什么是城市热岛效应?

纽约的建筑物和沥青有助于捕捉太阳的光,并导致温度升高。“width=
纽约的建筑物和沥青有助于捕捉太阳的光,并导致温度升高。
Eric Meola/Iconica Collection/盖蒂图像

如果您不能忍受高温,请离开城市。打开当地天气报告,您可能会注意到一个奇怪的趋势。城市中的温度通常比周围农村地区高几维。这种温度差异是一种奇异现象的结果城市热岛效应

顾名思义,效果使城市进入热岛。根据美国环境保护局的数据,美国城市的温度可以高达10度的华氏度,高于其周围地区[来源:EPA]。通常,温度差异并不那么大,但即使几个度也可以产生巨大的不同。夏季对空调的需求导致更高的能源费用。许多人认为,这增加了提供额外能量的发电厂的温室气体排放。另一方面,有些人指出,冬季对热量的减少需求减少了夏天的成本。此外,冬季温暖的城市意味着更少的冰冷街道。

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加热岛效应的最糟糕的结果可能是与热有关的死亡人数。尽管造成伤害的风暴引起了媒体的最大关注,但国家海洋和大气管理局报告说,热量通常更为致命。在美国,热量通常每年比龙卷风杀死更多的人,飓风,,,,洪水闪电组合[来源:NOAA]。

那么什么产生城市热岛效应?城市规划者如何减少它?

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如何发生:城市热岛效应背后的物理学

城市建筑屋顶和沥青通常是深色的,这有助于推动城市热岛的效果。“width=
城市建筑屋顶和沥青通常是深色的,这有助于推动城市热岛的效果。
David Zimmerman/uppercut图像/盖蒂图像

要了解城市热岛效应,我们首先需要了解一些简单的物理规则。最重要的是,我们应该了解,物体可以吸收并反映。实际上,对象的颜色取决于它反射的光。例如,绿色物体反射绿灯并吸收所有其他可见的光的颜色。当我们看到一个绿色物体时,我们将其视为绿色,因为它反映了颜色的绿色波长。深色物体是光线的极佳吸收器。实际上,黑色表面几乎吸收了所有光线。另一方面,浅色表面根本不会吸收太多光线 - 而是它们几乎反映了所有光线。

那么,光吸收与热量有什么关系?当物体吸收光线时,它会将光转换为热能,并将其作为热量发出。因此,由于黑色物体吸收了更多的光,因此它们也会发出更多的热量。这就是为什么在炎热的晴天穿黑色衬衫只会使您更热。黑色衬衫会吸收光线并将其发热到皮肤上。另一方面,穿着白色衬衫将有助于反射阳光并保持凉爽。

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物体可以反映太阳辐射的速率称为其反照率[来源:Budikova]。反照率的东西越大,它反射辐射越好。传统的沥青具有低反照率,这意味着它反射不良,而是吸收它。

当我们建造和扩展城市时,我们倾向于建立黑暗表面的建筑物,并放下沥青路面。建筑物和人行道吸收了大量的光线和辐射,并将其散发为热量,使城市变暖。由于城市中有一半以上的表面是人造的,因此城市比农村地区升温,那里的结构较少[来源::EPA]。这种吸收是为什么城市和农村地区之间的温度差在日落后几个小时的最高。与农村地区相比,城市在更长的时间内保持更多的热量[来源:EPA]。

但这并不是唯一引起城市热岛效应的东西。科学家认为,植被在通过称为的过程中保持区域凉爽起着很大的作用蒸发冷却蒸发是当液体变成气体时。植物通过其根部吸入水,并依靠它来生存。但是,在植物完成后,干燥的空气通过将其变成气态吸收水。。空气提供了驱动此过程的热量,因此在此过程中,空气会失去热量并变得凉爽。当我们出汗时,我们会体验到相同类型的东西 - 当空气撞到您出汗的皮肤时,它会吸收水分并冷却周围的空气[来源:Asimakopoulos]。因为建造城市意味着用建筑物代替植被,所以该市失去了植被的蒸发冷却优势。

其他因素也有助于这种效果。例如,在城市地区无处不在的汽车和空调,将能量转换为加热并释放热量。

现在我们知道是什么原因导致了这种现象,让我们学习减少它的步骤。

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减少城市热岛效应的技术

像芝加哥市政厅顶部的绿色屋顶一样,有助于抵消城市热岛效应。“width=
像芝加哥市政厅顶部的绿色屋顶一样,有助于抵消城市热岛效应。
蒂姆·博伊尔(Tim Boyle)/员工/盖蒂图像

幸运的是,由于我们知道是什么原因导致城市热岛效应,因此我们可以在很大程度上控制它。某些技术减少了对空调的需求并减少能源账单。

由于城市结构的深色表面和低反照率加热该区域,因此逻辑解决方案将是扭转这一趋势。城市规划师可以通过绘画白色或其他浅色来做到这一点。这种基本技术在扭转城市热岛效应方面有很长的路要走。

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但是,有些人不喜欢一个耀眼的全白城市的想法。低反射性涂层提供了一种替代性,并具有非白色颜色。这些类型的涂层反映了无形的辐射,而不反映所有光线[来源:Synneffa]。因此,他们在不牺牲深色的情况下将物体保持相对较酷。

某些高反射性涂层也可以应用于沥青。沥青芯片密封件和乳液密封件是两个这样的例子,它们处理沥青以使其表面更具反射性[来源:EPA]。这些过程减少了沥青的反照系数,这是城市热岛效应的主要因素。

越来越受欢迎的一种时尚是安装绿色的屋顶在城市建筑物上。该解决方案与颜色无关。A ”绿色屋顶“只是一个包括植物和植被的屋顶。绿色的屋顶具有相同的蒸发冷却效果,城市在砍掉植被时会损失。因此,绿色的屋顶不仅可以防止建筑物的屋顶吸收热量,而且会使周围的空气降温,从而抵消了空气城市热岛在一定程度上的影响。许多可持续建筑使用绿色屋顶来减少其对能源消耗的依赖。

其他几种方法也有助于降低城市热岛的效果。例如,屋顶是另一种蒸发冷却溶液。屋顶上的洒水器湿润表面,使其周围的空气通过蒸发冷却[来源:Asimakopoulos]。城市规划师还沿着树木和植被生长的许多地方建立了传统的停车场。高大的树木不仅有助于蒸发冷却,而且还提供了急需的阴影。

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来源

  • “黑体。”英国百科全书。(2008年4月18日)http://www.britannica.com/eb/article-9015527/blackbody#84039.hook
  • Asimakopoulos,M。Santamouris,D。“建筑物的被动冷却”。EarthScan Publications,Ltd.,1995年。(2008年4月18日)http://books.google.com/books?id=tlhsj0-vekyc&dq = passive+coloring+of Buildings&source&source&source&source = gbs_summary_s&cad&cad = 0
  • 路易斯·布卢姆菲尔德(Bloomfield)。事情如何运作:日常生活的物理学。2nded。John Wiley&Sons,Inc,纽约:2001年。
  • 美国环境保护局。“热岛效应:基本信息。”环保局。2007年10月12日。(2008年4月18日)http://www.epa.gov/hiri/about/index.html
  • 美国环境保护局。“热岛效应:凉爽的路面产品信息。”环保局。2007年10月12日。(2008年4月18日)http://www.epa.gov/heatisld/images/extra/level3_pavingproducts.html
  • 美国环境保护局。“热岛视频片段。”环保局。2007年10月12日。(2008年4月18日)
  • NOAA。“热浪:一个主要的夏季杀手。”国家海洋与大气管理局。(2008年4月18日)http://www.noaawatch.gov/themes/heat.php
  • Pfeffer,Jeremy I.,Shlomo Nir。“现代物理:介绍性文本。”帝国学院出版社,2000年。http://books.google.com/books?id=xn1ggi26xvoc&dq=modern+Physics:+an+introductory+text&source = gbs_summary_s&cad = 0
  • Synnefa,Afroditi,Mat Santamouris。“凉爽的涂料与城市热岛效应作斗争。”国际光学工程学会,2007年。(2008年4月18日)http://spie.org/documents/newsroom/imported/0777/0777-2007-2007-06-22.pdfff
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