當寒暑成災(四): 仿海綿絕熱島?
103/06/16
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李柏昱|
國立臺灣大學 地理環境資源學系
「都市熱島」這個名詞經由媒體的報導,想必大家並不陌生。不過都市熱島真正的成因有哪些?我們如何量測一座都市的熱島強度?都市越來越熱,我們該怎麼辦?為了認識這些問題,我們邀請了台大大氣系柳中明教授為我們解惑,一探究竟是那些因素正在讓我們賴以維生的城市成為火爐!
什麼是都市熱島效應?
都市中存在大量的人工發熱物體,例如冷氣機或是汽機車引擎,這些發熱物體排放出的廢熱導致都市中蓄積了大量的熱能。而鋼筋混泥土構成的建築物與柏油路面則是容易蓄熱的材質,加上綠地稀少、河川遭到覆蓋、高樓建築阻擋風的流動等等,這些複合因素導致都市在周遭較低溫的郊區襯托下,猶如一座發熱的島嶼,氣象學家便把這種現象稱之為「都市熱島」(urban heat island)。
都市的熱島效應會隨時間與氣候條件變化,一年中冬季的熱島強度普遍而言比夏季強,而一日之中熱島強度最強的時間通常出現在傍晚,此時夜晚剛開始,都市白天蓄積的熱能開始釋放。在國內外的研究中,都市熱島的強度從攝氏2度到12度不等,而在臺灣,李魁憲針對台灣四大都會區(台北、高雄、台中、台南)的研究中,發現台灣大都市的熱島強度約在攝氏3至4度間,也就是說市中心的最高溫會比市郊高上3至4度左右。
都市熱島效應除了提高都市的溫度,亦會造成都市地區的局部氣候改變,包含:高溫化、乾燥化、日射量減少、雲量增多、霧日增多、降雨量微增、平均風速降低、加劇空氣污染等等。對於都市生活的舒適與能源的消耗扮演舉足輕重的影響,尤其在全球極端事件頻傳的現代,都市熱島更可能火上加油,讓都市面對天氣災變更為脆弱。
都市熱島與全球暖化?
都市越變越熱,這不禁讓人聯想到同樣在描述氣溫上升的全球暖化現象,與都市熱島有何差異呢?其實,都市熱島與全球暖化為兩個成因完全不同的現象,全球暖化是因為人類排放的溫室氣體,導致大氣層的溫室效應使全球普遍升溫,無論都市、鄉村還是無人的荒野地區都有溫度上升的趨勢。
而都市熱島只存在於都市地區,各地受地形、氣候條件以及季節的影響,在強度上會有所差異。不過,隨著全球暖化帶來的升溫趨勢,都市在熱島效應的加乘作用下,面對極端高溫時會更容易受害。此外,根據台電的統計,台灣都市地區氣溫每上升攝氏一度,冷氣用電量會增加6%,消耗更多能源代表都市將排放更多溫室氣體,故熱島效應可說是間接影響暖化,但並非暖化的主因。
以台北為例,藉由比對基隆外海彭佳嶼以及台北市區的氣象測站,即可發現都市地區同時受到全球暖化以及都市熱島的雙重影響。從1910年至2011年,無論彭佳嶼或台北的測站氣溫都呈上升趨勢,台北市上升1.7度,彭佳嶼則上升1.2度。彭佳嶼測站由於周遭人為影響小,可視為台灣地區氣溫上升幅度的基準值,而台北與彭佳嶼的0.5度差距就可能是台北的熱島效應所造成。
那麼,科學家怎麼觀測熱島效應呢?
目前常見的都市熱島觀測方法有三種:「固定氣象站觀測法」、「遙測法」以及「移動觀測法」。三種方法各有其優缺點,故在都市熱島的研究中科學家通常會綜合使用三者,以獲得較為全面且客觀的觀測結果。
固定氣象站觀測法藉由比對市中心與市郊觀測站的溫度,來獲得都市熱島的觀測數據。不過由於測站數量有限,加上測站地理空間上的分布不均,無法充分表現都市熱島在空間上的分布狀況。
遙測法利用衛星搭載的紅外線感測儀器,進行地表溫度的觀測。遙測法適用於大範圍的都市熱島研究,同時能結合都市的土地利用變遷,進行不同時間的變化分析。但是遙測法的觀測會因為地表放射率(land surface emissivity)的變化、大氣環境不同而影響其精確性,並有解析度不足的問題。
移動觀測法利用架設於汽機車上的溫度感測器,行駛於市區以及市郊的道路上進行觀測,具有自由度較高以及觀測時間較具彈性等優點,而且測得的溫度為地表附近的溫度,因為地表附近是都市中人們活動的主要範圍,觀測結果更貼近人們對於熱島效應的確切感受。不過因為汽機車行駛需要時間,此觀測法有時間不同步的缺點,需要藉由校正與標準化來減少誤差。
都市越來越熱,怎麼辦?
都市熱島導致增溫將影響都市生活的舒適性以及都市能源的使用,但是無論是在台灣或是世界其他地方,人口持續朝都市集中已經成為主要趨勢。面對都市逐漸成為一個發燙的火爐,有什麼方法可以減緩溫度上升的幅度呢?
要減緩熱島效應,就要針對病徵對症下藥。都市熱島的形成原因複雜,主要受到人為活動、密度、交通、建築物量體與建築材質、綠地與水域的分布影響,並且與都市的地理以及氣候條件有關,是以沒有一套舉世皆然的應對策略。不過,基本上提高都市的綠化程度,是減少都市熱島效應最顯著的方法。
在國外的案例中,提高都市綠化的方法主要有鼓勵綠屋頂、多種植樹木、闢建公園綠地等方式,例如芝加哥市政府便於2000年開始推動綠屋頂計畫,除了能幫助都市降溫,這些屋頂上的菜園甚至能種植有機農產品,有助於推廣在地種植、在地消費,更進一步減少因長途運輸導致的能源消耗。
同時,流水對於都市熱島的減緩亦有顯著功效,例如韓國首爾清溪川自2005年完工後,附近地區的氣溫由原本高於首爾平均值攝氏5度,降低為低於平均值3.6度,前後溫度降幅高達8度以上。此外清溪川沿線的平均風速亦提升了50%,提高了鄰近地區的空氣清潔度。
此外,由於都市熱島另一主要成因為建築物與道路的蓄熱能力,故透過鋪面的改善,將道路、停車場改為透水鋪面,或是提高屋頂的反射率,減少建築物蓄熱的能力,亦是國外普遍減緩都市熱島的方法。
不過,在台灣寸土寸金的都市中,想再興建大規模公園綠地幾乎是不可能的任務,而台灣由於有颱風威脅,在屋頂種植樹木會有安全的考量。較可能的實際作法是鼓勵改變道路與屋頂的鋪面材質,並考慮都市先天地理條件的風場與藍綠帶,藉由都市計畫的修訂推動風廊、恢復河川系統等方式改善。另外亦可透過興建大眾運輸設施,減少私有汽機車的使用量,並鼓勵減少冷氣使用,以減少廢熱的排放。
柳中明老師近年亦大力提倡「海綿城市」的觀念,主要便是希望透過鋪面的改善,改變為「高承載、高透水、高透氣鋪面」,兼顧實用性的同時,能讓道路成為蓄水、透氣的「地下濕地生態系統」,提高都市的生態機能。這樣的鋪面除能減緩都市熱島,亦能協助都市應付極端的天氣事件,減少水患威脅。
除了這些大規模的都市熱島改善策略,生活在都市中的小市民亦能如何為減緩都市熱島盡一份力呢?我們可以從少開冷氣、多搭乘大眾運輸做起,減少都市的廢熱排放,並在居家陽台多栽植綠色植物,即便一個人的影響不大,但只要足夠的人願意為減緩都市熱島付諸行動,市民也能成為改善都市熱島,讓周遭的環境更美好!(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿/2013年/12月)
責任編輯:鄭國威│元智大學資訊社會研究所