树木如何真正让我们的城市降温?

树木如何真正让我们的城市降温?

在世界各地的城市,树木都是 经常种植 帮助控制温度并减轻“城市热岛”。 但是,虽然树被称为“大自然的空调“在实践中,科学家们常常难以证明其冷却性能。

测量树木冷却效果最明显的方法是比较公园的气温和附近街道的气温。 但这种方法经常出现 令人失望的结果:即使在大型绿树成荫的公园里,白天的空气温度通常比闷热的街道低1°C,而夜间公园的温度实际上可能更高。

为了解释这个矛盾,我们需要更清楚地思考我们城市中热流的物理特性,以及我们正在进行的测量的规模。

阴暗的日子

从理论上讲,树木可以通过两种方式帮助提供冷却:提供遮荫,并通过一种称为蒸发蒸腾的过程。 在当地,树木通过阴影提供大部分冷却效果。 我们感觉到的温暖程度实际上更少取决于当地的气温,而更多地取决于我们向周围环境排放和吸收多少电磁辐射。 一棵树的树冠像遮阳伞一样,挡住了 高达90% 太阳的辐射,通过冷却我们下面的地面,增加我们失去的热量。

树木如何真正让我们的城市降温? 阴影冷却地面。 罗兰恩诺斯, 作者提供

总而言之,树木提供的阴影可以降低我们生理上相当的温度(也就是说,我们感觉周围的环境有多温暖) 七和15°C,取决于我们的纬度。 因此,在夏天的高峰期,人们会涌向伦敦公园,巴黎大道和地中海广场所提供的美丽凉爽的阴影,这一点也就不足为奇了。

树木还可以冷却建筑物 - 特别是在种植到东部或西部时 - 因为它们的阴影可以防止太阳辐射穿透窗户或加热外墙。 试验 调查和建模研究 在美国已经证明,树木遮荫可以将独立式住宅的空调成本降低20%至30%。

但是空调在某些地方比在其他地方更常见:例如,同时 三分之三 澳大利亚家庭拥有空调,它们在北欧的情况不太常见,使得那里的人口更容易受到城市炎热的危害。 在2003欧洲热浪期间,有 记录的70,000死亡人数更多,与同等的凉爽时期相比。 我们迫切需要进行更多研究,以了解树木的多少阴凉处可以让露台的房屋和公寓楼降温,那里有许多不太富裕的人居住。

击败热火

树木也可以用来解决一个更大的问题:城市热岛。 在平静,晴朗的天气,城市的气温期间 可以提出来 高于7°C,高于周围乡村,尤其是夜间。 在城市中,坚硬,黑暗的沥青和砖块表面吸收了几乎所有来自太阳的短波辐射, 加热 在40°C和60°C之间,储存能量,然后在静止的夜晚,当它可以被困在狭窄的街道峡谷中时释放到空气中。

树木如何真正让我们的城市降温? 蒸发蒸腾在行动中。 罗兰恩诺斯, 作者提供

城市树木可以通过在辐射到达地面之前拦截辐射并利用能量进行蒸发来抵消这一过程。 当太阳光线照射到树冠上时会发生蒸发蒸腾,导致水从树叶中蒸发。 这样可以冷却它们 - 就像出汗使我们的皮肤冷却一样 - 从而减少了加热空气所需的能量。

蒸发蒸腾的影响可以通过两种方式量化。 首先,你可以测量树冠的温度 通常更冷 比建筑表面 - 仅高于空气温度2°C至3°C。 不幸的是,我们无法真正声称这种温度差异是冷却能力的证据; 叶子比建筑表面更冷,即使它们没有失水,因为它们可以更有效地冷却 对流.

更好的方法是直接计算树的冷却效果,通过测量树的损失量。 您可以通过测量树干上的树液流量或单叶水分流失来做到这一点。 这些方法表明,树冠可以将60%的入射辐射转移到蒸发蒸腾。 即使是一种小型(4m高)Callery梨树 - 北欧常见的种植品种 - 也可以提供 6kW冷却:相当于两个小型空调机组。

但是有一个问题:树木只有在生长良好时才能提供这种冷却效果。 通过测量单个叶子的水分流失, 我们展示了 较稀疏,生长缓慢的李子和蟹苹果树只提供了Callery梨冷却效果的四分之一。 更重要的是,如果生长条件差,树木的有效性可以大大降低。 我们发现如果根系通过压实或通风不良的土壤生长,Callery梨的蒸腾可以减少5倍。 无论是在大街上还是在公园里种植大树和小树的相对表现,都需要进行更多的研究。

计算树木冷却能力的最后一个难点是确定给定树木的蒸发蒸腾量实际上会降低多少空气温度。 在科学中经常需要建模方法,物理学家,工程师和生物学家一起工作。 我们需要将现实的树木放入详细的区域气候模型中,这些模型可以模拟通过城市的复杂的空气和能量运动。 只有这样,我们才能确定城市森林的区域效益,并找出如何利用树木使我们的城市更凉爽,更宜居的地方。

关于作者

ennos rolandRoland Ennos,赫尔大学生物力学教授。 他对生物与物理世界的相互作用方式感兴趣,特别是在结构工程方面。 他最近研究了昆虫翅膀和植物根系的机械设计以及草的机械防御

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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