全世界約有一半的人口生活在城市，可每年的夏季卻是他們生活中最殘酷的體驗(yàn)之一。因此，人們會(huì)年復(fù)一年地發(fā)問：為什么城市變得越來越熱？為什么看起來相似的兩個(gè)城市熱島效應(yīng)大不相同？

濕潤的氣候、光滑的城市表面、深色的建筑……這些過去不被人們關(guān)注的因素，在科學(xué)家眼里卻正是城市“熱島效應(yīng)”的主要原因。南京信息工程大學(xué)大氣環(huán)境中心的一項(xiàng)最新研究，首次量化了不同因素對城市熱島效應(yīng)的影響，認(rèn)為城市的當(dāng)?shù)貧夂虮尘皩τ跓釐u效應(yīng)的影響要大得多，打破了人們此前關(guān)于城市熱島效應(yīng)的不少“定論”。

該研究成果發(fā)表在2014年7月10日的《自然》雜志上，并被該雜志的“新聞與觀點(diǎn)”欄目選為該期的亮點(diǎn)文章。

對流的改變是白天城市熱島的主因

19年前的7月，美國芝加哥經(jīng)歷了其歷史上最嚴(yán)重的熱浪。在人口稠密的城市核心，近500人死于悶熱的氣溫和濕度的壓迫。

美國國家氣象局之后確定，芝加哥這座城市的人造結(jié)構(gòu)和表面創(chuàng)建了一個(gè)放大的小氣候，從而加劇了這次致命的熱浪。

此后的多年里，科學(xué)家們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到城市熱島效應(yīng)的危害，但仍難以完全解釋它�，F(xiàn)在，南京信息工程大學(xué)大氣環(huán)境中心首席科學(xué)家李旭輝教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)確定城市的當(dāng)?shù)貧夂虮尘皩τ跓釐u效應(yīng)的影響巨大。

而在過去幾十年里，人們通常認(rèn)為由于城市植被覆蓋減少，使得蒸發(fā)散熱減小是導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)的主要原因，人們也一直認(rèn)為熱島效應(yīng)的強(qiáng)度主要受城市結(jié)構(gòu)控制，比如城市大小、建筑物高度、人口密度等。

李旭輝團(tuán)隊(duì)利用地表溫度及植被覆被的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)并結(jié)合氣候模式對北美地區(qū)的65個(gè)城市進(jìn)行了分析，首次量化了不同因素對城市熱島效應(yīng)的影響。

研究表明，主導(dǎo)因素不是蒸發(fā)，而是城市的結(jié)構(gòu)和人造建筑改變了大氣對流效應(yīng)，降低了從地面向大氣的熱傳輸效率。除此之外，包括建筑物、人行道，以及其他建筑結(jié)構(gòu)要比植被和土壤儲(chǔ)存更多的熱量；人類工業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的熱量；以及城市地表反照率的變化（反照率是指入射的太陽輻射與地表面反射的太陽輻射的比例，例如，淺色停車場具有較大的反照率）等也是引起城市熱島的主要原因。

所有的這些因素都在慢慢地改變城市的小氣候，使得熱島效應(yīng)愈加嚴(yán)重。在美國，熱浪已經(jīng)成為最致命的一種氣象災(zāi)害。而氣候模型預(yù)測表明，隨著地球變暖，城市熱浪的增長將更嚴(yán)重、更頻繁。

濕潤氣候條件下局地增溫更明顯

“傳統(tǒng)的想法是，如果兩個(gè)城市是相同的，他們應(yīng)該有相同的城市熱島效應(yīng)。”李旭輝說。但是他們的研究結(jié)果顯示一個(gè)截然不同的故事：熱島效應(yīng)的嚴(yán)重程度與城市當(dāng)?shù)氐臐駶櫄夂驐l件密切相關(guān)。

研究表明，濕潤氣候區(qū)城市熱島強(qiáng)度要大很多。他們認(rèn)為，背景氣候的影響非常大。在濕潤的氣候條件下，城市對流效率明顯下降，造成局地增溫。

比如，同樣的兩個(gè)城市，一個(gè)建在半干旱氣候區(qū)，另一個(gè)建在濕潤氣候區(qū)，它們的熱島強(qiáng)度非常不一樣。在多雨潮濕的氣候區(qū)，對流效應(yīng)可能使城市白天的平均溫度上升3攝氏度。

這也就解釋了，為什么我國長江中下游及江南地區(qū)城市讓人感覺更熱。

論文第一作者、大氣環(huán)境中心博士研究生趙磊認(rèn)為，地表粗糙度對城市熱島也有重要影響。目前的城市建筑大多采用表面平整的材料，而城市中的道路、草坪等地表類型看起來都比較光滑，這就不利于地表熱量向大氣擴(kuò)散。

相反地，例如森林的粗糙度大于草地，更容易產(chǎn)生大氣的湍流運(yùn)動(dòng)，從而使地表氣溫下降。也就是說，如果城市的粗糙度小于郊區(qū)的粗糙度，就會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的熱島效應(yīng)。相反，如果城市的粗糙度大于郊區(qū)的粗糙度，那么就會(huì)產(chǎn)生城市溫度低于郊區(qū)溫度的“冷島效應(yīng)”。

趙磊解釋說，濕潤地區(qū)城郊植被多為樹林，地表粗糙，對流散熱效率高，相比之下，這些地區(qū)城市的對流效率下降了58%，造成熱島效應(yīng)。在半干旱地區(qū)，植物多為低矮的草地，而城市景觀地表更為粗糙，對流散熱效率更高，會(huì)抑制熱島效應(yīng)，甚至造成“冷島效應(yīng)”。

提高城市反射率可緩解熱島效應(yīng)

值得重視的是，隨著全球變暖和城市化的加劇，熱島效應(yīng)將直接侵害城市居民的健康。世界衛(wèi)生組織預(yù)計(jì)，到2050年，全球居住在城市的人口將達(dá)到70%。我國城市化速度非�？欤殉蔀閲鴥�(nèi)外關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問題。

李旭輝在城市熱島效應(yīng)的研究中提到，在全球城市化日益加劇、全球氣溫不斷升高的背景下，城市熱島會(huì)對人體健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的不良影響。他認(rèn)為：“高濕的環(huán)境會(huì)加劇溫度效應(yīng)，這種氣候條件和城市熱島之間的協(xié)同關(guān)系會(huì)強(qiáng)化濕潤環(huán)境下熱浪對人體健康的不良影響。因此從公共健康的角度來看，熱島效應(yīng)值得被重點(diǎn)關(guān)注。”

對于如何緩解城市熱島效應(yīng)，李旭輝建議在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，選用反射率高的材料或進(jìn)行建筑表面粉刷，使更多的太陽輻射被反射出城市空間，根據(jù)城市主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行通風(fēng)廊道的設(shè)計(jì)以提高對流效率等因素，進(jìn)行城市合理布局。比如屋頂、路面、停車場等用淺色的材料，就可以有效減緩城市熱島效應(yīng)。美國芝加哥市在規(guī)劃中進(jìn)行反照率管理，已經(jīng)證實(shí)是一個(gè)可行的選擇，有利于緩解城市熱島效應(yīng)。經(jīng)歷了1995年的熱浪后，芝加哥市制定建筑規(guī)范，以促進(jìn)屋頂反射率的提高。從1995年至2009年，該市反照率增加了約0.02，有效地緩解了城市熱島效應(yīng)。

李旭輝告訴記者，因?yàn)楸泵赖臍夂蚝偷乩砜臻g分布比中國簡單，所以先分析了北美洲的城市熱島效應(yīng)。他們正在用類似的理論框架分析國內(nèi)各省的城市熱島強(qiáng)度。

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