給大都市“降溫”

孫彥

由于氣候變化和人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致城市人口聚居地氣溫不斷升高，新的“火爐”城市不斷涌現(xiàn)。美國自然資源保護(hù)委員會(huì)最近的一份分析報(bào)告估計(jì)，到本世紀(jì)末，美國一線大城市的極端熱浪每年導(dǎo)致的死亡人數(shù)將增加3300人。報(bào)告分析認(rèn)為，全球有超過半數(shù)人生活在城市中，而這些城市正變得越來越大、越來越熱。隨著城市氣溫不斷升高，能否找到給城市降溫的方法已不僅僅關(guān)系到生活舒適與否，甚至是性命攸關(guān)的大事。

與此同時(shí)，改變城市小氣候的科學(xué)研究不斷發(fā)展，一些科學(xué)家致力于給城市降溫的有趣嘗試，并取得了一定的進(jìn)展。

自然控

這類科學(xué)家從最簡(jiǎn)單的想法入手，借助風(fēng)、冰、陽光、冷水等自然之力給城市降溫，手段和方式極為有趣，卻不失為一些很好的辦法。

蒙古首都烏蘭巴托盡管有著接近冰點(diǎn)的全年平均氣溫，卻也有著遭受高溫和致命空氣污染雙重折磨的嚴(yán)酷夏天。從2011年11月起，烏蘭巴托的工程師們開始在城北一塊面積為30公頃的土地上成片鉆洞，并用水填滿——他們稱之為“冰盾”項(xiàng)目。工程師們?cè)O(shè)想，在冬季低溫作用下，這些水在地下結(jié)成長(zhǎng)約2米的大冰柱，到了夏天冰柱吸收熱量后緩慢融化，為當(dāng)?shù)睾恿魈峁┭a(bǔ)給，滋養(yǎng)植物的生長(zhǎng)，同時(shí)冷卻吹向城市的熱風(fēng)。

這個(gè)極富創(chuàng)意的“冰盾”項(xiàng)目真能驅(qū)走熱浪嗎？蒙古清潔空氣基金會(huì)烏蘭巴托項(xiàng)目協(xié)調(diào)官表示，該項(xiàng)目自實(shí)施后效果非常好，經(jīng)氣象部門測(cè)算，采取此措施后當(dāng)?shù)叵募酒骄鶞囟冉档土?℃左右。政府正打算在更大范圍安裝這種“自然空調(diào)”。她認(rèn)為，任何一個(gè)大陸性氣候城市，都能采用這種方法為城市降溫。

在伊朗和埃及，建筑師在設(shè)計(jì)建造房屋時(shí)，通常會(huì)在屋頂上預(yù)留一些開口或者建造有溝槽的塔，他們將這些開口稱為“風(fēng)斗”或“風(fēng)穴”。這種設(shè)計(jì)模式能夠捕捉到當(dāng)?shù)卮捣鞯募撅L(fēng)，將風(fēng)引入室內(nèi)，加大室內(nèi)空氣的流動(dòng)性。印度齋浦爾有一座著名的建筑——“風(fēng)之宮殿”。它之所以獲得這一美名，是因?yàn)樵搶m殿開有數(shù)百扇窗戶，置身其中有被風(fēng)吹拂之感，室內(nèi)外溫差可達(dá)5～8℃，使得它在炎炎夏日成為人們消暑納涼的好去處。

日本東京大學(xué)的天才設(shè)計(jì)師則設(shè)計(jì)了一種遮陽傘，可以為人們帶來意外的清涼。他們?cè)O(shè)計(jì)出來的“模擬森林”使用了同葉子形狀相類似的不規(guī)則碎片形，可以有效地反射20%～30%的光線，折算為溫度即可以降溫5℃左右。阿聯(lián)酋首都阿布扎比的海濱開發(fā)項(xiàng)目則在降溫方面另辟蹊徑，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)巨幕，可以隨著陽光的照射方向在建筑物周圍自行移動(dòng)，遮避陽光。該項(xiàng)目將于今年竣工。

反射控

與自然控們不同，反射控科學(xué)家沉迷于研究熱量的反射與吸收，謀求從源頭上切斷城市升溫的熱源。

早在19世紀(jì)早期，英國業(yè)余氣象學(xué)家盧克·霍華德觀察到倫敦氣溫比周圍鄉(xiāng)村要高2℃。由此他首次發(fā)現(xiàn)了城市發(fā)展對(duì)于當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?。這種熱效應(yīng)主要來自磚塊、石板、水泥等建筑材料。它們白天吸收太陽的熱量，夜晚再釋放出來。這就是“城市熱島效應(yīng)”。

最近50年，城市熱島效應(yīng)變得更為顯著。近期有研究指出，密集化發(fā)展的城市可以比周邊鄉(xiāng)村熱12℃之多。希臘雅典大學(xué)的物理學(xué)家馬特·桑塔瑞斯表示，現(xiàn)成的控溫手段——空調(diào)對(duì)于城市高溫而言難辭其咎。繼續(xù)單純依賴空調(diào)不僅助推了城市熱島效應(yīng)，還增加了能源消耗。桑塔瑞斯的研究表明，在夏季，當(dāng)雅典居民開始使用空調(diào)之后，當(dāng)?shù)啬茉聪牧客ǔ６紩?huì)翻番。

基于此種認(rèn)識(shí)，桑塔瑞斯認(rèn)為要扭轉(zhuǎn)城市越來越熱的趨勢(shì)，最為直接的方式是從源頭上減少城市吸收的熱量。桑塔瑞斯及其團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)一些特殊的路面和屋頂用材料，讓它們反射而不是吸收熱量。桑塔瑞斯說，因?yàn)槁访婧臀蓓斦紦?jù)了城市地表面積的一多半，減少它們儲(chǔ)存的熱量也就能夠顯著降低道路和建筑物表面的溫度。

實(shí)驗(yàn)表明，屋頂使用熱反射材料的建筑可以減少室內(nèi)空調(diào)的使用，從而降低能耗。但令人尷尬的是，要證明熱反射材料確實(shí)能夠改善城市微氣候還頗有挑戰(zhàn)，因?yàn)楝F(xiàn)有的證據(jù)大多來自大規(guī)模的模擬實(shí)驗(yàn)，真實(shí)效果究竟如何令人存疑。桑塔瑞斯及其團(tuán)隊(duì)最近實(shí)現(xiàn)了最大面積反射材料表面的城市試驗(yàn)：他在傳統(tǒng)建筑材料中加入能反射紅外波段熱能的無機(jī)礦物顆粒。2010年，面積達(dá)4500平方米的這種改良路板被鋪設(shè)在了雅典的佛斯霍斯公園。在之后的夏天，針對(duì)該公園的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，改良后的路面比普通路面要涼快約12℃。桑塔瑞斯認(rèn)為，公園的內(nèi)部溫度可因此下降近2℃。

在阿爾巴尼亞首都地拉那的老城，與桑塔瑞斯共事的一位希臘建筑師進(jìn)行了新的嘗試。結(jié)果相當(dāng)令人振奮。他們?cè)?012年重新改造了一片面積約2000平方米的地塊，引入更多植被、遮陽物和另一項(xiàng)桑塔瑞斯的發(fā)明——熱變色鋪路材料，它包含的熱敏材料會(huì)隨著溫度的變化而變色。這種路面冬天呈深色，可以有效吸收熱量；隨著溫度上升，路面將轉(zhuǎn)而經(jīng)由黃色變成白色，這時(shí)路面反射的熱量更多。桑塔瑞斯說，該路面降溫效果顯著，他準(zhǔn)備開展相關(guān)商業(yè)推廣。團(tuán)隊(duì)的研究報(bào)告中稱：“這個(gè)夏天這里的氣溫比以前降低了3℃。”

不過，熱反射材料表面本身也并非完美。因?yàn)槟切榱丝販囟O(shè)計(jì)出的熱反射人行道可將熱量反射到臨近的建筑，反而增加了臨近建筑室內(nèi)空調(diào)的使用需求。美國斯坦福大學(xué)某研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的另一項(xiàng)獨(dú)立研究顯示，大面積使用這種材料事實(shí)上會(huì)增高全球地表溫度。另外，盡管熱反射材料在炎熱、多日照的地方降溫效果良好，但在大陸性氣候地區(qū)，如丹佛或莫斯科，會(huì)使冬季取暖成本上升。

規(guī)劃控

規(guī)劃控科學(xué)家更關(guān)注城市規(guī)劃，他們認(rèn)為氣溫居高不下的首要原因是天氣，但人為因素對(duì)城市高溫天氣起著推波助瀾的作用，其中，最為關(guān)鍵和直接的便是城市規(guī)劃的不科學(xué)與不合理。他們認(rèn)為，氣候變化屬不可控因素，但城市規(guī)模、形態(tài)、關(guān)系是可控的，通過合理的規(guī)劃，某種程度上可以彌補(bǔ)不可控的因素。在城市建設(shè)和改建時(shí)通過規(guī)劃布局，巧妙運(yùn)用、結(jié)合建筑設(shè)計(jì)和自然資源，打通城市“風(fēng)道”，引風(fēng)入城會(huì)使城市自我降溫，避免城市熱島效應(yīng)加重。endprint

英國雷丁大學(xué)城市氣象學(xué)家珍妮特·巴羅表示，商場(chǎng)、居民區(qū)和辦公大樓的形狀、體量及分布可以影響“街道峽谷”里的風(fēng)速。她的建模顯示，當(dāng)街道寬度是建筑物高度的1.5倍時(shí)，才足以提供持續(xù)的空氣流給城市降溫并消減和驅(qū)散空氣污染物。

這一理論即將在葡萄牙北部一個(gè)生態(tài)城市的開發(fā)項(xiàng)目“普蘭愛提谷”中得以施行。項(xiàng)目計(jì)劃于2015年完工。其設(shè)計(jì)公司開發(fā)了一套模擬系統(tǒng)，加入了當(dāng)?shù)氐牡匦魏蜌庀笮畔?。通過觀察模型，比對(duì)建筑物大小、位置對(duì)于氣溫和風(fēng)速等產(chǎn)生的影響，并據(jù)此設(shè)計(jì)出一套科學(xué)的方案：在建筑物頂加大風(fēng)速利于風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電，而在街面高度又要保持舒適的微風(fēng)。

“城市高溫跟規(guī)劃有很大的關(guān)系”，北京大學(xué)建筑與景觀設(shè)計(jì)學(xué)院院長(zhǎng)俞孔堅(jiān)說。風(fēng)道的堵塞、濕地的消失、綠地的減少、城市的擴(kuò)張、玻璃幕墻的大量使用……都對(duì)城市熱島效應(yīng)起著越來越負(fù)面的影響。

通過改變城市布局來避免城市熱島效應(yīng)的做法，在我國已有成功先例。在上海世博會(huì)召開時(shí)，世博園區(qū)濱江岸線成為10千米長(zhǎng)的上海新外灘和城市“涼島”。此外，把大部分園區(qū)的建筑和展館架空，使夏季常見的東南風(fēng)從建筑物下方徐徐吹過，使人們?cè)诟邩橇至⒅幸廊豢梢愿惺艿健按┨蔑L(fēng)”。這種易于通風(fēng)、散熱的城市空間結(jié)構(gòu)，不僅有利于緩解城市熱島效應(yīng)，而且有利于城市污染物擴(kuò)散。

此外，在有江河湖泊分布的城市，充分利用水體帶來的自然風(fēng)以及它們的降溫、增濕特點(diǎn)，在沿岸留出足夠的空間，形成“風(fēng)道”，使風(fēng)和水汽通過“空中走廊”進(jìn)入城市，也能起到城市“大風(fēng)扇”的功效。對(duì)于武漢市這樣全國知名的“火爐”，更適合采用該種方式為城市降溫。武漢市內(nèi)分布著很多河湖。當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向是東南風(fēng)，與長(zhǎng)江流動(dòng)的方向一致。按科學(xué)規(guī)劃，城市道路應(yīng)與城市主導(dǎo)風(fēng)向一致，讓風(fēng)能順利穿城而過。因此，漢陽的主干道宜多開辟南北向通道；武昌的東南片宜開辟東南向通道，東北側(cè)宜開辟東北向通道；漢口則保持現(xiàn)有平行長(zhǎng)江、漢江的長(zhǎng)街和垂直兩江的短巷，這樣就能使江風(fēng)、湖風(fēng)刮進(jìn)主城區(qū)，充當(dāng)都市的“大風(fēng)扇”。

除此之外，為使“空中走廊”通暢，要特別控制城市上風(fēng)向建筑物的高度和密度，防止過城風(fēng)因建筑物過高和過密被阻擋，從而造成大量的熱量和溫室氣體滯留城市中心。在大型城市公寓周圍必須留下超過建筑基盤面積的空間，這樣可以帶來空氣的流動(dòng)，達(dá)到和空調(diào)相似的制冷效果。

綠化控

執(zhí)著于用綠化來降低城市氣溫的科學(xué)家和學(xué)者則堅(jiān)信，植被帶來的蒸騰降溫作用不僅可以緩解城市熱島效應(yīng)，還能為人們提供蔭蔽——光是樹蔭下就可以比陽光直射下低7℃。英國班戈大學(xué)循證保護(hù)中心的安德魯·普林說，在空間有限的城市中，多使用綠色屋頂、墻面和種植行道樹也許更可行，理論上講它們可以中和城市熱島效應(yīng)。

其實(shí)，利用公共綠地逐步形成的“冷島效應(yīng)”來應(yīng)對(duì)“熱島效應(yīng)”，早已是規(guī)劃學(xué)研究的熱點(diǎn)。研究數(shù)據(jù)顯示，區(qū)域綠化覆蓋率達(dá)到30%時(shí)，“熱島”強(qiáng)度明顯減弱；達(dá)到50%時(shí)，“熱島”現(xiàn)象顯著緩解。衛(wèi)星遙感資料顯示，上海陸家嘴的中心綠地建成后，陸家嘴地區(qū)原有的4個(gè)“熱島”全部消失。清華大學(xué)建筑學(xué)院教授李樹華等人對(duì)北京河道陸地的一項(xiàng)研究顯示，只有大于45米的綠帶，才能穩(wěn)定吸收和積累周圍的熱量，對(duì)周圍環(huán)境的增濕、降溫做出貢獻(xiàn)。

俞孔堅(jiān)曾在自家屋頂上設(shè)計(jì)并投入運(yùn)行了一套生態(tài)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括一套每年可收集多達(dá)50噸水的雨水收集系統(tǒng)和一堵用上水石和植物構(gòu)成的生態(tài)墻。屋頂上收集的雨水，從生態(tài)墻上緩緩滴下，滋養(yǎng)著墻上的植物。在夏天，石墻上的水分蒸發(fā)后，成為一臺(tái)天然的空調(diào)。最直接的效果，按俞孔堅(jiān)的說法是，“整個(gè)夏天，我都沒有開過空調(diào)”。

【責(zé)任編輯】趙 菲endprint