大幅度降低城市气温的措施
发布时间：2024-08-23 10:09
摘要 文中从地表热量返回太空的过程仔细分析了占地表 99.9%以上的热源--太阳能到达地表时强度变化的原因及其返回太空的详细过程，指出大气层平均气温主要与到达地表太阳能的强度值及其通过两种不同传输方式返回太空的比例有关。文中详细分析了能导致大气层温度变化的巨大热量来源地区以及从该热源地区所聚集的热量在大气层中的传输及扩散过程及其对大气层温度的影响，指出云层量的稀少所导致的地表太阳辐射强度的增强才是大气层温度升高的真正原因。最后并提出通过直接向屋面喷水以迅速消除城市地区夏季明显存在的热岛现象措施，这同时更是一种使即将流入大海的淡水资源重新返回内陆再生的过程，一旦获得普遍性推广则不难大幅度缓解我国淡水资源短缺和众多地区夏季气温偏高的现象。
关 键 词：气温波动；水分的相变传热；降温措施 中图分类号：TK123
0引言
虽然全球各处气温均不相同并且变化幅度很大更无统一的变化规律可言，因此实质上根本无法统计出真实大气层的平均温度值，更无法进一步计算出该平均温度值的具体变化幅度。但全球范围内能使到达地表的太阳能返回太空的热量传输方式则只有二种，其一即通过地表水分的相变传热过程使到达地表的太阳能返回太空并同时水蒸气分子还通过对流传热方式使对流层空气升温。其二在丧失水分传热作用的沙漠，荒漠化地区以及道路，建筑物表面上则只能首先使到达它们表面上的太阳能转化为热能而使表面升温，升温后的表面再通过红外热辐射方式将上述热量返回太空。同时上述高温表面附近的大量空气则通过风的流动形式按对流传热方式从上述高温表面处获得大量热量。
自十八世纪世界工业革命以来全球范围内经济结构基本均开始迅速从农业生产向工业生产的转型，并从而使燃料的焚烧规模迅速扩大。但必须指出在全球工业化的过程中除城市中烟囱在不断增加外更重要的是全球各地城市的规模也在不断迅速扩大的过程之中，这就使原来能通过农作物不断蒸发水分的广大田野迅速大幅度转变为完全丧失水分蒸发能力的道路和各种建筑物。本文将通过地表热量向太空的二种不同传输方式的分析以证明正是传热介质水分将地表热量返回太空的规模迅速降低的结果才是导致全球各处气温逐步升高的根本性原因，为此有必要直接通过向建筑物顶面大规模喷水的降温措施以迅速消除城市地区的热岛现象。
1到达地表太阳能的传播方式
已知2008年全球能源年消耗总量为 143.851*1012wh[1]，又已知到达地表太阳能平均强度为1.74*1017wh[2]，取 1.74*1017wh÷143.851*1012wh=1210，上述二项数据相除的结果显示出到达地表的太阳能总量要比人类焚烧各种矿物燃料时所释放的总热量高出达一千多倍，这巨大规模的差值充分表明导致大气层温度波动的主要原因决非是由于燃料焚烧所产生的二氧化碳所能引起，而只能是到达地表太阳能辐射强度的变化量有关（亦即被云层及水汽的屏蔽量），并且还与广大地区的地表沙漠化，城市化，从而导致太阳能返回太空的二种不同方式的比例变化直接有关。卫星照片显示地表上方将近一半左右空间为云层所覆盖，由此可见云层中水分对太阳辐射屏蔽规模之巨大，具体屏蔽量则与云层的厚度，云层内水滴密度以及对流层整体内液态水滴总含量有关。已知到达大气层顶处的太阳能强度为 1357w/m2,而穿越大气层后到达地表时的太阳能强度只剩下 50%左右[3]。基于大气层温度并未因阳光穿越而变化,因此从能量守恒原理考虑其余高达50%左右的太阳能只能在穿越大气层时通过散射方式返回了太空。而大气层中能对太阳辐射起到散射作用的物体除云层中水滴外只有在对流层整体范围内呈现为众多极其松散分布的液态微小水滴而已。但这并不影响其所具有的散射光波功能，或者说正是太阳能在通过大气对流层时被大幅度削弱的事实充分证明了在对流层内除云层外还存在着大量比较分散的微小液滴形式的水分。太阳辐射能到达水面以及具有水分蒸发能力的森林，农作物，草原等为植被覆盖的地表时除部分散射掉外其余部分均会直接直接吸取上述表面处的水分并在温度不变情况下直接转化为水蒸气，并再以水蒸气分子的形式融入大气。标准情况下水蒸气比重为 0.8，比空气轻很多，因此汽化后分子形态的水蒸气在比重差驱使下必定会迅速上浮，在上浮过程中水蒸气分子会通过直接接触的对流传热方式将热量及时传给周围空气分子（这应该是大气层内透明体空气获得热量的主要方式），降温后到达高空的水蒸气分子将向四方辐射出巨大的相变潜热并同时再快速凝聚为液态水滴，其中朝向地表方向的辐射能将重新返回地表并进入下一轮的相变传热过程，而朝向外太空的辐射能则是水分将到达地表的太阳能直接送向太空的一种主要形式。正是传热介质水分在上述向太空传热方式中还同时在向整个对流大气层中的空气进行对流传热的结果直接使对流层内空气的温度分布方式具有比较严格的自下而上按递减梯度分布的特征[4]，其每公里高度的温度递减率基本为 6.5℃/公里[5]。此外高达 30%左右的地球表面系由沙漠，荒漠化地区所组成[6]，由于沙漠，荒漠化地表上没有传热介质水分，从而使到达沙漠，荒漠化地表的太阳能只能首先加热沙漠及荒漠化地表并使其大幅度升温后再通过灰体表面热辐射的方式返回太空，但这种太阳能返回太空方式中沙漠等表面的温度很高，在夏季炙热的阳光下常能达到 70~80℃[7]，这表明真正能构成全球性气温偏高的大型地表热源体只能是夏季时上述广大沙漠，荒漠化地表以及道路网，建筑物外表面等处的高温表面。到达沙漠及荒漠化砂层表面等处的太阳能除少量直接通过散射方式返回太空外，剩余部分将全部转化为热能的形式使沙层等表面处温度升高。而贴附在高温砂层表面边界层中的空气则通过对流传热方式而迅速升温。温度升高后的边界层内的空气体积将迅速膨胀，比重减小，从而导致沙漠腹地夏季的气压会比沙漠外围地区低很多，从而外界冷空气将在气压差驱使下迅速以高速贴地巨风的形式进入沙漠及荒漠化地区的腹地，并通过高速贴地剪切力的作用促使沙层表面烤热后的空气迅速摆脱与沙层表面间的巨大黏附力，同时并借助于周围空气的推挤力作用而逐渐以高温热空气团的形式上浮，众多大小不等的高温热空气团在上浮同时会通过表面接触方式使沿途空气升温。最终众多高温热空气团在温度及比重稍有降低后将在沙漠及荒漠化地区的上空聚集成规模宏大的高温热空气层，该规模庞大的热空气层最终将在高空风力驱动下作水平方向流动并同时以对流传热方式加热沿途空气而使更广大范围内的空气温度飙升。总体而言到达沙漠及荒漠化地表的太阳能除部分会直接通过地表的高温辐射方式返回外太空外，其剩余的数量仍然非常庞大的热量则会通过对流传热方式使该高温热气团所接触到的沿途空气温度迅速升高，必须指出该规模非常庞大的高温热气团的热量实质上应该就是导致大气层整体平均温度升高的主要热源，并且其所含总热量的规模远远超过人类焚烧燃料的总热量值。以四面为高山包围的塔克拉玛干沙漠为例，根据物质不灭定律以及能量守恒原理最终被沙漠烤热的庞大高温热气团流股只能逐渐向沙漠上方堆积并最终在高空西风带驱动下向东方太平洋方向流动并继续流向远方，其沿途则会以庞大的高温流股形式加热途径地区内的空气。在庞大的沙漠高温热气团流股的强烈热辐射影响下，其下方云层中的液滴将迅速汽化消散，从而呈现出万里无云的景象，这会进一步大幅度加剧到达地表的太阳辐射能强度，上述沙漠高温热气团流股覆盖区域内的地表在大幅度增强后的太阳辐射热以及庞大的高温沙漠热气团流股强烈辐射热双重作用下其相应气温必定会明显的大幅度飙升，估计其温度增长幅度应在6～7℃以上。