在世界各地的城市，樹木都是 經常種植 幫助控制溫度並減輕“城市熱島“。 但是，雖然樹被稱為“大自然的空調“在實踐中，科學家們常常難以證明其冷卻性能。
測量樹木冷卻效果最明顯的方法是比較公園的氣溫和附近街道的氣溫。 但這種方法經常出現 令人失望的結果：即使在大型綠樹成蔭的公園裡，白天的空氣溫度通常比悶熱的街道低1°C，而夜間公園的溫度實際上可能更高。
為了解釋這個矛盾，我們需要更清楚地思考我們城市中熱流的物理特性，以及我們正在進行的測量的規模。
陰暗的日子
從理論上講，樹木可以通過兩種方式幫助提供冷卻：提供遮蔭，並通過一種稱為蒸發蒸騰的過程。 在當地，樹木通過陰影提供大部分冷卻效果。 我們感覺到的溫暖程度實際上更少取決於當地的氣溫，而更多地取決於我們向周圍環境排放和吸收多少電磁輻射。 一棵樹的樹冠像遮陽傘一樣，擋住了 90％ 太陽的輻射，通過冷卻我們下面的地面，增加我們失去的熱量。
陰影冷卻地面。 羅蘭恩諾斯, 作者提供
總而言之，樹木提供的陰影可以降低我們生理上相當的溫度（也就是說，我們感覺周圍的環境有多溫暖） 七和15°C，取決於我們的緯度。 因此，在夏天的高峰期，人們會湧向倫敦公園，巴黎大道和地中海廣場所提供的美麗涼爽的陰影，這一點也就不足為奇了。
樹木還可以冷卻建築物 - 特別是在種植到東部或西部時 - 因為它們的陰影可以防止太陽輻射穿透窗戶或加熱外牆。 試驗 調查和建模研究 在美國已經證明，樹木遮蔭可以將獨立式住宅的空調成本降低20％至30％。
但是空調在某些地方比在其他地方更常見：例如，同時 三分之三 澳大利亞家庭擁有空調，它們在北歐的情況不太常見，使得那裡的人口更容易受到城市炎熱的危害。 在2003歐洲熱浪期間，有 記錄的70,000死亡人數更多，與同等的涼爽時期相比。 我們迫切需要進行更多研究，以了解樹木的多少陰涼處可以讓露台的房屋和公寓樓降溫，那裡有許多不太富裕的人居住。
擊敗熱火
樹木也可以用來解決一個更大的問題：城市熱島。 在平靜，晴朗的天氣，城市的氣溫期間 可以提出來 高於7°C，高於周圍鄉村，尤其是夜間。 在城市中，堅硬，黑暗的瀝青和磚塊表面吸收了幾乎所有來自太陽的短波輻射， 加熱 在40°C和60°C之間，儲存能量，然後在靜止的夜晚，當它可以被困在狹窄的街道峽谷中時釋放到空氣中。
蒸發蒸騰在行動中。 羅蘭恩諾斯, 作者提供
城市樹木可以通過在輻射到達地面之前攔截輻射並利用能量進行蒸發來抵消這一過程。 當太陽光線照射到樹冠上時會發生蒸發蒸騰，導致水從樹葉中蒸發。 這樣可以冷卻它們 - 就像出汗使我們的皮膚冷卻一樣 - 從而減少了加熱空氣所需的能量。
蒸發蒸騰的影響可以通過兩種方式量化。 首先，你可以測量樹冠的溫度 通常更冷 比建築表面 - 僅高於空氣溫度2°C至3°C。 不幸的是，我們無法真正聲稱這種溫度差異是冷卻能力的證據; 葉子比建築表面更冷，即使它們沒有失水，因為它們可以更有效地冷卻 對流.
更好的方法是直接計算樹的冷卻效果，通過測量樹的損失量。 您可以通過測量樹幹上的樹液流量或單葉水分流失來做到這一點。 這些方法表明，樹冠可以將60％的入射輻射轉移到蒸發蒸騰。 即使是一種小型（4m高）Callery梨樹 - 北歐常見的種植品種 - 也可以提供 6kW冷卻：相當於兩個小型空調機組。
但是有一個問題：樹木只有在生長良好時才能提供這種冷卻效果。 通過測量單個葉子的水分流失， 我們展示了 較稀疏，生長緩慢的李子和蟹蘋果樹只提供了Callery梨冷卻效果的四分之一。 更重要的是，如果生長條件差，樹木的有效性可以大大降低。 我們發現如果根系通過壓實或通風不良的土壤生長，Callery梨的蒸騰可以減少5倍。 無論是在大街上還是在公園裡種植大樹和小樹的相對錶現，都需要進行更多的研究。
計算樹木冷卻能力的最後一個難點是確定給定樹木的蒸發蒸騰量實際上會降低多少空氣溫度。 在科學中經常需要建模方法，物理學家，工程師和生物學家一起工作。 我們需要將現實的樹木放入詳細的區域氣候模型中，這些模型可以模擬通過城市的複雜的空氣和能量運動。 只有這樣，我們才能確定城市森林的區域效益，並找出如何利用樹木使我們的城市更涼爽，更宜居的地方。
關於作者
Roland Ennos，赫爾大學生物力學教授。 他對生物與物理世界的相互作用方式感興趣，特別是在結構工程方面。 他研究了昆蟲翅膀和植物根系的機械設計以及草的機械防禦，但最近對木材特別著迷。
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