路面因会通过再次释放太阳辐射而使城市升温，早已声名狼藉。
在一些城市，路面已被发现可使气温升高多达7华氏度，并加剧健康和环境风险。
麻省理工学院的研究人员找到了一种降低这一威胁的方法：与传统铺装路面相比，他们研制的“凉爽路面”能够反射更多太阳辐射，散发更少热量。
路面是城市中数量众多的地表类型，约占美国城市面积的40%。但除了承载交通，路面还会散发热量。
由于所谓的城市热岛效应，像路面这样密集建造、不透水的地表会吸收太阳辐射，并将这些辐射以热量的形式再次释放，从而使周围环境升温。这一现象对城市构成严重威胁。它会使气温升高多达7华氏度，并加剧健康和环境风险，而气候变化将进一步放大这些风险。
对此，麻省理工学院混凝土可持续发展中心（MIT CSHub）的研究人员正在研究，一种通常会加剧城市热岛效应的地表如何反而能够减轻其强度。他们的研究重点是“凉爽路面”，与传统铺装路面相比，它能够反射更多太阳辐射，散发更少热量。
一项最新研究由麻省理工学院混凝土可持续发展中心现任及前任研究人员组成的团队在期刊《环境科学与技术》（Environmental Science and Technology）上发表了相关研究，阐述了凉爽路面及其应用。研究发现，在波士顿和凤凰城，凉爽路面可分别将气温降低至多1.7摄氏度（3华氏度）和2.1摄氏度（3.7华氏度）。它们还能减少温室气体排放，使波士顿的总排放量降低至多3%，凤凰城的总排放量降低6%。然而，要实现这些减排效果，必须根据每个街区的气候、交通和建筑布局来选择凉爽路面策略。
像洛杉矶和凤凰城已经在凉爽路面方面开展了大规模试验，但该技术仍未得到广泛应用。CSHub团队希望其研究能够指导未来的凉爽铺装项目，帮助城市应对不断变化的气候。
浅析表面
众所周知，在阳光下，颜色较深的表面比颜色较浅的表面升温更快。气候科学家使用一种称为“反照率”的指标来描述这一现象。
“反照率是衡量表面反射率的指标，”该论文的第一作者、麻省理工学院混凝土可持续发展中心博士后研究员Hessam AzariJafari解释道，“低反照率的表面会吸收更多光线，往往颜色较深，而高反照率的表面则更明亮，反射更多光线。”
反照率是凉爽路面的核心。传统铺装路面（如普通沥青）反照率较低，会吸收更多辐射并散发更多热量。而凉爽路面采用更明亮的材料，反射的辐射量是传统路面的三倍多，因此再次释放的热量大大减少。
“凉爽路面可以通过多种不同方式建造，”材料科学实验室研究员、混凝土可持续发展中心联合主任Randolph Kirchain表示，“混凝土等较浅色的材料以及浅色骨料具有较高的反照率，而现有沥青路面则可通过反光涂层实现“降温”。”
CSHub的研究人员在对波士顿和凤凰城的研究中考虑了这几种方案。他们的分析比较了混凝土、反光沥青和反光混凝土取代传统沥青路面后的不同结果，而传统沥青路面占全球路面总量的95%以上。
态势感知
要全面了解凉爽路面在波士顿和凤凰城带来的环境效益，研究人员不能仅关注铺装材料。这是因为，除了降低气温，凉爽路面还会对气候变化产生直接和间接的影响。
“其中一个直接影响是辐射强迫，”AzariJafari指出，“通过将辐射反射回大气层，凉爽路面会产生辐射强迫，也就是说，它们会将更多能量送出大气层，从而改变地球的能量平衡，这与极地冰盖的作用类似。”
凉爽路面还会通过改变邻近建筑的能源使用，产生复杂的间接气候变化影响。
“一方面，通过降低温度，凉爽路面可以减少夏季对空调（AC）的部分需求，同时增加冬季的供暖需求，”AzariJafari表示，“反过来，凉爽路面会将光线（即入射辐射）反射到附近建筑上，从而使建筑升温，这可能会增加夏季的空调使用量，并降低冬季的供暖需求。”
此外，反照率效应只是凉爽路面整体生命周期影响的一部分。事实上，施工和材料开采（二者合称为隐含影响）以及路面的使用，共同主导了整个生命周期。除反照率效应外，路面在使用阶段的主要影响是额外燃油消耗：表面光滑、结构坚硬的路面，会减少行驶在其上的车辆的额外燃油消耗。
因此，评估凉爽路面对气候变化的影响是一个复杂的过程，涉及诸多权衡。在其研究中，研究人员力求对这些影响进行分析和测量。
全面反映
为确定凉爽路面在波士顿和凤凰城的理想应用方案，研究人员调查了从传统沥青路面改为三种凉爽路面方案（反光沥青、混凝土和反光混凝土）后的生命周期影响。
为此，他们采用耦合物理模拟对数千个假设街区中的建筑进行建模。随后，他们利用这些数据训练了一个神经网络模型，以根据建筑和街区特征预测影响。有了这一工具，就能够估算波士顿和凤凰城数千条道路和数十万座建筑中每一处凉爽路面的影响。
除反照率效应外，他们还研究了所有路面类型的隐含影响，以及路面类型因表面特性、刚度和老化速度而对车辆额外燃油消耗产生的影响。
在评估每种凉爽路面类型的生命周期影响后，研究人员计算出，在每个街区中，哪种材料（传统沥青、反光沥青、混凝土和反光混凝土）带来的效益最大。他们发现，尽管凉爽路面在波士顿和凤凰城总体上具有优势，但理想材料在两座城市内部及两城之间差异很大。
“有一种效益在各类街区和铺装材料中都普遍存在，那就是辐射强迫的影响，”AzariJafari指出，“在建筑较矮、密度较低的区域尤为明显，这些区域的效果最为显著。”
然而，与辐射强迫不同，建筑能源需求的变化因地点而异。在波士顿，凉爽路面在所有街区中降低能源需求的次数与增加能源需求的次数大致相当。在凤凰城，由于入射辐射的影响，凉爽路面在大多数人口普查区中对能源需求产生了负面影响。不过，若将辐射强迫纳入考虑，凉爽路面最终具有净效益。
只有在考虑隐含排放以及对燃油消耗的影响后，每个街区的理想路面类型才得以显现。在纳入生命周期的不确定性后，研究人员发现，反光混凝土路面效果最佳，在波士顿和凤凰城分别有53%和73%的街区被证明是最优选择。
不确定性和差异再次被发现。在波士顿，用凉爽路面替代传统沥青路面始终是首选方案；而在凤凰城，混凝土路面（无论是否反光）效果更好，原因在于其在高温下的刚性有助于将车辆燃油消耗降至最低。尽管混凝土在凤凰城占主导地位，但在其17%的街区中，所有反光路面方案的效果大致相当，而在1%的情况下，传统路面实际上更优。
“尽管我们研究的气候变化影响众多，且彼此之间常常相互矛盾，但我们的结论是明确的：凉爽路面可以为两座城市带来巨大的气候变化缓解效益，”Kirchain表示。
气温改善将十分显著：研究团队发现，凉爽路面可使波士顿夏季峰值气温降低1.7摄氏度（3华氏度），凤凰城降低2.1摄氏度（3.7华氏度）。二氧化碳减排效果同样令人瞩目。在50年内，波士顿的二氧化碳排放量可减少多达3%，而同期凤凰城的减排幅度将达到6%。
这项分析是迄今为止对凉爽路面最为全面的研究之一，但仍有更多问题有待探究。与路面一样，也可以调整建筑的反照率，这可能会导致建筑能源需求发生变化。电网的深度脱碳以及低碳混凝土配方的推广，也可能改变凉爽路面所产生的排放。
CSHub团队仍有许多工作要做。但通过对凉爽路面的研究，他们已将这一出色的气候变化解决方案推向更高水平，并为后续研究和未来的减排开辟了新途径。
麻省理工学院混凝土可持续发展中心是一个由麻省理工学院多个院系研究人员组成的团队，致力于混凝土与基础设施的科学、工程和经济学研究。其研究获得了波特兰水泥协会以及预拌混凝土研究与教育基金会的支持。
