城市化和气候变化对城市热岛的影响及系统评价外文翻译资料

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城市化和气候变化对城市热岛的影响及系统评价

Sarah Chapman . James E. M. Watson . Alvaro Salazar . Marcus Thatcher .Clive A. McAlpine

摘要

背景城市的气温升高影响农村，这种现象被称为城市热岛。 温度越高，温度越高与热有关的死亡风险将加剧，这将加剧气候变化。目标研究气候变化的影响未来城市气温和城市的城市增长城市居民热应激增加的可能性。方法我们对此进行了系统评价根据2000年1月至2016年5月的科学文章。结果大多数（n = 49，= 86％）的研究了气候变化和中国的城市热岛孤立，很少考虑他们的组合影响。 发现城市增长具有很大影响在当地的温度，在某些情况下，最高可达5摄氏度美国东北部。 在一些地方气候变化增加了热岛，如芝加哥和北京，而其他国家则减少了它，例如巴黎和布鲁塞尔。当考虑这两个因素的相对影响时，与之相关的温度升高城市热岛总是更高。 很少有研究考虑到热应激及其对城市的影响人口。 城市温度的重要贡献者，如城市密度和人为因素的变化放热，往往被排除在外。结论我们确定需要增加研究重点是（1）城市增长的影响气候变化研究中的城市热岛; （2）热量强调; （3）城市密度的变化及其变化对人为热的影响。 专注于一个因素，气候变化或城市增长，低估了风险未来的城市气温和阻碍适应。

关键词 城市热岛 气候变化 城市化 热应激 土地利用变化

背景介绍

世界上超过一半（54％）的人口居住在里城市和这一比例有望增加联合国，2014年）。 2030年，据估计城市土地覆盖率将增加近三倍，增加1.2百万平方公里（Seto et al.2012）和世界上大部分地区人口将暴露于人为气候城市地区的变化（IPCC 2014）。 因此，了解不断变化的风险城市（及其城市人口）面临的是一个关键的全球变化问题（Arguuml;eso等人，2015），由于热应力增加温度上升和与热有关的死亡率中心问题（Medina-Ramon和Schwartz 2007;IPCC 2014; 奥莱森等人。2015年）。

城市居民面临更高的热应激城市热岛的风险高于农村居民，以后UHI;定义为城市地区温度升高相比周围的农村地区（Luber和McGeehin2008; Hajat等人2010）。 UHI的发生是由于城乡能源平衡的差异（Oke 1982）。但它发生在空气中和表面上空气UHI是最常研究的（Yow 2007）。城市化减少了绿地，增加了不透水性表面，并改变反照率和几何比较到农村地区（Oke 1982）。现在好了确立了减少绿色空间和增加不透水表面减少了蒸发蒸腾量和城市地区的潜热通量，分区更多的能量转化为显热（Oke 1982;Grimmond和Oke 1991）。城市表面通常由于建筑物的反射率低于农村地区材料和辐射的峡谷反射（Oke 1979,1982; Christen and Vogt 2004; Qin 2015）。城市地区的几何形状也阻碍了外向夜间辐射，降低夜间活动率冷却（Bonan 2008; Unger 2009; Chun和Guldmann2014）。人为热释放，这是交通和人类活动释放的热量建立气候控制，也有助于UHI城市高于农村地区（Allen et al.2011）。天气是另一个重要因素，也是最高的UHI在低风速和低风速条件下发生低云量（Arnfield 2003）。

UHI可以说是最明显的例子土地利用和土地覆盖变化影响当地和土地区域气候（Arnfield 2003; Yow 2007; Pielke等；2011; Chun和Guldmann 2014）。而UHI效果平均约为2 C（Taha 1997;Chang等 2007），它可以达到10 摄氏度，具体取决于的位置和当地的天气条件（Gedzelma等2003; Chang等2007; Wilby 2008; Sharifi和莱曼2014）。 UHI与增加有关

城市的极端温度和健康风险气候变化会加剧这种情况（Luber和McGeehin 2008; IPCC 2014）。例如，期间2006年阿姆斯特丹热浪，城市气温比农村地区高7°C，对经历的热应激有显着影响城市居民（Koomen和Diogo 2015）。作为UHI的形成与形式和形式直接相关城市几何，城市增长将进一步增加城市温度和热应激水平城市居民经历过（Arnfield 2003）。

由于UHI效应，城市地区相比于邻近的农村地区，很可能会受到影响不同的是气候变化（我们定义为温度变化，降水，蒸散，浑浊，风速等变量为人为释放温室气体的结果

根据IPCC（ IPCC 2014）。最近研究发现，UHI并不存在气候变化相同，因此目前的UHI不能简单地添加到气候变化预测中（McCarthy等人2009; Oleson 2012）。城乡由于气候变化，气候变化的区域可能会有不同云量，风速，蒸散量的差异和人为的热量释放（麦卡锡等人2010; Oleson 2012; Hoffmann和Schluenzen 2013）。UHI受风速和云的强烈影响覆盖，并且更强的UHI倾向于在条件下发生低风速和云层覆盖（Oke 1982;Bonan 2008）。来自的风和云的任何变化因此，气候变化可能会改变频率高强度UHI（Hoffmann和Schluenzen2013）。蒸发蒸腾是其中的关键组成部分UHI，由于气候导致土壤干燥增加农村蒸散量的变化和减少可能会像农村地区一样降低UHI比城市地区和城乡更加温暖温差减小（Oleson 2012）。气候变化引起的温度变化将会发生影响城市使用的供暖和制冷量居民和相关的人为热量释放，这会增加或减少UHI取决于是否减少冷却或加热要求的增加更大（Oleson 2012）。审视候变化而不考虑城市土地利用模式排除了相互作用气候变化和UHI之间，可能会导致估计未来城市气温升高，均值和极值。

城市化与气候的综合影响变化可能会对未来产生重大影响城市温度，加剧现有的热量压力，特别是在低收入国家适应气温上升的能力（IPCC 2014;1922年景观生态学（2017）32：1921-1935123Arguuml;eso等人。2015年; Althor等人 2016）。 我们的理解温度和热应力将如何目前缺乏城市地区的变化妨碍我们应对不断增加的风险的能力热应激（Fischer et al.2012; IPCC 2014）。 它是因此，重要的是要更好地了解城市温度会发生变化，以便为城市提供信息气候适应战略（Fischer et al.2012;Argueso等人2015）

在这里，我们提供了第一次系统评价气候变化和城市化的协同影响关于UHI。 审查的重点是科学研究2000年至2016年间发表的论文由于城市化，气候，UHI如何变化改变或两者兼得。 因为它专注于研究的论文未来的UHI，所有论文都是基于建模方法（关于UHI观测的评论Arnfield 2003或Hidalgo 2008）。 我们的目标是识别文献中的差距，总结结果以前在该领域的工作，确定了多少研究还要关注热应激并强调未来的研究需要帮助改善适应上升的规划温度。

研究方法

我们进行了系统的文献综述环境证据合作（2013）准则。 使用这些指南的好处是它们是免费提供的，方法是可重复的（罗伯茨等人 2006年）并且是广泛的类似于其他系统评价指南Pullin和Stewart等环境科学（2006年）。 系统评价也有优势在叙述性评论中，它们涵盖了更大的范围以可重复的方式进行研究（Nunez-Mir等人 2016年）。此外，研究设计的变化（即时间框架，气候情景，城市情景等）审查文章不利于总结荟萃分析的统计数据（Vetter等 2013;Nunez-Mir等 2016）。

搜索条件的开发是敏感的足以涵盖相关文章，具体而言足以限制不相关的搜索次数

结果（Pullin和Stewart 2006）。 我们使用了多个文献搜索期间的数据库和“滚雪球”检验书目的方法相关文章，以确保全面审查文献。 200篇文章被重新分类确认分类的一致性过程（Collaboration for Environmental Evidence 2013）。

网络科学，Wiley在线图书馆，Science Direct，Scopus和Google Scholar都是搜索了2000年1月1日至2016年5月4日时期。我们使用搜索词“都市热”岛屿或城市酷岛结合：“气候变化”或“全球变暖”或“城市化”或土地使用变化。 文章数量从每个数据库返回的记录，以及所有存储在引用软件中的引用，评价574篇独特文章。

将文章过滤两次以包含在文章中相关清单(Collaboration for Environmental Evidence2013)。 首先，审查标题和摘要创建一个可能相关的文章列表，然后审查了全文，有关的参考文献文章也根据标题和全文进行了审查。

对于必须包含的相关文章研究气候变化或城市化的影响在城市热岛上，它必须衡量一个变化在热岛（即温度），它也是需要考虑从当前的热量变化岛。 我们没有包含仅检查过的文章热岛的历史变迁。我们没有包括仅专注于缓解的文章，而不改变尺寸或形状（即密度）城市。 专注于缓解的文章超出了本次审查的范围，并在那里已经是专注于缓解的评论热岛(e.g., Bowler et al. 2010)。 对于选定的论文，我们记录：研究地点，绝对温度变化，讨论的过程作者，是否包括热应激和使用的方法。

筛选摘要和标题后，206篇文章保留（见图1）。 全文后减少到50篇筛选。 文章只被排除在标题之外和抽象的阶段如果很明显他们没有满足相关性标准，这是不到四分之一的原因通过第一阶段筛选的文章全文筛选后仍然具有相关性。 参考文献然后审查了相关条款，确定另外七篇文章，从而产生一个57个相关文章的最终清单。

图1 流程图显示每个文章的数量审查过程的阶段

结果和讨论

城市化和气候变化对城市热岛的影响

城市增长与强烈的温度有关增加并且是最常见的焦点研究(n = 27, 47%; see Table 1 for a descriptionof urban growth papers)。空气UHI最常见研究了27篇城市化论文中的3篇检查表面UHI和3调查两者表面和空气热岛。绝对的变化城市增长的温度在某些情况下很高，增加0.5到5摄氏度(e.g., Velazquez-Lozada et al. 2006; Zhang et al. 2006; Sachsen et al.2013)。在美国东北部气温上升随着城市地区的扩大，在2到5℃之间（Lin et al.2013）和西班牙毕尔巴鄂的增长是在0.3和3℃之间(Gonzaacute;lez-Aparicio et al. 2014)。那些看着表面UHI的人普遍发现温度上升幅度较小，介于0.5和0.5℃之间（Zhang and Huang 2015; Wang et al.2016）。如城市增长，现有城市地区气温升高有些情况保持不变，而温度则相同仅在新的城市化地区，即非城市地区上升土地覆盖变为城市(Coutts et al. 2008;Trusilova et al. 2013)）。当气温上升时预先存在的城市地区，气温变化了较小，介于0.3和2℃之间(Zhang et al. 2006;Chen and Zhang 2013; Lin et al. 2013)。表面UHI表现出与温度相似的行为新城市化地区的增幅高于现有城市地区(Wang et al. 2016)。缓解措施，如增加绿化，被发现是有效的在减少空气和表面温度增加与城市增长相关(Fallmann et al. 2013;Masson et al. 2013; Emmanuel and Loconsole 2015)。例如，增加绿化和反射表面覆盖物使巴黎的温度降低2-3℃(Masson et al. 2013)，斯图加特（Fallmann）增加了植被覆盖，使热岛减少了1℃。

表1温度变化来自系统评价中确定的论文，该论文研究了城市化对城市温度的影响。

最高温度发生在最密集的地区城市的一部分，暴露了这些居民热量相关死亡风险增加的地区(Adachi et al. 2014)。 城市密度对城市密度的影响城市温度部分取决于时间较高的温度通常发生在夜间(Coutts et al. 2008; Adachi et al. 2014; Chen et al.2014)。 尽管城市密度的重要性温度，几乎是所有论文的一半排除它，只使用一种城市土地利用类型。在全球模型中，当多个城市土地使用类型如果使用，模型的网格大小几乎导致中密度城市区域(Oleson et al.2011; Fischer et al. 2012; Oleson 2012这可能有导致高密度区域的代表性不足(Fischer et al. 2012)。 仅使用一块城市土地使用类型模型风险排除城市区域具有最高温度和最高风险热应激。

人为热释放增加了城市温度，虽然它不如城市重要增长(Chen et al. 2014; Gonzaacute;lez-Aparicio et al.2014)。结合了人为热值作为默认值，不变的值或值根据城市情景和气候变化。理据对于人为热量的变化基于未来预测的能源消耗和城市增长(e.g., McCarthy et al. 2010; Adachi et al.2012, 2014)或建筑能源模型，其中能耗根据室外温度而变化(e.g., Oleson 2012; Hamdi et al. 2014).。Gonzalez-Aparicio等。 （2014年）发现翻倍人为加热对温度的影响相同城市面积翻倍，但面积较小，而城市面积增加一倍也增加了城市热岛的大小。人为热夜间和室内温度升高更多紧凑，高密度，城市(Adachi

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