谁在为城市热岛“添柴加火”？
全世界约有一半的人口生活在城市，可每年的夏季却是他们生活中最残酷的体验之一。因此，人们会年复一年地发问：为什么城市变得越来越热？为什么看起来相似的两个城市热岛效应大不相同？
湿润的气候、光滑的城市表面、深色的建筑……这些过去不被人们关注的因素，在科学家眼里却正是城市“热岛效应”的主要原因。南京信息工程大学大气环境中心的一项最新研究，首次量化了不同因素对城市热岛效应的影响，认为城市的当地气候背景对于热岛效应的影响要大得多，打破了人们此前关于城市热岛效应的不少“定论”。
该研究成果发表在2014年7月10日的《自然》杂志上，并被该杂志的“新闻与观点”栏目选为该期的亮点文章。
对流的改变是白天城市热岛的主因
19年前的7月，美国芝加哥经历了其历史上最严重的热浪。在人口稠密的城市核心，近500人死于闷热的气温和湿度的压迫。
美国国家气象局之后确定，芝加哥这座城市的人造结构和表面创建了一个放大的小气候，从而加剧了这次致命的热浪。
此后的多年里，科学家们已经认识到城市热岛效应的危害，但仍难以完全解释它。现在，南京信息工程大学大气环境中心首席科学家李旭辉教授带领其团队，已经确定城市的当地气候背景对于热岛效应的影响巨大。
而在过去几十年里，人们通常认为由于城市植被覆盖减少，使得蒸发散热减小是导致城市热岛效应的主要原因，人们也一直认为热岛效应的强度主要受城市结构控制，比如城市大小、建筑物高度、人口密度等。
李旭辉团队利用地表温度及植被覆被的卫星遥感数据并结合气候模式对北美地区的65个城市进行了分析，首次量化了不同因素对城市热岛效应的影响。
研究表明，主导因素不是蒸发，而是城市的结构和人造建筑改变了大气对流效应，降低了从地面向大气的热传输效率。除此之外，包括建筑物、人行道，以及其他建筑结构要比植被和土壤储存更多的热量；人类工业活动所产生的热量；以及城市地表反照率的变化（反照率是指入射的太阳辐射与地表面反射的太阳辐射的比例，例如，浅色停车场具有较大的反照率）等也是引起城市热岛的主要原因。
所有的这些因素都在慢慢地改变城市的小气候，使得热岛效应愈加严重。在美国，热浪已经成为最致命的一种气象灾害。而气候模型预测表明，随着地球变暖，城市热浪的增长将更严重、更频繁。
湿润气候条件下局地增温更明显
“传统的想法是，如果两个城市是相同的，他们应该有相同的城市热岛效应。”李旭辉说。但是他们的研究结果显示一个截然不同的故事：热岛效应的严重程度与城市当地的湿润气候条件密切相关。
研究表明，湿润气候区城市热岛强度要大很多。他们认为，背景气候的影响非常大。在湿润的气候条件下，城市对流效率明显下降，造成局地增温。
比如，同样的两个城市，一个建在半干旱气候区，另一个建在湿润气候区，它们的热岛强度非常不一样。在多雨潮湿的气候区，对流效应可能使城市白天的平均温度上升3摄氏度。
这也就解释了，为什么我国长江中下游及江南地区城市让人感觉更热。
论文第一作者、大气环境中心博士研究生赵磊认为，地表粗糙度对城市热岛也有重要影响。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、草坪等地表类型看起来都比较光滑，这就不利于地表热量向大气扩散。
相反地，例如森林的粗糙度大于草地，更容易产生大气的湍流运动，从而使地表气温下降。也就是说，如果城市的粗糙度小于郊区的粗糙度，就会出现较强的热岛效应。相反，如果城市的粗糙度大于郊区的粗糙度，那么就会产生城市温度低于郊区温度的“冷岛效应”。
赵磊解释说，湿润地区城郊植被多为树林，地表粗糙，对流散热效率高，相比之下，这些地区城市的对流效率下降了58%，造成热岛效应。在半干旱地区，植物多为低矮的草地，而城市景观地表更为粗糙，对流散热效率更高，会抑制热岛效应，甚至造成“冷岛效应”。
提高城市反射率可缓解热岛效应
值得重视的是，随着全球变暖和城市化的加剧，热岛效应将直接侵害城市居民的健康。世界卫生组织预计，到2050年，全球居住在城市的人口将达到70%。我国城市化速度非常快，已成为国内外关注的环境热点问题。
李旭辉在城市热岛效应的研究中提到，在全球城市化日益加剧、全球气温不断升高的背景下，城市热岛会对人体健康产生深远的不良影响。他认为：“高湿的环境会加剧温度效应，这种气候条件和城市热岛之间的协同关系会强化湿润环境下热浪对人体健康的不良影响。因此从公共健康的角度来看，热岛效应值得被重点关注。”
对于如何缓解城市热岛效应，李旭辉建议在城市规划设计的过程中，选用反射率高的材料或进行建筑表面粉刷，使更多的太阳辐射被反射出城市空间，根据城市主导风向进行通风廊道的设计以提高对流效率等因素，进行城市合理布局。比如屋顶、路面、停车场等用浅色的材料，就可以有效减缓城市热岛效应。美国芝加哥市在规划中进行反照率管理，已经证实是一个可行的选择，有利于缓解城市热岛效应。经历了1995年的热浪后，芝加哥市制定建筑规范，以促进屋顶反射率的提高。从1995年至2009年，该市反照率增加了约0.02，有效地缓解了城市热岛效应。
李旭辉告诉记者，因为北美的气候和地理空间分布比中国简单，所以先分析了北美洲的城市热岛效应。他们正在用类似的理论框架分析国内各省的城市热岛强度。
