ปรากฏการณ์เกาะความร้อน

ปรากฏการณ์เกาะความร้อน หรือ เกาะความร้อนเมือง (urban heat island: UHI) คือปรากฏการณ์ที่พื้นที่บริเวณกลางเมืองมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณโดยรอบอย่างมีนัย ความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงกว่าดังกล่าวมีความชัดเจนในตอนกลางคืนมากกว่าตอนกลางวัน และในฤดูหนาวมากกว่าฤดูร้อนและจะชัดเจนมากเมื่อไม่มีลม หรือมีลมพัดอ่อน สาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดเกาะความร้อนเมืองได้แก่การเปลี่ยนแปลงพื้นผิวของแผ่นดินจากการพัฒนาเมือง ความร้อนที่ปล่อยออกจากการใช้พลังงานตามอาคารสถานที่ต่างๆ มีส่วนน้อยในการเกิดเกาะความร้อน เมื่อศูนย์กลางประชากรของเมืองเพิ่ม การเปลี่ยนแปลงผิวพื้นแผ่นดินก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้นตามไปเรื่อยๆ ซึ่งเป็นสาเหตุของการเพิ่มอุณหภูมิทั่วไปโดยเฉลี่ย ผลของปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองทำให้ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยรายเดือนในบริเวณใต้ลมที่ห่างจากใจกลางเมืองออกไปประมาณ 60 กิโลเมตรเพิ่มขึ้นจากปกติประมาณร้อยละ 28 เมื่อเทียบกับบริเวณพื้นที่เหนือลม

สาเหตุของปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองมีหลายประการ Oke (1982) อ้างว่าสาเหตุหลักสำหรับการร้อนขึ้นในช่วงกลางคืนเกิดจากอาคารต่างๆ (ที่ร้อนกว่า) บังวิวท้องฟ้า (ที่เย็นกว่า) ของตอนกลางคืน (ดูการแผ่รังสีความร้อน - thermal radiation) เหตุผลอีก 2 ประการได้แก่การเปลี่ยนคุณสมบัติของความร้อนบนผิววัสดุและการขาดการระเหยคายน้ำ (evapotranspiration) ในบริเวณเมือง วัสดุที่ใช้โดยทั่วไปในเมือง เช่น คอนกรีตและแอสฟัลต์มีคุณสมบัติในการรับความร้อนที่ต่างกันมาก รวมทั้งคุณสมบัติในการจุความร้อนและคุณสมบัติในการนำความร้อน และคุณสมบัติของอัตราส่วนรังสีสะท้อน (albedo) และสภาพการเปล่งรังสี (emissivity) มากกว่าบริเวณโดยรอบเมือง ปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนความสมดุลของพลังงาน (energy balance) ในเขตเมืองซึ่งเป็นเหตุให้อุณหภูมิในเมืองสูงกว่าพื้นที่ชานเมืองหรือพื้นที่ชนบท ความสมดุลของพลังงานยังถูกกระทบจากการขาดพืชพรรณในพื้นที่ในเมืองที่จะช่วยให้เย็นลงจากการระเหยคายน้ำของต้นไม้ อีกสาเหตุหนึ่งของปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองได้แก่ “ปรากฏการณ์เรขาคณิต” geometric effects) นั่นคืออาคารสูงจำนวนมากในย่านกลางเมืองเป็น ผิวเชิงอเนก ที่รับการสะท้อนและการดูดซับแสงอาทิตย์ ทำให้บริเวณในเมืองร้อนขึ้น ซึ่งเรียกกันว่า “ปรากฏการณ์หุบผา” (canyon effect) อีกสาเหตุหนึ่งที่เกิดจากอาคารสูงได้แก้การบังลมซึ่งทำให้ไม่เกิดความเย็นจากการพาความร้อน (convection) ความร้อนที่ปล่อยออกจากเครื่องปรับอากาศของอาคาร โรงงานอุตสาหกรรมและแหล่งก่อความร้อนอื่นๆ ในเมืองมีส่วนทำให้เกิดปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองได้เช่นกัน รวมทั้งบริเวณที่มีประชากรหนาแน่นในเมืองก็มีส่วนด้วยเช่นกัน นอกจากนี้มลภาวะในรูปต่างๆ ก็มีส่วนเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของบรรยากาศด้วย

สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมสหรัฐฯ (EPA) ได้ให้คำอธิบายเกี่ยวกับเรื่องนี้ไว้ว่า:
“เกาะความร้อนเกิดขึ้นเมื่อพืชพรรณถูกแทนที่ด้วยแอสฟัลท์และคอนกรีตที่ใช้ทำถนน อาคารและโครงสร้างอื่นที่มีความจำเป็นสำหรับการเพิ่มที่อยู่อาศัยและที่ทำงานของประชากร ผิวพื้นเหล่านี้ดูดซับ – มากกว่าสะท้อนความร้อนจากแสงแดด ทำให้อุณหภูมิผิวพื้นและอุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้น” การใช้วลี “เกาะความร้อน” อีกแนวหนึ่งได้แก่การใช้หมายถึงบริเวณใดๆ ก็ตาม ไม่ว่าจะมีการอยู่อาศัยหรืออาคารบ้านเรือนหรือไม่ก็ตาม แต่มีการเกิดความร้อนสูงกว่าบริเวณโดยรอบ ในบางเมืองอาจเกิดปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองสูงสุดในตอนกลางคืน (ดูภาพล่าง) โดยเฉพาะบาง [2] หรือในบางครั้งในฤดูหนาว [3] โดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิหลายองศาระหว่างศูนย์กลางเมืองและบริเวณทุ่งชานเมือง ความแตกต่างของอุณหภูมิของสองบริเวณดังกล่าวนี้มักปรากฏในรายงานพยากรณ์อากาศของต่างประเทศ เช่น “อุณหภูมิกลางเมือง 68 องศา และชานเมือง 64 องศา” เป็นต้น

ปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองมีศักยภาพที่จะส่งอิทธิพลต่อสุขภาพและความผาสุขของประชากรในเมือง ในสหรัฐฯ ประเทศเดียว โดยเฉลี่ยมีผู้เสียชีวิตถึง 1,000 คนจากความร้อนจัด (Changnon et al., 1996), ในขณะที่ปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองที่ปรากฏในรูปของการเพิ่มอุณหภูมิมีศักยภาพที่จะเพิ่มขนาดความเนิ่นนานของคลื่นความร้อน ( heat wave) ที่เกิดในเมืองได้ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าอัตราการเสียชีวิตสูงสุดในช่วงการเกิดคลื่นความร้อนจะเป็นสัดส่วนรับกันกับช่วงที่มีอุณหภูมิสูงสุด (Buechley et al., 1972) ซึ่งนับเป็นผลกระทบในทางเลวที่เกิดจากปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมือง ผลกระทบในช่วงกลางคืนนับว่ามีอันตรายมากในช่วงเกิดคลื่นความร้อนเช่นกันเนื่องจากเป็นการทำให้ประชากรในเมืองไม่ให้ได้รับการผ่อนคลายเหมือนประชากรชานเมืองจากอุณหภูมิตอนกลางคืนลดต่ำลง (Clarke, 1972)
งานวิจัยในสหรัฐฯ แสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิที่สุดโต่งและการตายในสหรัฐฯ ผันแปรไปตามท้องถิ่น ในรายงานชื่อ “โครงการว่าด้วยสุขภาพที่ได้รับผลกระทบจากเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมของโลก” ที่มหาวิทยาลัยจอนส์ฮอปกินส์ (JHU) พบว่า ความร้อนมักเพิ่มความเสี่ยงในการเสียชีวิตมากในเมืองที่อยู่ในเส้นละติจูดปานกลางและละติจูดสูงที่มีความผันผวนของอุณหภูมิมาก ตัวอย่างเช่น เมื่อนครชิคาโกและนิวยอร์กที่ได้ประสบกับภาวะอุณหภูมิในฤดูร้อนสูงผิดปรกติ ความเจ็บป่วยและการเสียชีวิตสามารถคาดได้ว่าจะสูงตามไปด้วย ตรงข้ามกับประเทศที่มีไม่มีการผันผวนของอุณหภูมิตลอดปีมาก จะมีความเสี่ยงด้านสุขภาพจากคลื่นความร้อนของสาธารณชนน้อยกว่า งานวิจัยของ JHU แสดงให้เห็นว่าประชากรของเมืองในตอนใต้ของประเทศ เช่นไมอามีซึ่งคุ้นกับสภาพวะอากาศร้อนประสบปัญหาน้อยกว่า
ผลต่อเนื่องอีกประการหนึ่งของปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองได้แก่การเพิ่มความสิ้นเปลืองพลังงานสำหรับเครื่องปรับอากาศและตู้เย็นในเมืองที่มีอากาศร้อน กลุ่มผู้ศึกษาปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองได้ทำการประมาณความสิ้นเปลืองดังกล่าวในนครลอสแอนเจลิส แคลิฟอร์เนียว่าตกถึงประมาณ 100 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ต่อปี [4] ในขณะที่เมืองในเขตหนาว เช่น ชิคาโกกลับมีค่าใช้จ่ายสำหรับพลังงานเชื้อเพลิงสำหรับความอบอุ่นลดลงในฤดูหนาว
นอกจากผลกระทบที่ชัดเจนเกี่ยวกับอุณหภูมิแล้ว ปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองยังมีผลกระทบระดับที่สองต่อการอุตุนิยมท้องถิ่นด้วย ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนรูปแบบของลมประจำถิ่น การเกิดเมฆ หมอก ความชื้นและอัตราของหยาดน้ำฟ้า (Precipitation - ฝน หิมะ น้ำค้าง ฯลฯ) อีกด้วย [5]
ด้วยการใช้ภาพถ่ายดาวเทียม นักวิจัยได้พบว่าลมฟ้าอากาศของเมืองมีอิทธิพลที่สังเกตได้ต่อการเจริญเติบโตของพืชพรรณท้องถิ่นตามฤดูการปลูก โดยส่งผลไปไกลมากถึง 10 กิโลเมตรจากขอบของเมือง ฤดูเพาะปลูกในเมืองต่างๆ 70 เมืองในภาคตะออกเฉียงเหนือของสหรัฐฯ มีความยาวนานมากขึ้นประมาณ 15 วันเมื่อเทียบกับพื้นที่ชนบทขอบเมืผลกระทบของปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมืองอาจบรรเทาได้เล็กน้อยด้วยการใช้วัสดุที่มีผิวพื้นสีขาว หรือที่เป็นวัสดุสะท้อนความร้อนมาใช้ในการก่อสร้างอาคารบ้านเรือน ลานและถนนซึ่งเป็นการเพิ่มอัตรส่วนรังสีสะท้อน (albedo) โดยรวมของเมือง มีหลายประเทศที่นำวิธีนี้มาใช้นานแล้ว ทางเลือกที่สองได้แก่การเพิ่มจำนวนของพืชพรรณที่คายน้ำมาก วิธีทั้งสองนี้อาจนำมาประยุกต์รวมในรูปของ “หลังคาเขียว”
เทศบาลนครนิวยอร์กได้ชี้ชัดว่าศักยภาพในการทำความเย็นตามพื้นที่ต่างๆ ที่สูงสุดได้แก่การปลูกต้นไม้ถนน ตามาด้วยหลังคาเขียว หรือสวนหลังคา หลังคาที่เป็นสีอ่อน และการปลูกพืชพรรณในที่ว่าง ในแง่ของค่าใช้จ่ายต่อประโยชน์ที่ได้ พบว่าการใช้พื้นผิวสีอ่อน หลังคาสีอ่อนและการปลูกต้นไม้ถนนมีค่าใช้จ่ายต่ออุณหภูมิที่ลดต่ำสุด [1]องที่อยู่นอกอิทธิพลของปรากฏการณ์เกาะความร้อนของเมือง [6][7]

:http://th.wikipedia.org