什么是城市热岛？设计师该如何预防？

由于气候变化加剧了全球的极端天气，气温上升已成为令人震惊的现实。在过去的一年里，有报道称极端高温打破了全美7,000项记录。印度在2022年4月底的气温已经达到47摄氏度以上，欧洲的热浪造成了大面积的干旱和两万多人死亡。

然而，这些报告中忽略了一个重要内容，那就是世界各地的城市使得这一情形雪上加霜。从吸热材料到缺乏遮阴和绿化，城市的建造元素使其比附近的农村地区热得多，从而导致气象学家所说的“城市热岛效应”。那么，什么是城市热岛，为什么会形成城市热岛，建筑师有什么办法防止这些现象的形成，现代科技又能发挥什么作用？下面就让我们看看这些问题的答案。

一说到世界上最大的城市，人们可能会想到钢铁结构的摩天大楼、用混凝土铺设的停车场和在人行道上逛街的人群。所有这些元素结合在一起便构成了城市热岛。

这是因为在白天的时候，相对于浅色材料，像沥青这样的深色材料能够吸收更多的太阳辐射（就像吸热海绵一样）；同时，高大的建筑物把风挡住，并大量反射阳光。到了晚上，所有这些储存的热量都慢慢释放到空中，遇到市民在炎热的天气中为了生存而必须打开的数千台空调而产生的废热，简直可称之为“火上浇油”。

“所有这一切都意味着我们的城市在夜间并没有像应有的那样真正把温度降下来，”亚利桑那州立大学的助理教授Ariane Middel博士说。多年以来，作为气候研究小组The SHaDe Lab的一员，她一直都在对城市变暖进行研究和模拟试验。目前，她的大部分工作都在凤凰城进行，由于城市热岛效应加剧的气候变化，这座城市可能很快就会变得让人无法居住。

“市政府越来越意识到这个问题的严重性，”亚利桑那州立大学助理教授兼凤凰城热响应和减缓办公室主任David Hondula说，这是美国第一个公共资助的此类办公室。“到目前为止，在我们的城市中由哪个部门负责来应对与酷热相关的挑战并不清楚。”

Hondula与他的团队一起，接受了及时与城市酷暑作斗争的特别任务。最近的项目包括与亚利桑那州立大学合作开展的该市“凉爽人行道”试点计划，该计划表明，与传统沥青相比，在中午和下午时段，反光沥青涂层的平均表面温度降低了5.8至6.6摄氏度。

与极端高温天气作斗争是所有其他市政府可以效仿的明智之举，而且越早越好：到2050年，预计城市人口将比目前的规模增加一倍以上，世界上将近七成的人口将生活在城市。这意味着，由气候变化造成的越来越极端的热浪将使得更多的社区面临风险。

令人欣慰的是，面对挑战，许多城市正在积极寻求跨学科解决方案。

2022年9月迎来了来自全球城市应对极端高温天气的领导官员的首次会议，这次会议由大西洋理事会的Adrienne Arsht-Rockefeller基金会复原力中心组织，该中心是全球应对极端高温韧性联盟的发起者。在此次活动中，决策小组均为女性成员，她们共同探讨了适应气候变化这一严酷现实的挑战；在这次活动中组织者发布了非营利性质的报告“Hot Cities, Chilled Economies: Impacts of Extreme Heat on Global Cities”（“炎热的城市与寒冷的经济：极端高温对全球城市的影响”），该报告研究了全球变暖对12个主要城市地区的影响。虽然一些城市在制图和分析方面走得更远，但它们关注的一个共同焦点是，如何才能加强对可以起到降温作用的基础设施的建设，特别是微型公园和树木遮光。

其实，在努力改变这种局面的不仅仅是市政府，建筑师和设计师也在逐渐承担起降低城市热岛效应的任务。这些任务从较为复杂的优化建筑物的朝向到简单的事情，例如为城市公园添加更多人造水景或将屋顶涂成较浅的颜色以反射热量。

被动式设计是散热的关键组成部分。例如，鼓励建筑物内的自然通风可以最大限度地减少空调的使用，并在晴天时将热量挡在外面。其实，这个问题不仅涉及到建筑物的内部运作，鼓励建筑物之间的自然通风也会产生很大的作用。被评为世界第二大建筑事务所的日本Nikken Sekkei的设计主管Hajime Aoyagi说：“我不认为有很多人会认为我们的城市环境达到了最佳的境界。”

他解释说，对于Nikken Sekkei团队而言，从一开始就规划减热项目是至关重要的。在设计建筑物时选择像木材这样的可持续性建筑材料有助于缓解热岛效应，因为木材的热容量比混凝土低得多。将建筑物建造在合适的位置来避免过多的热量积聚也是非常有效的办法。

Aoyagi说：“由于我们是一家经常参与大规模开发的公司，而且在很多情况下同时在东京的多个地点开展项目，因此我们可以从更广阔的角度进行设计。我们参与了东京站八重洲出口的建造，我们特意为中央大厅选择了较低的屋顶，这是为了在东京湾和内陆地区之间留出一条风道。”

对于Middel博士来说，创造阴凉是当今建筑师在设计城市时应该考虑的最重要因素。她说：“当我们谈论人们对热的感受时，其实并不仅仅涉及到空气的温度，我们还需要考虑到辐射温度，这是我们测量人体热负荷的方法。这很大程度上要取决于周围是否有阴凉。如果我们在阴凉处，就会感觉比在阳光下舒服得多，不管这种阴凉是怎样形成的。这意味着建筑师应该尽可能地使用建筑物、树木，甚至光伏檐篷来创造阴凉。”

不这样做就会有无穷的后患。随着越来越多的建筑认证（如LEED）和指令（如伦敦的热舒适指南）开始奖励采用减少热量的措施，如果不考虑城市的热量可能会导致若干年之后代价高昂的改造工程。

在短期内，不及时采取措施甚至可能导致某些城市设计被完全摈弃。Middel博士说：“我们有一个非常受欢迎的公园项目，经过重新设计后，有一条小路直通公园。这意味着附近的居民不必开车去那里。听起来不错，对吧？可遗憾的是，没有人用这条路。实际情况并不像城市建筑师所期望的那样，当我们用仪器测量那里的温度时，才知道原因。这条路旁边没有任何阴凉的地方，走在上边感到火辣辣的，非常难受。解决这一问题将是一个既耗时又昂贵的过程。”

微气候分析技术可以帮助消除设计项目中无法确定的因素，以减轻热岛效应。Middel博士说：“技术可以帮助我们模拟各种场景，例如在哪里植树才能最大限度地减少热量的影响。我们不再需要在现场植树，然后再观察植树带来的效果。这一切我们都可以在电脑上模拟。”

例如，通过使用欧特克Spacemaker等工具，建筑师和城市设计师可以在规划和设计阶段创建模拟情景并轻松地对减少热量的策略进行测试。设计师们可以为特定日期和时间创建热舒适图，这样任何人都可以预测某一场所应对极端温度的方法。软件生成的热图可以准确显示停车场或其他室外空间在白天期间何时最可用，何时最不可用。这些类型的技术加在一起可以确保城市尽可能快速而高效地向更加凉爽宜人的目标发展。

Hondula说：“最重要的是现在就行动起来。高温对任何人来说都不是一个孤立的问题。我们今天就需要采取措施，因为未来30或40年的城市将在很大程度上取决于我们在今后5至10年中所做的决定。随着树木和反射表面等降温技术的广泛使用，一些模型表明，即使全球范围持续变暖，我们未来仍有可能拥有一个比今天更凉爽的城市，这一迹象是非常令人鼓舞的。”

补充说明：目前，欧特克Spacemaker微气候分析还无法论证各种地面类型或建筑材料（对温度）的影响，而是假设这些物体的表面温度等于空气的温度。 这些情景是根据过去8年的天气数据，使用第95个百分位最温暖的的气候结果创建的。