Kiểm chứng hiệu quả của các biện pháp chống nóng

Viện Khoa học Môi trường đã tiến hành nghiên cứu chung với Cơ quan Khoa học và Công nghệ Biển-Trái đất Nhật Bản (JAMSTEC), một cơ quan nghiên cứu và phát triển quốc gia.
Là một phần của nghiên cứu chung với JAMSTEC, nhằm xác minh hiệu quả của các biện pháp đối phó với nhiệt, ngoài các cuộc khảo sát đo lường thực tế, chúng tôi cũng kết hợp phân tích sử dụng mô phỏng số để xác minh tác động của việc đưa ra các biện pháp đối phó với nhiệt trong điều kiện ảo (ví dụ: lắp đặt vách ngăn gần sương mù), cũng như những thay đổi trong môi trường nóng khi các thiết lập ảnh hưởng đến việc giảm nhiệt (ví dụ: mật độ lá cây) thay đổi.
Trang này giới thiệu một số ví dụ về từng sáng kiến.

Hiệu ứng đảo nhiệt là gì?　／　Tờ rơi: "Tạo môi trường chống nóng"　／　Quan sát nhiệt độ thành phố　／　 Khảo sát môi trường nhiệt　／　 Dự báo nhiệt độ trong tương lai của thành phố

Các loại vỉa hè đặc biệt như vỉa hè giữ nước và vỉa hè thấm nước sẽ lưu trữ nước mưa bên trong vỉa hè và sử dụng nhiệt từ quá trình bốc hơi của nước giữ lại để hạ nhiệt độ bề mặt vỉa hè (nhiệt độ mặt đất), do đó giúp làm giảm nhiệt.
Loại vỉa hè đặc biệt này đã được lắp đặt tại một phần Công viên Dorogame ở phường Kanazawa, thành phố Yokohama. Tỷ lệ giữ nước của mặt đường đặc biệt tại vị trí này được thiết lập tùy ý và mô phỏng số được sử dụng để xác minh sự khác biệt về nhiệt độ bề mặt đất do thay đổi hiệu suất bốc hơi từ bề mặt mặt đường.
Kết quả kiểm chứng cho thấy, tại các khu vực có vỉa hè giữ nước và thấm nước, nhiệt độ mặt đất cao hơn từ 2 đến 8°C khi tỷ lệ giữ nước được thiết lập cho điều kiện khô và thấp hơn từ 4 đến 8°C khi tỷ lệ giữ nước được thiết lập cho điều kiện ướt so với khi tỷ lệ giữ nước được thiết lập cho điều kiện bình thường.

Người ta cũng thấy rằng sự khác biệt về tốc độ giữ nước của các loại mặt đường đặc biệt cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí gần mặt đất (độ cao 0,5 m).
Trong thời kỳ khô hạn, lượng nước bốc hơi khỏi bề mặt trái đất ít hơn và nhiệt được sử dụng để làm tăng nhiệt độ bề mặt trái đất, cuối cùng làm ấm không khí xung quanh. Kết quả là, so với thời điểm bình thường, nhiệt độ gần vỉa hè giữ nước ở phía nam công viên cao hơn từ 0,3 đến 0,4 độ C.
Mặt khác, khi độ ẩm cao, nhiệt được sử dụng để làm bốc hơi nước từ bề mặt trái đất, khiến nhiệt độ bề mặt trái đất khó tăng lên và làm giảm tác dụng làm ấm không khí xung quanh. Kết quả là, so với thời điểm bình thường, nhiệt độ gần vỉa hè giữ nước và thấm nước thấp hơn tới 0,7°C và nhiệt độ cũng giảm trên toàn bộ công viên.

Theo cách này, bằng cách sử dụng công nghệ mô phỏng, có thể ước tính tác động của các sáng kiến ​​giảm nhiệt, ngay cả trong những trường hợp khó có thể xác minh chúng thông qua các cuộc khảo sát đo lường thực tế.
Để biết thông tin chi tiết về sáng kiến ​​này, vui lòng xem trang 10 đến 15 của Báo cáo kết quả (※1).

※Chương 5-1 Kiểm chứng tác động của việc giữ nước và phủ xanh bề mặt đất

Sương mù có tác dụng làm mát không khí bằng cách phun ra những giọt nước giống như sương mù, mang theo nhiệt khi chúng bay hơi (nhiệt ẩn của hơi nước).
Để duy trì hiệu quả làm mát của sương mù ở mức cao, chúng tôi đã xác minh tính hiệu quả của việc ngăn chặn sự lan rộng của sương mù bằng cách lắp đặt vách ngăn ở phía đón gió, lấy sương mù được lắp đặt tại Công viên Dorogame ở Phường Kanazawa, Thành phố Yokohama làm ví dụ.
Sử dụng công nghệ mô phỏng để dự đoán sự thay đổi về nhiệt độ và các yếu tố khác sẽ xảy ra như thế nào khi lắp đặt vách ngăn, người ta thấy rằng bằng cách lắp đặt vách ngăn lưới thoáng khí, nhiệt độ và các yếu tố khác bên trong vách ngăn sẽ giảm xuống.
Ngoài ra, khi một vách ngăn lưới chắn gió tạm thời được lắp đặt ở phía đón gió của sương mù tại Công viên Dorogame ở Phường Kanazawa, các phép đo đã được thực hiện và xác nhận rằng nhiệt độ và các yếu tố khác bên trong vách ngăn đã giảm xuống.

Dựa trên những điều trên, có vẻ như để tăng hiệu quả của sương mù, có thể ngăn sương mù lan rộng bằng cách lắp vách ngăn ở phía đón gió chẳng hạn.
Để biết thông tin chi tiết về sáng kiến ​​này, vui lòng xem trang 16 đến 26 của Báo cáo kết quả (※2).

※2 Chương 5-2 Kiểm chứng hiệu quả của sương mù mịn

Tính đến năm 2018, thành phố Yokohama có hơn 130.000 cây xanh đường phố (cây vỉa hè và các cây cao khác). Cây xanh ven đường có nhiều vai trò khác nhau, chẳng hạn như tạo bóng mát để ngăn chặn ánh nắng nóng của mùa hè, hạ nhiệt độ thông qua quá trình thoát hơi nước từ lá và làm sạch không khí thông qua quá trình hô hấp của thực vật và hấp thụ các chất ô nhiễm không khí bằng lá cây.
Để nghiên cứu tác dụng giảm nhiệt của bóng râm từ cây ven đường, chúng tôi đã tiến hành đo đạc thực địa trên vỉa hè của các tuyến đường chính nơi trồng cây ven đường (cây zelkova) từ Torigaoka, Phường Totsuka, Thành phố Yokohama đến Ryoke, Phường Izumi, Thành phố Yokohama. Kết quả là, chúng tôi xác nhận rằng môi trường nóng được giảm bớt nhiều hơn ở bóng râm của những cây được cắt tỉa nhẹ nhàng (cắt tỉa để duy trì hình dạng của cây trong khi vẫn giữ được kích thước nhất định) so với bóng râm của những cây được cắt tỉa nhiều (cắt tỉa để giảm lá rụng bằng cách cắt thân và cành dày để làm cho cây nhỏ hơn).
Người ta cho rằng điều này là do việc cắt tỉa nhẹ nhàng tạo ra màu xanh đậm hơn trên toàn bộ cây, đồng thời các cành và lá chặn nhiều ánh sáng mặt trời hơn, mang lại hiệu quả giải nhiệt tốt hơn. Nó cũng tạo ra bóng râm lớn hơn, làm tăng diện tích (phạm vi) mà cây sẽ cảm thấy mát mẻ.

Hơn nữa, chúng tôi đã mô hình hóa các cây đường phố mà chúng tôi đã khảo sát và xác minh kết quả thông qua mô phỏng số.
Trong mô phỏng số, nhằm mục đích nghiên cứu vai trò của cây xanh đường phố trong việc ảnh hưởng đến độ mát của bóng râm, chúng tôi đã xem xét chỉ số nhiệt (WBGT) sẽ thay đổi như thế nào khi chiều cao cây, thể tích tán cây (sáu trường hợp: Trường hợp 1 đến 6 (*3)) và mật độ lá (sáu trường hợp: Trường hợp 7 đến 12 (*3)) của cây xanh đường phố thay đổi.
Kết quả cho thấy, chỉ số nhiệt trong bóng râm phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất, lá càng rậm hoặc thể tích tán cây càng lớn thì chỉ số nhiệt càng thấp và hiệu quả giảm nhiệt độ mà con người cảm nhận được càng lớn.

※3. Các thông số vương miện được sử dụng trong các trường hợp từ 1 đến 12 (PDF: 390KB)

Ngoài ra, dựa trên kết quả mô phỏng số, mối quan hệ giữa đặc điểm tán cây (mật độ lá và thể tích tán cây) và chỉ số nhiệt được minh họa khái niệm trong hình bên dưới.
Chúng tôi thấy rằng khi không thể tránh khỏi việc giảm mật độ lá, chỉ số nhiệt có thể được hạ thấp, tức là môi trường nóng có thể được cải thiện, bằng cách tăng thể tích tán cây (tăng giá trị trên trục hoành), và khi không thể tăng thể tích tán cây, chỉ số nhiệt có thể được hạ thấp bằng cách tăng mật độ lá (tăng giá trị trên trục tung).

Để biết thông tin chi tiết về sáng kiến, vui lòng xem trang 27 đến 43 (※4) của Báo cáo kết quả.

※4 Chương 5-3 Kiểm chứng sự khác biệt về môi trường nhiệt do các phương pháp cắt tỉa cây xanh đường phố khác nhau