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之一。因此，人們會年復一年地發(fā)問：為什么城市變得越來越熱？為什么看起來相似的兩個城市熱島效應大不相同？

　　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注的因素，在科學家眼里卻正是城市“熱島效應”的主要原因。南京信息工程大學大氣環(huán)境中心的一項最新研究，首次量化了不同因素對城市熱島效應的影響，認為城市的當?shù)貧夂虮尘皩τ跓釐u效應的影響要大得多，打破了人們此前關于城市熱島效應的不少“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”欄目選為該期的亮點文章。

　　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)構和表面創(chuàng)建了一個放大的小氣候，從而加劇了這次致命的熱浪。

　　此后的多年里，科學家們已經(jīng)認識到城市熱島效應的危害，但仍難以完全解釋它?，F(xiàn)在，南京信息工程大學大氣環(huán)境中心首席科學家李旭輝教授帶領其團隊，已經(jīng)確定城市的當?shù)貧夂虮尘皩τ跓釐u效應的影響巨大。

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

　　李旭輝團隊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個城市進行了分析，首次量化了不同因素對城市熱島效應的影響。

　　研究表明，主導因素不是蒸發(fā)，而是城市的結(jié)構和人造建筑改變了大氣對流效應，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)構要比植被和土壤儲存更多的熱量；人類工業(yè)活動所產(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，使得熱島效應愈加嚴重。在美國，熱浪已經(jīng)成為最致命的一種氣象災害。而氣候模型預測表明，隨著地球變暖，城市熱浪的增長將更嚴重、更頻繁。

　　濕潤氣候條件下局地增溫更明顯

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

　　研究表明，濕潤氣候區(qū)城市熱島強度要大很多。他們認為，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，同樣的兩個城市，一個建在半干旱氣候區(qū)，另一個建在濕潤氣候區(qū)，它們的熱島強度非常不一樣。在多雨潮濕的氣候區(qū)，對流效應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)生大氣的湍流運動，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，就會出現(xiàn)較強的熱島效應。相反，如果城市的粗糙度大于郊區(qū)的粗糙度，那么就會產(chǎn)生城市溫度低于郊區(qū)溫度的“冷島效應”。

　　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。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，會抑制熱島效應，甚至造成“冷島效應”。

　　提高城市反射率可緩解熱島效應

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

　　李旭輝在城市熱島效應的研究中提到，在全球城市化日益加劇、全球氣溫不斷升高的背景下，城市熱島會對人體健康產(chǎn)生深遠的不良影響。他認為：“高濕的環(huán)境會加劇溫度效應，這種氣候條件和城市熱島之間的協(xié)同關系會強化濕潤環(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，熱島效應值得被重點關注。”

　　對于如何緩解城市熱島效應，李旭輝建議在城市規(guī)劃設計的過程中，選用反射率高的材料或進行建筑表面粉刷，使更多的太陽輻射被反射出城市空間，根據(jù)城市主導風向進行通風廊道的設計以提高對流效率等因素，進行城市合理布局。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。美國芝加哥市在規(guī)劃中進行反照率管理，已經(jīng)證實是一個可行的選擇，有利于緩解城市熱島效應。經(jīng)歷了1995年的熱浪后，芝加哥市制定建筑規(guī)范，以促進屋頂反射率的提高。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。

　　李旭輝告訴記者，因為北美的氣候和地理空間分布比中國簡單，所以先分析了北美洲的城市熱島效應。他們正在用類似的理論框架分析國內(nèi)各省的城市熱島強度。