耶魯大學破解城市熱島現象

美國東北部羅得島州普羅維登斯市區和周邊地區的溫差。（自美國航空航天局）

　　城市熱島是指城市地區的氣溫明顯高于周邊鄉村地區的現象，而這種現象或可增加城市居民的健康風險。美國耶魯大學日前在《自然》雜志上發表新研究，首次對城市熱島效應的主要原因進行了量化分析。

　　一般認為，城市熱島主要是植被減少引起蒸發冷卻效應減弱所造成的。但本次研究人員在對北美65個城市分析后發現，城市地區（通過對流過程）向底層大氣層釋放熱量的效能變化是白天熱島現象的主要因素。

　　科研人員表示，“對流效能”在潮濕氣候里體現得尤其明顯。在亞特蘭大、喬治亞、納什維爾和田納西等城市，僅這一因素就能讓日間平均氣溫上升3攝氏度。

　　耶魯大學森林與環境研究學院氣象學教授李旭輝（Xuhui Lee）稱，“對流效能”可能給各國城市居民健康帶來深遠影響，而眼下全球氣溫還在不斷攀升。他說：“這是氣候環境與城市熱島間的增效關系。在潮濕氣候中，城市熱島現象會放大熱波對人類健康的影響。從公共健康的角度來講，這是一個嚴重的問題。”

　　多年來，科學家們找出了造成城市熱島效應的原因。除了“對流效能”和蒸發冷卻效應之外，還包括建筑物、人行道以及其他結構體儲存的熱量高于植被和土壤，人造工業系統所產生的熱能，此外還有地球表面反射率的改變。

　　研究人員利用衛星收集的美國與加拿大城市地表溫度和植被數據，計算了城區與周邊鄉村地區在日間和夜間的溫差均值，采用氣象模型計算出了更加復雜的變量區間，隨后再利用這些變量，針對導致城市熱島效應主要因素(輻射、對流、蒸發、熱儲量以及人為生成的熱能)的作用進行了量化。

　　研究人員發現，對流是造成白天熱島現象的主要原因，特別是美國南部那些“濕度更大”的城市。與其周圍環繞的多植被地區相比，上述城市建筑物光滑的外表面以及其他人造構筑物的熱傳導性更差。總體而言，環境潮濕的城市的“對流效能”會下降58%。耶魯大學森林與環境研究學院博士生趙磊(Lei Zhao)表示，“植被‘粗糙的’表層會引起湍流，而湍流會將熱量帶到大氣中。”

　　在干旱地區，對流同樣扮演重要的角色。在美國西南部城市周邊，植被通常較少且自身高度更低，鄉村地區的散熱表現較差。由此，城市實際上要比周邊鄉村地區的散熱效率高出20%。

　　根據本次研究，控制“對流效能”或者城市熱儲量并不是可行方案，因為這樣需要徹底改變城市的形態，如建筑物的高度等。科研人員表示，更加貼近現實的方案是加強對表面反射率的管控，例如改變停車場、道路和房頂的顏色等。這些行動將有助于減少在日間吸收并將在夜晚釋放出來的熱量。