Vào một đêm giữa mùa hè, khi tan làm từ trung tâm thành phố và về đến nhà ở ngoại ô, đôi khi bạn có thể cảm thấy ngay cả không khí cũng khác hẳn. Dù cùng một ngày, dưới cùng một bầu trời, những con phố dày đặc đường nhựa và cao ốc vẫn hầm hập nóng sau khi mặt trời lặn, còn những khu dân cư có rừng cây và đồng ruộng lại mát mẻ hơn hẳn. Hiện tượng khí hậu đô thị tiêu biểu giải thích sự khác biệt này chính là “đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island)”.
Nói một cách đơn giản, hiện tượng đảo nhiệt là “hiện tượng nhiệt độ ở khu vực đô thị cao hơn vùng ngoại ô hoặc nông thôn xung quanh”. Tên gọi này xuất phát từ việc khi vẽ các đường đẳng nhiệt, trung tâm đô thị nóng bức trông như một hòn đảo nổi giữa những khu vực mát mẻ bao quanh. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu khiến các đợt nắng nóng xuất hiện thường xuyên hơn, đảo nhiệt cũng là vấn đề liên quan trực tiếp đến sức khỏe và năng lượng.
Tài liệu này sẽ lần lượt tìm hiểu từ định nghĩa chính xác và lịch sử phát hiện hiện tượng đảo nhiệt đến cơ chế đô thị giữ nhiệt, sự thay đổi giữa ngày và đêm, cùng các giải pháp làm mát đô thị và giới hạn của chúng.
Hiện tượng đảo nhiệt: Cái nóng do đô thị tự tạo ra
Hiện tượng đảo nhiệt là gì?
Người đầu tiên ghi nhận một cách khoa học rằng đô thị ấm hơn khu vực xung quanh là nhà khí tượng học người Anh Luke Howard. Trong cuốn “Khí hậu Luân Đôn (The Climate of London)” xuất bản năm 1818, ông tổng kết rằng trung tâm Luân Đôn luôn ấm hơn vùng ngoại ô, và sự chênh lệch đặc biệt rõ vào ban đêm. Ông cho rằng lượng dân cư đông đúc và lửa dùng để sưởi ấm đã bổ sung nhiệt cho trung tâm thành phố; có thể nói, ông là người đầu tiên dùng số liệu để cho thấy chính hoạt động đô thị làm thay đổi khí hậu. Đây cũng chính là người nổi tiếng với phương pháp phân loại mây.
Ngày nay, các nhà nghiên cứu chia đảo nhiệt thành hai loại theo đối tượng đo lường.
- Đảo nhiệt bề mặt (Surface Heat Island): Hiện tượng bản thân các bề mặt như mái nhà và đường sá nóng lên, mạnh nhất vào ban ngày khi ánh nắng gay gắt.
- Đảo nhiệt khí quyển (Atmospheric Heat Island): Hiện tượng nhiệt độ không khí ở độ cao con người hít thở tăng lên, biểu hiện rõ hơn sau khi mặt trời lặn.
Theo tài liệu do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) tổng hợp, nhiệt độ ở các đô thị Hoa Kỳ cao hơn khu vực xung quanh khoảng 0.5–4°C vào ban ngày và khoảng 1–3°C vào ban đêm. Các đô thị càng đông dân và có mật độ dân cư cao thì mức chênh lệch cũng có xu hướng càng lớn.
Cơ chế đô thị giữ nhiệt
Đảo nhiệt không bắt nguồn từ một nguyên nhân duy nhất mà là kết quả tổng hợp của vật liệu, hình dạng và hoạt động đô thị. Trong quá trình bề mặt tự nhiên được thay bằng các công trình nhân tạo, chính cách tiếp nhận và giải phóng nhiệt cũng thay đổi.
(1) Bề mặt không thấm nước và tình trạng thiếu không gian xanh
Rừng cây và đất tạo bóng râm, đồng thời làm mát nhờ sự thoát hơi nước của lá và sự bốc hơi từ bề mặt đất. Ngược lại, các bề mặt không thấm nước như đường sá, bãi đỗ xe và mái nhà gần như không có cơ hội được làm mát nhờ bốc hơi nên cứ thế nóng lên.
(2) Suất phản chiếu thấp và sự tích nhiệt
Suất phản chiếu, hay albedo, là tỷ lệ ánh nắng được bề mặt phản xạ. Những vật liệu tối màu như nhựa đường mới hấp thụ phần lớn ánh nắng, còn bê tông và gạch giữ lượng nhiệt đó trong thời gian dài rồi từ từ giải phóng ra ngoài.
(3) Cấu trúc hình học của đô thị
Khi các tòa nhà cao tầng nối tiếp nhau dọc những con đường hẹp, chúng tạo nên không gian giống hẻm núi. Ở những nơi như vậy, gió yếu đi và chỉ có thể nhìn thấy một phần nhỏ bầu trời, khiến nhiệt tích tụ ban ngày khó thoát ra bầu trời đêm.
(4) Nhiệt thải nhân tạo
Ô tô, dàn nóng điều hòa, các tòa nhà và nhà máy liên tục thải nhiệt. Đôi khi còn hình thành vòng luẩn quẩn: càng bật điều hòa nhiều vì nóng thì bên ngoài càng nóng hơn.
Đảo nhiệt thay đổi theo ngày đêm và mùa
Cường độ đảo nhiệt không giống nhau suốt cả ngày. Vào giữa trưa, nhiệt độ bề mặt mái nhà và đường sá nhận ánh nắng trực tiếp tăng mạnh; EPA giải thích rằng mái nhà thông thường có thể nóng hơn không khí xung quanh tới khoảng 37°C.
Khi mặt trời lặn, tình hình thay đổi. Những cánh đồng ngoại ô nguội đi nhanh chóng, nhưng các tòa nhà và vật liệu lát phủ trong đô thị tỏa lượng nhiệt đã hấp thụ ban ngày suốt cả đêm, làm ấm không khí. Đây là lý do chênh lệch nhiệt độ không khí lớn hơn vào ban đêm, như Howard đã chỉ ra từ 2 trăm năm trước.
Đảo nhiệt càng mạnh vào những ngày trời quang, gió nhẹ và yếu đi vào những ngày nhiều mây hoặc gió mạnh. Đảo nhiệt vào đêm hè làm gia tăng những đêm nóng nhiệt đới, lấy đi thời gian phục hồi của cơ thể; trong các đợt nắng nóng, nó đồng thời làm tăng các bệnh liên quan đến nhiệt và nhu cầu điện để làm mát.
Giải pháp làm mát đô thị và những giới hạn
Vì đảo nhiệt là hiện tượng do đô thị tạo ra, có thể giảm đáng kể hiện tượng này thông qua cách thiết kế đô thị. Những chiến lược giảm thiểu tiêu biểu gồm:
- Mái mát (Cool Roof): Mái có khả năng phản xạ ánh nắng và phát xạ nhiệt cao, giúp giảm cả nhiệt độ bên trong lẫn bên ngoài tòa nhà cùng nhu cầu làm mát.
- Không gian xanh và cây ven đường (Urban Greening): Đây là phương pháp giúp giảm nhiệt độ cảm nhận trên đường phố một cách chắc chắn nhất nhờ bóng râm và sự thoát hơi nước.
- Mặt đường mát (Cool Pavement): Giảm nhiệt độ mặt đường bằng vật liệu lát phủ có độ phản xạ cao hoặc cho phép nước thấm qua.
- Không gian mặt nước (Blue Space): Sông suối và các không gian cảnh quan nước làm mát khu vực xung quanh nhờ sự bốc hơi và các hành lang thông gió.
Suối Cheonggyecheon ở Seoul là một ví dụ thường được nhắc đến. Có phân tích cho thấy sau khi được khôi phục vào năm 2005, việc dỡ bỏ đường trên cao và khai thông dòng nước đã khiến nhiệt độ không khí quanh suối được ghi nhận thấp hơn khoảng 3–6°C so với các con đường cách đó vài dãy phố.
Tuy nhiên, không có giải pháp nào giải quyết được mọi vấn đề. Vật liệu lát phủ phản xạ có thể hắt ánh sáng trở lại người đi bộ và các bức tường giữa những tòa nhà cao tầng, khiến cảm giác nóng vào ban ngày tăng lên hoặc gây chói mắt. Mái mát đôi khi làm tăng nhẹ nhu cầu sưởi ấm mùa đông ở các vùng lạnh, còn cây xanh cần đất để sinh trưởng, nước và thời gian dài. Vì vậy, việc kết hợp các giải pháp phù hợp với đặc điểm của từng nơi quan trọng hơn việc chỉ dùng một công nghệ.
Hiện tượng đảo nhiệt cho thấy môi trường nhân tạo khổng lồ mang tên đô thị tiếp nhận và xử lý ánh nắng cùng nhiệt khác với tự nhiên. Quan sát được ghi nhận lần đầu tại Luân Đôn vào năm 1818 nay đã trở thành một khái niệm cốt lõi định hướng quy hoạch đô thị và y tế công cộng trong thời đại nắng nóng.
Quan sát kỹ hơn màu mái nhà, bóng cây và các hành lang thông gió trong khu phố mình sống chính là bước đầu tiên trong ứng phó với đảo nhiệt để xây dựng một đô thị mát mẻ và lành mạnh hơn.
