Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị là gì?

Nếu bạn không thể giải nhiệt, hãy ra khỏi thành phố. Bật báo cáo thời tiết địa phương và có thể bạn sẽ nhận thấy một xu hướng kỳ lạ. Nhiệt độ ở các thành phố thường cao hơn vài độ so với các vùng nông thôn xung quanh. Sự chênh lệch nhiệt độ này là kết quả của một hiện tượng kỳ lạ được gọi là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị .

Như tên của nó, hiệu ứng làm cho các thành phố trở thành những hòn đảo nhiệt. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ , nhiệt độ ở các thành phố của Hoa Kỳ có thể cao hơn 10 độ F so với các khu vực xung quanh [nguồn: EPA ]. Thông thường, sự chênh lệch nhiệt độ không quá lớn, nhưng ngay cả một vài độ cũng có thể tạo ra sự khác biệt rất lớn. Nhu cầu điều hòa không khí trong mùa hè dẫn đến hóa đơn năng lượng cao hơn. Và nhiều người cho rằng điều này làm tăng lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính từ các nhà máy điện cung cấp thêm năng lượng đó. Mặt khác, một số chỉ ra rằng nhu cầu giảm nhiệt vào mùa đông bù đắp chi phí vào mùa hè. Ngoài ra, các thành phố ấm hơn vào mùa đông có nghĩa là ít đường phố băng giá hơn.

Có lẽ kết quả tồi tệ nhất của hiệu ứng đảo nhiệt là số ca tử vong do nhiệt. Mặc dù các cơn bão gây ra thiệt hại thu hút sự chú ý của giới truyền thông nhất, Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia báo cáo rằng nắng nóng thường gây chết người nhiều hơn. Ở Mỹ, nắng nóng thường giết chết nhiều người hơn mỗi năm so với lốc xoáy, bão , lũ lụt và sét cộng lại [nguồn: NOAA ].

Vậy điều gì tạo ra hiệu ứng đảo nhiệt đô thị? Và các nhà quy hoạch thành phố có thể giảm thiểu nó như thế nào?

Để hiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, trước tiên chúng ta cần hiểu một vài quy tắc vật lý đơn giản. Quan trọng nhất, chúng ta nên hiểu rằng các vật thể có thể hấp thụ và phản xạ ánh sáng . Trên thực tế, màu sắc của một vật phụ thuộc vào loại ánh sáng mà nó phản chiếu. Ví dụ, một vật màu xanh lá cây phản xạ ánh sáng xanh lục và hấp thụ tất cả các màu nhìn thấy khác của ánh sáng. Khi chúng ta nhìn thấy một vật màu xanh lá cây, chúng ta sẽ cảm nhận nó là màu xanh lục vì nó phản xạ bước sóng màu xanh lục trở lại mắt của chúng ta. Những vật có màu tối hơn là những vật hấp thụ ánh sáng tuyệt vời. Trên thực tế, bề mặt đen hấp thụ gần như toàn bộ ánh sáng. Mặt khác, các bề mặt có màu sáng hơn hoàn toàn không hấp thụ nhiều ánh sáng - thay vào đó chúng phản chiếu gần như toàn bộ ánh sáng.

Vậy sự hấp thụ ánh sáng có liên quan gì đến nhiệt lượng? Khi một vật thể hấp thụ ánh sáng, nó sẽ chuyển ánh sáng đó thành nhiệt năng và phát ra nhiệt năng. Vì vậy, bởi vì các vật đen hấp thụ nhiều ánh sáng hơn, chúng cũng tỏa ra nhiều nhiệt hơn. Đó là lý do tại sao mặc một chiếc áo sơ mi đen trong một ngày nắng nóng sẽ chỉ khiến bạn nóng hơn mà thôi. Áo sơ mi đen hấp thụ ánh sáng và tỏa ra nhiệt trên da của bạn. Mặt khác, mặc áo sơ mi trắng sẽ giúp phản chiếu ánh sáng mặt trời và giữ cho bạn mát mẻ hơn.

Tốc độ mà một vật thể có thể phản xạ bức xạ mặt trời được gọi là albedo của nó [nguồn: Budikova ]. Thứ gì đó có albedo càng lớn thì nó càng phản xạ bức xạ tốt hơn. Nhựa đường truyền thống có albedo thấp, có nghĩa là nó phản xạ bức xạ kém và thay vào đó hấp thụ nó.

Khi chúng ta xây dựng và mở rộng các thành phố, chúng ta có xu hướng xây dựng các tòa nhà có bề mặt tối và trải mặt đường bằng nhựa. Các tòa nhà và vỉa hè hấp thụ một lượng ánh sáng và bức xạ đáng kể và phát ra nhiệt, làm ấm thành phố. Bởi vì hơn một nửa bề mặt ở các thành phố là do con người tạo ra, các thành phố nóng lên nhiều hơn so với các khu vực nông thôn, nơi các công trình kiến ​​trúc ít tập trung hơn [nguồn: EPA ]. Sự hấp thụ nhiệt này là lý do tại sao chênh lệch nhiệt độ giữa các thành phố và khu vực nông thôn là cao nhất vài giờ sau khi mặt trời lặn. Các thành phố giữ được nhiều nhiệt hơn trong một thời gian dài hơn so với các khu vực nông thôn [nguồn: EPA ].

Nhưng đó không phải là điều duy nhất gây ra hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. Các nhà khoa học tin rằng thảm thực vật đóng một vai trò quan trọng trong việc giữ cho một khu vực mát mẻ thông qua một quá trình gọi là làm mát bay hơi . Sự bay hơi là khi chất lỏng biến thành chất khí. Thực vật hấp thụ nước qua rễ và phụ thuộc vào nó để sống. Nhưng sau khi cây được làm xong, không khí khô sẽ hấp thụ nước đó bằng cách biến nó thành hơi nước ở thể khí . Không khí cung cấp nhiệt lượng để thúc đẩy quá trình này, vì vậy trong quá trình này, không khí mất nhiệt và trở nên mát hơn. Chúng ta cũng gặp phải tình trạng tương tự khi đổ mồ hôi - khi không khí chạm vào làn da đầy mồ hôi của bạn, nó sẽ hấp thụ độ ẩm và làm mát không khí xung quanh bạn [nguồn: Asimakopoulos]. Bởi vì xây dựng một thành phố có nghĩa là thay thế thảm thực vật bằng các công trình kiến ​​trúc, thành phố mất đi lợi thế làm mát bay hơi của thảm thực vật.

Các yếu tố khác cũng góp phần vào hiệu ứng. Ví dụ, ô tô và máy điều hòa không khí , phổ biến ở các khu vực đô thị, chuyển đổi năng lượng thành nhiệt và giải phóng nhiệt này vào không khí.

Bây giờ chúng ta biết những gì gây ra hiện tượng này, chúng ta hãy tìm hiểu các bước để giảm nó.

May mắn thay, vì chúng tôi biết những gì gây ra hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, chúng tôi có thể kiểm soát nó ở một mức độ đáng kể. Một số kỹ thuật làm giảm nhu cầu sử dụng máy lạnh và giảm hóa đơn năng lượng.

Bởi vì bề mặt tối và độ nhiễu thấp của các công trình đô thị làm nóng khu vực, giải pháp hợp lý sẽ là đảo ngược xu hướng này. Các nhà quy hoạch đô thị có thể làm điều này bằng cách sơn các cấu trúc bằng màu trắng, hoặc các màu sáng khác. Kỹ thuật cơ bản này đi một chặng đường dài trong việc đảo ngược hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

Tuy nhiên, một số người không thích ý tưởng về một thành phố toàn màu trắng chói lọi. Lớp phủ có độ phản xạ thấp cung cấp một giải pháp thay thế và có các màu không phải màu trắng. Những loại lớp phủ này phản xạ bức xạ vô hình mà không phản xạ tất cả ánh sáng [nguồn: Synneffa ]. Vì vậy, chúng giữ cho một vật thể tương đối mát mẻ mà không làm mất đi màu tối của nó.

Một số lớp phủ có hệ số phản xạ cao cũng có thể được áp dụng cho nhựa đường. Phớt phoi nhựa đường và sơn phủ nhũ tương là hai ví dụ xử lý nhựa đường để làm cho bề mặt của nó phản chiếu tốt hơn [nguồn: EPA ]. Quá trình xử lý làm giảm yếu tố albedo của nhựa đường, một yếu tố góp phần chính vào hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

Một mốt đang trở nên phổ biến là việc lắp đặt các mái nhà xanh trên các tòa nhà thành phố. Dung dịch này không liên quan gì đến màu sắc. Một " mái nhà xanh " chỉ đơn giản là một mái nhà bao gồm thực vật và thảm thực vật. Những mái nhà xanh khai thác hiệu ứng làm mát bay hơi tương tự mà các thành phố mất đi khi chúng chặt phá thảm thực vật. Vì vậy, một mái nhà xanh không chỉ ngăn mái của tòa nhà hấp thụ nhiệt, mà còn làm mát không khí xung quanh nó, bù đắp hiệu ứng đảo nhiệt đô thị ở một mức độ nào đó. Nhiều tòa nhà bền vững sử dụng mái xanh để giảm sự phụ thuộc vào việc tiêu thụ năng lượng.

Một số phương pháp khác cũng giúp giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. Ví dụ, rắc mái là một giải pháp làm mát bay hơi khác. Các vòi phun nước trên mái làm ướt bề mặt để không khí xung quanh nguội đi nhờ bay hơi [nguồn: Asimakopoulos ]. Các nhà quy hoạch đô thị cũng thiết lập các bãi đậu xe truyền thống dọc theo các bãi đất nơi cây cối và thảm thực vật phát triển. Cây cao không chỉ góp phần làm mát bay hơi mà còn cung cấp bóng râm rất cần thiết.

Để tìm hiểu thêm về các kỹ thuật xây dựng xanh và các chủ đề liên quan, hãy khám phá các liên kết trên trang tiếp theo.

Chiếc váy nhỏ màu đen giả thuyết của Vật lý

Để nói về sự chuyển động của nhiệt và năng lượng, các nhà khoa học sử dụng một đối tượng lý thuyết là vật hấp thụ hoàn hảo (và do đó là vật phát hoàn hảo) nhiệt và năng lượng. Họ gọi đây là vật đen vì nó hấp thụ tất cả ánh sáng và có vẻ như hoàn toàn đen đối với chúng ta. Nó là một trong những công cụ cơ bản cho sinh viên nhiệt động lực học.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn