都市部のヒートアイランド現象とは何ですか？

暑さに耐えられないなら街から出て行きましょう！地元の天気予報をオンにすると、おそらく奇妙な傾向に気づくでしょう。都市部の気温は、周囲の農村地域よりも数度高いことがよくあります。この温度差は、都市部のヒートアイランド効果として知られる奇妙な現象の結果です。

名前が示すように、この効果は都市をヒートアイランドに変えます。米国環境保護庁によると、米国の都市の気温は周囲の地域よりも華氏 10 度も高くなる可能性があります。通常、温度差はそれほど大きくありませんが、数度でも大きな違いが生じる可能性があります。夏に追加の空調需要が発生すると光熱費が増加し、発電所からの温室効果ガス排出量が増加します。

おそらくヒートアイランド現象の最悪の結果は、熱関連の死亡者数でしょう。被害をもたらす嵐がメディアの注目を最も集めているが、米国海洋大気局は、竜巻、ハリケーン、洪水、雷を合わせたよりも多くのアメリカ人が猛暑によって毎年死亡していると報告している。では、何がこの都市の熱気を生み出すのでしょうか？そして、都市計画者はどのようにしてそれを削減できるのでしょうか?

それはどのように起こるか: 都市部のヒートアイランドの背後にある物理学

これらのヒート アイランドを理解するには、まずいくつかの簡単な物理法則を理解する必要があります。最も重要なことは、物体は光を吸収したり反射したりする可能性があることを理解する必要があります。

実際、物体の色は、それが反射する光の種類によって異なります。たとえば、緑色の物体は緑色の光を反射し、他の可視色の光をすべて吸収します。暗い色の物体は光の優れた吸収体です。実際、黒い表面はほとんどすべての光を吸収します。一方、明るい色の表面は光をほとんど吸収せず、むしろ光のほぼすべてを反射します。

それでは、光の吸収は熱とどのような関係があるのでしょうか?物体が光を吸収すると、その光は熱エネルギーに変換され、熱として放出されます。したがって、黒い物体はより多くの光を吸収するため、より多くの熱を放出します。晴れた暑い日に黒いシャツを着るとさらに暑くなるのはそのためです。黒いシャツは光を吸収し、熱として皮膚に放出します。一方、白いシャツを着ていると、太陽光を反射して涼しく保つことができます。

都市気温に対する熱エネルギーの影響

物体が太陽放射を反射できる率は、そのアルベドと呼ばれます 。何かのアルベドが大きいほど、放射線の反射が良くなります。従来のアスファルトはアルベドが低いため、放射線の反射が少なく、代わりに放射線を吸収します。

私たちは都市を建設したり拡張したりするときに、表面が暗い建物を建てたり、アスファルト舗装を敷いたりする傾向があります。建物と歩道は大量の光と放射線を吸収し、熱として放出し、都市を暖めます。この熱の吸収が、都市と地方の気温差が日没から数時間後に最も高くなる理由です。都市は地方よりも長い期間、より多くの熱を保持します。

田舎の植物の生育が都市部の気温を高める

科学者たちは、植物が蒸発冷却と呼ばれるプロセスを通じて地域を涼しく保つのに大きな役割を果たしていると考えています。蒸発とは、液体が気体に変わることです。植物は根から水を吸収し、それに依存して生きています。しかし、植物が使い終わった後は、乾燥した空気がその水をガス状の水蒸気に変えて吸収します。空気はこのプロセスを推進する熱を提供するため、プロセス中に空気は熱を失い、冷たくなります。

私たちは汗をかくときに同じようなことを経験します。汗をかいた肌に空気が当たると、湿気が吸収され、周囲の空気が冷やされます 。都市の建設は植生を構造物に置き換えることを意味するため、都市は植生が持つ蒸発冷却の利点を失います。

他の要因も効果に寄与します。たとえば、都市部に普及している自動車やエアコンは、エネルギーを熱に変換し、この熱を空気中に放出します。この現象の原因がわかったので、現象を軽減する手順を学びましょう。

都市部のヒートアイランドを軽減する技術

幸いなことに、私たちは都市のヒートアイランド現象の原因を知っているので、それをかなりの程度まで制御することができます。特定の技術により、空調の需要が減り、光熱費が削減されます。

人工構造物の暗い表面と低いアルベドが都市部を加熱するため、論理的な解決策はこの傾向を逆転させることでしょう。都市計画者は、構造物を白または他の明るい色で塗装することでこれを行う場合があります。この基本的な技術は、表面温度によって引き起こされる極度の熱を逆転させるのに大いに役立ちます。

ブライトコーティングは熱波を軽減します

しかし、白く輝く街という考えを好まない人もいます。低反射率コーティングは代替手段を提供し、白色以外の色も用意されています。この種のコーティングは、すべての光を反射するのではなく、目に見えない放射線を反射します 。そのため、暗い色を損なうことなく、物体を比較的低温に保ちます。

特定の高反射率コーティングはアスファルトにも適用できます。アスファルトチップシールとエマルジョンシールコートは、アスファルトを処理して表面の反射性を高める 2 つの例です 。このプロセスにより、都市部のヒートアイランド現象の主な原因であるアスファルトのアルベド係数が減少します。

屋根から道路までの熱を軽減

人気を集めている流行の 1 つは、都市の建物の上に緑の屋根を設置することです。この解決策は色とは何の関係もありません。 「緑の屋根」は、都市が切実に必要としている蒸発冷却効果を利用し、都市のヒートアイランド現象をある程度相殺します。また、植物は二酸化炭素を吸収するため、これらの屋根は大気汚染にも対処します。

他のいくつかの方法も都市のヒートアイランド現象を軽減するのに役立ちます。たとえば、屋根への散水も気化冷却ソリューションの 1 つです。屋根上のスプリンクラーが表面を濡らすため、周囲の空気が蒸発によって冷却されます 。都市計画者は、木々や植物が生育する伝統的な駐車場も設置します。高い木は蒸発冷却に貢献するだけでなく、切望されている日陰も提供します。