New Yorks byggnader och asfalt hjälper till att fånga solens ljus och resulterar i varmare temperaturer. Eric Meola/Iconica Collection/Getty Images Om du inte kan ta värmen, komma ut ur staden. Slå på den lokala väderrapporten och du kommer förmodligen att märka en udda trend. Temperaturerna är ofta några grader högre i städer än de är i deras omgivande landsbygdsområden. Denna temperaturskillnad är resultatet av ett bisarrt fenomen som kallas urban heat island -effekt .
Som namnet antyder, effekten gör städer till värmeöar. Enligt U.S. Environmental Protection Agency, temperaturer i amerikanska städer kan bli så mycket som 10 grader Fahrenheit högre än deras omgivande områden [källa:EPA]. Normalt är temperaturskillnaderna inte riktigt så stora, men även några grader kan göra en enorm skillnad. Kravet på luftkonditionering på sommaren leder till högre energiräkningar. Och många hävdar att detta ökar utsläppen av växthusgaser från kraftverk som ger den extra energin. Å andra sidan, vissa påpekar att det minskade värmebehovet på vintern kompenserar kostnaderna på sommaren. Dessutom, varmare städer på vintern betyder färre isiga gator.
Kanske det värsta resultatet av värmeöseffekten är antalet värmerelaterade dödsfall. Även om skadainducerande stormar får mest medial uppmärksamhet, National Oceanic and Atmospheric Administration rapporterar att värme vanligtvis är mer dödligt. I USA., värme dödar vanligtvis fler människor varje år än tornado, orkaner, översvämningar och blixtnedslag tillsammans [källa:NOAA].
Så vad skapar urban heat island -effekten? Och hur kan stadsplanerare minska det?
Stadsbyggnadstak och asfalt är ofta mörkfärgade, vilket hjälper till att driva urban heat island -effekten. David Zimmerman/UpperCut Images/Getty Images För att förstå effekten av urban heat island, vi måste först förstå några enkla fysikregler. Viktigast, vi bör förstå att föremål kan absorbera och reflektera ljus. Faktiskt, färgen på ett objekt beror på vilken typ av ljus det reflekterar. Till exempel, ett grönt föremål reflekterar grönt ljus och absorberar alla andra synliga ljusfärger. När vi ser ett grönt föremål, vi uppfattar det som grönt eftersom det speglar färgens gröna våglängd tillbaka till våra ögon. Mörkare föremål är utmärkta ljusabsorberare. Faktiskt, svarta ytor absorberar nästan allt ljus. Å andra sidan, ljusare ytor absorberar inte mycket ljus alls - snarare reflekterar de nästan allt.
Så vad har absorptionen av ljus att göra med värme? När ett föremål absorberar ljus, det omvandlar det ljuset till termisk energi, och avger det som värme. Så, eftersom svarta föremål absorberar mer ljus, de avger också mer värme. Det är därför du bär en svart skjorta på en het, solig dag kommer bara att göra dig varmare. Den svarta skjortan absorberar ljus och avger det som värme på din hud. I en vit skjorta, å andra sidan, kommer att hjälpa till att reflektera solljuset och hålla dig svalare.
Den hastighet med vilken ett objekt kan reflektera solstrålning kallas dess albedo [källa:Budikova]. Ju större albedo något har, desto bättre reflekterar den strålning. Traditionell asfalt har en låg albedo, vilket innebär att den reflekterar strålningen dåligt och istället absorberar den.
När vi bygger och utökar städer, vi brukar bygga byggnader med mörka ytor och lägga asfaltbeläggning. Byggnaderna och trottoaren absorberar en betydande mängd ljus och strålning och avger det som värme, värmer staden. Eftersom mer än hälften av ytorna i städer är konstgjorda, städer värmer upp mer än landsbygden, där strukturer är mindre koncentrerade [källa:EPA]. Denna värmeabsorption är anledningen till att temperaturskillnaden mellan städer och landsbygdsområden är högst några timmar efter solnedgången. Städer håller på mer värme under en längre tid än landsbygden gör [källa:EPA].
Men det är inte det enda som orsakar urban heat island -effekten. Forskare tror att vegetation spelar en stor roll för att hålla ett område svalt genom en process som kallas avdunstningskylning . avdunstning är när vätska förvandlas till gas. Växter tar upp vatten genom sina rötter och är beroende av det för att leva. Men när växten är klar med den, torr luft absorberar det vattnet genom att göra det till gasformigt vatten ånga . Luften ger värmen som driver denna process, så under processen, luften tappar värme och blir svalare. Vi upplever samma typ av saker när vi svettas - när luft träffar din svettiga hud, det absorberar fukt och kyler luften runt dig [källa:Asimakopoulos]. Eftersom att bygga en stad innebär att ersätta vegetation med strukturer, staden förlorar de förångningskylande fördelarna med vegetation.
Andra faktorer bidrar också till effekten. Till exempel, bilar och luftkonditionering, som är allestädes närvarande i stadsområden, omvandla energi till värme och släpp ut denna värme i luften.
Nu när vi vet vad som orsakar detta fenomen, låt oss lära oss stegen för att minska det.
Gröna tak, som den här ovanpå Chicagos stadshus, hjälpa till att kompensera för urban heat island -effekt. Tim Boyle/Staff/Getty Images Lyckligtvis, eftersom vi vet vad som orsakar urban heat island -effekten, vi kan kontrollera det i betydande utsträckning. Vissa tekniker minskar behovet av luftkonditionering och minskar energikostnaderna.
Eftersom de mörka ytorna och låga albedo i stadsstrukturer värmer upp området, den logiska lösningen skulle vara att vända denna trend. Stadsplanerare kan göra detta genom att måla strukturer vita, eller andra ljusa färger. Denna grundteknik går långt för att vända effekten på urban heat island.
Dock, vissa människor gillar inte tanken på att blunda, helvit stad. Lågreflekterande beläggning erbjuder ett alternativ och finns i icke-vita färger. Dessa typer av beläggningar reflekterar osynlig strålning utan att reflektera allt ljus [källa:Synneffa]. Så, de håller ett föremål relativt svalt utan att offra dess mörka färg.
Vissa beläggningar med hög reflektivitet kan också appliceras på asfalt. Asfaltspånstätningar och emulsionstätningar är två sådana exempel som behandlar asfalt för att göra dess yta mer reflekterande [källa:EPA]. Processerna minskar albedofaktorn för asfalt, som är en viktig bidragsgivare till urban heat island -effekten.
En modefluga som blir allt populärare är installationen av grön tak ovanpå stadsbyggnader. Denna lösning har inget att göra med färg. Ett "grönt tak" är helt enkelt ett tak som innehåller växter och vegetation. Gröna tak utnyttjar samma förångande kylningseffekt som städer förlorar när de hackar bort vegetation. Så ett grönt tak hindrar inte bara att byggnadens tak tar upp värme, men kyler luften runt den, kompensera den urbana värmeöseffekten i viss utsträckning. Många hållbara byggnader använder gröna tak för att minska sitt beroende av energiförbrukning.
Flera andra metoder hjälper också till att minska den urbana värmeöseffekten. Till exempel, tak stänk är en annan avdunstande kylningslösning. Sprinkler på taket fuktar ytan så att luften runt den svalnar genom avdunstning [källa:Asimakopoulos]. Stadsplanerare sätter också upp traditionella parkeringsplatser längs massor där träd och vegetation växer. Höga träd bidrar inte bara till förångningskylning utan ger också välbehövlig skugga.
För att lära dig mer om grönbyggnadstekniker och relaterade ämnen, utforska länkarna på nästa sida.
Fysikens hypotetiska lilla svarta klänningFör att prata om rörelse av värme och energi, forskare använder ett teoretiskt objekt som är en perfekt absorberare (och därmed perfekt emitter) av värme och energi. De kallar detta för a svart kropp eftersom det absorberar allt ljus och verkar helt svart för oss. Det är ett av de grundläggande verktygen för studenter i termodynamik.
Källor
