關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的屢獲殊榮的新聞報道以支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在曼哈頓中城郵局參觀時，蟋蟀在景天花上鳴叫，蜜蜂在花間飛舞，這是一個完美的紐約秋日。在一個覆蓋了大部分城市街區的廣闊屋頂上，已經鋪設了一個類似公園的地方，吸收二氧化碳和其他空氣汙染物，過濾雨水，使其酸性降低。
根據2月11日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的新研究，這種綠色的屋頂可能構成一種有效策略的一部分，既可以冷卻建築物，又可以幫助應對氣候變化。研究中引用的其他解決方案包括將更多陽光反射回太空的白色屋頂或結合了白色和綠色（或種植）屋頂各方面的混合屋頂。
亞利桑那州立大學的可持續發展科學家馬泰·喬治斯庫（Matei Georgescu）領導了這項研究，他說，足夠多的此類屋頂可以“完全抵消城市擴張造成的變暖，甚至可以抵消未來大規模區域範圍內的溫室效應。”該結論與斯坦福大學研究人員先前的發現相矛盾，他們發現反射屋頂實際上可能會加劇全球變暖。
屋頂很快成為一個棘手的話題，一些人（例如美國前能源部長朱棣文）將其吹捧為解決全球變暖的方案之一。那是因為城市是炎熱的地方。隨著建築物取代森林或草原，當地溫度升高，即所謂的城市熱島效應。據美國環境保護署開發的模型預測，到2100年，美國的城市土地面積將增加多達261,000平方公里，比目前的250,000平方公里增加一倍以上。
這相當於科羅拉多州的大小，每公頃土地至少有一棟房屋。根據這項新的研究，到本世紀末，美國的一些“大都會”區域的當地平均溫度可能會升高多達3攝氏度，此外還會有全球變暖帶來的影響。
例如，紐約市擁有約100平方公里的屋頂，其中大部分是焦油或其他黑色屋頂材料，吸收熱量，並有助於使建築物以及整個城市在夏季更加炎熱。一些城市的屋頂溫度高達70攝氏度，這歸咎於它們的黑色，導致冷卻成本高昂，更不用說當地溫度升高了一攝氏度或更多。
作為被稱為“涼爽屋頂”專案的一部分，紐約市的志願者一直在將黑色屋頂漆成白色，到目前為止已經覆蓋了超過50萬平方米的屋頂，但這還不到可能面積的百分之一。美國能源部認為，這種反射性屋頂可以使給定屋頂比周圍的傳統屋頂涼爽30攝氏度。勞倫斯·伯克利國家實驗室的新研究表明，基於對22個商業屋頂專案的研究，白色屋頂是最便宜的屋頂選擇。該實驗室的研究證實了亞利桑那州的發現，即白色屋頂可以減少全球變暖，由於反射了所有陽光，因此在應對氣候變化方面比綠色屋頂有效三倍。
但是，在《PNAS》上發表的新研究表明，這種白色屋頂在不同地方會產生不同的影響。因此，在紐約市，夏季空調的任何能源節省都被冬季供暖使用量的增加所抵消（儘管可以透過最佳的屋頂設計或具有可調節反射率的屋頂來解決此問題）。白色屋頂還可以透過減少溫暖潮溼的空氣上升來減少降水，從而減少雲的形成和最終的降雨。“適應城市引起的氣候變化取決於特定的地理因素，”喬治斯庫補充道，他指出白色反射性涼爽屋頂在加利福尼亞州效果很好，但可能會減少從佛羅里達州到美國東海岸的降雨量。“在一個地理區域行之有效的方法，可能不適用於另一個地區，”他說。
例如，綠色屋頂可能更適合紐約市，因為它們在冬季提供更好的隔熱效果，並在夏季提供冷卻效果。植物的水分蒸發會降低總體溫度，並向空氣中釋放更多的溼度。而且，它們還提供了輔助好處，例如為疲憊的城市居民提供綠色空間。
以下是綠色屋頂的工作原理：一層毛氈為景天或某些草等耐寒植物保留水分，並覆蓋著約一英寸的“土壤”，實際上是一種由多孔頁岩和粘土組成的人造基質。關鍵是要有一個堅固的屋頂，足夠堅固以承受其在水中的重量。但是，儘管價格昂貴，但與白色屋頂相比，耗資500萬美元的種植屋頂除了應對氣候變化外，還提供了其他好處。在紐約市，雨水的pH值約為4.2（酸性很強），但在經過綠色屋頂過濾後，pH值為6.2或更高（pH值越高，酸性越低）。屋頂提供的蒸發冷卻還將當地溫度降低了約2攝氏度。
但是，PNAS的發現與某些其他研究不符。2011年，斯坦福大學的研究人員發現，白色屋頂將提供一些區域性冷卻，但代價是更多的全球變暖，這主要是因為這種冷卻意味著較少的熱空氣上升，因此形成的雲層較少。缺乏雲層會導致下風方向的變暖加劇。根據計算機模型模擬，反射的陽光也會照射到城市上方大氣中常見的更多煙塵和其他汙染物，這也會加劇變暖。斯坦福大學的科學家認為，覆蓋有光伏板的屋頂會做得更好，因為它們產生的電力可以避免對更多燃燒化石燃料的發電廠的需求。
許多科學家不同意斯坦福大學的分析，包括勞倫斯·伯克利的另一個研究團隊，他們發現，全球每棟建築物上的白色屋頂可以抵消約440億噸溫室氣體排放的影響，或超過一年全球氣候變化的汙染。至少有一位斯坦福大學的氣候建模師認為，從未證明區域性冷卻會造成全球變暖。“我不否認存在這種情況的可能性，”斯坦福大學的氣候建模師肯·卡爾迪拉（Ken Caldeira）在2011年寫道，當時最初的研究表明白色屋頂可能會加劇氣候變化。“我高度懷疑這種情況會很常見，”卡爾迪拉補充道，他為了冷卻目的，在自己家的一部分安裝了白色屋頂。
無論如何，反射性甚至綠色屋頂的空間是有限的。城市地區覆蓋了全球不到1％的面積（儘管這個數字在未來幾十年可能會增加），而其中不到一半的面積是適合美白的屋頂或道路頂部。它也未能捕捉到城市環境的複雜性，例如用建築物代替樹木如何影響地下水位和風速。“城市化不僅影響地表反照率，”耶魯大學林業與環境學院的城市環境研究員凱倫·塞託（Karen Seto）說，她沒有參與任何研究。新的PNAS研究“是創新性的第一步，但在他們研究的影響方面受到限制，”她補充說。
同時，黑色屋頂仍然危害人類健康。在1995年致命的芝加哥熱浪中，根據隨後的分析，住在帶有黑色屋頂的建築物頂樓的人最有可能死亡。“應該禁止黑色屋頂，”哥倫比亞大學拉蒙特-多赫蒂地球觀測站的地球化學家韋德·麥吉利斯（Wade McGillis）在參觀郵局綠色屋頂時告訴我。“如果你要安裝屋頂，就不要安裝黑色的。”