基于自然解决方案的城市热缓解与碳减排协同效应评估——以釜山市为例

本研究针对城市化导致的热岛效应(UHI)加剧问题，通过InVEST UCM模型评估了绿色屋顶、冷屋顶、城市公园等自然解决方案(NbS)在釜山市的热缓解能力、能源节约和碳减排效益。结果显示组合式NbS应用可实现最大降温1.61°C，城市公园单位面积节能效果达绿色屋顶8.63倍，为城市碳中和路径提供了量化依据。

　　

随着全球城市化进程加速，到205年预计68%人口将居住在城市。这种扩张导致自然景观被混凝土建筑取代，形成了典型的城市热岛效应(UHI)——城市区域比周边郊区温度更高。这种热环境失衡不仅加剧了气候变化影响，还引发空调能耗上升、碳排放增加的恶性循环。面对这一挑战，利用绿色空间降温效应的自然解决方案(Nature-based Solutions, NbS)正成为提升城市气候适应力的关键策略。

目前大多数研究聚焦于单一绿色空间的局部降温效果，缺乏对城市尺度下NbS综合效益的评估。特别是对能源节约、碳减排及其经济价值的系统研究更为罕见。为此，韩国釜庆国立大学生态工程系的Jinwook Chung和Kijune Sung团队在《Geography and Sustainability》发表研究，创新性地采用InVEST Urban Cooling Model(UCM)模型，首次在釜山市(面积770.17 km²)尺度上量化评估了多种NbS的热缓解能力、温度变化、空调节能、碳减排及经济价值等多重效益。

研究采用校准后的InVEST UCM模型，通过调整作物系数(K_c)和反照率等参数，模拟了7类气候适应情景：包括建筑物适应(50%/100%绿色屋顶和冷屋顶)、土地利用适应(10%/20%路边绿地扩建、城市公园中心/边缘布局、21.29 km²森林恢复)，以及森林破坏和组合适应方案。模型通过计算冷却能力(CC)和热缓解指数(HMI)，结合8月电力消耗数据，量化了温度变化对建筑能耗和碳排放的影响。

热缓解与温度变化

组合适应方案展现出最强的综合效果：平均HMI提升12.16%，气温降低0.53°C，最大降温达1.61°C。在单一措施中，城市公园边缘布局的降温效果最优(平均HMI+5.17%)，而森林破坏会导致气温上升0.56°C。值得注意的是，相同面积下，分散布局的小型公园比集中式大型公园具有更广的降温范围。

能源与碳减排效益

城市公园(中心)单位建筑面积节能300.31 MWh/km²，是绿色屋顶的6.1倍。森林恢复的节能效果相当于冷屋顶的2.73倍，而森林破坏导致的能源损失相当于100%绿色屋顶的节能总量。碳减排方面，组合方案减少270.34 CO₂吨/km²，但城市公园单位面积碳减排价值最高，达冷屋顶的8.63倍。

经济价值与碳汇

考虑实施面积后，城市公园(中心)的经济效益达424,651 USD/km²。森林恢复可产生19.89百万美元碳汇价值，而破坏将损失21.76百万美元。路边绿地虽面积仅占绿色屋顶35%，但单位面积碳汇量(13,895 C千吨)是其2.12倍。

研究揭示了NbS在城市气候适应中的多维价值：冷屋顶虽降温效果优于绿色屋顶(1.72倍)，但后者具有碳汇等附加效益；城市公园布局策略显示，边缘分散式布局更利于热扩散，而中心集中式布局对建筑密集区节能更有效。特别值得注意的是，保护现有森林的碳汇价值远超新建绿色基础设施，这对城市土地资源规划具有重要启示。

该研究为城市尺度的NbS实施提供了量化决策工具，证明通过优化绿色空间配置，可同步实现热缓解、能源节约和碳中和目标。未来研究可结合ENVI-met等微观模型，进一步细化建筑阴影、风向等因素的影响，并开展全生命周期成本效益分析。这些发现对全球快速城市化地区的可持续发展规划具有重要参考价值，特别是为东亚高密度城市的绿色基础设施建设提供了科学依据。