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每年夏天，世界各地的空调都会开足马力，对抗不断攀升的气温。人们早就认识到，城市有自己的“小气候”，通常比周围的农村地区更温暖，这就是“城市热岛效应”。
全球变暖使地球温度升高，“城市热岛效应”变得越来越严重。城市规划者们正在寻找减轻“城市热岛效应”的方法，其中一种就是种树。
那么问题来了，到底需要多少棵树，才能让一个街区的日间气温骤降，并在夜间保持凉爽？你可能会说：当然越多越好。不过，对城市规划师而言，找出这个问题的精确答案相当重要。
威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员对麦迪逊市不同树木覆盖度街区进行了温度测试，测量分析结果发现：一个城市街区至少需要至少40%的树木覆盖率，这样才会有明显的温差。这项研究结果发表在近日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上[1]。
绿色遮阳伞
树木被称为“大自然的空调”，在世界各地的城市，人们经常种植树木来帮助控制温度，减轻“城市热岛效应”的影响。大树底下好乘凉，城市树木的树冠就像一把遮阳伞，可以在太阳辐射到达地面之前将拦截大部分辐射热，最高拦截率可能高达90%，而当阳光照射到树冠上，水分会从树叶上蒸发达到冷却的效果，这和汗水蒸发冷却我们皮肤是一个道理。
影响人体白天热舒适的关键环境因素。图片来源：Trees for a Cool City: Guidelines for optimised tree placement
树木也可以使建筑物降温，尤其是当树木种植在建筑东面或西面时，树木的阴影可以防止太阳辐射穿透窗户或加热外墙。有研究称，树荫可以将独立式住宅的空调成本降低20%到30%[2]。另一方面，我们感觉有多“温暖”并不完全取决于当地的气温，同时也取决于我们向周围环境吸收和发射了多少电磁辐射。
威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员发现，在城市街区，至少需要40%的树冠覆盖来抵消沥青的变暖效应。覆盖范围扩大显然会带来更多的降温效应，但即便是在不到一半的街道被遮挡的情况下，城市也能看到实际的好处。当然，这只是一个整体数字。树木的降温效果与不透水地面的面积也有关。一般在路面四分之三区域有树荫遮挡时，降温可以超过2.5℃，但在以沥青为主的街区，大多只能减少0.5~1.0°C[1,3-4]。
从可操作性来讲，大多数城市的规划者不太可能大规模拆除沥青路面，所以增加树木覆盖面积可能是一个城市降温的良选。另外，在城市的街区公园或绿化带，草木结合效果可能更好。虽然道路、人行道和建筑物白天吸收热量，晚上释放热量，但是相当数量的灌木和草坪可以遮挡这些表面的阳光。慕尼黑工业大学的科学家发现，由于树木的存在，周围的土壤更加湿润，草通过水分蒸发散发额外的热量，从而降低了地面附近的温度[5]。
卡莉·兹特尔(Carly Ziter)在做研究时，把一个小气象站绑在自行车后座上，骑着自行车在麦迪逊市附近转圈。图片来源：Carly Ziter/University of Wisconsin-Madison
树木是城市的福音
联合国发布的《2018年版世界城镇化展望》中指出，目前世界上有55%的人口居住在城市地区，到2050年，这一比例预计将增加到68%。虽然这些人经常依靠城市外部的自然资源来获得食物和娱乐，但城市内部的自然资源可以通过城市森林的形式为城市居民提供巨大的“福利”。城市森林包括居民后院的一棵树、街道两旁的一排树或公园里的一片林区，将这些区域与其他树木连接起来，扩大了城市森林的规模。
《生态模型》(Ecological modeling)上发表的一项研究中称，在大城市中多种植20%的树木，将使城市森林的效益翻番，如减少污染、增加碳封存和减少能源浪费。这项由意大利那不勒斯帕特诺普大学开展的研究报告称，城市规划者、居民和其他利益攸关方应该开始在城市内部寻找自然资源，并通过种植更多的树木来保护城市地区的自然环境。
研究小组估算了五大洲1000个大城市目前的树木覆盖率，研究了城市森林能通过消除空气污染、节约能源和提供食物，给人类带来每年超过5亿美元的潜在价值。同时他们也惊奇地发现，每座城市都有潜力再增加20%的森林冠层覆盖率[6]。
城市天气的好坏也被认为与城市森林覆盖率有千丝万缕的关联。另一项有意思的研究发现，即使是一棵城市树木，也能帮助减缓风速，让行人在街上行走时感到舒适。而失去哪怕是一棵树木，也会增加附近建筑物的风压，并推高采暖成本。研究人员利用计算机模拟来确定不同的场景——没有树、光秃秃的树和满是树叶的树，分别如何影响单个街道和房屋周围的气流和热量模式。结果发现，把所有的树都砍掉可以使风速增加两倍，这将对走在街上的人产生明显影响。例如，15公里/小时的风速是令人舒爽的，而变成30公里/小时就没那么轻松了。
移除建筑周围所有的树木会使建筑在冬季采暖耗能增加10%，夏季空调耗能增加15%。研究人员将模拟的场景与10年来从温哥华附近一座30米高的研究塔中测量到的数据进行了比较，结果发现，即使是在冬天，光秃秃的树木也能调节气流和风压，营造更舒适的环境[7]。
前人种树后人乘凉
当然，树木给人类带来的好处不止于此。它们提供凉爽的树荫，阻挡寒冷的冬季风，吸引鸟类和野生动物，净化空气，防止土壤侵蚀，清洁水源，同时也为我们的家园和社区增添一抹风景。在正确的地方种植正确的树木可以节约能源，既可以减少能源账单，同时又有助于对抗全球变暖。
相比20年前，世界变得更“绿”了。图片来源：NASA
2019年2月12日，美国国家航空航天局（NASA）发了一条令人振奋的推特：相比20年前，世界变得更“绿”了。根据卫星显示，中国和印度在其中起到了主导作用。地球现在每年新增绿化面积超过200万平方英里，与本世纪初相比增长了5%，相当于多出了一个亚马孙雨林的覆盖面积。中国和印度两个人口大国，正在通过植树造林和发展农业引领着地球的绿化[8]。
这些“绿色面膜”的增加，未来或许能为人们带来更加凉爽的夏日。希望通过科学家们后续的不断研究，为人类减缓地球升温的步伐提供更多的方法。
在中国西北部陕西省榆林市横山区，一辆汽车行驶在一条将光秃秃的沙漠和被控制的沙漠分隔开来的路上。图片来源：新华网
(编辑：Yuki)
参考文献：
- Carly D. Ziter, Eric J. Pedersen, Christopher J. Kucharik, et al. Scale-dependent interactions between tree canopy cover and impervious surfaces reduce daytime urban heat during summer[J]. PNAS, 2019, https://doi.org/10.1073/pnas.1817561116.
- http://theconversation.com/can-trees-really-cool-our-cities-down-44099.
- https://www.popsci.com/shade-city-streets-trees-cooling#page-2.
- https://www.treehugger.com/climate-change/heres-how-many-trees-it-would-take-cancel-out-climate-change.html.
- Mohammad A. Rahman, Astrid Moser, Anna Gold, et al. Vertical air temperature gradients under the shade of two contrasting urban tree species during different types of summer days. Science of The Total Environment, 2018; 633: 100 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.03.168.
- T. Endreny, R. Santagata, A. Perna, et al. Implementing and managing urban forests: A much needed conservation strategy to increase ecosystem services and urban wellbeing. Ecological Modelling, 2017; 360: 328 DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2017.07.016.
- M.G. Giometto, A. Christen, P.E. Egli, et al. Effects of trees on mean wind, turbulence and momentum exchange within and above a real urban environment. Advances in Water Resources, 2017; 106: 154 DOI: 10.1016/j.advwatres.2017.06.018.
- Chi Chen, Taejin Park, Xuhui Wang, et al. China and India lead in greening of the world through land-use management[J]. Nature Sustainability, 2019, 2:122-129.