施36m³(9564gas),并通过捕获85%的污水综合溢出量,减少进入当地溪流和河流的污染物数量(费城水务局,2011年)。

预测费城未来的土地覆盖

使用细胞自动机、机器学习和马尔可夫链分析的组合创建了三个未来的土地覆盖模型,以预测费城的高分辨率土地利用/土地覆盖变化(谢德和克莱默,2019年)。复制Shade和Kremer(2019)中创建2036年(近期)的土地覆盖模型的方法,创建分别代表本世纪中叶和本世纪末的2060年和2087年的土地覆盖模型。土地覆盖模型假设费城的绿色基础设施计划到2036年全面实施,将产生超过3845公顷(9500英亩)的绿化面积,并纳入过去城市化的时间趋势。城市化趋势受海拔、坡度、与现有道路和河流的距离以及绝对变化的可能性的驱动。GI的增长是由GCCW政策推动的。

模拟费城未来的气候

为了了解费城未来气候变化的影响,我们分别从政府间气候变化专门委员会(IPbeplay竞技CC)和美国交通部(US DOT)获得了全球气候模型的缩小输出和处理工具(Maurer et al. 2007)。利用以下坐标获得了费城的缩量偏差校正构造模拟版本2 (BCCAv2)耦合模式对比项目第5期(CMIP5)气候预测输出(填海局2014年):40.0625 N, -75.1875 E;40.0625 n, -75.0625 e;39.9375 n, -75.3125 e;和39.9375 N, -75.1875 E.下载了19种不同全球气候模式(GCMs)的代表性浓度路径(RCP) 4.5和8.5的网格输出(Moss et al. 2008)。在RCP4.5中,温室气体浓度轨迹在2040年左右达到峰值,然后下降,而在RCP8.5中,温室气体浓度预计在整个21世纪都将上升(Meinshausen et al. 2011)。

利用USDOT CMIP气候数据处理工具(ICF International 2016)对19个gcm的统计缩比输出进行处理,以预测特定时间段内未来的气温和降水。该工具用于计算RCP4.5和RCP8.5近期(2020-2046年)、本世纪中期(2047-2073年)和本世纪末(2074-2099年)6月、7月和8月“非常炎热的夏季”的空气温度,即RCP4.5和RCP8.5的第95百分位的空气温度(表1)。据报告,当前时期(1992-2018年)的非常炎热天气阈值为33.5°C。

19个gcm的缩小输出被用来计算未来每个时间段的降水三角洲变化因子(DCFs) (Maimone等人,2019年)。19个gcm中的每一个都提供了截至2099年的每种气候变化情景的日降水输出。beplay竞技由于夏季是费城降雨事件最多的季节,因此从日降水输出中去掉了干日数(0毫米降水),然后将夏季月份(6月、7月和8月)的湿日数按本世纪中期和世纪末的百分比排序。对于第95个百分位数的降水值,通过将其正上方和正下方的5个百分位数平均值进行调整。该方法不仅平滑了百分位数的分布,而且最大限度地减少了任何异常的不当影响。利用1992年至2018年的GCM数据计算了目前的95%湿日。计算每个模型在每个时间段的第95百分位湿日之后,从每个GCM和RCP的每个未来模型值中减去当前模型值,以确定DCF。将19个gcm中每个时间段的DCFs平均起来,得到最终的DCFs(表2)。最终DCFs加入到目前观测到的95%百分位数的湿日41.125毫米,该湿日是用费城国际机场记录的每日降水数据计算出来的。这些数据来自NOAA国家气候数据中心1992-2018年的全球历史气候学网络(Menne et al. 2012)。

径流分析

城市径流的生成采用土壤保持服务曲线数(CN)方法(USDA 1986)进行建模。该模型根据地面覆盖度、土壤类型和降水量来估算降雨径流量。为了分析的目的,假设之前的水分条件是干燥的,因此预计陆地覆盖吸收将以最大容量发挥作用(Maragno等人,2018年)。以mm为单位的最终径流量计算公式如下(式1-3):

方程1 (1)
方程2 (2)
方程3 (3)

其中Q为降雨径流深度(mm), P为通过DCFs计算出的降水深度(mm)(表1),S为土壤潜在最大储水量(mm), CN为曲线数(无量纲)从0到100的表格值(表3),I一个为降雨量的初始提取量(mm), λ为用于城市设置的初始提取系数(常数)0.05 (Lim et al. 2006, Ling and Yusop 2014)。

CN值来源于美国农业部(USDA) TR-55 (USDA 1986)和其他CN研究的文献综述(表3;社区技术中心2007,水环境研究基金会2009,Maragno等人2018,费城水务局2018一个,瓦尔帕莱索工程部[日期未知])。对于位于由水文土壤组(a /D、B/D、C/D)组合的区域内的陆地覆盖,由于我们无法知道地下水位位于土地下面的什么位置,我们将两个水文土壤组的CN值分别取陆地覆盖的平均值。由于没有足够的信息来评估草地的状况,所以将每种状况的CN值平均起来。如果只将水文土壤类群划分为城市类型,则在计算中使用所有土壤类群对应土地覆被的平均CN值。

由于土地覆盖模型没有预测特定类型的GI (Shade和Kremer, 2019年),因此对在特定的土地覆盖转型下可能实施的GI类型进行了假设。例如,当建筑物过渡到GI时,假设有绿色屋顶,因为可以预期城市不会为了发展GI而拆除建筑物,但可以在建筑物上实施绿色屋顶。树木向GI过渡被认为是树木沟,因为城市不太可能为了实施GI而移除树木。向GI过渡的公路/铁路被认为是可渗透的路面,因为公路/铁路不会因为GI而被移除。向GI过渡的水和铺面被分配了除绿色屋顶外所有类型GI的加权平均CN,因为许多类型的GI可以在这些位置实施(尽管在未来的土地覆盖模型中,向GI过渡的水和铺面很可能是一个错误)。同样,草地和土壤向GI过渡时,除绿化屋顶和透水路面外,所有GI的加权平均CN值都被赋值。平均CNs的权重基于每种GI的当前GI项目数量,并假定每种GI项目的比例在未来保持不变。使用费城水务局的绿色基础设施GIS数据(费城水务局2018年)发现了GI项目的数量和类型b).

为了分析未来生态系统功能的变化,利用费城2036年、2060年和2087年(Shade和Kremer 2019年)的未来土地覆被,评估本世纪近期、本世纪中叶和本世纪末的径流条件。2015年费城的土地覆盖被用作代表现在情况的基线。在每个土地覆盖中,每个像素根据其土地利用类型和在水文土壤组中的位置分配一个CN。水文土壤组空间数据来自费城水务局(费城水务局[日期不详])。在给每个像素分配了一个CN之后,利用ESRI ArcGIS 10.6 (ESRI 2018)中的栅格计算器工具中的方程1-3计算出第95百分位降雨事件期间的径流量。

表面温度分析

这里使用地表温度作为一组气候调节生态系统功能的代理(Schwarz et al. 2011, Hamstead et al. 2016)。为了预测整个城市地表温度的空间明确分布,我们结合了Landsat地表温度和费城东北部机场夏季两天的气温数据,来估计气温上升对地表温度的影响。临时地表温度陆地卫星分析就绪数据[1]来自美国地质调查局(Cook 2014, Cook et al. 2014, USGS 2018),所有的云和云阴影都从图像中去除。卫星图像是根据图像的日期选择的(较温暖的月份;5月至9月)、图像质量(最小云覆盖)、图像拍摄时的空气温度以及卫星图像与现有陆地覆盖模型的时间接近程度(2008年、2010年和2015年)。根据这些标准,我们选择了2010年和2011年夏季的两幅地表温度图像进行分析。

费城东北部机场每小时记录的干球气温来自NOAA的当地气候数据(NOAA 2019)。每幅图像都与它在拍摄图像时的大约时间内的气温进行了匹配(表4)。费城东北部机场记录的气温被用作当时城市气温的代表,尽管我们认识到在给定时间内整个城市的气温可能会变化。

未来的地表温度是用气温变化与地表温度变化的比值计算的(公式4-5):

方程4 (4)
方程5 (5)

式中ST为Landsat地表温度数据中城市的地表温度;AT表示从NOAA (NOAA 2019)获取的今天的气温,以及预测的未来气温(表1)30. jul.11而且28. aug.10是今日地表温度及空气温度的日期(表4)。下标未来代表正在分析的本世纪中期、中期和世纪末的时间段。最后,x表示空气温度每变化一度时地表温度的变化。的转换因子x每个像素都不同。对于预测未来会发生变化的地表覆盖像元,地表温度以相同地表覆盖类像元的局部平均值计算。

径流和地表温度的重叠和权衡

通过分析暴雨径流和局地地表温度的空间分布,分析当前和未来的空间重叠情况,以了解当前气候变化综合治理政策是否增强了增强气候变化抵御能力的协同效益。beplay竞技所有径流(Q)和地表温度(ST)预测的空间数据被重新分类到一个二元系统中,分别表示每个时间段和气候变化情景中高于平均值(高)或低于平均值(低)的地区。beplay竞技重新分类后的径流和地表温度数据分别在每个时段和气候变化情景下进行象限分析,识别出高径流和高地表温度的潜在区域(高-高);beplay竞技高径流、低地表温度(高—低);低径流高地表温度(低-高);低径流和低地表温度(低-低)。

最后分析了GI类型的影响。将GI类型分为三类:植被型(有植被的GI)、非植被型(无植被的GI,如储存盆地或透水路面)和未知型(未来的GI可能是这两种亚型),以了解未来的协同效益如何与不同的GI实践相一致。

结果

雨水径流

对整个费城的每个气候变化情景的未来径流变化进行了计算(图1)。结果表明,在RCP 8.5下,到本世纪末,beplay竞技在一次大降雨事件中,一些地区的径流可能会增加超过25毫米(图1)。相反,在一些地区,每次大降雨事件的径流也可能减少超过20毫米(图1)。随着时间的推移,在每个气候变化情景中,不透水地表导致径流量平均增加约4.5 - 6.5毫米(图2)。相比之下,树木、草beplay竞技/灌木和土壤等绿地导致径流量较小的增加,通常小于1毫米(图2)。在整个城市中,平均而言,GI导致未来径流量的减少(图2)。

表面温度

在非常炎热的日子里,费城一些地表的温度可能会比现在上升20°C以上,到本世纪末,这将变得更加常见(图3)。预计随着时间的推移,与现在相比,地表温度上升≥10°C的现象将在整个城市变得非常频繁。特别是在RCP8.5下(图3)。表面温度的上升与费城的城市化预测(2019年谢德和克莱默)一致,并预测由于气候变化,夏季非常炎热的温度会上升(表1)。此外,在城市的一些地区,与现在的表面温度相比,表面温度可能下降超过10°C;beplay竞技然而,随着时间的推移,预计地表温度的下降将变得非常罕见(图3)。预计水,其次是树和草,将继续是城市中最冷的土地覆盖类型,在未来一段时间内平均温度的上升最低。道路、建筑物、其他铺装表面,以及总体上,GI类别,是平均温度和温度变化增长最快的类别(图4)。

径流和地表温度的重叠和权衡

在密集的城市环境中,大部分城市的径流和地表温度都很高(高于平均水平)(图5)。随着城市继续城市化和夏季持续变暖,预计高-高组合的空间分布优势将在本世纪末保持一致。显示出低径流和低ST的位置主要存在于水道周围和森林地区,这表明了非工程GIs的绿地的重要性和贡献(图5)。然而,随着时间的推移,低-低关系预计将在整个城市的空间上减少,被显示出高径流和低地表温度的土地覆盖所取代,这表明城市发展的强度较低。在整个城市中,低径流和高地表温度的区域是罕见的,并且大多与GIs有关。

据预测,与植物性、非植物性和未知GI亚型相关的径流和地表温度的降低在短期内也会产生类似的效果(图6)。在未来的每一段时间内,当径流低而地表温度高时,各GI亚型的很大比例显示出不匹配。这意味着,虽然GCCW计划显然在按计划减少径流量,但自发的气候调节协同效益有限。预计到本世纪中后期,与非植物性胃肠道相比,植物性胃肠道的低-低协同作用将有更高的增加。同样,在本世纪中叶到本世纪末的时间框架内,与非植物性GI相比,植物性GI的高-高配对率预计会下降更多。此外,据预测,与植物性GI相比,非植物性GI在本世纪末将表现出径流和地表温度之间更大的不匹配,特别是低径流和高地表温度(图6)。

讨论

我们发现,总体而言,气候变化将对费城的恢复能beplay竞技力构成挑战,该市大部分地区的径流和地表温度预计都会上升。我们发现,在已实施的地区,目前实施的GI确实有助于减少径流。然而,这些系统对表面温度控制的贡献有限,最可能的原因是营养GI的比例有限。由于目前的GCCW政策严格以减少径流为目标,目前的GI实施实践提供了有限的机会来放大地表温度调节的共同效益和促进多功能恢复力结果。然而,重要的是要注意到,需要从物质基础设施和制度框架两方面考虑最大化气候恢复力协同效益的可行性。物理基础设施的考虑必须包括GI系统的设计上下文。费城的年龄和密度会限制特定地理标志项目的类型、规模和可行性。此外,我们的分析预测,由于气候变化在本世纪剩余时间内持续增加降水和地表温度,GI的实施将需要在2036年GCCW结束日期之后继续进行。beplay竞技就制度框架而言,要使气候弹性协同效益最大化,就需要更广泛地接受和优先考虑绿色城市的方法,包括改变或采用新的城市标准和政策。这个过程将超出任何一个城市机构和任何一个司机、政策或法规的管辖范围。

GCCW确实增强了城市对径流增加的整体抵御能力;然而,由于预计的气候变化的影响,该项目目前的状态不能完全阻止未来径流的增加。beplay竞技缩小的全球气候模型预测,本世纪费城95%的夏季降雨事件强度将继续增加(Maurer等人,2007年)。我们的分析表明,当GI取代不透水的地表覆盖时,在未来的大降雨事件中,它可以减少超过30毫米的径流(图1)。例如,当不透水的屋顶和道路被相应的GI替代时,绿色屋顶和透水路面,降水可以很容易地渗透到地面,而不是流经城市表面和污染水道。具体地说,我们发现径流最大的减少是由于其他铺设的表面(如停车场和小巷)转变为GI。这一发现是可信的。费城水务局有两种管理策略,直接解决铺设路面:绿色停车场,绿色小巷,车道和人行道(费城水务局,2011年)。停车场、小巷和车道都可以换成透水路面。人行道也可以用透水路面代替,部分人行道可以用植被代替,如行道树或凹凸物。这些向GI转变的类型将有助于减少径流。 However, our analysis establishes that it may have limited impact on surface temperature control as GCCW does not explicitly consider future surface temperature increases.

气候变化和土地覆被变化引起的未来径流变化在全市范围内存在空间差异。beplay竞技本研究中使用的土地覆盖模型预测,城市的一些地区预计将变得更加密集的城市化(Shade and Kremer 2019),导致径流加剧和局部洪水。在这些地区实施地理信息系统战略对于增强城市对气候变化的抵御能力至关重要。beplay竞技需要进一步的调查来了解整个城市的实际水流和局部洪水模式。此外,还应分析社区的人口统计和社会经济数据,以了解潜在的风险人群,以及可能为潜在GI解决方案提供信息的社会和文化因素(Andersson等人,2019年)。城市政策和法规,包括分区法规、城市可持续发展目标、未来发展/土地使用等,需要相互联系,相互通报,以形成一个更全面的、全市范围的方法。

该径流分析的结果与英国大曼彻斯特地区的一项研究的结果相似,该研究发现,在21世纪80年代的一次28毫米降雨事件中,来自进一步城市化的城市的总径流为1600万立方米(Gill et al. 2007)。增加的径流和随之而来的当地洪水会导致身体和精神疾病,并破坏附近脆弱的建筑物(Gill et al. 2007)。在费城,《成长壮大:迈向气候准备好的费城(可持续发展办公室和ICF国际2015)的报告指出,增加的雨水径流可能会影响大费城地区的水源水质,可能会影响PWD的饮用水处理过程。值得注意的是,费城目前的地理标志项目并不是为了缓解大风暴导致的极端洪水情景,但我们的研究结果支持它可以帮助逐步缓解持续城市化导致的径流增加。

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的预测,费城夏季高温天气中95%的气温也将持续上升(Maurer et al. 2007),而整个城市的黑暗不透水表面将放大这一趋势。由于数据可用性的原因(Schwarz等人2011年,Hamstead等人2016年,Kremer等人2018年),地表温度经常被用作环境空气温度的代理,因为不透水的表面比空气温度更热,从而增加城市的局部温度。我们发现,随着城市化进程的升级,到本世纪末,费城一些地区的地表温度可能会增加20°C以上(图3)。随着GCCW继续在费城实施GI实践,考虑整个城市的地表温度是很重要的,以便在可能的地方优先安装提供多个ES的GI实践,最大限度地提高整体气候变化弹性的潜力。beplay竞技认识到增强气候弹性是全市范围内的目标,除残疾人士发展局外,费城其他政府机构和组织应探索以增强多功能气候弹性的方式实施地理信息系统的机会。

城市绿地的生物物理特征通过提供较凉爽的小气候,为帮助城市地区适应气候变化导致的极端夏季温度提供了潜力(Gill et al. 2007)。beplay竞技在柏林,研究人员发现,由树木、草地和土壤组成的地区的地表温度较低,而包括建筑环境组件的复合类地区的地表温度较高(Kremer等,2018年)。此外,研究发现,考虑到气候变化,在城镇中心多增加10%的绿地可使地表最高温度保持在当前基线水平或低于当前基线水平,直至2080年代(Gill et al. 2007)。beplay竞技

在费城,该市最城市化地区的地表温度比附近农村的平均温度高2.2°C至4.5°C(可持续发展办公室和国际ICF 2015)。65岁以上的成年人、儿童和那些没有空调的贫困人群正面临着费城日益增长的城市热岛的风险(可持续发展办公室和ICF国际2015年)。该分析提供了一种方法来了解城市内的风险社区,以及应该优先实施GI的地区,这些地区可以提供协同降温效果。

对复杂城市系统中的规划者来说,规划和管理多重环境功能是一个关键挑战(Baró et al. 2017)。从业人员和学者已经明白,GI实践不是同质的。实现多功能的地理信息系统,为复杂的城市系统设计,并适应一个地区的文化是一种微妙的平衡。不同类型的GI有不同的好处:雨水花园有助于排水,减少地表径流和流量;绿色屋顶增加了建筑的热工性能;而生物过滤沼泽则可以保持水质(Jones and Somper 2014)。其他研究分析了城市尺度上多种生态系统功能的潜力,发现了当前供需之间的不匹配(Baró et al. 2017),并预测了未来的不匹配(Stürck et al. 2015)。我们已经发现了GCCW的GI在多功能性上的差异(图6)。分析表明,大量GI缺乏支持当地地表温度调节的能力,即使它适当地提供了径流缓解服务。相反,我们确定了径流高于平均水平、地表温度低于平均水平的GI区域。这些地区大多位于低密度开发地区。 Each of these mismatches were found to be more common in forms of nonvegetative GI. GI practices that do not include vegetation offer fewer opportunities to provide local climate regulation through the provision of cooler microclimates. In the future, Philadelphia should plan to implement more vegetative forms of GI, such as rain gardens and green roofs, that reduce stormwater as well as cool the surrounding area, resulting in enhanced climate change resilience.

随着城市化和气候变化的持续,整个城市的区beplay竞技域对这些调节功能的需求将不可避免地增加(Baró et al. 2017),这凸显了通过单一GI设施可以获得的多功能的重要性。本研究以物质基础设施和制度的系统性因素为重点,提出了一种评估GI政策及其增强气候变化适应能力的方法。beplay竞技从空间上评估政策和实体基础设施之间的联系,对于理解一个地区未来应对气候变化等外部变化驱动因素的弹性至关重要(Andersson等,2019年)。beplay竞技

这项研究的局限性包括模拟地表温度和径流预测的粗糙性质。更具有空间分布的环境温度的可用性,以及温度随地表覆盖变化的经验测量将改善ST模型。考虑水文结构和流量将会改善暴雨预报。此外,作为一个案例研究,这项工作的结果可能是有限的,因为土地覆盖变化的驱动因素,气候变化的后果,以及制度和政策在每个城市不同。beplay竞技

结论

地理信息规划的物质基础设施和制度框架,绿色的城市,干净的水,在费城,分析了PA,以了解它可能如何支持未来的气候变化适应能力。beplay竞技该项目可作为一个案例研究,以了解目前多功能GI规划如何通过气候调节ES增强未来城市的气候变化抵御能力。beplay竞技费城的地理标志项目被发现随着时间的推移,通过减少径流和地表温度,增强了该市一些地区的气候变化适beplay竞技应能力,但根据当地的城市化水平,一些社区的效果比其他社区更好。必须从整体上考虑地理信息系统的空间分布,以增加跨社区的潜在效益。此外,我们的工作发现,制度政策和狭隘的监管要求可能会阻碍最大限度地提高气候变化抵御能力的协同效益。beplay竞技由于PWD的GCCW计划严格专注于减少雨水径流的目标,我们发现了一个增加协同效益的机会,特别是在系统地安装植被GIs,从而有助于当地气候调节。绿色城市,清洁水源尽管该计划被设想为一个多效益计划,但其核心是为了满足以水质为基础的法规而开发的项目。然而,气候恢复力是一个全市范围的目标,因此,气候恢复力战略和政策的制定和实施不应是任何单一机构或机构的责任。如果没有各城市机构的政策来促进城市绿化,并将地理标志系统作为提高费城恢复力的高优先措施相结合,将这些系统的多重效益最大化仍然是一个挑战。

由于预计该市将继续城市化,许多地区的径流和地表温度将继续上升。为了实现有效的气候变化适应能beplay竞技力,绿色基础设施项目必须在2036年全球气候变化大会结束后继续开展。这些项目的设计和实施应考虑多种驱动因素,包括适应不断增加的降雨和更高温度的气候变化。beplay竞技需要更深入的研究使用特定类型的GI和更精确的地表温度数据,以充分了解潜在的好处。由于气候变化不仅beplay竞技持续增加了费城的平均气温和降水量,还增加了非常炎热和非常多雨的天数,因此需要进行更多的研究来了解新的气候将如何影响居民,尤其是弱势群体。随着世界各地的城市努力在未来保持今天的功能,绿色基础设施是缓解气候变化影响的一种多效益方法。beplay竞技

__________

[1]正如美国地质勘探局(2018)宣布的那样:“美国地质勘探局陆地卫星表面温度科学产品可能会报告某些观测条件下未经验证的结果。”

对本文的回应

欢迎对本文作出回应。如果被接受发表,您的回复将被超链接到文章。要提交响应,请点击此链接要阅读已经接受的回复,请点击此链接

致谢

感谢维拉诺瓦大学数学与统计学系的张一民博士对温度分析的支持和慷慨的建议。

数据可用性

在公共存储库中公开可用的数据,该存储库发出带有doi的数据集。支持这项研究结果的数据可以在开放科学框架上公开获得https://osf.io/fbca9/,参考号10.17605/OSF.IO/FBCA9。

来自公共领域资源的数据/代码:
支持这项研究结果的数据可以在OpenDataPhilly上找到https://www.opendataphilly.org/.这些数据来自下列公共资源:
雨水管理实践多边形:https://www.opendataphilly.org/dataset/green-infrastructure-constructed-project-polygons
市区:https://www.opendataphilly.org/dataset/city-limits

来自公共领域资源的数据/代码:
支持这项研究结果的数据可在宾夕法尼亚空间数据访问资料交换所获得https://www.pasda.psu.edu”.这些数据来自下列公共资源:
2008年费城土地覆盖分布图:https://www.pasda.psu.edu/uci/DataSummary.aspx?dataset=138

文献引用

Andersson, E., J. Langemeyer, S. Borgström, T. mcpherson, D. Haase, J. Kronenberg, D. N. Barton, M. Davis, S. Naumann, L. Röschel,和F. Baró。2019.使绿色和蓝色基础设施更好地促进人类福祉和城市系统公平。生物科学69(7): 566 - 574。https://doi.org/10.1093/biosci/biz058

Borgström, s.t., T. Elmqvist, P. Angelstam, C. Alfsen-Norodom。2006.城市景观管理中的尺度错配。生态和社会11(2): 16。https://doi.org/10.5751/es-01819-110216

Baró, F., E. Góez-Baggethun, D. Haase. 2017。城乡梯度生态系统服务捆绑:景观规划与管理的启示生态系统服务24:147 - 159。https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2017.02.021

Brown, A., A. Dayal, C. Rumbaitis Del里约热内卢. 2012。从实践到理论:亚洲建设城市气候变化适应能力的新经验。beplay竞技环境和城市化24(2): 531 - 556。https://doi.org/10.1177/0956247812456490

填海局。2014。CMIP3和CMIP5缩尺气候和水文预估:发布CMIP5缩尺气候预估、与先前资料比较、用户需求摘要。美国内政部,垦务局,技术服务中心,丹佛,科罗拉多州,美国。

Cejudo, gm .和C. L. Michel, 2017。应对分散的政府行动:协调、连贯和整合。政策科学(4): 745 - 767。https://doi.org/10.1007/s11077-017-9281-5

M. J.库克,2014。Landsat陆地表面温度的大气补偿产物陆地表面温度。论文。罗彻斯特理工学院,美国纽约州罗彻斯特。

2014年,M., J. R. Schott, J. Mandel和N. Raqueno。开发陆地卫星热数据档案的操作校准方法,并从档案中初步测试陆地表面温度(LST)产品的大气补偿成分。遥感6(11): 11244 - 11266。https://doi.org/10.3390/rs61111244

Demuzere, M., K. Orru, O. Heidrich, E. Olazabal, D. Geneletti, H. Orru, A. G. Bhave, N. Mittal, E. Feliu, M. Faehnle. 2014。减缓和适应气候变化:城市绿色基础设施多功能多尺度评价。beplay竞技环境管理杂志146:107 - 115。https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.07.025

ESRI。2018.ArcGIS。ESRI, Redlands, California, USA。

吉尔,s.e., J. F. Handley, A. Ennos和S. Pauleit。2007。城市适应气候变化:绿色基础设施的作用。beplay竞技建筑环境33(1): 115 - 133。https://doi.org/10.2148/benv.33.1.115

格林,n.b., E. M.库克,R. L.黑尔,D. M. Iwaniec, 2015。城市生态系统服务的更广泛框架。第14章编辑K. C. Seto, W. D. Solecki和C. A. Griffith。城市化与全球环境变化的劳特利奇手册.劳特利奇,伦敦,英国。

Hamstead, Z. A., P. Kremer, N. Larondelle, T. mcpherson和D. Haase. 2016。城市景观异质性结构分类(STURLA)作为景观功能指标应用于纽约市地表温度。生态指标70:574 - 585。https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2015.10.014

赫达洛,I., D. Tomić, P. Pereković。2015.在克罗地亚杜布罗夫尼克实施绿色基础设施原则,以最大限度地减少气候变化问题。beplay竞技Urbani Izziv26: S38-S49。https://doi.org/10.5379/urbani-izziv-en-2015-26-supplement-003

ICF国际》2016。美国DOT CMIP气候数据处理工具用户指南。美国弗吉尼亚州费尔法克斯的ICF国际。

Jones, S.和C. Somper, 2014。伦敦绿色基础设施在适应气候变化中的作用。beplay竞技地理杂志180(2): 191 - 196。https://doi.org/10.1111/geoj.12059

Kabisch, N., J. Stadler, H. Korn和A. Bonn. 2017。在城市地区气候变化下实现社会目标的以自然为基础的解决方案——综合和前进的方法。beplay竞技323 - 336页N. Kabisch, H. Korn, J. Stadler和A. Bonn编辑。城市地区适应气候变化的基于自然的解决方案beplay竞技.施普林格可汗,瑞士。https://doi.org/10.1007/978-3-319-56091-5_19

Kremer, P., N. Larondelle, Y. Zhang, E. Pasles, D. Haase. 2018。类内和邻域效应对复合城市类与地表温度关系的影响。可持续性10(3): 645。https://doi.org/10.3390/su10030645

Lim, K. J.和B. A. Engel, S. Muthukrishnan, J. Harbor。2006。初始提取和城市化对CN技术估算径流的影响美国水资源协会杂志42(3): 629 - 643。https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2006.tb04481.x

Ling L.和Z. Yusop, 2014。具有宏观影响的微观焦点:土壤保持曲线数(CN)方法中初始提取系数比(λ)的探索。IOP会议系列:地球与环境科学18(1): 012121。https://doi.org/10.1088/1755-1315/18/1/012121

刘勇,v.f. Bralts, b.a. Engel. 2015。用降雨-径流模型评估流域尺度水文和水质管理措施的有效性。总环境科学308年511:298�。https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.12.077

Maimone, M., S. Malter, J. Rockwell和V. Raj。将全球气候模式降水输出转化为城市雨水应用。水资源规划与管理学报145(6): 04019021。https://doi.org/10.1061/(第3期)wr.1943 - 5452.0001071

Maragno, D., M. Gaglio, M. Robbi, F. Appiotti, E. A. Fano, E. Gissi。从绿色基础设施减少城市洪水的精细尺度分析:用于水流管理的生态系统服务方法。生态模型386:1-10。https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2018.08.002

Maurer, e.p., L. Brekke, T. Pruitt和P. B. Duffy。2007。高分辨率气候预估增强了区域气候变化影响研究。beplay竞技《美国地球物理联合会学报》88(47): 504。https://doi.org/10.1029/2007EO470006

Meerow, S.和J. P. Newell, 2017。多功能绿色基础设施的空间规划:底特律日益增长的弹性。景观与城市规划159:62 - 75。https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2016.10.005

M. Meinshausen, S. J. Smith, K. Calvin, J. S. Daniel, M. L. T. Kainuma, J.- f。拉马克、K. Matsumoto、S. A. Montzka、S. C. B. Raper、K. Riahi、A. Thomson、G. J. M. Velders、D. P. P. van Vuuren. 2011。RCP温室气体浓度及其从1765年到2300年的扩展。气候变化109(1): 213。https://doi.org/10.1007/s10584-011-0156-z

门内,M. J., I. Durre, B. Korzeniewski, S. McNeal, K. Thomas, X. Yin, S. Anthony, R. Ray, R. S. Vose, B. E. Gleason, T. G. Houston。2012。全球历史气气学网络-每日(GHCN-Daily) 3.12版。NOAA国家气候数据中心。

Moss, R., M. Babiker, S. Brinkman, E. Calvo, T. Carter, J. Edmonds, I. Elgizouli, S. Emori, L. Erda, K. Hibbard, R. Jones, M. Kainuma, J. Kelleher, J. F. Lamarque, M. Manning, B. Matthews, J. Meehl, L. Meyer, J. Mitchell, N. Nakicenovic, B. O'Neill, R. Pichs, K. Riahi, S. Rose, P. Runci, R. Stouffer, D. van vuren, J. Weyant, T. Wilbanks, J. P. van Ypersele, M. Zurek。面向分析排放、气候变化、影响和应对策略的新场景beplay竞技.政府间气候变化专门委员会,瑞士日内瓦。beplay竞技

国家海洋和大气管理局(NOAA)。2019.当地的气象资料。美国华盛顿特区国家环境信息中心。

可持续发展办公室和国际ICF, 2015。发展壮大:迈向气候适宜的费城.美国宾夕法尼亚州费城市长可持续发展办公室。

费城水部门。(日期未知)。土壤水文组。美国宾夕法尼亚州费城市。

费城水务局,2011年。绿色城市,清洁水源:费城城市联合下水道溢出控制计划.美国宾夕法尼亚州费城市。

费城水务局,2016年。绿色城市,清洁水源-评价与适应计划.美国宾夕法尼亚州费城市。

费城水务局,2018年a.费城雨水管理指导手册.美国宾夕法尼亚州费城市。

费城水务局,2018年b.绿色雨水基础设施项目。美国宾夕法尼亚州费城市。

施瓦茨,N., A.鲍尔,D.哈斯,2011。评估规划政策的气候影响-对莱比锡(德国)城市地区的估计。环境影响评估及检讨31(2): 97 - 111。https://doi.org/10.1016/j.eiar.2010.02.002

谢德,C.和P.克莱默,2019年。根据绿色基础设施政策预测费城的土地使用变化。土地8(2): 28。https://doi.org/10.3390/land8020028

斯特德,D.和E.梅杰斯,2009。空间规划与政策整合:概念、促进因素与抑制因素。规划理论与实践(3): 317 - 332。https://doi.org/10.1080/14649350903229752

Stürck, J., C. J. E. Schulp和P. H. Verburg. 2015。欧洲调节生态系统服务的时空动态:过去和未来土地利用变化的作用。应用地理63:121 - 135。https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2015.06.009

Sussams, L. W., W. R. Sheate和R. P. Eales. 2015。绿色基础设施作为适应气候变化的政策干预:是把水搅浑还beplay竞技是为更安全的未来扫清道路?环境管理杂志147:184 - 193。https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.09.003

社区技术中心,2007。绿色价值雨水计算器方法。社区技术中心,芝加哥,伊利诺伊州,美国。

美国农业部(USDA)。1986.小流域城市水文。TR-55.美国农业部,华盛顿特区,美国

美国地质调查局(USGS)。2018.陆地卫星2级表面温度科学产品。美国地质调查局,莱斯顿,弗吉尼亚州,美国。

瓦尔帕莱索工程部。(日期未知)。瓦尔帕莱索市雨水管理手册.瓦尔帕莱索,印第安纳州,美国。(在线)网址:https://ci.valparaiso.in.us/DocumentCenter/View/1401/SWMM_COMPLETE_red?bidId=

水环境研究基金,2009。利用雨水发展宜居社区可持续雨水管理的最佳实践。水环境研究基金会,亚历山德里亚,弗吉尼亚州,美国。(在线)网址:https://www.werf.org/liveablecommunities/toolbox/model.htm

记者的地址:
法勒克雷默
兰开斯特大街800号
美国宾夕法尼亚州维拉诺瓦市19085
peleg.kremer@villanova.edu
跳转到上
表1|表二|Table3|Table4|图1|Figure2|图3|装具|Figure5|Figure6