Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị phụ thuộc vào thiết kế của thành phố (14/03/2018)

Theo một nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Trung tâm Nghiên cứu khoa học quốc gia, cách thiết kế đường phố và các tòa nhà tạo nên sự khác biệt lớn về sự tích tụ của nhiệt.

Hình ảnh minh họa

Việc thiết kế đường sá và tòa nhà của một thành phố đóng vai trò quan trọng đối với hiệu ứng đảo nhiệt cục bộ, khiến cho các thành phố nóng hơn các khu vực xung quanh. Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp cho các nhà quy hoạch đô thị và nhà chức trách những phương thức mới để gây ảnh hưởng đến các hiệu ứng đó.

Một số thành phố như New York và Chicago được sắp xếp trong một mạng lưới rõ ràng như các nguyên tử trong một tinh thể, trong khi các thành phố khác như Boston hay London được sắp xếp hỗn độn hơn như các nguyên tử không theo trật tự trong một chất lỏng hoặc thủy tinh. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các thành phố “tinh thể” có sự tích tụ nhiệt cao hơn nhiều so với các thành phố “giống thủy tinh”.

Hiệu ứng đảo nhiệt đã được biết đến nhiều thập kỷ qua. Nguyên nhân chủ yếu bắt nguồn từ thực tế vật liệu xây dựng đô thị như bê tông và nhựa đường, có thể hấp thụ nhiệt vào ban ngày và tỏa ra vào ban đêm nhiều hơn so với các khu vực có thảm thực vật. Hiệu ứng này khá ấn tượng, bổ sung thêm 10oF vào nhiệt độ ban đêm tại các thành phố như Phoenix và Arizona. Tại các nơi này, hiệu ứng đảo nhiêt có thể làm gia tăng vấn đề về sức khỏe và sử dụng năng lượng trong điều kiện thời tiết nóng nực, do đó, hiểu rõ cơ chế hiệu ứng đảo nhiệt sẽ là quan trọng trong thời đại ngày càng có nhiều người sống tại các thành phố.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy việc sử dụng các mô hình toán học để phân tích các cấu trúc nguyên tử trong vật liệu cung cấp một công cụ có ích, dẫn đến công thức đơn giản để mô tả ảnh hưởng của cách thiết kế thành phố đến đến hiệu ứng đảo nhiệt.

Roland Pellenq, đồng tác giả nghiên cứu giải thích “Chúng tôi sử dụng các công cụ vật lý thống kê cổ điện”. Các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh những công thức ban đầu để mô tả cách các nguyên tử riêng rẽ trong một vật liệu bị ảnh hưởng bởi lực từ các nguyên tử khác và họ đã biến những tập hợp mối quan hệ phức tạp này thành những mô tả thống kê đơn giản hơn nhiều về khoảng cách tương đối của các toà nhà gần nhau. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã áp dụng cho các mô hình tòa nhà được lấy từ hình ảnh vệ tinh về 47 thành phố ở Hoa Kỳ và các nước khác, cuối cùng kết thúc bằng việc xác định vài chỉ số cho mỗi thành phố - được gọi là tham số về trật tự cục bộ - dao động từ 0 (mất trật tự) và 1 (cấu trúc tinh thể hoàn hảo) để cung cấp mô tả thống kê. Đối với mỗi thành phố, nhóm nghiên cứu lại thu thập dữ liệu về nhiệt độ từ trạm quan trắc trong thành phố và các trạm gần thành phố và sau đó xác định sự chênh lệch nhiệt độ.

Để tính toán tham số về trật tự cục bộ, các chuyên gia vật lý thường phải sử dụng các phương pháp như bắn phá vật liệu bằng neutron để xác định vị trí của các nguyên tử bên trong chúng. Nhưng đối với dự án này, Pellenq cho rằng “để xác định vị trí của tòa nhà, chúng ta không sử dụng neutron mà chỉ là bản đồ trên Google”. Sử dụng các thuật toán, nhóm nghiên cứu đã xác định tham số của các thành phố dao động từ 0,5 đến 0,9.

Nghiên cứu giúp các nhà quy hoạch thành phố thiết kế những thành phố tiêu thụ hiệu quả năng lượng hơn.

Nguồn: N.P.D (NASATI),

Cập nhật: 02/3/2018