高温城市︱五大湖区城市热岛效应：社区、基础设施和淡水解决方案

August 8，2024

一览众山小

可持续城市与交通

Urban 'heat islands' in Great Lakes:

Communities, infrastructure and freshwater solutions

五大湖的城市热岛效应

社区、基础设施和淡水解决方案

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2024

一览众山小

团队简介

原文/Lisa John Rogers

翻译/赵嘉鹏

校核/郑宛儿 排版/王红杰

文献/赵嘉鹏 编辑/众山小

导读：

ABSTRACT

本篇为五大湖区的城市“热岛”效应系列文章的第二部分。上一部分是关于人类健康成本。第二部分主要探讨了五大湖地区城市面临的城市热岛效应问题，并介绍了一些应对措施。

文章提到了底特律市政府与多个组织合作，发起了种植树木、提供就业和投资社区的五年项目，以美化城市并保护居民免受高温威胁。介绍了景观建筑师基南·吉本斯的工作，通过研究热岛效应，他强调了水在城市降温中的重要性。一些城市通过建立共享单车系统、建设公共公园和海滩等措施来帮助居民降温。同时，加拿大的深湖水冷却系统和健康城市计划等项目也在努力提供解决方案。同时，文章还强调了社区参与和数据研究在应对热岛效应中的重要性，以及如何利用这些数据来改善城市居民的生活质量。

总的来说，文章呼吁采取创新和综合性的方法来应对城市热岛效应挑战。

图一、夏天的底特律居民区（译者注）

距离底特律河三个街区，在东杰斐逊大道East Jefferson Avenue和切尼街Chene Street的拐角处，有一家Concentra紧急护理中心。它位于一个购物中心内，里面有美国银行、BP 加油站、7-Eleven 和几家小餐馆。

停车场周围种着小树，但到了傍晚时分，只有急救中心外的少数几个停车位被这些小树遮蔽，但这些较凉爽的地方都被占了，两辆车的车窗都摇下来，点火装置也关了，人们要么躺在车的后面，要么坐在车里等待；在78华氏度（文章后续温度数据均采用华氏度（‌°F）,下称“度”‌）的高温下，感觉更像是在85度左右。。

去年，气候中心(Climate Central)的数据显示，86%的底特律居民（参考数据1，请后台留言下载）所处的气温比该市郊区高8度或更高（有时午后会高15～20度）（参考文献2，请后台留言下载）。这是气候中心发现的受城市热指数影响的居民比例最高的一次，甚至比其他气温更高的大城市（如纽约、休斯顿、洛杉矶、达拉斯和菲尼克斯）还要高。

在Concentra急救中心对面的街道上，还有一个停车场，旁边是一家二手车店。傍晚时分，商店的水泥砖建筑为一排空置的停车位提供了一些阴凉。不过，在这个容易被忽视的环境中，还有一些其他的东西在起着降温的作用。沥青从停车场的边缘向中心倾斜，那里有一大片绿地，在这片翠绿的长方形地下是一条法式排水沟，它能收集并储存雨水，因此该区域通常有足够的水用以灌溉附近的植物。

图二、2022年，市长迈克·达根(Mike Duggan)和美国参议员黛比·斯塔贝诺(Debbie Stabenow)与美国森林公司、DTE能源公司、底特律未来城市和底特律绿化组织共同发起了一项联合倡议：种植75,000多棵树，雇佣300多名底特律居民从事树木护理和维护工作，并在底特律社区投资3000万美元。这是一个为期五年的项目，旨在美化底特律，同时保护处于极端高温威胁中的居民。(图片来源：底特律市政府官网)

负责设计这个公共空间的基南·吉本斯（Keenan Gibbons）表示，这些新种植的树木有朝一日会盖过周围的草丛和植物，为这片土地提供更多的阴凉。作为一名持证的景观建筑师和城市设计专业人士，吉本斯（Gibbons）一直在研究行为决策与城市基础设施之间的互动方式，他还利用自己的联邦航空管理局(FAA)远程飞行员执照进行热岛研究。根据吉本斯的说法，在种植树木、增加可透水路面等绿色基础设施以及在城市周围创造更多的绿色空间以长期降温时，由于蒸腾作用的原理，水在这些措施中起着至关重要的作用。

“如果你正处于盛夏，天气非常炎热，你正在游泳池里，然后当你从游泳池里跳出来的最开始一分钟左右，你会感到非常冷，即使外面的温度是90华氏度。”生物气候学专家斯科特·谢里登(Scott Sheridan)说，“你之所以感觉到冷，是因为你身上的能量正在蒸发你皮肤上的水分。而这需要能量进入水中进行相变。因此你的皮肤会暂时变冷，所以会觉得冷。”

树木和植物也能产生同样的效果，这就是为什么大多数城市都在投资增加更多的绿色空间。当有足够的地下水通过植物的叶子蒸发时，植被可以冷却环境；当没有足够的地下水或绿化带时，这些能量就会被用来产生感热（感热：在不伴随水的相变的情况下, 有温差存在时物质间可输送或交换的热量，译者注）。在充满水泥和沥青的热岛上工作的建筑工人是夏季最容易受到感热影响的人群之一。（参考文献3，请后台留言下载）

图三、这张图片显示了高度发达的城市地区(如左图)可用于蒸发蒸腾的水分较少，因为它们主要由混凝土和沥青等不透水的表面组成，导致空气和表面温度较高。而右图对比显示了植被如何通过蒸腾作用帮助周围环境降温。(图片来源：美国环保署)

随着气候变化造成越来越多的极端天气模式，从极冷到极热的转变对身体来说可能会是危险的，这就是为什么这些过渡季节（如春季和秋季）对于帮助身体做好应对极端情况的准备变得至关重要。根据急诊室医生帕特里克·麦克休博士（Dr. Patrick McHugh）的说法，身体在我们的平均体温下感觉是最舒服的，“这是你的身体能够找到的快乐之地。”一旦大气温度过高，事情就开始变得棘手了。

威斯康星大学密尔沃基分校的地理学家Dr. Woonsup Choi（下称崔博士）表示，尽管克利夫兰、芝加哥、底特律、密尔沃基、温莎和多伦多等城市都是城市热岛，但它们靠近五大湖的优势却显而易见。崔博士最近比较了明尼苏达州明尼阿波利斯和威斯康星州密尔沃基的城市热岛效应，发现密尔沃基靠近密歇根湖，略微减轻了该市部分街区的极端热岛效应。

沿湖城市的主要问题在于它们的建造方式。许多市中心都靠近湖水，这意味着这些高层建筑就像一堵墙，阻止了湖中的冷空气进入内陆（即所谓的“湖泊效应”）。许多专家表示，湿度也是一个需要进一步研究的因素，因为五大湖地区的夏季空气会变得非常浓厚潮湿，这会使某些人呼吸困难（例如哮喘和慢性阻塞性肺病患者）。

图四、2014年，密尔沃基安装了非营利性共享单车系统Bublr Bikes。鼓励居民沿着湖边骑自行车，前往市中心的退伍军人公园或进入郁郁葱葱又凉爽的橡树叶小径。使用自行车有助于减少对停车场的需求，而停车场的制作材料往往会使城市的高温现象进一步恶化。(图片来源：由密尔沃基市提供)

Choi说，这些城市有独特的机会在水边建造更多的公共公园或海滩，这样人们就可以前往这些地方进行降温。Aletha Acree是克利夫兰的一位患有狼疮的终身居民，她说她希望克利夫兰市能投入更多的钱在公共湖滨地区建造永久性的遮阳场所；此外，还要投入资金用于水和海滩的定期清洁，因为她经常在那里发现老鼠和垃圾——使得这里不再是最受欢迎的环境。

芝加哥夜间事务部（The Night Ministry）的护士斯蒂芬·科鲁巴(Stephan Koruba)和萨默·基(Summer Kee)希望这座城市能让人们更容易到达密歇根湖。护士Kee建议，也许城市可以为那些没有住房保障或生活在贫困线以下的人提供免费的火车或公交——因为他们尤其需要在一年中最热的日子来这里体验湖泊效应带来的凉风。

“我们有很多客户经常乘坐芝加哥交通局 (CTA)提供的交通工具，因此，让我们的客户出行更加便捷，并让他们能够轻易地获得免费乘车卡，这样他们就轻松地可以跳上（并跳下）公共汽车或火车。如果他们乘坐公共交通不再受到限制，那么他们就不会觉得自己永远不能离开火车（因为下去了就很难再上来），这样他们才会更自由且轻松地实现出行。”Kee谈到他们的病人时说道，其中一些病人是芝加哥无家可归的人口。Kee补充说，这座城市并没有从这些一直在火车上的人身上赚到任何钱，而该市其实可以通过更轻易地发放免费乘车卡，来让人们更加自由地出行，从而减轻整个系统的负担。

Kee接着解释说，他们的许多无家可归者在夏天很难找到空床位，部分原因是芝加哥市规定，要求避难所在冬天提供更多床位。这又回到了对高温和天气的文化定位上，因为五大湖区更习惯于应对危险的低温天气。现在，该地区大部分地区都出现了热浪，市政官员们的任务是发挥创意，快速确保所有居民在气温剧烈波动时的安全。

在多伦多，100多座建筑正在利用安大略湖底部的冷水降温。据杰弗里·布鲁克（Jeffrey Brook）说，深湖水冷却系统是加拿大优先考虑“绿色”能源的一个很好的例子。加拿大在从煤炭和天然气的能源转型方面遥遥领先，其82%的电力来自水力、核能、太阳能和风能。然而，据布鲁克说，加拿大在环境健康方面的数据和研究方面却一直非常落后。

图五、“由于城市热岛效应，以上城市中超过三分之二的居民会经历升高至少8°F的气温。”（图片来源：Climate Central于2023年提供的统计数据）

2023年11月，布鲁克和他的同事推出了健康城市计划（HealthyPlan.City），该项目源自他在2016年启动的一个名为加拿大城市环境健康研究联盟 (CANUE) 的项目。据布鲁克介绍，美国有国家环境健康科学研究所，在那里进行了大量关于环境健康问题的研究。然而他说，加拿大还没有真正成立过这样的机构。因此，CANUE最初的成立的目的其实是希望能够真正加速加拿大围绕环境健康的研究。

“你知道吗，正如人们常说的那样，除了你的遗传密码之外，决定你健康状况的下一个最重要的因素便是你的邮政编码。”布鲁克说。

健康城市计划给受环境问题影响最大的加拿大人们带来了大量的健康数据和变量。想知道温莎的儿童可能因缺乏树荫覆盖率而受到哪些影响吗？切换几个按钮来改变参数，看看某一个指标是如何影响人们的生活的。从空气污染到洪水易感性，从第一代移民到最新一代移民——这是一个让复杂数据变得易于理解的绝妙例子。

图六、玛格丽特公园的这个遮阳游乐场于2019年建成。温莎市正在制定城市林业管理计划，旨在解决城市热岛效应。（图片来源：温莎公园管理局）

据布鲁克称，就在健康城市计划启动仅几个月后，蒙特利尔市的活动人士就利用该项目的数据推动了抗议活动，以阻止修建横跨在Boisé Steinberg（当地森林名称）的道路。此前，2018 年蒙特利尔的热浪（也被称为热岛效应）导致了66人的死亡。拉尔夫·辛特隆 (Ralph Cintrón) 在芝加哥开展了社区参与热岛研究的工作，该项目是一个由阿贡国家实验室领导的能源部项目，名为“社区气候与城市科学研究”(CROCUS)。

“有一次她说‘我搬到的每一个地方似乎都比上一个地方更热’”。辛特隆（Ralph Cintrón) 在谈到他和他的同事在该项目期间采访的一位社区成员时说道。“而我所想的是，出现这种情况其实不是没有道理的。因为她实际上是在说，‘我住在城市的一处（A区），然后A区就开始变得高档起来，这让我不得不搬至城市的另一个地方（B区），然后B区也被改造了，又高档起来，然后我不得不继续搬到城市的另一个地方（C区），那里又逐渐变得士绅化了’，你明白我的意思吧，就像其他那些讲述贫穷的故事一样。”

辛特隆通过波多黎各议程气候变化委员会，代表波多黎各社区为CROCUS（社区气候与城市科学研究）提供服务。洪堡公园社区被认为是芝加哥市最热的社区之一，主要居住着西班牙裔家庭。辛特隆最喜欢的CROCUS项目之一就是与青少年合作，他们正在使用阿贡国家实验室的设备收集数据。整个项目就是收集数据、理解信息，并将其交到受城市高温影响最大的人群手中。对Cintrón来说，这其实是一种社会转型与变革。

图七、2023年7月28日，芝加哥市创建了一支由常驻志愿科学家组成的团队为美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的一个项目测量不同社区的热量。测量的一些因素包括树木覆盖率、空气流量、交通繁忙度、湿度以及建筑物和混凝土的密度。(图片来源：芝加哥公共卫生部)

阿贡国家实验室也一直致力于建立更多的数据模型，详细描述淡水与五大湖地区独特天气模式之间的关系。阿贡国家实验室(Argonne)环境科学部的大气科学家王嘉丽博士(Dr.Jiali Wang)想要研究湖泊的对比效应，特别是湖泊风和城市化带来的热应力，以及它们之间的对比情况。最令人震惊的是，这方面的模型还不存在，但她解释说这是因为五大湖地区的情况非常独特。

“与大气相比，水的记忆时间更长，”王博士说。“它变暖或变冷的速度要慢得多，因为它的容量很大。”（水的比热容大导致温度变化慢，译者注）

她举了一个例子：设想一下加热一个塑料游泳池需要多长时间。父母早上给游泳池充气并放水，但他们直到下午才会让孩子在里面玩，因为水——整个小水池——需要很长时间才能加热到舒适的温度。然后她说，我们再想想五大湖，它们有多大，需要多长时间才能完全变暖或变冷。

她说，湖泊容量很大，这使得温度变化更加困难，但一旦它们发生了这些巨大的变化，就需要很长时间才能恢复原状。考虑到该地区在夏季非常依赖湖泊保持凉爽，这就是为什么湖泊升温也应成为该地区消除热岛问题的重中之重。

图八、温莎市已经建造了20多个遮阳建筑和4个防水板，并增加了饮用水喷泉，以帮助游客减少极端高温的风险。这个遮阳篷于2018年安装在玛格丽特公园。(图片来源：温莎公园管理处)

“如果你正位于一个巨大的湖泊旁边，那么这与水质就有很大的关系，”威斯康星大学麦迪逊分校的地理学家Becky Rose在谈到利用水为生活在热岛中的大湖居民降温时需要考虑的事项时说道。“你在哪里，游泳安全吗？那里有藻华吗？有污染吗？比如，情况如何，或者你能用游泳池等来缓解这种情况吗？

威斯康星大学麦迪逊分校(University Wisconsin-Madison)的地理学家贝基·罗斯(Becky Rose)在谈到利用水为生活在热岛上的五大湖居民降温时需要考虑的问题时说:“如果你位于一个巨大的湖泊旁边，那么这个湖泊的水质情况就和你有很大的关系——你位于哪里？游泳安全吗？这里有藻华吗？（水华或藻华，通常为学术所称“水体富营养化”而造成，是发生在淡水或海洋水系中藻类数量的迅速增加或积累。译者注。）有污染吗？……其实就是说，需要了解具体情况到底是怎样的，或者是否能够用游泳池之类的操作来缓解这种情况吗？最后，水景真的可以大大改善舒适度，比如为孩子或其他任何人准备的戏水公园，或者喷雾风扇、喷泉。”

贝基·罗斯(Becky Rose)还建议将图书馆变成降温中心，并建议向图书管理员支付更多费用，以便这些公共空间可以在晚些时候也开放。当考虑到气候变化以及居民的舒适度和享受度的时候，五大湖周边城市如何适应和改变环境的可能性是无穷无尽的。罗斯认为，这些城市只需要制定并实现短期目标，并持续增加更多的树木和绿地。

本杂志Great Lakes Now已经联系了芝加哥、克利夫兰、底特律、密尔沃基、温莎和多伦多的市政官员。阅读他们的完整声明，了解他们为应对城市热岛效应所采取的措施。

本文的早期版本称气候与城市科学社区研究 (CROCUS) 是阿贡国家实验室的一个项目，而实际上它是能源部的一个项目，由阿贡国家实验室领导。

全文终

夏日暑热

放肆去浪

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#参考资料#

我们为本文提供的免费资料有：

1、《按人口普查区域划分的城市热岛地图来源数据》

2、《气候中心局对于城市热岛地区的研究简报》

3、《评估建筑工人在气候变化中的热应激和健康-综述》

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