研究發(fā)現(xiàn)，街道和建筑物的排列方式對(duì)熱的形成有很大的影響

一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，城市有有序模式，就像大多數(shù)地圖上看到的街道網(wǎng)格一樣，城市熱島效應(yīng)比那些無序模式的城市要大得多，比如右上角的區(qū)域。一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，城市有有序模式，就像大多數(shù)地圖上看到的街道網(wǎng)格一樣，城市熱島效應(yīng)比那些無序模式的城市要大得多，比如右上角的區(qū)域。

研究人員發(fā)現(xiàn)，城市街道和建筑的布局在當(dāng)?shù)爻鞘袩釐u效應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，這使得城市比周圍的環(huán)境更熱。新的發(fā)現(xiàn)可以為城市規(guī)劃者和官員提供新的方法來影響這些影響。

一些城市，比如紐約和芝加哥，在一個(gè)精確的網(wǎng)格上，就像水晶中的原子一樣，而像波士頓或倫敦這樣的城市則排列得更混亂，就像液體或玻璃中的無序原子。研究人員發(fā)現(xiàn)，與周圍環(huán)境相比，“水晶”城市的熱量積累要遠(yuǎn)多于“玻璃狀”的城市。

研究發(fā)現(xiàn)，城市模式的這些差異(他們稱之為“紋理”)是決定城市熱島效應(yīng)的最重要因素。這項(xiàng)研究是由麻省理工學(xué)院和國(guó)家科學(xué)研究中心的高級(jí)研究員羅蘭·佩爾倫克進(jìn)行的，熱島效應(yīng)幾十年來都是眾所周知的。這實(shí)際上是由于城市建筑材料，如混凝土和瀝青，能夠在白天吸收熱量并在晚上輻射回來，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過植被覆蓋的區(qū)域。這種效果可能非常顯著，在亞利桑那州鳳凰城(Phoenix, Arizona)等地的夜間氣溫增加了10華氏度。在這種情況下，這種效應(yīng)會(huì)顯著地增加炎熱天氣中的健康問題和能源消耗，因此更好地了解在一個(gè)越來越多的人居住在城市的時(shí)代，什么會(huì)產(chǎn)生它將是非常重要的。

Pellenq說，研究小組發(fā)現(xiàn)，利用數(shù)學(xué)模型來分析材料中的原子結(jié)構(gòu)，提供了一種有用的工具，這就引出了一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來描述城市的設(shè)計(jì)將如何影響其熱島效應(yīng)。

“我們使用的是經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)物理工具，”他解釋道。研究人員最初設(shè)計(jì)的公式是用來描述物質(zhì)中的單個(gè)原子如何受到其他原子力的影響，并將這些復(fù)雜的關(guān)系集合簡(jiǎn)化為對(duì)相鄰建筑物相對(duì)距離的更簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)描述。然后應(yīng)用他們從衛(wèi)星圖像的建筑模式確定47個(gè)城市在美國(guó)和其他國(guó)家,最終結(jié)束了一個(gè)索引號(hào)為每個(gè)——稱為局部有序參數(shù)介于0(總障礙)和1(完美的晶體結(jié)構(gòu)),提供一個(gè)集群的統(tǒng)計(jì)描述最近的鄰居的任何給定的建筑。

對(duì)于每個(gè)城市，他們必須收集可靠的溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自城市內(nèi)部的一個(gè)站點(diǎn)，而另一個(gè)位于附近，然后決定兩者的區(qū)別。

為了計(jì)算這個(gè)局部的順序參數(shù)，物理學(xué)家通常需要使用一些方法，例如用中子轟擊材料來定位原子內(nèi)部的位置。但是對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，Pellenq說，“為了得到建筑的位置，我們不使用中子，只是谷歌地圖。”他們利用他們開發(fā)的算法來確定城市地圖上的參數(shù)，他們發(fā)現(xiàn)城市從0.5到0.9不等。

研究小組確定，加熱效果的差異似乎是由于建筑物重新輻射的熱量，然后被其他直接面對(duì)它們的建筑物重新吸收。

他說，特別是在中國(guó)這樣的地方，新城市正在快速建設(shè)，而其他地區(qū)的城市正在迅速擴(kuò)張，這些信息可能非常重要。在炎熱的地方,城市設(shè)計(jì)可以減少額外的加熱,但在寒冷的地方,效果可能實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)勢(shì),可以設(shè)計(jì)和城市。

“如果你正在計(jì)劃一個(gè)新的部分的鳳凰城,“Pellenq說,“你不想建立一個(gè)網(wǎng)格,因?yàn)樗呀?jīng)是一個(gè)非常熱的地方。但在加拿大,一個(gè)市長(zhǎng)可能說不,我們會(huì)選擇使用網(wǎng)格,保持城市的溫暖?！?/p>

的影響是顯著的,他說。團(tuán)隊(duì)單獨(dú)評(píng)估所有的州和發(fā)現(xiàn),例如,僅在佛羅里達(dá)州城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致多余的成本估計(jì)為4億美元空調(diào)?！斑@給城市規(guī)劃者的策略,”他說。而在一般簡(jiǎn)單遵循一個(gè)網(wǎng)格模式,在放置公用線路,下水道和水管,和運(yùn)輸系統(tǒng),在熱的地方可能是一個(gè)嚴(yán)重的問題,它可以是值得額外的并發(fā)癥更少的線性布局。

這項(xiàng)研究還表明,對(duì)建筑材料的研究可能提供了一種在城市歷史市中心地區(qū)前進(jìn)的正確管理熱之間的交互建筑。