Giải phápvật lí cho bài toán nhiệt đô thị Mùa hèở thành phố có thể đangthật ngột ngạt, với nhiệt lượng tuôn ra từ nhựa trải đườngvà máy điều hòa không khí. Nhưng những bề mặt thích hợp và cây cối có thể làm cho môi trường ngoại ô là nơi mát mẻ hơn, rẻ hơn và xanh sạch hơnđể sinh sống. Làmthế nào để cải thiện thời tiết mùa hè ở đô thị.(Ảnh: iStockphoto) Bứctranh mùahè hoàn mĩ đối với nhiều người làđược nhúng đôi chân mình vào mép nước trên bãi cát,thả bộ trong công viên và ăn kem, hoặcbật nắp một chai biamát lạnh khingồivới một bữatiệc ngoàitrời. Nhưng nếu bạnsinh sống ở thành phố - và hơn nửa dân số thế giới ngàynay là như vậy – thì thú vuimùa hè của bạn có lẽ bị giảm sút nhiều do môi trường xungquanh.Các thànhphố là những nơi nóngrát, ồnào với chất lượng không khí tồi tệ luôn sẵnsànghưởng ứng mưa gió trong những đợtgiông bão. Trong thành phố, chúng ta đang tiêu hao phung phí những lượng lớnnăng lượng cho việc làm mát vàomùa hè, sưởi ấm vào mùa đông và đi lạitrong suốt cả năm.Biến các thành phố thành nơi dễ chịu hơnvà thoải mái hơnđể sinh sống,do đó,làmột trongnhững mục tiêu chủ yếu của nghiên cứu môi trường, và là một mục tiêu mà các nhàvật lí thật sự thích hợpđể góp công góp sức, vì đa số các vấn đề môi trườngđô thị được người ta hiểu rõ nhất theocác khái niệmvật lí. Các nhà vật lí trên khắp thế giới, đặc biệt là nhữngngười đangnghiên cứu trong lĩnh vực vật límôi trường và khítượng học,hiện đang hợp tác với các nhà khoa họcthuộcnhững phân ngành khácđể nghiên cứu hiệu quả môi trường của các thànhphố và xác lậpxem những môi trườngđô thị này “xanh” ở mứcđộ nào. Hòn đảo nhiệt đô thị Các thànhphố thường nónghơn vùng quê xungquanh khoảng4 °C và ngày một mở rộng hơn, và sự chênh lệch nhiệt độ đó ngày mộtlớn hơn. Để tìm hiểu nguyêndo, chúng ta phải xétđến sự cân bằngnăng lượng của hai khuvực (hình1). Mặcdù việc đunnấu, sưởi ấm, điều hòakhông khí và đi lại đều tạo ra năng lượng trong các thành phố,nhưng đâylại là một thành phồ nhỏ đến bất ngờ của sự cân bằngnhiệt của chúng – chỉ khoảng 50 Wm –2 . Ngoại trừ vàomùa đông, con số này rõ rànglà nhỏ so với năng lượng chúngta thu nhận từ Mặttrời, nănglượng đó thậmchí ở nướcAnh cũngcó cực đạilà hơn 800 Wm –2 . Sự chênh lệch nhiệt độ của thành phố và vùng quê xungquanh, vì thế, chủ yếu là do cái xảy ra vớinăng lượng Mặttrờitronghai môi trườngđó. Ở khuvực nôngthôn, câycối phản xạ khoảng một phầntư bức xạ sóng ngắn tới (ánhsáng nhìn thấy hoặc những bước sóng ngắnhơn). Trongsố ba phần tư bị hấp thụ, phần lớnnăng lượngđược sử dụng để làmbay hơi nước từ lá cây – một quá trìnhgọi là “thoát hơi nước”. Quá trình này làmmát câycối, do đó phát ra ít bức xạ sóng dài(hồng ngoại), và còn làmgiảm phần năng lượng còn lại để làm nóngkhông khíbởi sự đối lưu và làmnóngđất đaibởi sự dẫn nhiệt. Ở các thành phố, nơi cây cối phần lớnđược thaythế bởi những tòa nhà và đườngxá, sự cân bằng năng lượng đó bị dịch chuyển nhiều. Các vật liệu nhân tạo, màu tối phản xạ ít – và hấp thụ nhiều – bứcxạ hơnso với cây cối. “Suất phản chiếu” thấp hơnnày có nghĩalà chỉ khoảng 10%bức xạ của Mặt trời bị phản xạ; con số này thậm chí còn thấphơn ở thành phố cao tầng, nơi ánh sáng bị phảnxạ trở xuống các “hẻm núi” đô thị. Hầu như toàn bộ năng lượng này đi vàolàm nóng đườngphố khôráo và cácmái nhà,nơi nó đượctrữ lại bên trong gạch vữa, hoặc làm nóngkhông khí phía bên trên, do đó làm tăng nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặtban ngàyso với môi trườngvùngquê xungquanh. Hình 1. Sự trao đổi năng lượng ở khuvực nông thôn và đô thị. Các thành phố có ít sự phản xạ và bay hơihơn, nhưngđối lưu nhiệt nhiềuhơn và trữ lại một phần nhiệt suốt đêm trong các tòa nhà. Ở đây, dòng năng lượng tỉ lệ với bề rộng của các mũi tên. Ban đêm,sự chênhlệch nhiệt độ giữa vùngquê và hòn đảo nhiệt đô thị có thể trở nên dễ nhậnthấy hơnnữa. Các thành phố nguội đi từ từ vìcó nhiều nhiệt trữ lại trongcác tòa nhà của nó, chúngliên tụctiêu tán nhiệt vàobầukhông khí đêm;vì có nhiều chất ô nhiễmbắt giữ bức xạ sóngdài; và bên trong cáchẻm núi đô thị, cóít không gian bầutrời thoáng đãng phía trên có thể nhìn thấy,cho nên có ít bức xạ có thể thoát ra ngoài hơn. Tất cả những điều này đang gây khổ sở cho cư dân đô thị. Sự gia tăng nhiệt độ không khí đô thị sovới nhiệt độ của vùngquê xungquanh, cái có thể đạt tới 7 °C ở mộtthủ phủ như London, khiến cho các thành phố là những nơi kém dễ chịu hơn để sinhsống trongnhững tháng mùa hè. Nhiệt độ vút lên cũnglàm tăngnguy cơ bệnh tật và thậm chí có thể giết ngườitrong những đợt nắng nóng: người ta cho rằng hơn 35.000người chết ở châu Âu là do hệ quả của đợt nắng nóng năm 2003, phần lớntrong số họ sống ở các thị tứ và thành phố. Hòn đảo nhiệt đô thị còn làm cho các thành phố khó thở hơn, vì nó làm tănglượng năng lượng dùng cho điều hòa khôngkhí – nănglượngđược bơm vào không khí ngoàitrời và làm cho tình hình thêm tồi tệ.May thay, vật lí họccho biết có thể sử dụng hai phương pháprất khác nhau để xoa dịu hòn đảonhiệt đô thị: sử dụng“các bề mặt nguội”; và sử dụng cây cối, hay“hạ tầng xanh”. . Giải phápvật lí cho bài toán nhiệt đô thị Mùa hèở thành phố có thể đangthật ngột ngạt, với nhiệt lượng tuôn ra từ nhựa trải đườngvà máy điều. một mục tiêu mà các nh vật lí thật sự thích hợpđể góp công góp sức, vì đa số các vấn đề môi trườngđô thị được người ta hiểu rõ nhất theocác khái niệmvật lí. Các nhà vật lí trên khắp thế giới,. trên có thể nhìn thấy ,cho nên có ít bức xạ có thể thoát ra ngoài hơn. Tất cả những điều này đang gây khổ sở cho cư dân đô thị. Sự gia tăng nhiệt độ không khí đô thị sovới nhiệt độ của vùngquê