Bigger cities have larger heat islands, denser ones do not, and growing ones get hotter
通过对五十年间 910 个城市中的 8,637 条天气记录进行分析，该研究表明，尽管大型城市无论密度如何都会持续经历更强的夜间热岛效应，但在现有边界内的城市增长进一步加剧了北美地区的特定热量，这挑战了评估城市热影响的传统单一指标方法。
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城市比周围的乡村更热。这种差异被称为“城市热岛”，是现代生活中一个公认的事实。发生这种情况是因为混凝土、沥青和建筑物在白天吸收太阳能，并在夜间缓慢释放，而自然景观降温的速度要快得多。这种额外的热量不仅是舒适度的问题；它还影响着热浪的感觉有多危险、城市如何规划未来，以及极端天气会造成多少破坏。几十年来，科学家和规划者一直依赖一条简单的规则来理解这一现象：城市规模越大，温度就越高。这个想法被用来预测随着城市增长其将面临多少热量，并决定哪些地方需要最多的保护。但直到现在，还没有人测试过这条单一的规则是否真的能解释两件截然不同的事情：一是如何在同一时刻比较不同城市之间的差异，二是一个城市随着规模扩大在多年间是如何变化的。
由首尔研究院（The Seoul Institute）黄仁昌（In Chang Hwang）领导的研究小组试图利用大量的气象数据来理清这两个问题。他们收集了全球近九千个气象站的温度记录，涵盖了九百多个城市，时间跨度超过五十年。通过观察未经调整的原始数据，他们可以观察到城市空气与附近乡村空气之间的真实差异。他们的目标是找出城市规模和人口密度是否以相同的方式驱动热岛效应，或者它们是否作为独立的动力在起作用。他们发现的答案改变了我们思考城市增长和热量管理的方式。
研究表明，旧的规则实际上是两条以不同方式运作的规则。在比较不同城市时，规模是主要驱动力。一个人口是另一个城市十倍的城市，其夜间热岛温度会高出约0.66摄氏度。这种关系在他们研究过的每一个地区都成立，从北美到欧洲再到亚洲。然而，当观察单个城市随时间的变化时，情况却不同。对于一个已经建成规模的城市，在已占用的土地上增加更多人口确实会使其变暖，但这种效应要小得多，且似乎是北美特有的。在该地区，每增加一定的密度，在固定面积内增加人口会使夜间温度上升约0.28摄氏度。在欧洲和其他部分地区，并没有发现这种通过向现有足迹中增加人口来产生升温的相同模式。
最令人惊讶的发现或许涉及密度的角色。长期以来，关于建设得更紧凑会使城市变热还是变凉一直存在争论。这项新研究表明，答案完全取决于你如何提问。如果你比较两个人口数量相同的不同城市，那个更紧凑、更密集的城市，其热岛效应反而较小。较密的城市将其人口保持在较小的区域内，这使得来自周围乡村的凉爽空气更容易混合进来。但如果你观察一个城市的发展过程，在现有的街道和街区增加更多人口，会使其在夜间变暖。这两个事实并不矛盾；它们只是描述了不同的情况。一个是关于一个城市与其邻居相比的形状，另一个是关于在一个城市自身的边界内进行增长的代价。
研究人员还发现，这些效应几乎完全发生在夜间。在白天，较大的城市并不一定会比较小的城市更热；事实上，数据表明它们可能稍微凉爽一些或温度持平。这可能是因为高大的建筑投下了遮挡阳光的阴影，且空气中的污染物会在阳光到达地面之前散射阳光。热岛是一个夜间现象，这使得它特别危险，因为它阻碍了人体在炎热的一天之后进行冷却和恢复。该研究证实，最剧烈的升温发生在太阳落山之后，并且这种模式在北美的不同季节中都是一致的，在夏季和冬季都会出现。
研究还调查了财富和发展阶段如何影响这些温度。他们发现，最富有的城市往往比平均水平略热，但这属于该城市整体财富水平的特征，而不是随着城市变得更富有而发生的变化。研究表明，增长与热量之间的关系对每个城市并不相同。在固定面积内增加人口所产生的升温效应在北美很明显，但在他们研究的欧洲城市中并未检测到。这种差异可能是由于人们使用能源的方式造成的，例如在美国广泛使用的空调会释放废热，或者是城市建设方式的不同。研究人员无法确定这种地域差异的确切原因，但他们确立了北美的规则并不自动适用于世界其他地区。
这项工作为城市规划者和决策者提供了更清晰的图景。它表明，城市规模设定了一个难以改变的基础热量水平，而向现有区域增加更多人的行为则增加了另一层较小的热量。它还澄清了紧凑建设并不是一种热量惩罚；事实上，对于规模相同的城市，紧凑有助于降低温度。关键的启示是，我们不能用一个单一的数字来预测热量将如何随着城市增长而变化。我们必须观察我们是在比较不同的城市，还是在观察一个城市的演变，并且我们必须认识到规则可能会因地理位置的不同而异。通过理解这些不同的模式，城市可以更好地应对它们将面临的热量，将重点放在危险性最大的夜晚，并根据其特定的增长阶段和位置量身定制策略。
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