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从比热容问题想到全球变暖

从比热容问题想到全球变暖

作者: 成长天地 | 来源:发表于2021-09-11 14:42 被阅读0次

    从小处着手,初中物理比热容的问题放大可以解决全球气候变化问题。全球气候变化过去被称为“全球变暖”,全球变暖从根本上说,是地球吸收太阳能量比散发出去的能量要多,尤其是地球表面大气层所保有的能量,大气层中的能或者说热量增加,就表现为全球气候变暖。

    现在,大家知道的主要是通过控制温室气体排放应对气候问题,因为温室气体增加就会增强大气保存热量的能力,这是一种传统思路。还有种思路,则是减少地球吸收的能量。怎么做到呢?简单来说就是增强地表反射,让更多的太阳辐射直接反射回天空。早在2009年,当时担任美国能源部部长的朱棣文就谈到,如果把所有屋顶都漆成白色路面和汽车也使用浅色涂装,就能极大缓解温室效应。当然这种设想真要实施起来是有难度的,因为房屋属于个财产,不能强制所有人都把自己的房子涂白;如果全球的屋顶都变成白色,城市景观可能也受影响。

    但这种思路并非没有道理。也是在2009年,麻省理工学院成立了混凝土可持续发展中心( MIT Concrete Sustainability Hub,, MIT CSHub,,以下简称MT混凝土中心”),这个中心的主研究方向之一就是这个思路,具体来说,是要消除城市道路造成的城市热岛效应。

    城市热岛效应,指的是城市区域气温明显高于周边地区的现象。这一现象是在人造卫星发明后被发现的,在卫星红外摄影中,我们会看到城市就像一个个炙热的岛屿在散发热量,岛效应的名称就是这么来的。

    在讲红外线的时候提到。

    那么热岛效应是怎么造成的呢?有很多原因包括建筑聚集增强了地表的太阳能吸收、并且阻挡了空气流通,绿化面积的减少,生活和工业活动产生的废热等等。其中一个最主要的原因就是,城市道路和建筑表面会吸收大量太阳辐射,再以红外辐射的方式将吸收的热量散发到大气中。吸收热量是在白天进行,散发热量主要发生在夜间,因此城市区域的昼夜温差通常会小于周边区域。

    热岛效应可以使城市升温多达4摄氏度以上,即使只是局部区域,这也是非常大的温度变化了,毕竟巴黎协定的目标也不过是想让全球升温控制在1摄氏度以内。而且热岛效应还会进一步影响周边区域气候,从而有可能影响全球气候变化。如果能缓解城市热岛效应,无疑能在很大程度上缓解全球变暖问题。

    新型道路材料如何改善气候变化问题?

    MIT混凝土中心解决热岛效应的思路,就是把城市道路变得更“凉快”。我们知道,要解决一个问题,就要抓主要矛盾。在城市里,40%的面积是街道,另外有大约40%是房屋,剩下20%是绿地。全世界95%的道路是由沥青铺成的,沥青比热容很小,升温极快,升温之后就会造成很强的红外辐射。可以说,道路是造成城热岛效应的主要原因之一。如果能解决道路大量吸收热量的问题,热岛效应就可能缓解一大半。

    MIT混凝土中心的研究人员从这一点出发,发明了能够反射大部分热量的“凉爽“铺路材料,包括反光沥青和反光水泥。当然,这里说的反光不是像镜子那样反光,而是把占太阳辐射能量43%的红外线辐射反射出去,当然也会反射一部分可见光。

    MIT的研究人员还发现,道路不平整也会使得车辆消耗更多的燃油因此他们在研制新型路面材料时,也考虑了让道路更加耐磨损,来减少道路磨损导致的燃油消耗。对于现有路面,可以通过喷洒涂层来增加路面的能量反射。这样处理过的道路,可以将太阳辐射反射率提高三倍。

    接下来MT混凝土中心在两个城市做了实验,第一个城市是MIT所在的波士顿,那里纬度高,气温低;另一个实城市则是位于美国南方、气候炎热的凤凰城,每年4月到10月之间,凤凰城的气温经常达到40摄氏度以上。

    实验结果让人很振奋,新型铺路材料和涂层可以将波士顿和凤凰城的平均气温分别降低1.7摄氏度和2.1摄氏度,同时由于路面更加平整两个城市的温室气体总排放量也分别减少了3%和6%。目前,美国第大城市洛杉矶也在开展类似的实验。当然,这种解决方案最终能否大规模推广,还要看成本。

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