都市的夏天愈來越熱 都市熱島是座什麼「島」?

「都市熱島」這種市區氣溫比郊區高的現象,可不是最近才被注意到的,它被發現的時間甚至比我們耳熟能詳的「氣候變遷」、「全球暖化」都還要早 。

在距今200年前的1818年,英國的盧克.霍華德便已指出都市空氣溫度高於郊區的現象,他發現倫敦市中心在夜間的氣溫,比郊區足足高了約2.1℃,當時大家對這個現象及造成的原因都很好奇,霍華德則是把這個現象主要歸因於倫敦市區嚴重的煙霧(smog)─這是個結合了煙(smoke)和霧(fog)兩個字所產生的新字。

霍華德是個傳奇的人物,他的本職其實是位製藥學家,氣象雖只是他業餘的興趣,但他被公認是都市氣候研究的先趨。而他在氣象領域中最廣為人知的貢獻,是將雲分類並命名的第一人,這個分類系統一直沿用至今。很多人稱他為雲之教父,德國文學家哥德甚至還寫了一首詩,讚揚他為捉摸不定的雲起了各種名字呢!

從霍華德第一次發現都市熱島現象迄今,200年來世界各地有許多學者針對不同都市的熱島現象、成因、對策進行探索。尤其近年來熱島現象在氣候變遷、全球暖化的影響下,惡化的速度更是急劇加速,建立大眾對都市熱島議題的認識和思考,已是刻不容緩的任務。

都市熱島急劇惡化程度高於氣候變遷

聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在歷次的評估報告中指出,人類活動為影響氣候變遷的主要成因,2016年聯合國成員國也簽署了《巴黎氣候協定》,協定的其中一個目標是要將地球的上升溫度控制在2℃以內,並致力於限制到1.5℃以內。在一些影片中,我們看到北極的冰山因為暖化問題正逐漸融解,北極熊得要長途跋涉,游更長的距離去尋找食物。看著瘦弱不堪的北極熊,愈來愈多人願意改變對於環境及資源的使用方式,也改變自己的生活模式,來減少二氧化碳的排放。

但其實早在200年前倫敦市區的氣溫就比郊區高了2℃以上,2008年一個倫敦研究更指出,市區及郊區的溫差已經到了令人難以置信的8.6℃,遠高於《巴黎氣候協定》對世紀末溫度控制的目標。當我們試圖做出努力,減少全球溫度升高,解救北極熊的同時,是否曾經想過,享受著現代都市生活種種好處的自己,其實也正付出相對的代價,承受著前所未有的高溫化衝擊(如圖1-1)。

一座飄忽不定但影響甚巨的「島」

你可能會好奇,為什麼要用「島」這個字來描述都市高溫的現象呢?這是因為都市的氣溫有高低起伏的變化,若畫出等溫度線圖,看來就很像島嶼的等高線圖。在這個虛擬的島上,高溫區像島上的山峰,而且往往不只一座;而低溫區如島上的平原,也可能是兩個山峰之間的山谷(如圖1-2)。都市在同一時間下最高溫區及最低溫區的氣溫差異,就是「都市熱島強度」。

都市氣溫的分布圖及剖面圖如同島嶼一樣地起伏。市中心是典型的高溫區,郊區則為低溫區,都市中公園綠地的氣溫也會略低一些。本圖中最高溫(36℃)與最低溫(30℃)的溫差為6℃,即為都市熱島強度。圖/商周出版

都市氣溫的分布圖及剖面圖如同島嶼一樣地起伏。市中心是典型的高溫區,郊區則為低溫區,都市中公園綠地的氣溫也會略低一些。本圖中最高溫(36℃)與最低溫(30℃)的溫差為6℃,即為都市熱島強度。圖/商周出版

隨時變化且不易定義的都市熱島強度

都市熱島強度可以用來描述熱島的嚴重性,例如上一節提到倫敦市區及市郊的溫差在1818年是2.1℃,到了2008年溫差則達到8.6℃,我們可以說倫敦的都市熱島強度在這200年間劇烈地升高了,代表這個都市高溫化的問題愈來愈嚴重。

都市熱島強度的定義看來很單純,就是把都市中的最高溫及最低溫相減,但實際上,這可比計算一個都市的海拔高差複雜多了!首先是都市中最高溫及最低溫的地點及數值,並不像山川、平原地形一樣,位於固定位置,有固定的高度,它會隨著不同年度、季節、時段一直在改變。以台南為例,白天最高溫常出現在東南側的內陸區,而夜間最高溫卻是位於西北側的沿海區。另外,都市最高溫區很容易指認,通常是在車站、市中心,或發展密集的區域,但低溫位置卻很難定義。低溫區應該選擇在都市開發密度高低變化的邊界處,且海拔高度應該與高溫區接近較為合理,例如台北市的低溫區若選擇海拔高、氣溫低的陽明山,那就不夠客觀。

熱島影響人們的不只是氣溫上升的感受

都市熱島造成的氣溫上升,會直接影響人們待在戶外的感受,也就是熱舒適性,這將影響人們對環境的滿意度及空間利用率,對都市生活品質十分重要。如果又依賴空調來減緩戶外高溫造成的室內悶熱,不僅會排放大量廢熱,使戶外再升溫,造成惡性循環,大幅增加的電費也會讓我們荷包失血。台灣的用電量仍有八成依賴火力發電,一度電會排放0.51公斤二氧化碳。因此當用電量增加時,二氧化碳的排放量也會升高,是導致全球暖化的關鍵因素之一。

除了氣溫之外,都市熱島現象也直接或間接影響市區的氣候特徵。在空氣品質方面,都市熱島若發生在日射強烈的時段,常會伴隨著臭氧的發生機率及濃度提高的現象。而密集街區的風速較低,若都市的交通量及空調使用量增加,汙染物卻不容易擴散,就會招致空汙濃度增加6。此外,沿海都市的高溫也會造成局部環流結構的改變,如白天海風增強,使得汙染物由都會區輸送至內陸山區,並累積於山區;夜間陸風減弱,則會造成汙染物的局部累積加劇。

在雨量方面,以台灣西部沿海為例,原本海風帶來的豐沛水氣會降雨在山區,然而,市中心的高溫及乾燥造成的大氣不穩定,會強化都市下風處的對流,可能使市區降雨量減少,或在都市下風處增加雨量。這顯示都市熱島會改變區域的大氣條件,造成降雨量及降雨位置的不確定性,此結果隱含了熱島效應對水資源分布的重要影響。另外,熱島效應也使得午後落雷機會增加,對於都會區的交通設施及戶外活動也是重大的威脅。

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