Міський Острів Тепла: Чому Міста Горять Жаркіше за Село

Радіоактивний розпад

Місто є сонячною колектором без тіні.

Сельська місцевість та міський центр отримують приблизно однакове сонячне світло, але ввечері міський центр може бути на 5-12°C теплішим. Різниця не в сонці, а в поверхні. Рослинність відбиває деяке світло, випаровує воду та затінює землю під собою; асфальт, дахи та бетон поглинають більшість надходів радіації, зберігають її у щільній масі і майже не містять води для випаровування. Додайте високі будівлі, які захоплюють повторне випромінюване тепло між стінами – ефект «міського ошара», та приберіть хмарний ліс, який би іншим чином охолоджував повітря, і весь побудований ландшафт стає повільно розрядженою термальною батареєю.

Алювіус, теплова маса та поверхневий енергетичний бюджет

Кожна поверхня підкоряється однаковому балансу енергії. Чистий набір радіації з сонця та неба розподіляється між нагріванням повітря безпосередньо над нею, випаровуванням будь-якої присутної води та передачею в матеріал для подальшого вивільнення:

Rn = H + LE + G Rn = чистий набір радіації (залежить від альбедо — частки, що відбивається) H = теплопровідність (нагріває повітря безпосередньо, відчувається як температура) LE = латентний тепловий потік (випаровує воду — трава та дерева тут чудово працюють) G = теплове накопичення в ґрунті/матеріал (вивільняється назад після заходу сонця) Свіжий асфальт має альбедо близько 0,05-0,1, що означає, що він поглинає 90-95% сонячного світла, яке потрапляє на нього, порівняно з 0,15-0,25 для трави та до 0,8 для свіжої білої покришки для даху. Оскільки асфальт і бетон майже не містять води для випаровування, майже вся поглинена енергія йде на H і G замість LE — повітря нагрівається безпосередньо, а маса дорожнього покриття нагрівається та продовжує випромінювати тепло протягом годин. Добре зволожена парк робить навпаки: значна частина поглиненої енергії витрачається на випаровування води, що пояснює кардинальну різницю в відчуттях при стоянні під деревом у спекотний день порівняно зі стоянням на асфальті поруч, за межами простого затінення.

Rn = H + LE + G

Rn = net radiation absorbed (depends on albedo — the fraction reflected)
H  = sensible heat flux (warms the air directly, felt as temperature)
LE = latent heat flux (evaporates water — grass and trees excel here)
G  = ground/material heat storage (released back out after sunset)

Чому пік приходить після темряви

З несподіванкою, тепловий проміжок між містом і селянами зазвичай найменший біля полудня та найбільший від трьох до п’яти годин після заходу сонця. У сільській місцевості мало термічної маси: як тільки сідає сонце, земля швидко втрачає тепло, а повітря над нею швидко охолоджується. Місто має величезну термічну масу у своєму бетоні, асфальті та цеглі, усі з яких поглинали тепло протягом дня і тепер повільно випромінюють його назад, підтримуючи температуру повітря над ним на ніч. Високі будівлі загострюють це, блокуючи значну частину неба, що зменшує те, наскільки вільно може випромінюватися збережене тепло — та сама причина, чому в долині залишається тепліше вночі, ніж на відкритій рівнині.

Покривна та поверхнева температура — дві різні карти

Міські осередки вимірюються двома способами, які легко сплутати. Поверхня температури — це те, що бачить термочуткий сенсор супутника — шкірна температура даху, дороги чи трави, і може відрізнятися від навколишнього сільськогосподарського ландшафту на 10-25°C у полудень, оскільки гола асфальтова поверхня під прямим сонячним промінням стає надзвичайно гарячою. Температура повітря в покривній зоні — це температура повітря на висоті 2 метри, яку люди насправді відчувають, вимірювана метеорологічними станціями, і показує меншу, але тривалішу різницю, зазвичай 1-3°C для невеликого містечка та до 7-12°C для великого міста у спокійну, ясну ніч з низьким вітром, оскільки вітер розносить гарячий міський повітря, а саме спокійні ночі є моментом, коли ефект найсильніший.

Зменшення впливу, яке фактично змінює число

Оскільки ефект повністю стосується історії про альбедо, випаровування та тепловий запас, рішення спрямовані на точне вплив цих трьох термінів. Охолоджуючі дахи та світла бруківка підвищують альбедо і можуть зменшити пікове поверхневе охолодження даху на 20-30°C. Міський лісовий щит додає тінь (блокуючи Rn до того, як він досягне поверхні) і транспірацію (направляє енергію в LE замість H), і є найбільш ефективним втручанням на рівні блоку, виміряним у польових дослідженнях. Зелена та блакурна інфраструктура – зелені дахи, пропускна бруківка, збережені водні об’єкти – додають випаровування там, де його не було. Жодне з цих рішень не працює самостійно так добре, як історична база, просто маючи більше озелененого, світлого забарвлення та менш щільну поверхню — зменшення впливу насправді полягає у відновленні частин енергетичного бюджету, який видалили тротуар.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Urban Heat Island і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.