热辐射的攻击，主要原因是城市热3354《都市的夏天为什么愈来愈热？》

作者/林子平太阳发出短波，被加热的物质加热表面，释放长波。

不仅是太阳，所有的物体都发出热辐射。地表温度越高，热辐射越强。太阳表面温度极高，会释放出能量强大的热辐射。我们称之为太阳辐射，因为波长短，所以也叫短波辐射。当太阳照射在表面或物体上时，表面和物体材料会吸收短波，使表面温度升高，释放出微弱的长波辐射。由于短波含有可见光，人眼可以看到太阳投射到地面上的太阳光，而长波只有蝙蝠、蛇等少数动物才能看到。

直箭头代表短波，弯箭头代表长波。图/商、周出版

从房间来了解热辐射理论

想象一个有大天窗的房间。太阳的短波辐射透过玻璃投射到室内地面。有些短波会被反射，继续以短波的形式前进，穿透玻璃再次回到天空，或者碰到天花板再次反射回地面。剩下的短波会在室内的地板、墙壁、天花板之间来回反射，被室内不同的材料吸收，使表面温度上升。

白天房间里的短波辐射。图中短波反射后的线变细，说明部分能量已被物质吸收。白天室内还有长波，为了避免作图复杂，就不画了。图/商周公布的高温室内地板会发出更多能量的长波，在室内多次吸收和辐射。值得一提的是，短波来自太阳，只在白天，而长波来自所有物质的表面，会在白天或晚上释放。

夜间房间内长波辐射的指示。图中地板释放的长波用粗线表示，暗示着地板在白天的吸热高于天花板和墙壁，所以表面温度越高，释放的能量就越长。所有室内材质都会释放长波，图中只显示了一部分长波。图/尚和周出版

材料与波的特性，对热环境有极大的影响

短波是有方向性的，就像手电筒的光投射在镜子上，反射光会和入射光有相同的角度，反射后性质不变，仍然是短波。材料短波的入射与反射之比称为反射率(某些领域也称反照率)。非常暗的材质反射率接近0，镜子的反射率接近1。值越高，材料反射短波的比例越高。如果是不透明材料，那么该材料对短波的吸收率加上反射率等于1，也就是说进入该材料的反射短波的剩余部分会被物体完全吸收。也就是说，材料的反射率越低，吸收的太阳热量就越多，从而产生温度高的问题。

吸收太多太阳能，造成高温。图//Giphy长波是无方向性的，就像石头掉到水里会产生涟漪一样，长波会从物体表面向四面八方辐射。我们使用发射率来定义材料在特定波长和温度下的辐射效率。该值越高，辐射效率越好。但特殊的是，材料对特定波长的吸收率恰好等于发射率，即物体对长波的吸收效率越好，其辐射效率就越好。标准黑体的发射率为1，代表100%的吸收和辐射。除了地球上少数表面光滑的物体，绝大多数物质的发射率都在0.9到0.95左右，差别不大。

00-1010短波和长波对地表温度和气温也有不同的影响。短波能量很强，被物体吸收后表面温度会迅速上升。但是，它的特点是几乎不能加热空气。如果能在第一时间被高反射材料反射回天空，对城市储热影响不大。相反，虽然长波能量较弱，地表温度的升高不明显，但它的问题是会加热空气和mak

让我们回到前面提到的房间，看看长短波辐射是如何共同影响地表和气温的。在这个房间的天窗下，因为太阳短波的到来，这些短波会被吸收，并在房间内复杂的地板、墙壁、屋顶、家具之间来回反射，从而提高材料的表面温度。当温度升高时，材料会发出长波，在材料之间来回吸收和发射大量长波辐射，加热空气，使空气温度不断升高。另一方面，阴影区被不透明的屋顶表面遮挡，或者被天窗上的遮阳板和室外种植遮挡，所以接收到的短波很少，使地表温度降低，减少了长波辐射，气温会更低。所以阴影对于降低地表温度和空气温度非常重要！

00-1010如果我们把地球想象成前述房间的延伸，这个大房间隐藏的屋顶和墙壁——，也就是大气中的气体(氮气、氧气和二氧化碳)、液体(云、雨)、固体(灰尘和悬浮颗粒)等等，加上它不断变化的地板3354，也就是冰、土地、森林、海洋、河流等等，就决定了。

太阳辐射进入大气层后，一些对生物有害的波长最短的紫外线会被氧气和气味吸收。到达地表的短波包括其他紫外线、可见光和红外线。

在到达地表的过程中，云就像地球这个大房间的高反射窗帘，可将大量的短波反射回到外太空。如果我们将太阳进入大气层的全年平均辐射能量当作 100%，其中大约有 22% 的短波会被大气反射回外太空。短波辐射继续往下到达地面时，会受到不同地表材料的反射率影响，大约有 7% 的短波会被地表反射回外太空。合计有 29% 的短波被大气及地表反射。

而剩余的 71% 短波辐射则被大气和地表合力吸收，如同小房间的墙面、地板接收到短波后表面温度会上升一样，地球的大气及地表也会升温并释放长波辐射量。这些长波辐射中，10^-4 奈米以上的长波辐射几乎都会被水蒸气吸收，其它像二氧化碳、甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）、臭氧等也都会吸收特定波长的长波辐射。然而，就像之前小房间提到地板与墙面之间重複的吸收及放射长波过程一样，这些气体吸收了长波辐射后还会再向地表放射长波辐射，亦即逆辐射。这种大气和地表之间辐射能量的重複应用，是十分高效率的能量循环，可让地球气温提升，这个现象就称为温室效应，而上述这些气体我们就称为温室气体。温室效应使地表的气温维持在 15℃，若没有大气，地表温度将会是 -18℃。也就是说，温室效应的存在，让地球保持一个生物能生存的环境，具有其重要性。

然而，随着工业化发展，人为排放的温室气体急剧增加，也强化了上述大气和地表之间辐射能量循环。IPCC 气候变迁的报告也指出，人类活动排放的温室气体是造成当前地球暖化之主因。这显示出，温室效应原本是让生物得以生存在地球的利器，如今却转变为造成环境冲击的杀手。这对于都市热岛这个议题，具有两种意义。首先，随着都市热岛问题的恶化，包含地貌改变造成地表反射率降低，以及人工发热增加时也可能连带使温室气体排放增加，这都会增加地球暖化的问题。再者，地球暖化可能造成未来市区与郊区的温差更大，也可能使市区与郊区的整体温度都上升，这都将使都市热岛的问题更加複杂及恶化。由此可见，都市热岛与全球暖化是紧密相依的议题，当我们解决都市热岛问题的同时，也有助于全球暖化的减缓。

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