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Jul. 10 2019

給城市降溫,需要種多少棵樹?

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  • 影響人體白天熱舒適的關鍵環境因素。圖片來源:Trees for a Cool City: Guidelines for Optimised Tree Placement

  • 卡莉.茲特爾(Carly Ziter)在做研究時,把一個小氣象站綁在自行車後座上,騎著自行車在麥迪遜市附近轉圈。圖片來源:Carly Ziter/University of Wisconsin-Madison

  • 相比20年前,世界變得更「綠」了。圖片來源:NASA

  • 在中國西北部陝西省榆林市橫山區,一輛汽車行駛在一條將光禿禿的沙漠和被控制的沙漠分隔開來的路上。圖片來源:新華網

大樹底下好乘涼啊~

每年夏天,世界各地的空調都會開足馬力,對抗不斷攀升的氣溫。人們早就認識到,城市有自己的「微氣候」,通常比周圍的農村地區更溫暖,這就是「城市熱島效應」(Urban Heat Island Effect) 。

全球變暖使地球溫度升高,城市熱島效應變得愈來愈嚴重。城市規劃者們正在尋找減輕城市熱島效應的方法,其中一種就是種樹。

那麼問題來了,到底需要多少棵樹,才能讓一個街區的日間氣溫驟降,並在夜間保持涼爽?你可能會說:當然愈多愈好。不過,對城市規劃師而言,找出這個問題的精確答案相當重要。

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威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的研究人員對麥迪遜市不同樹木覆蓋度街區進行了溫度測試,測量分析結果發現:一個城市街區至少需要至少40%的樹木覆蓋率,這樣才會有明顯的溫差。這項研究結果發表在近日的《美國國家科學院期刊》(PNAS)上[1]

綠色遮陽傘

樹木被稱為「大自然的空調」,在世界各地的城市,人們經常種植樹木來幫助控制溫度,減輕城市熱島效應的影響。大樹底下好乘涼,城市樹木的樹冠就像一把遮陽傘,可以在太陽輻射到達地面之前將攔截大部分輻射熱,最高攔截率可能高達90%,而當陽光照射到樹冠上,水分會從樹葉上蒸發達到冷卻的效果,這和汗水蒸發冷卻我們皮膚是一個道理。

影響人體白天熱舒適的關鍵環境因素。圖片來源:Trees for a Cool City: Guidelines for Optimised Tree Placement

樹木也可以使建築物降溫,尤其是當樹木種植在建築東面或西面時,樹木的陰影可以防止太陽輻射穿透窗戶或加熱外牆。有研究稱,樹蔭可以將獨立式住宅的空調成本降低20%到30% [2]。另一方面,我們感覺有多「溫暖」並不完全取決於當地的氣溫,同時也取決於我們向周圍環境吸收和發射了多少電磁輻射。

威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員發現,在城市街區,至少需要40%的樹冠覆蓋來抵消瀝青的變暖效應。覆蓋範圍擴大顯然會帶來更多的降溫效應,但即便是在不到一半的街道被遮擋的情況下,城市也能看到實際的好處。當然,這只是一個整體數字。樹木的降溫效果與不透水地面的面積也有關。一般在路面四分之三區域有樹蔭遮擋時,降溫可以超過攝氏2.5℃,但在以瀝青為主的街區,大多只能減少攝氏0.5~1.0°C [1,3-4]

從可操作性來講,大多數城市的規劃者不太可能大規模拆除瀝青路面,所以增加樹木覆蓋面積可能是一個城市降溫的良選。另外,在城市的街區公園或綠化帶,草木結合效果可能更好。雖然道路、人行道和建築物白天吸收熱量,晚上釋放熱量,但是相當數量的灌木和草坪可以遮擋這些表面的陽光。慕尼黑工業大學(Technical University of Munich)的科學家發現,由於樹木的存在,周圍的土壤更加濕潤,草通過水分蒸發散發額外的熱量,從而降低了地面附近的溫度[5]

卡莉.茲特爾(Carly Ziter)在做研究時,把一個小氣象站綁在自行車後座上,騎著自行車在麥迪遜市附近轉圈。圖片來源:Carly Ziter/University of Wisconsin-Madison

樹木是城市的福音

聯合國發布的2018年版《世界城鎮化展望》(2018 World Urbanization Prospects)中指出,目前世界上有55%的人口居住在城市地區,到2050年,這一比例預計將增加到68%。雖然這些人經常依靠城市外部的自然資源來獲得食物和娛樂,但城市內部的自然資源可以通過城市森林的形式為城市居民提供巨大的「福利」。城市森林包括居民後院的一棵樹、街道兩旁的一排樹或公園裡的一片林區,將這些區域與其他樹木連接起來,擴大了城市森林的規模。

《生態模型》(Ecological Modeling)期刊上發表的一項研究中稱,在大城市中多種植20%的樹木,將使城市森林的效益翻番,如減少汙染、增加碳封存和減少能源浪費。這項由意大利那不勒斯帕特諾普大學(Parthenope University of Naples)開展的研究報告稱,城市規劃​​者、居民和其他利益攸關方應該開始在城市內部尋找自然資源,並通過種植更多的樹木來保護城市地區的自然環境。

研究小組估算了五大洲1000個大城市目前的樹木覆蓋率,研究了城市森林能通過消除空氣污染、節約能源和提供食物,給人類帶來每年超過5億美元的潛在價值。同時他們也驚奇地發現,每座城市都有潛力再增加20%的森林冠層覆蓋率[6]

城市天氣的好壞也被認為與城市森林覆蓋率有千絲萬縷的關聯。另一項有意思的研究發現,即使是一棵城市樹木,也能幫助減緩風速,讓行人在街上行走時感到舒適。而失去哪怕是一棵樹木,也會增加附近建築物的風壓,並推高采暖成本。研究人員利用計算機模擬來確定不同的場景──沒有樹、光禿禿的樹和滿是樹葉的樹,分別如何影響單個街道和房屋周圍的氣流和熱量模式。結果發現,把所有的樹都砍掉可以使風速增加兩倍,這將對走在街上的人產生明顯影響。例如,時速15公里的風速是令人舒爽的,但變成時速30公里就沒那麼輕鬆了。

移除建築周圍所有的樹木會使建築在冬季采暖耗能增加10%,夏季空調耗能增加15%。研究人員將模擬的場景與10年來從溫哥華附近一座30公尺高的研究塔中測量到的數據進行了比較,結果發現,即使是在冬天,光禿禿的樹木也能調節氣流和風壓,營造更舒適的環境[7]

前人種樹後人乘涼

當然,樹木給人類帶來的好處不止於此。它們提供涼爽的樹蔭,阻擋寒冷的冬季風,吸引鳥類和野生動物,淨化空氣,防止土壤侵蝕,清潔水源,同時也為我們的家園和社區增添一抹風景。在正確的地方種植正確的樹木可以節約能源,既可以減少能源賬單,同時又有助於對抗全球變暖。

相比20年前,世界變得更「綠」了。圖片來源:NASA

2019年2月12日,美國太空總署(NASA)發了一條令人振奮的推特:相比20年前,世界變得更「綠」了。根據衛星顯示,中國和印度在其中起到了主導作用。地球現在每年新增綠化面積超過500萬平方公里,與本世紀初相比增長了5%,相當於多出了一個亞馬孫雨林的覆蓋面積。中國和印度兩個人口大國,正在通過植樹造林和發展農業引領著地球的綠化[8]

這些「綠色面膜」的增加,未來或許能為人們帶來更加涼爽的夏日。希望通過科學家們後續的不斷研究,為人類減緩地球升溫的步伐提供更多的方法。(編輯:Yuki)

在中國西北部陝西省榆林市橫山區,一輛汽車行駛在一條將光禿禿的沙漠和被控制的沙漠分隔開來的路上。圖片來源:新華網

參考資料:

  1. Carly D. Ziter, Eric J. Pedersen, Christopher J. Kucharik, et al. Scale-dependent interactions between tree canopy cover and impervious surfaces reduce daytime urban heat during summer[J]. PNAS, 2019, https://doi.org /10.1073/pnas.1817561116.
  2. http://theconversation.com/can-trees-really-cool-our-cities-down-44099.
  3. https://www.popsci.com/shade-city-streets-trees-cooling#page-2.
  4. https://www.treehugger.com/climate-change/heres-how-many-trees-it-would-take-cancel-out-climate-change.html.
  5. Mohammad A. Rahman, Astrid Moser, Anna Gold, et al. Vertical air temperature gradients under the shade of two contrasting urban tree species during different types of summer days. Science of The Total Environment, 2018; 633: 100 DOI: 10.1016/j .scitotenv.2018.03.168.
  6. T. Endreny, R. Santagata, A. Perna, et al. Implementing and managing urban forests: A much needed conservation strategy to increase ecosystem services and urban wellbeing. Ecological Modelling, 2017; 360: 328 DOI: 10.1016/j.ecolmodel. 2017.07.016.
  7. MG Giometto, A. Christen, PE Egli, et al. Effects of trees on mean wind, turbulence and momentum exchange within and above a real urban environment. Advances in Water Resources, 2017; 106: 154 DOI: 10.1016/j.advwatres. 2017.06.018.
  8. Chi Chen, Taejin Park, Xuhui Wang, et al. China and India lead in greening of the world through land-use management[J]. Nature Sustainability, 2019, 2:122-129.

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