No34 疫情期间“限制外出”能否拯救地球免受“热污染”？

随着自我克制的日子持续下去，探险队员们的压力已经达到了极限。然而，我在电脑上找到的一些信息却点燃了我郁积的“探索精神”。
现在呆在家里可能会让地球远离灾难。这是真的吗？ （看了就明白为什么用关西话了）
现在，让我们和成员们一起进行远程探索吧！

发布于 2021 年 3 月 26 日
采访和文字：Tatsuaki Kuroda，Bluebacks 编辑部

办公区域的温度会因为冠状病毒的限制而下降吗？ ！

2020 年 4 月 7 日，七个都道府县首次宣布进入紧急状态，以遏制新型冠状病毒感染的蔓延。那天制定了“人与人接触的机会至少减少70%，尽可能减少80%”的目标，从那时起，即使在声明解除后，过去一年里仍不断有“非必要不要外出”的呼声。

我想和同事一起去吃午饭。我想坐在酒吧的桌子旁，嘴角沾满泡沫。我想在后看台上与旁边的观众肩并肩地为他们加油……我每天都在家里的电脑前，感受着加油的冲动。我们已经进入了冠状病毒时代，有人说我们永远无法恢复正常，但事实真的是这样吗

当探索者A郁闷地上网时，一个标题引起了他的注意。

“缓解因新型冠状病毒而避免外出的热岛效应和节能效果”

独立行政法人产业技术综合研究所于 2020 年 11 月 6 日公布新闻稿立即通过聊天与其他成员分享。

• A 队：“这不是一个好故事吗？”
• B队：“是不是转祸为福？”
• C队：“好像摔倒了也不免费爬起来？！”

但是当探险家开始阅读该页面时

• “呃”

A队无言以对。

• “如果大阪商业区的人口减少70%，预计气温会下降013度？”

B 队和 C 队立即陷入麻烦。

• B队：“好热！好热！好热！！哇，温度33度！”
• 参与者C：“不不不，顾客们看一下，人少了，所以温度是3287度！”
• 参与者 B：“哇，现在天气变凉了吗？我很高兴你在远程办公中努力工作……我的意思是，让我们一起做吧！天气越来越热了！”

B 假装用手背戳 C 的胸部后，对 A 说：

• “你的意思是……？”
• 参与者 A 回答：“我想是的。” “当我们注意到时，我们开始说关西方言，”团队成员 C 说道。

最终，他们都齐声说道。

• “AIST 的人们一定会在等着我们！！”

因此，我们探险队决定在线向 AIST 提供一些建议。

令人难以置信的下降 013 度

AIST，领导这项研究的人环境创造研究部 环境动态评估研究小组的高根裕也（“taka”的意思是“梯子”，意思是嘴的上下部分延伸）出现在电脑屏幕上。寒暄了几句后，A组成员说：“我对这个公告不太满意。”然后，高根先生立即开始解释“温度下降013度”的含义。

“此公告意义重大，因为由于人们避免外出，上午 9 点至下午 6 点的平均气温将下降。”

这是否意味着白天平均气温较低？

“夜间，接近地表的空气与地面以上的空气处于稳定状态，难以混合，因此人类活动在地面产生的‘人工废热’，如空调室外机、汽车尾气等对温度的影响较大。但在白天，接近地表的空气和地面以上的空气对温度的影响比较大。由于天空中的空气在距地面约1000至1500米处充分混合，人工废热的影响应该会大大减弱。然而，令人惊讶的是，温度下降了013度。”

嗯，专家有不同的观点团队成员 B 认为。

为什么不是关西方言……C警官想。

“例如，如果夏季白天平均气温因避免外出而连续一个月降低 01 度，则健康损害情况可能会有所不同。”

我明白了，关于全球变暖的讨论是，平均气温升高15度还是2度，全球环境将完全不同。不要取笑“01度”。

``到目前为止，人们已经在研究缓解热岛效应的措施，例如种植树木和改进建筑材料。这些措施的效果类似于温度下降02度或03度。实际上，即使在这个计算中，也有一些地方温度下降了近03度，但只突出少数点的最大值可能会导致误解，所以我们使用了这个数字整个办公区平均气温下降013度。”

呃，别大惊小怪。我们所能做的就是放下立场。

“热污染”袭击城市

我们来看看这里的热岛情况。据了解，造成这种现象的原因有以下三个。

「原因 1，原因 2的对策已经进行了大量的研究。然而，原因 3的对策，即涉及改变人们活动的软措施，还没有太多现实的评估。这可能是因为无法定量评估真实人类活动产生的人工废热如何影响城市气候。这次提出的研究的意义在于我们能够提出这种方法。”

说实话，单看“人数减少70%、办公区域温度降低013度”的结果，我就觉得远程办公作为缓解热岛效应的措施不太有希望。然而，在城市热岛现象的三个原因中，如果能够评估迄今为止无法定量评估的“人类活动”的影响，这将是迈向未来的一大步。

8665_8866

高根小姐举起了一张图表。这是模拟从现在到 2070 年代随着全球变暖，大阪市的热污染将如何增加的结果。

“在我们的模拟中，当全球变暖达到 +30 摄氏度时，如果我们继续使用与现在相同性能的空调，预计大阪市因热污染而平均增加 06 摄氏度。如果你想象一下，由于全球变暖和人类活动，大阪将呈现热带气候，可能会更容易理解。”

大阪是日本最热的地方！

如果全球变暖+30度成为现实，我们将面临各种严峻的挑战。大阪市的沿海地区非但不是热岛效应，反而可能因海平面上升而被淹没。我们还要做好应对气候异常、粮食短缺、传染病蔓延等自然灾害频繁发生的准备。

先生高根再次看到我们成员脸上阴沉的表情，开始解释他研究热污染的真正目的。

“亚洲有很多大城市与大阪一样热，甚至更热，空调即将普及。我认为热污染模拟技术可以在首先考虑这些大城市的环境时发挥作用。”

这实际上就是选择大阪作为模拟对象的原因。

“大阪实际上是日本最热的城市，其城市气候也是日本最接近东南亚大城市的。”

没想到还有这么深的原因！这是显而易见的，但这并不是因为我想出丑。不过，我还是第一次听说大阪市是日本最热的。成员们脑海中浮现出几个地名。熊谷（埼玉县）、多治见（岐阜县）、山形（山形县）

“有很多地方因高温而闻名，例如熊谷和多治见，但这些城市之所以出名，是因为它们打破了观测史上某一天的最高气温记录。”

“另一方面，在比较过去 30 年 8 月的观测值时，大阪的最高气温位居前三名，平均气温排名第二，介于排名第一的石垣岛和排名第三的那霸岛（均位于冲绳县）之间。这是一个非常炎热的城市。如果将夏天的炎热比作拳击手，那么熊谷拳击手就是那个投出致命的、具有破坏性的拳击手的人。时不时地出拳，而大阪拳击手就是那个不断出重拳、不给任何人机会的人。”

大阪的夏天真可怕。

世界上第一个城市气候模型

无论如何，“人数减少70%，办公区平均气温将下降013摄氏度”是怎么计算出来的？

“当地人工排热量是通过根据该地区人口估算的空调排热量以及根据交通量估算的汽车排热量来估算的”

我们感觉到高根先生的专业解释即将从他嘴里流出来，所以我们赶紧阻止。首先，请解释一下如何使用计算机计算天气。

“我们每天使用的天气预报都是基于计算机生成的数值预报。简单地说，覆盖地球的大气层被分成大量的块，每个块内的空气和热量的流动是使用物理方程计算的。就像我们可以使用运动方程计算投掷的球将飞向哪里一样，我们也可以通过计算来预测未来的天气。”

“日本每日天气预报中的块体大小在靠近地面的水平方向一侧约为几公里。”

详细说明日本气象厅主页 (http://wwwjmagojp/jma/kishou/know/whitep/1-3-1html)

“不过，日本天气预报使用的地表数据虽然反映了地形的起伏，但基本上没有考虑建筑物等人造物体。因此，为了模拟人造物体密集的城市特有的气候，我们需要专门针对城市的数值模型。”

此时，之前麦克风被静音的 AIST 公关官员的脸出现在屏幕上。

``亲爱的探险队成员，事实上，AIST 拥有一个城市气候模型，我们已经研究了 20 多年，并且已经领先于世界其他地区。这次公布的研究成果是 Takane 和他的研究小组显着改进了 AIST 引以为豪的这一遗产，并开发了最新版本的结果。''

我想借此机会听听您的故事。

“所以，这是我加入之前前辈们的工作……”

先生高根继承了它。

“将城市中每座建筑物的高度和形状作为数值数据纳入模型中来计算是极其困难的，并且是一项只能由超级计算机才能完成的任务。虽然现在正在进行这样的计算，但在模型开发开始时这是极其不现实的。”

因此，Takane 的资深同事寻找一种方法来准确提取每个城市的特征，同时减少数据量。

“因此，我们设计了一种方法来计算每个区域的建筑物的平均高度、宽度和占地面积，并将所有建筑物替换为该区域的平均建筑物。”

Takane-san的师傅们也成功地克服了这项艰巨的任务。

``当高层建筑排列时，到达地面的太阳辐射量会减弱。如何评估这种影响也是一个问题，这里采用的是一种称为“森林冠层”的方法来计算森林对气候的影响。''

“这是一种统计计算树木对地面太阳辐射量影响的方法，根据某个地块内有多少棵2m树和多少棵5m树的比例。我的前辈也用过同样的方法，即他们将建筑物视为森林，开发了一种称为“城市树冠”的方法。我认为这是一个好主意。”

这就像绿色植物消失后生长的混凝土森林这当然很有趣。而高根先生的语气也变得更加激烈。

“当时海外也在开发类似的城市气候模型。然而，AIST模型的最大优点是它真实地纳入了人类活动的影响。在建筑中，计算了建筑物内部与建筑物外部空气（即室外空气）之间的热交换，但大师们接受了将这项技术纳入城市气候模型的挑战。”

为此，需要在尽可能简化数据的同时提取特征。因此，大师们将作为计算单位的每个区域分为三个区域：“办公/商业区”、“混凝土住宅区”和“木结构住宅区”，并假设每个区域都以典型的方式使用典型类型的空调。

“这样，如果我们知道某个区域的人口数量以及该区域属于哪个类别，我们就能够计算出取决于该区域温度的人工废热和耗电量。换句话说，AIST的城市气候模型是建筑建模、植被建模和气象知识的融合。”

“人口”这个词是从高根先生嘴里说出来的。这就是“限制外出”发挥作用的地方。

现在可以预测每个区域的中暑风险

那么，Takane 先生这次宣布的研究成果是建立在其大师成果的基础上的吗？

“过去，输入城市气候模型的每个街区的人口数据必须基于人口普查，可以说是粗略数字（每个城市、城镇或村庄的数据不会随时间变化）。但是，这一次，通过使用手机位置信息汇总的数据，可以执行更准确的计算。这是这项研究的最新颖之处。”

“将气候模型与手机收集的数据相结合的计算可能在世界上是前所未有的。汽车尾气热量是使用公开的交通普查数据估算的。”

自新冠肺炎疫情发生以来，我们经常在新闻图表和地图上看到人们外出的趋势，显示当天主要车站和市中心地区的人数增减。高根先生使用的“手机汇总数据”就是这样的。

具体来说，它称为“移动空间统计”。 NTT Docomo 拥有近 8000 万用户的手机位置是针对每个基站进行跟踪和聚合的，分辨率为 500m 网状、每小时。

“当然，这种模拟可以应用于大阪以外的城市。我希望这种评估人们行为与城市气候之间关系的方法能够作为考虑未来如何适应城市热岛现象和气候变化的工具做出巨大贡献。”

结束后，Takane 先生补充道：

“这个模型还可以计算出每个城市街区的用电量，从几百米到几公里。这种规模的用电量通常不会被测量或公布。现在可以预测用电量会如何变化。此外，我们还可以计算出每个街区的二氧化碳排放量和热量指数（中暑指数）。未来，我们希望能够计算出脑梗塞等心血管疾病的风险。

近年来，天气预报中添加了各种有用的信息，例如花粉预报和中暑风险预报。如果 Takane 和同事的研究取得进展，大数据时代特有的全新预测类型可能会在不久的将来出现。

“炎热天气”专家

A队在想象未来的天气预报时，突然想起了小时候的一件事。

很久以前，即 1980 年左右，“降水概率”一词首次出现在天气预报中。这声音太吸引人了，我每天早上都盼着看电视上的天气预报，问自己：“今天的天气预报是百分之几？”（学校里也流行“百分之几”，我和同学会说“今天下雨的可能性是百分之三十。”那是野蛮的时代。）你从小也喜欢天气预报吗？

“我父母的家在岛根县靠海，当我上高中时，我常常骑自行车单程 30 分钟去学校。我想我从小就对天气感兴趣。但是，我在高中时迷上了赛马，所以我想将来从事与赛马相关的领域工作。”

他是一名高中生，也是一名赌徒！ ？

“不，不是这样的。那匹马的奔跑姿势很漂亮，有一点吸引了我的注意。但是，进入大学后，我失去了对赛马的热情，对天气更加感兴趣，所以我参加了天气预报员考试。学习并不太痛苦，但我失败了三次，最后第四次通过了。”

这是一个有点令人惊讶的故事。在热岛现象和热污染之前应该做哪些研究？

“我的博士论文主题是‘酷暑’。 2007年8月16日，埼玉县熊谷市和岐阜县多治见市的气温达到409摄氏度，打破了当时日本最高气温记录。我试图阐明这种高温背后的机制。”

“后来，2020年8月17日，静冈县滨松市观测到了泰国最高气温，411度。我分析了一下，发现我提出的机制可以很大程度上解释熊谷和多治见的极端热浪。简单地说，这些极端热浪被认为是‘维恩现象+地面供热’造成的。”

原来如此，原来你是“炎热天气”方面的专家。看来以后他还会有更多发挥积极作用的机会。那么，您将来想进行什么样的研究呢？

“我想对基于地球化概念的太空城市进行研究，人类改变其他行星的环境并迁移到那里。火星是最有可能迁移的地点。火星大气层的计算模型已经创建，但我认为最现实的迁移选择是建造一座地下城市。”

“AIST 在领域融合方面越来越活跃，我们最近一直在与地质研究人员进行互动，但我暗自想这是否可以应用于未来的地形改造研究。”

有一天，当人类无法再在地球上生存时，建造太空城市将成为一项必不可少的工程。我们的探险队就是这么想的。高根先生将来可能会成为一名能够拯救人类的研究员。目前，没有人能够预测概率为0%。 （完成）