深秋夜晚仍残留的“热岛余响”究竟为何
过去一到夏天过去,热岛效应也随之结束。然而城市的结构却记忆力惊人。玻璃、钢筋、沥青在白天蓄积热量,夜间再将其释放。即便深秋已至,这份记忆也不会轻易消散。
城市森林吸收这些热量,Cool Roof(凉屋顶)把天空的颜色反射回去,Mist Road(喷雾道路)则为地面的暖意降温。季节虽然更替,城市却依然记得夏天。
深秋仍在延续的余热
据气象厅统计,去年11月首尔的平均气温为9.1℃,比常年(7.5℃)高出1.6℃。
今年也不例外。根据气象厅气象资料开放门户的数据,以晚10时为基准,上月18日首尔钟路为2.2℃,郊区京畿道杨平为0℃。首尔市中心要暖和2.2℃。次日19日,首尔钟路为2.7℃,京畿杨平仍为0℃,市中心气温同样更高。这一“相对温差”正是城市热岛(Urban Heat Island,UHI)的痕迹。
城市热岛并非只在夏季酷暑时出现。美国地球物理联合会(AGU)以全球主要城市为对象开展的“城市表面热岛的时间变化分析(Time Evolution of the Surface Urban Heat Island)”研究显示,主要城市的地表温差在夏季平均为2~4℃,而在风速较小、云量较少的秋冬夜间,也会持续保持1~2℃的温差。这意味着热岛效应是全年运作的现象,只是其强度随季节而变化。
该研究还分析了城市的热惯性(thermal inertia)。结果显示,在首尔、东京、纽约等并非土壤或水面,而是被人工结构物覆盖、“人工覆盖率”较高的大城市,夜间冷却速度比郊区慢20%~40%。归根结底,“城市即使酷暑过去也不容易降温”。
“四季型热岛”,数值模型揭示冬季余热
国立气象科学院(NIMS)气象应用研究部的Park Gyurang博士,是利用城市气象数值模型分析首尔四季热岛效应的代表性研究者。他表示:“城市热岛是风速、云量和地表覆盖率共同作用产生的复合现象。以首尔为例,即便在冬季,市中心平均也比郊区高1~1.5℃。”
他在2011~2013年开展的城市气象场数值建模(基于WRF-LDAPS)研究中发现,白天被吸收的热量储存在建筑外壳和道路表面,随后在整晚以辐射热的形式缓慢释放,形成了所谓“夜间余热模式”。尤其是在云量较少、风速降至每秒1.5米以下时,冷却速率比郊区慢约30%。
Park博士指出:“这不仅仅是体感温度的问题,还会改变城市气象场,对雾、空气滞留和细颗粒物浓度产生影响。从长期看,有必要构建能反映城市热岛效应的四季型预测模型。”
目前,气象厅和国立气象科学院正推进包含城市参数化(Urban Parameterization)的国家级区域定制预报模型(LDAPS)的改进工作。未来该模型完善后,不仅夏季酷暑,连冬季余热也能纳入考量,实现“城市定制型预报”。
未来城市,跨越季节持续升温
根据发表于国际学术期刊MDPI(2024)的一项以中国河南省郑州为对象的模拟研究,2030~2060年间郑州的城市热岛变化已被预测。从2030年代起,秋冬季夜间UHI强度将急剧增强,并有望在2050年前后达到峰值。
其原因并非单纯的气温上升,而是供暖、交通、工业园区排放的热量与高密度建筑等因素叠加,导致城市“冬季热岛”不断强化。随着气候变化加剧,城市正逐渐从“温暖的城市”变成“不会冷却的城市”。
如何给城市残余热量降温
根据一篇对首尔市内17处城市森林进行为期一年的观测国际学术论文(PMC,2023),城市森林在四季中始终比周边区域平均低1~2℃,具备冷却效果。即便在秋冬(10月至次年1月)的夜间,其气温也比商业区和道路平均低1.3℃。草坪型与混交林型森林在深秋夜间的最大降温幅度可达2~3℃。首尔市表示:“将把城市森林扩展为气候缓冲带,作为缓解UHI的基础设施。”
在市中心下层空间,“Mist Road”则承担着为热量降温的任务。根据首尔市道路管理科介绍,Mist Road每年自4月1日至10月31日运行,利用地铁排放的地下水或再生水,在道路上以细微喷雾的形式每天喷洒3~5次(发布预警时)。4~5月和10月仅在发布细颗粒物预警时机动运行。
首尔市道路管理科相关负责人表示:“今年酷暑期,在市厅站一带等部分路段,将喷洒间隔缩短为1小时,实行机动化运行。但同时考虑到地下水的使用量,会根据水量调整喷洒间隔。”
10月由于降雨频繁,未发布细颗粒物预警,因此并未启动。根据首尔市正在利用的外部实测结果,Mist Road运行后,夏季路面温度降低7~9℃,春秋季细颗粒物则减少12微克/立方米。
深秋的Mist Road已不仅仅是应对酷暑,更承担起改善空气质量和缓解余热的作用,正在演变为“四季型冷却装置”。
首尔市厅站附近道路上的“Mist Road(Cooling Road)”正在运行。Mist Road 是安装在道路中央线、呈小方形的喷水设施,不仅能给炙热的路面降温,还能同步去除细颗粒物。有时在天气凉爽的秋季启动 Mist Road,也是出于这一原因。联合通讯社供图
View original image大邱:寒气中的热岛
被称为“Daefrica”的大邱在冬天也依旧炙热。启明大学环境工学科教授Kim Haedong表示:“城市热岛是由人工结构物、废热以及高层建筑导致的风速减弱共同造成的,因此除非风速极强、通风非常充分,否则不分季节都会发展起来。尤其是夜间比白天更明显,冬季比夏季更强。”他还解释说:“当风力较弱时,市中心的高温空气难以排出而滞留,热岛效应就会进一步加剧。”
大邱的平均风速仅为釜山的一半左右。作为盆地地形,大邱四面环山,通风条件较差,因此在风力较弱的冬季夜间,城市热岛最为强烈。
Kim教授提出的现实应对方案是:“降低市中心人工结构物的密度,并沿主导风向控制高层建筑的无序布局,确保形成风廊,这一点最为关键。”
不会冷却的城市,冷却的科学
将城市热量“退回去”的技术之一便是“Cool Roof(凉屋顶)”。这种方式是在屋顶涂覆白色高反射涂料,以减少对太阳辐射热的吸收。
根据2022年收录于韩国研究财团下属韩国学术期刊引文索引(KCI)的一项在首尔江南区保健所公共建筑上应用凉屋顶的实证研究,观测到屋顶表面温度降低20℃、室内温度降低3℃。虽然在冬季其保温效果有限,但在夏季和秋季,节省制冷能耗和缓解UHI的效果十分显著。
随着冬季脚步临近,天气已然转冷,但城市的空气依旧温暖,因为城市本身就是记忆热量的结构体。城市森林吸收热量,凉屋顶反射阳光,Mist Road为大地的热度降温。
酷暑虽然结束,城市却尚未冷却。而为这座炽热城市降温的科学,如今已不再只是夏季的科学,而成为贯穿四季的科学。
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