Urban climate

歡迎來到城市氣候的世界！

你有沒有發現，市中心的氣溫總是比郊區高出幾度？或者當你走在高聳的摩天大樓之間時，突然感覺風變大了？這可不是你的錯覺——城市確實會創造屬於自己的微氣候（microclimates）。在本章中，我們將探討這個「石屎森林」是如何改變天氣以及我們呼吸的空氣。別擔心，即使一開始看起來有很多科學原理，我們將會一步步為你拆解！

1. 城市溫度：城市熱島效應 (UHI)

城市熱島效應（Urban Heat Island (UHI) effect）是指市區氣溫顯著高於周邊郊區的現象。這種溫差通常在夜間最為明顯，因為城市在夜晚依然保持溫暖，而郊區則迅速降溫。

為什麼城市比較熱？

試想一下，城市就像一個巨大的蓄熱器。白天它吸收熱量，晚上則緩慢釋放。原因如下：

1. 反照率（Albedo）低： 反照率是用來衡量表面反射光線能力的指標。瀝青和磚塊等深色表面具有低反照率，這意味著它們會吸收更多的太陽輻射（熱能）而非將其反射。
2. 熱質量（Thermal Mass）： 混凝土和石材等建築材料就像「熱匯」。它們白天儲存熱量的能力很強。
3. 缺乏蒸發散作用（Evapotranspiration）： 在郊區，植物會「出汗」（蒸騰作用），水分也會從土壤中蒸發，這會消耗能量並冷卻空氣。但在城市裡，我們用混凝土取代了草地，並將水流藏在地下管道中，因此失去了這種自然的冷卻機制。
4. 人為熱（Anthropogenic Heat）： 這是「人造」的熱量。想想汽車排氣管、冷氣機和工業煙囪排出的熱氣。
5. 城市冠層： 高樓大廈形成了「峽谷」效應，鎖住了熱量，阻止其散發到大氣中。

類比：想像在晴天穿著一件黑色羊毛衣（城市）與一件白色 T 恤（郊區）。黑色毛衣吸收了所有的陽光，即使太陽下山後，你依然會感到悶熱！

記憶小撇步：UHI 的 5 個「A」

Albedo (低反照率)
Anthropogenic Heat (人為熱：汽車/冷氣)
Absorption (吸收熱量：被混凝土吸收)
Absence of plants (缺乏植物)
Airflow (氣流受阻：被建築物遮擋)

快速複習： UHI 效應在夜間、市中心以及反氣旋（天氣平靜、晴朗）條件下最為強烈。

2. 城市降水、霧與雷雨

信不信由你，城市的降雨量實際上比周邊郊區更多！平均而言，城市的降水量可以增加 5–15%。

為什麼城市降雨更多？

1. 對流： 因為城市是一個「熱島」，暖空氣會上升（對流）。當暖空氣上升時，會冷卻並凝結成雲，最終形成降雨。
2. 凝結核（Condensation Nuclei）： 要形成降雨，水蒸氣需要依附的東西。城市中有大量的懸浮微粒（來自汽車和工廠的灰塵、煤煙和煙霧）。這些微粒充當了凝結核，為水滴提供了形成的表面。
3. 摩擦力增加： 高聳的建築物會減緩風速，導致空氣堆積並被迫向上移動（這稱為輻合/convergence），從而導致更多的雲層形成。

雷雨與霧

雷雨在夏季的城市更為常見，因為強烈的 UHI 效應產生了巨大的暖空氣上升氣流。
霧也更為頻繁，因為大量的污染物（凝結核）有助於水滴在地表附近形成，特別是在冬天的夜晚。

你知道嗎？城市會出現「山洪暴發」，不僅是因為雨水多，還因為地面鋪設了混凝土，雨水根本無法滲透到土壤裡！

重點總結： 更多的熱量 + 更多的灰塵 = 更多的降雨和暴風雨。

3. 風：結構與佈局

建築物不僅會阻擋風，還能加速風速或徹底改變風向。平均而言，城市比郊區風力較弱，因為建築物起到了防風屏障（摩擦）的作用，但你需要掌握兩個主要的例外情況：

文丘里效應（峽谷效應）

當風被迫通過兩座高樓之間的狹窄縫隙時，它必須加速才能通過。這就是文丘里效應（Venturi Effect）。
類比：想像一條花園水管。如果你用拇指按住出口處，縮小縫隙，水就會噴射得快得多！

湍流與渦流

當風撞擊高樓時，會沿著建築物表面被向下偏轉至地面（產生下沉氣流/down-draught）。這會在建築底部形成「渦旋」或迷你旋風，對行人來說可能相當危險！

常見誤區： 不要以為城市總是風更大。總體而言，由於摩擦作用，城市的風速其實是較低的；只有在特定的「城市峽谷」中，風才會變得局域化且強勁。

4. 空氣品質：城市中的污染

由於兩種主要的污染類型，城市空氣品質通常低於郊區：

1. 懸浮微粒（PM）： 這些是懸浮在空氣中的微小固體或液體顆粒（如柴油引擎產生的黑煙或建築工地的灰塵）。它們會沉積在肺部深處，引發健康問題。
2. 光化學污染： 這通常被稱為煙霧（Smog）。當陽光與汽車廢氣中的氮氧化物（\(NO_x\)）等化學物質發生反應時就會產生。這會在近地面產生臭氧，對人體呼吸有害。

逆溫現象（Temperature Inversions）

正常情況下，高度越高，氣溫越低。然而，在逆溫期間，一層暖空氣會覆蓋在地表附近的冷空氣之上。這就像鍋子上的「蓋子」一樣，把所有的污染物困在地表，讓我們不得不吸入這些空氣。這種現象常發生在像洛杉磯這樣的盆地城市，或是在英國寒冷、平靜的冬夜。

快速複習：
- 來源： 汽車、工廠、暖氣系統。
- 問題： 煙霧和呼吸系統疾病。
- 風險因素： 逆溫現象會將污染物困在地表附近。

5. 減少污染的政策

由於空氣污染是主要的健康風險，政府採取了不同的政策來改善空氣品質。你應該能夠列舉並解釋其中幾項：

1. 清潔空氣法案： 在英國，1956 年的《清潔空氣法案》引入了「煙霧管制區」，規定只能燃燒無煙燃料。
2. 車輛限制： 許多城市現在設有低排放區 (LEZs) 或超低排放區 (ULEZs)，污染嚴重的車輛若要進入需支付每日費用。
3. 公共交通改善： 興建輕軌、單車徑和電動巴士網絡，以鼓勵民眾減少使用私人汽車。
4. 城市綠化： 種植更多樹木並建立「綠化屋頂」。樹木能過濾空氣，並通過遮蔭和蒸騰作用協助減少 UHI 效應。
5. 分區規劃： 將重工業和「高煙囪」工廠設在遠離住宅區的地方，或設在城市的邊緣，以便風能將煙霧吹走。

重點總結：
城市更熱（UHI），因為它們吸收熱量且缺乏植物。城市降雨更多，因為熱量使空氣上升，而污染提供了凝結核。風力通常較慢，但在建築物之間會產生「隧道效應」（文丘里效應）。污染是一個大問題，但像 LEZs 和城市綠化這樣的政策有助於減輕損害。