什么是城市热岛——设计师该如何预防?

• 很少有城市是为了应对气候变化造成的日益极端的高温而建造的。
• 建筑师和城市设计师在创造建筑、公共空间和其他城市环境方面面临着越来越大的压力，这些建筑、公共空间和其他城市环境可以保证人们在极端温度下的安全。
• 被动式设计、水景、树荫和绿色植物以及小气候分析技术都是设计师可以用来为更热的未来做好准备的工具。

随着气候变化极端天气在全球范围内，气温上升已成为一个令人震惊的现实。在过去的一年里，有报道称极端高温使其破碎7000条记录在美国各地。温度超过116.6°F(47.0°C)在印度四月底和热浪在欧洲造成大范围干旱，两万多人死亡。

然而，这些报告忽略了一个重要方面，那就是世界各地的城市正在加剧这一问题。从吸热材料到缺乏遮荫和绿色植物，城市是由各种因素构成的，这些因素使城市比附近的农村地区热得多，导致气象学家所说的“城市热岛效应”。但是什么是城市热岛，城市热岛为什么会形成，建筑师可以做些什么来防止它们，以及技术如何提供帮助?

什么是城市热岛?

当你想到世界上最大的城市时，你的脑海中可能会浮现出高耸的钢铁摩天大楼、混凝土停车场和人行道上拥挤的橱窗购物。这些都是创造城市热岛的完美元素。

这是因为在白天，沥青等深色表面比浅色表面吸收更多的太阳辐射，起到“热海绵”的作用，而高层建筑可以阻挡风，并提供了多次反射阳光的机会。到了晚上，所有这些储存的热量慢慢释放到空气中，增加了成千上万台空调产生的额外废热，城市居民需要在炎热的天气中保持安全。

亚利桑那州立大学(ASU)助理教授阿丽亚娜·米德尔博士说:“这一切都意味着，我们的城市在夜间并没有真正达到应有的降温效果。”多年来，作为气候研究小组的一部分，她一直在研究和模拟城市热量SHaDe实验室．她的大部分工作目前都在凤凰城，这个城市很快就会搬到凤凰城变得不适宜居住由于气候变化加剧了城市热岛效应。

“这是市政府的人越来越意识到的一个问题，”亚利桑那州立大学助理教授兼凤凰城热响应和缓解办公室主任大卫·洪多拉说，凤凰城热响应和缓解办公室是美国首个公共资助的此类办公室。“目前还不清楚的是，谁来负责解决我们城市中与高温有关的挑战。”

洪都拉和他的团队接到了特别的任务，在一切为时已晚之前对抗城市的极端高温。最近的项目包括城市的“很酷的路面的试点项目，该项目与亚利桑那州立大学合作进行，结果显示，与传统沥青相比，反光沥青涂层在中午和下午的平均表面温度降低了10.5至12度。

对抗极端高温是每个城市政府都应该效仿的做法，而且越快越好:到2050年，城市人口预计将是目前的两倍多十分之七世界上的人们将住在城市里。这意味着，随着气候变化造成越来越多的极端热浪，更多的社区将面临风险。

好消息是，城市正在迎接跨学科解决方案的挑战。

2022年9月，由大西洋理事会阿德里安娜·阿什特-洛克菲勒基金会韧性中心组织的全球各城市首席供热官首次聚会极端高温适应力联盟．在这次活动中，由女性组成的政策制定者们分享了适应气候变化严酷现实的挑战;该活动标志着该非营利组织报告的发布。炎热的城市，寒冷的经济:极端高温对全球城市的影响，调查了全球变暖对12个主要城市地区的影响。虽然一些城市在制图和分析方面走在了前面，但它们都把重点放在了扩大制冷基础设施上，尤其是微型公园和树冠。

通过设计减少热量

不仅仅是城市政府可以发挥作用;建筑师和设计师越来越多地承担减轻城市热岛的任务。任务可以从优化建筑物的朝向，到为城市公园增加更多的水景，或将屋顶涂成更浅的颜色以反射热量等简单的事情。

被动式设计是散热的关键组成部分。例如，鼓励建筑物内的自然通风可以最大限度地减少空调的使用，并在晴天将热量挡在外面。而且，这不仅仅是建筑物内部发生的事情:鼓励建筑物之间的自然通风会产生重大影响。“我认为很多人都不相信我们的城市环境已经达到了最好的状态，”日本设计公司的设计部主管Hajime Aoyagi说Nikken某这是一家日本公司，是世界上第二大建筑事务所。

他解释说，对于Nikken Sekkei团队来说，从一开始就计划减轻热量的项目是至关重要的。用木材等可持续建筑材料设计建筑有助于缓解热岛效应，因为木材的热容量比混凝土低得多。确保建筑物的位置避免过多的热量积聚也是非常有效的。

Aoyagi说:“由于我们是一家经常参与大规模开发的公司，并且倾向于在东京的多个地点同时进行项目，我们可以从更广阔的角度进行设计。”“我们参与了东京站八重洲出口的开发，并有意在中央大厅保留了一个低矮的屋顶，为东京湾到内陆地区的风创造了一条路线。”

米德尔博士认为，创造阴凉是当今建筑师在设计城市时应该考虑的最重要因素。她说:“当你观察人们如何感受高温时，这不仅仅是空气温度的问题。”“你还需要看看辐射温度，这是我们测量人体热负荷的方法。这在很大程度上是由荫凉的可用性推动的。如果你在阴凉处，你会觉得比在阳光下舒服得多，不管那阴影来自哪里。这意味着建筑师应该使用建筑物、树木，甚至光伏檐篷来尽可能地创造阴凉。”

不这样做是一种冒险的策略。越来越多的建筑认证LEED以及像伦敦那样的指令热舒适指南开始奖励减少热量的措施，不考虑一个城市的热量可能会导致昂贵的改造多年。

从短期来看，它甚至可能导致城市设计完全被忽视。米德尔博士说:“我们在一个非常受欢迎的公园做了一个项目，重新设计了一条通往公园的小路。”这意味着附近的居民不必开车去公园。听起来不错吧?结果发现，没人会走那条路。它的表现并没有达到城市建筑师的预期，当我们用计量仪器测量高温条件时，我们知道了原因。没有任何阴凉处，走在路上很难受。解决这个问题将是一个耗时且昂贵的过程。”

科技的作用

微气候分析技术可以帮助人们在设计减轻热岛效应的项目时减少猜测。米德尔博士说:“技术可以帮助你运行各种场景，比如在哪里种植树木，这样它们就能发挥最大的散热效果。”“你不再需要在现场种植，然后看看会发生什么。你可以先在电脑上模拟一下。”

使用如下工具Autodesk Spacemaker例如，建筑师和城市设计师可以在规划和设计阶段创建模拟并轻松测试缓解策略。热舒适地图可以为特定的日期和时间创建，这样任何人都可以看到一个场地如何应对极端温度。可以生成热图，准确显示公园和广场等户外空间在一天中什么时候最好用，什么时候最好用。总之，这些类型的技术可以确保城市尽可能快速有效地发展得更凉爽。

“最重要的是现在就采取行动。高温对任何人来说都不是一个孤立的问题。”“我们今天就需要采取措施，因为未来30年或40年的城市很大程度上将取决于我们在未来5到10年所做的决定。随着树木和反射表面等冷却技术的广泛应用，一些模型表明，即使全球持续变暖，未来我们的城市可能会比现在更冷。这是一个非常令人鼓舞的迹象。”

注:目前Autodesk Spacemaker微气候分析无法支持各种地面类型或建筑材料的影响，而是假设这些表面的温度等于空气温度。这些情景是根据过去8年的天气数据，使用第95百分位最温暖的气候结果创建的。