夏日已来，蝉鸣如初，热浪如旧。城市的热岛效应则又给“旺火”添了一把“柴”。城市热岛效应（Urban heat island，UHI）是人类改变地球区域气候的典型例子。热岛效应是指城区的地表温度要比周边乡村地区更高，所以会在等温线图上显现出“岛”的形状。地球上一半的人口都生活在城市里，而热岛效应“加热”了人类的生活。
近日，来自南京信息工程大学“耶鲁大学-南信大大气环境中心”的研究者发现，当地气候可能会对该城市的城市热岛效应产生极大影响——湿润地区的城乡温差更大，热岛效应也更加强烈。研究论文于7月9日在线发表在《自然》（Nature）期刊上。果壳网对论文作者、耶鲁大学森林与环境研究学院的博士生赵磊（Lei Zhao）和气象学教授李旭辉（Xuhui Lee）进行了采访。
热岛效应也不尽相同？
研究者利用“热岛效应指数（UHI intensity）”来评估热岛效应的强度。李旭辉教授介绍说，研究中使用的热岛效应指数即城区与周边地区的温差，而利用温差作为热岛效应指数是一种通用的方法。赵磊接着向果壳网解释道：“热岛效应受很多因素影响，每个因素都会对热岛效应指数有所贡献。首先，城市的人造地表减少了植被数量，这在一定程度上减少了蒸发的冷却。这被认为是热岛效应的主导因素。其次，人为热量输入会增加城市地表温度（比如空调的压缩机、工厂等）。另外，城市的反射率比周围乡村的来的低，这意味着太阳辐射输入会相应增加。因此，我们希望能给城市‘上色’，也就是把房顶和停车场涂成白色的，从而增大反射率。此外，人工材料的热容比植被更大，在白天能储存更多热量，而晚上则会释放出来，加剧热岛效应。最后，地表与大气的空气对流也会影响热岛效应，而这取决于城市和周边乡村的对流的效率。”
热岛效应示意图。城市中较少的植被、人为热量、较低的反射率、人工材料较大的热容造成了城区的地表温度要比周边乡村地区更高。图片来源：getnewlook.com
研究中使用了卫星遥感数据和气候模型数据来研究整个北美地区白天的城乡温差。他们发现，城市与乡村地区低空大气的对流效率可以很好地解释北美不同气候地区的城乡温差。赵磊说道：“实际上，我们采集了北美许多城市及其周边地区的年均城乡温差数据。这些城市有些位于比较湿润的北美东部地区，而一些则位于更加干旱的北美西部地区。”他和他的同事们发现，北美东部湿润地带的城乡温差要比西部干燥地区的温差高。
“这很可能是因为，湿润地区的城市周边植被更丰富，而且多为森林，这就增加了乡间地表的热对流效率。”赵磊解释道，“干旱地区，比如内华达的沙漠地区，植被比较矮小稀疏，对流就会比较弱。所以湿润地区的热岛效应可能更加严重，这就意味着位于湿润地区的城市里要比周边地区更加炎热。”
他们同时还发现，在湿润地区比较干旱的年份，少量的降水反而会加剧城市的热岛效应。研究人员认为，这可能和空气的湿度比较高有关。由于周边环境的缘故，湿润地区城市周边的森林在降雨后能保持比较多的水分。这会改变热对流的效率，从而影响热岛效应。
由美国国家航空航天局拍摄的美国马里兰州巴尔的摩市城区和周边地区温度图。图片来源：nasa.gov
热岛效应对气候的综合影响
热岛效应可不仅仅只关于“热”，它还可能“呼风唤雨”。有研究指出，由于城市热岛效应，城区的温度比周边地区更高，如此一来，由于气压原因，周围乡村地区常常会有风吹向城区，这种现象被称为城乡环流；同时，城市里悬浮颗粒较多，水汽容易凝结，故有研究指出，城市的降水也会比周边地区更多。不过赵磊表示，这一结果是不准确的：“这里的问题是，关于降水量的结果并非适用于所有城市。实际上，也有研究称，降水更多的地区实际上在郊区，而不是城市中心。”他这样解释道，“我们的研究也会涉及到降水量对热岛效应的影响，研究结果显示，城市和周边地区的降水量并没有显著差异。”
虽然研究中使用的是年均降水量以及温度的数据，不过，当果壳网询问季节性降水差异是否也会改变热岛效应时，赵磊对此持肯定态度：“根据我们的结果，对流效率极大地影响着热岛效应指数，因此我觉得一年里不同的降水也可能引起类似年际的变化。”李旭辉教授则指出：“之前的研究表明，夏季时的热岛效应指数要高于全年的平均值。”
中国年均降水量。图片来源：tlzd.net
与北美类似，中国的降水量也是从东南至西北逐渐递减。李旭辉教授表示，此次研究中得出的结果在中国可能同样适用，他指出：“中国西部半干旱城市的热岛效应指数应该会低于中国东部气候较湿润的城市。而空气中的雾霾对热岛效应指数的影响应该不大，不过雾霾会对卫星测量地表温度造成一定干扰。”赵磊告诉我们，研究小组正计划把一项类似的实验项目带到类似中国和印度这样的人口密集的国家，他说道：“我们希望能在亚洲找到类似的结果，即湿润地区会有更高的城乡温差和热岛效应指数。而且中国和印度城市人口密度更高，结果应该会为此类研究带来新的思路。”（编辑：球藻怪）
参考文献：
- Zhao, L., Lee, X., Smith, R. B., & Oleson, K. (2014). Strong contributions of local background climate to urban heat islands. Nature, 511(7508), 216-219.