Global Morphological Thresholds Governing Urban Street Tree Microclimates Across 12 Megacities
通过将六维生物气象求解器与12个特大城市的地理空间形态相结合，本研究表明，统一的街道树木种植目标往往会失败，因为严格的几何阈值支配着微气候，这经常导致密集的城市峡谷在未来的变暖情景下捕获夜间热量，并成为热负债。
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城市正在变得越来越热，随着全球变暖，袭击城市中心的热浪正变得越来越长、越来越频繁，也越来越危险。作为回应，世界各地的城市纷纷转向自然寻求缓解，在街道两旁种植了数百万棵树木。普遍的观点简单且被广泛接受：更多的树意味着更凉爽的空气。国际准则通常设定具体的指标，例如确保一定比例的天空被树叶覆盖，其前提假设是茂密的树冠是解决城市热问题的万能药。这种方法将开阔公园里的树木与狭窄、围墙环绕的街道上的树木等同视之，认为其冷却效果在任何地方都是一样的。然而，城市街道中的空气不仅仅是一个平面，它是一个被高大建筑夹在其中的三维空间，在这里，风、阳光以及储存在墙壁中的热量以复杂的方式相互作用。理解这些相互作用如何运作至关重要，因为如果种错了树或种在了错误的地方，它们可能不仅无法为城市降温，反而可能让夜晚变得更热，对在下方行走的行人更加危险。
一位研究人员试图通过观察包括雅典、东京、伦敦和菲尼克斯在内的全球十二个最大城市的实际街道几何结构，来测试这一假设。他们并非凭空猜测，而是构建了一个复杂的计算机模型，该模型可以模拟街道峡谷（即两排建筑物之间的空间）的物理过程，精确度甚至可以达到单个行人水平。该模型追踪阳光如何照射在路面和墙壁上，热量在白天如何储存在砖石中，以及这些热量在夜间如何释放。至关重要的是，该模型考虑了树木的存在，计算了树叶如何在阻挡阳光的同时，也阻碍了从地面和墙壁辐射出的热量。研究人员在 204,267 个真实的街道路段上运行了这些模拟，涵盖了近 6,000 公里的道路，以准确了解树木在何时提供帮助，以及在何时造成危害。
结果揭示了树木行为中一个令人惊讶且至关重要的分歧。在白天，树木无疑是有益的。它们的叶子阻挡了直射阳光，降低了路面和空气的温度，提供了避暑之所。然而，一旦太阳落下，物理机制就发生了变化。在建筑高大且紧密排列的狭窄深邃街道中，树冠就像一个盖子。它阻挡了原本试图向凉爽夜空释放的热量从高温墙壁和路面中散发出去。与此同时，枝叶还减缓了原本可以吹走热空气的风。在这些特定条件下，树木阻止了街道降温，将热量困在了峡谷内部。研究人员发现，在他们研究的近一半街道路段中，这种“热量捕捉”效应意味着夜间的空气实际上比没有树木时更热，也更令人不适。
这种效应并非在全球范围内统一，它在很大程度上取决于当地的气候和街道的形状。在拥有凉爽夜晚的城市（如伦敦或巴塞尔），捕捉到的热量通常较为轻微，树木还能提供遮风避雨的庇护，让行人感到舒适。但在拥有炎热夜晚的城市（如雅典、马德里、东京和新加坡），情况则完全不同。在这些城市，捕捉到的热量阻碍了人体在白天的出汗后进行降温，导致持续的热应力状态。研究表明，在这些夜晚温暖的大都市中，超过三分之一带有树木的街道在夜间实际上成为了“热量负担”。这意味着在这些密集的炎热城市中，那些为了保护人们免受热浪袭击而种植的树木，却在无意中阻碍了人们在夜间的恢复。
研究人员还发现，街道的方向也至关重要。东西走向的街道可以支持更高、更密的树木，因为阳光对建筑物的照射方式不同，这使得树木在产生热量捕捉效应之前，能够更有效地提供遮荫。此外，该研究利用气候预测研究了未来变暖将如何改变这些规则。随着地球变得越来越热，夜晚保持温暖的时间会更长，这意味着在狭窄街道中，树木可以生长的高度和密度所允许的“安全”限度将会缩小。到本世纪末，研究人员预计，许多城市中树木的可允许高度需要减少近 30%，以避免将街道变成热量陷阱。这表明，目前那种无论街道形状如何都强制要求统一树冠覆盖率的“一刀切”种植方法，在科学上是有缺陷的。
或许最重要的一点是，该研究排除了“增加灌溉量可以解决问题”的想法。虽然灌溉有助于树木保持凉爽并在白天释放水分，但树木在夜间会关闭气孔以保存水分。这意味着，即使有完美的灌溉，树木的物理结构——即枝干和叶片——仍然会阻挡热量向天空释放，并减缓风速。热量捕捉是由树木的形状和位置造成的，而不是由它的“口渴程度”造成的。这一发现至关重要，因为它意味着仅仅种植更多的树或增加灌溉量并不能解决深窄街道的问题。相反，解决方案需要一种设计上的改变。在最炎热、最密集的城市部分，规划者可能需要停止在街道中心种植高大茂密的树木，转而选择枝干高耸、留出空气流通空间的树木，或者使用不遮挡天空的建筑垂直绿化墙。
为了帮助城市实施这些变革，研究人员开发了一个免费的开源工具，供城市规划者绘制他们的街道地图。该工具分析每段街道的高度、宽度及朝向，然后分配颜色代码：绿色代表需要更多树木的街道，琥珀色代表需要谨慎平衡树木的街道，红色代表应避免种植密集树木或需更换其他冷却策略的街道。这种方法告别了“统一目标”的概念，转向了一种精准的、基于科学的策略。它承认，虽然树木对我们的城市至关重要，但必须谨慎种植。在我们最密集的城市深处狭窄的峡谷中，目标不仅仅是拥有更多的绿色，而是要拥有“正确的绿色”，既能在白天为我们降温，又不会在夜晚将我们困在热量之中。
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