Kolde bølger afslører potentielle fordele ved byvarmeøer

Betonen og asfalten, der gør byens somre brutalt varme, er måske ikke en dårlig ting under vinterens dybfrysning.

Forskere fra Princeton University har fundet ud af, at byernes varmeø-effekt - byer er varmere om sommeren end deres omkringliggende områder - også hjælper med at holde byer varmere under ekstrem kulde. Resultaterne har konsekvenser for byplanlæggere i områder som New York City eller Chicago, som oplever markante sæsonbestemte temperaturudsving.

Jiachuan Yang, en postdoktoral forsker, og Elie Bou-Zeid, professor i civil- og miljøteknik, analyserede bytemperaturer i 12 amerikanske byer i det nordøstlige og midtvestlige under en kold bølge i 2014. De fandt ud af, at byområder forblev varmere end de omkringliggende forstæder og land. Forskellen i temperatur var størst under den kolde bølge, som satte mere end 49 lavtemperaturrekorder. Temperaturforskellene var også mere udtalte om natten end om dagen.

Fundene, rapporteret i juni-udgaven af Journal of Applied Meteorology and Climatology , kunne informere politikker for nordlige byer, der søger at afbøde ekstreme temperaturer og begrænse energiforbruget året rundt.

Byvarmeøer er blevet grundigt undersøgt under hedebølger, med nylige analyser, der viser, at bytemperaturstigninger kan være så høje som 8 grader Fahrenheit for store byer som New York City eller Washington. Yang og Bou-Zeids undersøgelse er blandt de første til at undersøge fænomenet under kolde bølger. Yang sagde, at for nogle områder, kolde ekstremer vil fortsat udgøre en udfordring, selvom klimaet opvarmes. "Flere vejrrelateret dødelighed på verdensplan tilskrives eksponering for overdreven kulde end overdreven varme, og global opvarmning vil næppe ændre denne virkelighed, " han sagde.

Forskerne kombinerede temperatur- og arealanvendelsesdata med vejrsimuleringer i høj opløsning for at undersøge koldbølgen i Chicago i 2014. Resultaterne tydede på, at varme frigivet fra bygninger var en vigtig bidragyder til den stærkere varmeø-effekt observeret under den kolde bølge.

"Når du opvarmer bygninger, varmen vil blive frigivet fra bygningerne og gå ud i bymiljøet, " sagde Yang. I byen, skyskrabere skaber gadekløfter, der fanger varme, mens varme fra bygninger i landdistrikter spredes hurtigere ud i omgivelserne. Under kolde bølger, gadekløfter hjælper byer med at reducere varmebehovet og gøre det mere acceptabelt at være udendørs, sagde Yang.

Under den kolde bølge, Yang og Bou-Zeid fandt også en øget forskel i mængden af ​​varme, der frigives om natten i byen sammenlignet med landdistrikterne. Deres simuleringer viste, at dette skyldtes byens termiske batterifunktion - beton og andre konstruerede materialers evne til at lagre mere varme end jord, og at udlede denne varme, når temperaturen falder. Koldere nattetemperaturer så ud til at stimulere varmeudvekslingen.

Mange byer arbejder på måder at afbøde sommervarmen. Disse omfatter installation af kølige tage, som er dækket af lysreflekterende materialer; og grønne tage, som er dækket af planter, der sænker temperaturen ved fordampningskøling, når der frigives fugt til luften. Forskerne modificerede deres simulering for at teste virkningerne af kølige tage og grønne tage på den urbane varmeø under en kold bølge. De fandt ud af, at kølige tage reducerede dagtemperaturerne, mens grønne tage førte til en lille stigning i dagtemperaturer og en noget større reduktion i nattetemperaturer, på grund af jordens lavere varmelagringskapacitet sammenlignet med traditionelle byggematerialer.

Dan Li, en assisterende professor ved Boston University, sagde, at værket tilbyder lektioner for planlæggere. "Dette arbejde fremhæver det faktum, at vi er nødt til at overveje den sæsonmæssige variation af byvarmeøer og vurdere de tilknyttede farer og fordele på en omfattende måde, " sagde Li, som udførte doktor- og postdoktoral forskning med Bou-Zeid, men ikke var involveret i denne undersøgelse.

Både Chicago og New York City forfølger ambitiøse klimahandlingsplaner, som omfatter fremme af kølige tage og grønne tage for at reducere den urbane varmeø-effekt. Yang sagde, at det fortsat er vigtigt at bekæmpe sommervarmen, men byer bør ikke ignorere risikoen for ekstrem kulde, når de planlægger afbødende indsats.

Som en potentiel løsning, Bou-Zeids gruppe samarbejder med materialeekspert Anna Laura Pisello og hendes laboratorium ved University of Perugia i Italien om undersøgelser af nye farveændrende byggematerialer, der kan lette sommervarmen og samtidig holde byerne varmere om vinteren. Yang anvender også de modeller, der er udviklet i denne undersøgelse, til at udforske de mest effektive rumlige ordninger for afbødningsstrategier for varmeøer i en by.