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城市热岛效应,涂料配色是关键

城市热岛受各种因素的影响,这些因素究竟各起什么作用?南京信息工程大学大气环境中心的一项最新研究,首次量化了不同因素对城市热岛效应的影响,认为城市的当地气候背景对于“热岛效应”的影响要大得多,这打破了人们此前关于城市热岛效应的不少“定论”。


该研究成果发表在2014年7月10日最新一期的《Nature》杂志上,并被《Nature》杂志的“News&Views”栏目选为该期的亮点文章,同时引起了美国发行量最大的报纸《USATODAY》和《LosAngelesTimes》等海外媒体的高度关注。


城市越大热岛效应就越明显?


城市热岛效应这一现象一直备受关注。过去认为热岛效应出现的原因通常是由于城市植被覆盖减少,使得蒸散耗热减小,因此人们也一直认为“热岛效应”的强度主要受城市结构控制,比如城市大小、建筑物高度、人口密度等。


城市越大,人口越多,建筑规模体量越大,热岛效应就越明显吗?为此南京信息工程大学大气环境中心首席科学家李旭辉教授带领其团队,利用地表温度及植被覆被的卫星遥感数据并结合气候模式对北美地区的65个城市进行了分析,首次量化了不同因素对城市热岛效应的影响。


根据他们的研究,城市变热的主导因素其实是因为城市改变了对流过程中地面向大气的热量传输的速度、效率。在城市中,除了对流效率和蒸发冷却的变化外,包括建筑物、人行道,以及其他建筑结构要比植被和土壤储存更多的热量;人类工业活动所产生的热量等也是引起城市热岛的主要原因。


该研究的另一个重要结论是,储存在人造建筑内热量的释放会对夜间的热岛效应产生重要的贡献。


湿润气候下热岛强度大得多


而同样的两个城市,放在不同的气候背景条件下,它们所产生的热岛强度可能会大不同,湿润气候区城市热岛强度要大很多。


研究表明,在湿润的气候条件下,城市对流效率明显下降,造成局地增温。比如,同样的两个城市,一个建在半干旱气候区,另一个建在湿润气候区,它们的热岛强度非常不一样。在多雨潮湿的气候区,对流效应可能使城市白天的平均温度上升3℃。


论文第一作者、大气环境中心博士研究生赵磊认为,地表粗糙度对城市热岛有重要影响。不同的地表类型,粗糙度不同,例如森林的粗糙度大于草地,更容易产生大气的湍流运动,有助于地表的热量向大气扩散,从而使地表气温下降。


赵磊解释说,湿润地区城郊植被多为树林,地表粗糙,对流散热效率高,相比之下,这些地区城市的对流效率下降了58%,造成热岛效应。在半干旱地区,植物多为低矮的草地,而城市景观地表更为粗糙,对流散热效率更高,会抑制热岛效应,甚至造成“冷岛效应”。


浅色粉刷材料可减缓热岛效应


每一个都市中的人都为热岛效应所累,而全球变暖和城市化的加剧,热岛效应可能还更明显。


对于如何缓解城市热岛效应,李旭辉教授建议在城市规划设计的过程中,选用反射率高的材料或进行建筑表面粉刷,使更多的太阳辐射被反射出城市空间,根据城市主导风向进行通风廊道的设计以提高对流效率等因素,进行城市合理布局。比如屋顶、路面、停车场等用浅色的材料,就可以有效减缓城市热岛效应。美国芝加哥市在规划中进行反照率管理,已经证实是一个可行的选择,有利于缓解城市热岛效应。经历了1995年的热浪后,芝加哥市制定建筑规范,以促进屋顶反射率的提高。从1995年至2009年,该市反照率增加了约0.02,有效地缓解了城市热岛效应。