了解酷热城市热岛如何降温

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  • 气候变化导致城市地区正遭遇破纪录的热浪。

  • 在极端高温时期,城市内部常会形成热岛,气温甚至高于周边地区。

  • 新加坡已成功为部分城区降温,其他国家如今也在考虑采用其中的一些策略。

破纪录的持续时间长的热浪今夏席卷北美和欧洲,成为头条新闻,也让人们关注到一种可能必须面对的新现实:许多城市或许很快就会变得不宜居。

热浪炙烤城市,城市正承受气候变化带来的后果,并不断打破纪录。伊朗气象组织记录到有史以来最高气温,出现在舒什市,达53.6°C。据估计,到2030年,19亿人将面临热应激,城市居民受到的冲击尤其严重。

极端危险日增多

近期发表的一项研究展望未来30年,预计“极端危险日”将会增加——在这类日子里,任何房产都可能遭遇危险程度的高温。研究结合地表温度、树冠覆盖率、不透水地表、土地覆盖和距水体远近的高分辨率测量数据,计算热暴露程度;随后根据未来排放情景预测进行调整。

即便在温和变暖情景下,严重气候灾害也可能更加频繁。如今,全球超过半数人口居住在处于气候风险前沿的城市。城市常受“热岛”影响,即城市内部气温高于邻近乡村地区的现象。城市发展中人造材料使用增加,例如道路和建筑取代树木、池塘和土壤,会吸收并重新释放更多热量,推动“城市热岛”扩大,也使周边地区变得更热。

城市热岛会进一步推高气温

随着地球变暖,城市热岛会加剧高温。例如,NASA国际空间站上的热辐射计Ecostress拍摄了一张图像,时间为5月5日午夜前不久,覆盖印度德里的城市群,当时该地区气温创下历史最高纪录。图像显示,新德里市区(峰值39°C)与附近已降至15°C的乡间田地之间,温差达24°C。然而在新德里市内,标志性的印度门周边绿树成荫、属于高收入社区的地区,气温可能低12°C于低收入非正规住房聚居区,例如位于亚穆纳河以东的西拉姆普尔地区。

德里及较小村庄的城市热岛峰值达39°C,而附近田地凉爽得多。Image: NASA Ecostress

随着快速城市化让世界更多地区由水泥、玻璃和钢铁塑造,现代城市正变成热量汇聚之地;但新加坡管理大学城市气候副教授周敏新教授表示,这种局面并非不可逆转。周教授是新加坡管理大学城市气候副教授,也是“冷却新加坡”项目的首席研究员。该跨机构项目于2017年启动,获得新加坡政府资助,旨在建立新加坡的计算机模型,即数字城市气候孪生体。这将使政策制定者能够分析各种热缓解措施的效果,再决定是否投入资金采用相关方案。

城市热岛规划

“每座城市都会有热岛,”周教授说,“这是把自然和乡村景观转变为城市聚居区时,无意间造成的后果:城市建设采用混凝土和沥青,同时增加了用于供电、供暖、制冷和交通的燃料与能源消耗。”

“大型热岛之所以会加剧,缺陷在于人们对自然缺乏认识,规划城市时也没有将自然纳入考量。缺少绿地,以及城市基础设施中能源和燃料使用效率低下,都会导致热岛形成。缺乏公共交通选择的蔓延型城市,往往伴随着更多私人交通出行,通常会增加燃料消耗,并加剧热岛效应。”

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增强耐热韧性

疲惫和脱水、电网故障以及基础设施破败都会造成热应激,因此必须增强耐热韧性。应对城市热岛效应最直接的方法是重新引入植被:扩大绿化覆盖、种植行道树、建造“绿色屋顶”等。其他措施包括采用“凉屋顶”,通过明亮涂层反射更多阳光、吸收更少热量。珠海是粤港澳大湾区一座拥有240万人口的城市,也参与了中国推广“海绵城市”的试点项目。

根据中国的指导方针,海绵城市是指将道路、人行道等硬质地面改造为可渗透地面,以便吸收、渗透、净化和储存水,并在之后释放储存的水供人使用。采用透水砖和透水混凝土可使路面温度分别降低12°C和20°C,气温则可降低最多1°C。

新加坡等城市,以及其他践行气候韧性发展原则的城市,正主动降低热岛和热浪带来的风险。降低高温影响的策略包括:提升实体基础设施效率,例如通过区域制冷,高效利用能源对城市大片区域进行机械制冷;采取以自然为本的解决方案,例如扩大并提高城市绿地以及墙面和屋顶绿化的覆盖范围和密度;开展综合、包容的城市利益相关方规划,确保保护易受影响的城市居民。就最后一点而言,气象机构发布的预警可与加强的卫生基础设施相结合,确保老年人或有医疗脆弱性的群体能够获得医疗救治或避难场所;热浪发生时,也可暂停户外建筑工人的作业。

可持续制冷方案

使用空调和电风扇降温所消耗的电力占全球建筑用电总量的近20%。据国际能源署(IEA)称,自1990年以来,制冷能耗已增加逾两倍,对电网造成重大影响,尤其是在用电高峰期和极端高温期间。不过,令人鼓舞的是,一项新研究发现,以丙烷作为制冷剂有望减缓空间制冷导致的全球气温上升。这意味着到本世纪末,全球气温可避免升高0.09°C,为将全球升温控制在1.5 °C以下作出重要贡献。

新加坡还有一些其他创新和大胆设计,世界各地的城市可以借鉴,以应对极端高温并避免城市热岛。Image: IEA

空调是遭遇极端高温的城市的一大显著特征。空调造成相当比例的碳排放;在当前能源危机之下,使用空调也变得难以负担。那么,我们如何建造更多绿色建筑、减少能源消耗,同时保持凉爽?这种模式是否可行?

“新加坡建国总理曾说,空调是新加坡建国总理的话,是‘历史上具有标志性的发明之一’,也是‘对新加坡最重要的发明之一’;但周教授表示,空调也有代价,会加剧热岛效应和全球变暖。“有两种方法可以减少空调使用,尤其是在热带城市最需要空调的地方:提高空调使用效率。”

“首先,区域制冷在新加坡日益普及,用以取代效率低下的独立空调冷凝器。随着这种方案的采用率提高,其运营成本以及环境代价都会下降。第二种方法是,在依赖空调的低纬度城市,重新采用传统的热带城市设计和建筑原则。应特别重视自然通风、人工遮阴和植被覆盖,从而大幅减少空调使用。”

城市规划与设计创新——新加坡模式

周教授补充说,新加坡还有一些其他创新和大胆设计,世界各地的城市可以借鉴,以应对极端高温并避免城市热岛。

“在推动建设更多‘绿色’建筑、实施《新加坡绿色计划2030》的同时,我们也在转向制定以科学为依据的政策,以降低城市热风险,”他说。“我与新加坡几所大学的同事从2017年起一直带头开展‘冷却新加坡’倡议的研究。

“我们最近的项目是开发一种创新的数字城市气候孪生体,利益相关方可借此确定针对新加坡城市景观不同区域的各种减热措施中,哪种效果‘最佳’。该孪生体将多个环境模型耦合在一起,并通过观测数据进行测试和参数化,以确保模型能够代表新加坡的城市气候情况。希望它能帮助这个城邦增强城市韧性,应对与气候变化相关的高温风险。

“我认为,例如近期IPCC报告中关于人类住区的蓝图,能够提升适应力和韧性的做法,可以得到广泛采用。新加坡以及亚洲的艾哈迈达巴德、三宝垄等城市,在应对气候变化带来的高温、洪水和海平面上升风险方面都有实践经验;遗憾的是,这些风险未来几年会更加频繁、更加严重。

“这没有什么秘诀。要让这份蓝图取得成功,包容性规划、充足资金、利益相关方的支持以及遵循科学政策等都不可或缺。但可以肯定的是,如果城市利益相关方不作规划,那就该做好失败的准备。”

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