都市的夏天為什麼愈來愈熱？：圖解都市熱島現象與退燒策略

前言

在一個炎熱的夏天夜晚，你騎著車從安靜的郊區騎到熱鬧的市區。沿途你看到環境及活動逐漸改變，例如自然綠地與空地減少、建築物密度及高度增加、地面及道路人工化增加、空調及機具設備增加、路上車流輛增加。你感受到不僅周圍的氣溫慢慢升高，空氣中的溼度、風速風向，甚至連呼吸到的空氣品質，好像也變得不太一樣。

都市熱島現象不只是都市與郊區氣溫的差異
我們常把「都市熱島現象」視為市區的氣溫比郊區高的現象，然而，氣溫的差異只是熱島其中一個現象，造成這個現象的複雜成因，以及除了氣溫之外都市與郊區在氣候特徵上顯現的差異，都可以視為廣義都市熱島現象。
因此，它涵蓋的知識很廣，有大氣科學領域中的都市氣候及微氣候，建築都市領域中的土地利用、都市型態、建築形式、能源消耗，以及人體熱生理領域的熱舒適性、熱調適性等。當然，熱傳遞及能量平衡也是了解都市熱島的根本基礎。
如果要在書中詳述所有與都市熱島的理論細節，恐怕無法在有限的篇幅內陳述熱島形成的來龍去脈，同時，要嚥下這麼多艱深的理論對讀者而言，可能是極大的負擔。但另一方面，若是完全略過這些理論，只是由熱島直觀的現象來推敲可能的成因及降溫的解決對策，也恐淪為粗淺的描述，提出的對策也不切實際。

了解熱島理論，你能看透這座城市
都市熱島不只是個現象，但它其實也像人體發燒一樣，是針對潛藏問題的警訊，背後是都市化過程與全球暖化合併下產生的複雜問題。因此，如果你能多了解一些與熱島相關的基本理論，你能看到的現象就會截然不同：

從地球熱平衡及大氣科學的理論，你知道強烈的太陽輻射穿過了大氣層，有些輻射的熱能會被特殊氣體吸收，因而加熱了地表。從都市熱平衡來思考，你會了解到輻射進到都市的建築物所形成的峽谷中，如何透過多次反射被建築物外殼及地面吸收，不僅提升了建築物及地面的表面溫度，還釋放出另一種特殊的輻射，它的能量雖小，卻能加熱氣溫。
從人體熱生理及心理學的理論，你了解人們為了維持舒適性，在室內開啟空調降溫，結果將廢熱排放到戶外，累積更多的熱量；在戶外則是想盡辦法尋找遮蔽物，減少直接曝露在陽光下的時間，這是長期生活在亞熱帶的台灣人對於遮蔭的強烈心理期望。
為了排除這些都市熱量，並維持人體的舒適性，透過基本熱傳遞的輻射、傳導及對流理論，可協助你理解如何應用水體蒸發、植栽蒸散的方式，有效率地將地表的熱量帶走。配合良好的背景風向及街區通風，來降低地面的溫度、減少輻射熱的釋放。提供良好的遮蔭，不僅能減少地面的蓄熱，也能提供舒適的行走空間。而這些都可以透過都市土地利用及都市設計來管制、由建築的永續設計來實踐。

上面這段描述，結合了大氣科學、熱力學、都市建築、空調機械、人體生理等跨領域知識。我們無需了解所有的理論細節，但有必要知道哪些理論與都市熱島密切相關，又有哪些重要發現及技術能有效緩和都市高溫化的現象。

精心鋪陳讓你循序漸進，準備好面對這場氣候戰役
這本書的目的，是帶領讀者透過全面觀點，採用簡易理論，來了解都市熱島的現象與原因，並提供過去在台灣各地長期觀測的數據，一同探索確實可行的退燒策略。這不是學術著作，也不是教科書，所以會省略過度艱深的學術理論，改以平實易懂的文字和舉例，來協助讀者理解科學理論，並產生興趣，開始關心我們居住的環境。
本書內容主要分為「現象篇」、「學理篇」及「應用篇」，讓你準備好面對都市熱島這場發生在你我身邊的氣候戰役。
「現象篇」直接帶領讀者看見都市熱島的現象及問題，對這場戰役建立概況性的印象，以及各戰場中所面臨的問題。先對都市熱島的定義及影響有所了解（第1章），再延伸到台灣多個城市的高溫化觀測與分析（第2章），做為進入學理篇前的暖身。
「學理篇」將帶領讀者深入了解都市熱島背後的理論成因，讓讀者了解這場氣候戰役是如何發生，以及人們所受到的衝擊。讀者將由一個小房間的長波及短波學習到輻射熱理論，再由地球大氣的輻射進階到複雜街廓的日夜間輻射變化（第3章）。接著，從廚房冰箱了解風的形成原理，再由大範圍的季風、海陸風，認識到小區域的都市街區內的風速特徵（第4章）。接下來，從洗手槽理解都市熱平衡，包含顯熱、潛熱、人工熱在都市中的平衡（第5章）。最後，由天平了解人們在獲得及失去熱量之間維持平衡，以達到熱舒適的狀況，並說明如何用物理及生理量來定義出體感溫度，以及心理層面如何影響人們對熱舒適的感受（第6章）。
「應用篇」則是這場戰役的最後一哩路，由台灣氣候及都市和建築的特徵，結合相關的理論，歸納出確實可行的都市退燒策略。首先，「增綠再留藍」是都市降溫的根本之道，應優先增加綠地面積、保留都市水域，並強化樹穴及鋪面的涵水能力（第7章）。而「讓路給風走」是保全並規劃風廊，確保都市中有足夠的風速，並且讓建築物側身讓風而非正面阻風，使涼爽空氣可流進都市每個角落，帶走蓄積的熱量（第8章）。「遮蔭供人行」是利用植栽、騎樓、迴廊、穿堂、頂棚等遮蔽物來阻擋太陽日射，不只讓人們日間行走比較舒適，也能減少蓄熱，緩和都市夜間的高溫化問題（第9章）。

前言

在一個炎熱的夏天夜晚，你騎著車從安靜的郊區騎到熱鬧的市區。沿途你看到環境及活動逐漸改變，例如自然綠地與空地減少、建築物密度及高度增加、地面及道路人工化增加、空調及機具設備增加、路上車流輛增加。你感受到不僅周圍的氣溫慢慢升高，空氣中的溼度、風速風向，甚至連呼吸到的空氣品質，好像也變得不太一樣。

都市熱島現象不只是都市與郊區氣溫的差異
我們常把「都市熱島現象」視為市區的氣溫比郊區高的現象，然而，氣溫的差異只是熱島其中一個現象，造成這個現象的複雜成因，以及除了氣溫之外都市與郊區在氣候特徵上顯...

推薦序　
直指都市熱島問題根源的良知之作
國立成功大學建築學系／林憲德講座教授
談到都市熱島，我研究室1995年起即投入本土都市熱島的實測研究，也培養了不少博碩士生，但其中林子平教授卻是一路契而不捨、披荊斬棘，成為此中巨擘的學者。依我所見，林子平教授應該是台灣建築界新生代最有研發潛力的奇葩，因為設計導向的建築領域，一向在學術研究難以深入而被列為冷門，但子平的研究論文在2012年獲LandscapeandUrbanPlanning主編評論專文介紹並被列為該期刊封面照片，並在2019年獲得「科技部傑出研究獎」，這在建築界是史無前例的。能為子平的巨作寫序，深感榮幸。
我認為都市熱島是一種都市環境問題，也是一種地球環境議題。都市、地球問題必須以都市、地球尺度來處理，若以小尺度來面對，可能會以管窺天，以蠡測海而毫無成效，就像灑一把鹽在海洋中，或以鹽田取一些鹽均無法增減海水鹹度一樣。都市熱島問題最大的根源在於都市人口過度集中、容積率過高、綠地不足、建築耗能排熱等大尺度的問題，但許多地方政府無法也無力去解開此問題，卻高舉減緩都市熱島之旗幟，而以蠡測海地去推動塑膠盒與人工澆灌的建築立體綠化與屋頂薄層綠化，這不但對熱島於事無補，也製造大量廢棄物、化肥汙染，更是在台灣缺水國的傷口上灑鹽。為了免於以管窺天的都市熱島政策，我認為子平的巨作是真正以都市與國土計畫的尺度來著眼的巨作，值為各級政府都市政策熱島的借鏡。
我在建築界誤人子弟三十餘載，常對新進教授有些建言：「綜觀大學各科系，只有建築學的大部分課程沒有像樣且權威的本土教科書，這是學子的遺憾，也是教授的恥辱。上課只能影響課堂上的同學，好的教科書可以影響國內外廣大的同行者。好教授應該有生涯規劃，在完成論文升等後，應擴大格局積極投入本土教科書的著作，同時應該致力撰寫一些專業與大眾兼宜的科普教材，以免愧對職所。」我是奉行此建言而即將告別建築生涯之人，今天能看到子平撰寫科普教材，雀躍不已。看到書中「增綠再留藍、讓路給風走、遮蔭供人行」等平易近人的用語，深覺子平已脫胎換骨成為巨人。我期待子平能繼續以良知與智慧，開拓本土學術之廣度與深度，積極成為環境政策的領航者，協助政府走向健康永續之路。
推薦序　
熱島降溫．齊共識來共行
氣象達人．天氣風險管理開發公司創辦人／彭啟明
記得我在三十多年前，還是大學生時，教科書中談到熱島效應，只是一個理論現象，都市和郊區的環境溫度感受差異，或許還可以接受，但這十幾年來，全球暖化加劇，都市快速發展，熱島效應已在台灣的各縣市快速蔓延，「越來越熱」成為每個人在夏天時的夢靨。
本書中提到的台北市高溫紀錄不斷刷新，每年破紀錄已經不是新聞，2020年已達39.7度，突破40度高溫的日子越來越近，而台北市中心與郊區的月均溫高出了2.3度，單一天的極端高溫日，可以差3.4度，越熱的天氣帶來很大負面的效應，需要開更多的冷氣降溫，更排放更多的熱氣，這樣的問題該如何解決？就如同面對全球暖化下的減碳，也是大家累積一起造成的共業，你做我沒做，改善效益就很有限，很容易無解。
很感恩子平兄能從歷年的研究成果上的科學與實證基礎，寫出很具代表性如何改善熱島的科普書。我過去兩三年我和子平充分的合作，很努力地和各界溝通，期望能提升台灣社會對熱島效應的重視，也希望能夠有更具體的作為，這兩年多下來，也的確促成一些城市的改變。
例如台中市政府，2020年底公布實施「台中市都市更新建築容積獎勵辦法」，首創於容積獎勵項目中，納入「建築量體與環境調合」項目，引入城市風廊概念，將「基地通風率」做為評估指標，給予2%至5%的容積獎勵額度，這就是學者能引導國家社會改變的最佳典範。
都市熱島和全球暖化有密切的關連性，對抗全球暖化的難度及力道較高，需要全球的通力合作，但都市熱島的降溫，只要每一位市民發揮力量，就可以改變，最重要的就是讓我們居住的環境，能提高舒適度，如果熱島可以降溫，這當然對減緩全球暖化會有很大程度的助益。
當然要做到城市的改變很不容易，需要政府、企業與市民共同的通力合作，提高各界的環境意識，這當中需要很充分的立論基礎，才能夠在溝通過程中有共通的根據，非常感恩子平兄能夠帶領團隊完成這一份充分又詳細的依據，這將為台灣各城市在現象與學理上，能夠有充分討論的基礎，更提出了具體的應用，例如增綠再留藍、讓路給風走、遮蔭供人行這幾種方案，原來我們要讓溫度下降，可以那麼簡單，只要我們願意做，就有機會改變，也更期待下一本的建築節能，應該可以給我們更多在居家的改善方式。相信這顆善的種子，可以帶來台灣社會的改變。
推薦序
激發人們對環境議題的熱情與改善現況的渴望
德國氣象局人體生物氣候研究中心主任／AndreasMatzarakis
當前全球大多數人口居住在城市，人們也開始體驗到氣候變遷在都市生活中的真實影響。首先，大量建築物的垂直表面及複雜街區的地面，吸收了日射使夜間蓄熱大幅增加。其次，都市中植栽缺乏，無法提供珍貴的遮蔭效果，也降低蒸發散的能力而難以散熱。再則，因為人類活動而導致了額外的熱量釋放。在都市中因為熱島效應的溫度升高的程度，幾乎等同於人為氣候變遷下的全球暖化，嚴重影響都市生活品質與運作機能。
在科學理論的支持下，政府當局及都市民眾應相互合作，致力於減少城市的熱壓力及高溫風險，找尋可行策略來提高居住者的品質。都市熱島的議題與全球的區域有密切關聯，包含了像位處熱濕氣候區的台灣，或是全球經濟經濟發展及氣候變遷劇烈的地區。
目前都市面臨的挑戰，是如何在氣候變遷的年代中生存下來，如何減低或調整會導致都市蓄熱及高溫的負面因子。然而，都市的既成型態及街道紋理，使得我們能施展的策略極為有限。因此，我們應當聚焦在局部的調整，例如，完善規劃綠帶與水體的分布，或是透過更好的都市開發規劃，保留通風以及增加遮蔭等，增加都市調節高溫的能力。
單靠科學研究成果並不足以改變高溫的現況，這些熱島的現象及成果應該以容易理解的文字呈現，並以實際的案例描繪──正如這本書所做的。如此一來，民眾才能更充份地理解這些成果，因為他們在形塑這個城市扮演著至關重要的角色。同時，每項對策的降溫效果需要能夠個別量化，也要能整體評價。
科學溝通的方法至為重要，要積極和政府部門、對此主題感興趣的民眾溝通，也要引入年輕世代以及學生的熱情共同參與。
本書作者林子平教授，不僅在台灣都市熱島議題有非凡的研究成果，在全世界的熱舒適領域也有傑出的表現，是我結識15年共同參與國際交流研究的重要學術夥伴。我們共同發表針對日月潭的遊客熱舒適感受的研究論文，是旅遊氣候領域中被高度引用的論文，也被IPCC第五次評估報告所摘錄。作者將這些難以闡明的主題順暢的呈現，以容易理解的理論及方法解釋真實的科學，並提供相關的範例及大量淺顯易懂的圖例來說明，可以增進一般大眾對都市熱島議題的了解，並激發人們對都市環境議題的興趣與熱情。這本書具備了一本好書該有的特質，不提供超載的資訊，搭配有趣的案例說明，閱讀過程令人心情愉悅，並可激發讀者積極的渴望以改善城市現況。

推薦序　
直指都市熱島問題根源的良知之作
國立成功大學建築學系／林憲德講座教授
談到都市熱島，我研究室1995年起即投入本土都市熱島的實測研究，也培養了不少博碩士生，但其中林子平教授卻是一路契而不捨、披荊斬棘，成為此中巨擘的學者。依我所見，林子平教授應該是台灣建築界新生代最有研發潛力的奇葩，因為設計導向的建築領域，一向在學術研究難以深入而被列為冷門，但子平的研究論文在2012年獲LandscapeandUrbanPlanning主編評論專文介紹並被列為該期刊封面照片，並在2019年獲得「科技部傑出研究獎」，這在建築界是史無前例的。能...

〈推薦序〉直指都市熱島問題根源的良知之作／成功大學建築學系獎座教授　林憲德（國內綠建築研究權威）
〈推薦序〉熱島降溫．齊共識來共行／氣象專家　彭啟明博士
〈推薦序〉激發人們對環境議題的熱情與改善現況的渴望／德國氣象局生物氣象研究中心主任　Prof. Dr. Andreas Matzarakis
〈自 序〉

前言

現象篇
第一章　都市熱島是座什麼「島」？
1 比氣候變遷更早被發現的「都市熱島」
2 一座飄忽不定但影響甚巨的「島」
3 不易察覺且難以量測的都市發燒
4 建立都市街區高密度溫度量測網

第二章　台灣的都市熱島現象
1 盆地蓄熱主導的都市高溫區分布
2 受海洋調節的日夜移動熱區特徵
3 都市綠地調節下的局部溫度減緩
4 散布的埤塘阻斷熱島擴張與集結
5 都市發展型態影響高溫區的形成

學理篇
第三章　輻射：都市熱量的主要來源
1 從小房間了解熱輻射理論
2 地球熱輻射與溫室效應
3 影響都市日間升溫的短波輻射
4 主導都市夜間升溫的長波輻射
5 複雜街區日夜長短波輻射變化

第四章　氣流：流暢的熱量轉移
1 從廚房冰箱了解風的來源及效益
2 地球的大氣環流：主環流與次環流
3 在地的局部環流：海陸風及山谷風
4 風進入城市後的風速變化
5 複雜街區的風速變化

第五章　平衡：留在都市中的熱量有多少
1 從洗手槽的蓄水理解都市熱平衡
2 乾燥及溼潤材料的散熱
3 人工發熱量加劇都市蓄熱

第六章　舒適：熱的最後一哩路
1 人體的熱平衡與熱舒適
2 影響熱舒適性的四項環境因子
3 影響熱舒適性的兩項行為因子
4 綜合多項參數的熱舒適指標
5 個人經驗及所處情境影響了熱舒適感受

應用篇
第七章　增綠再留藍
1 增大綠地面積及保留都市水域
2 運用集中型與分散式公園之降溫優勢
3 選擇適合樹種並強化樹穴涵水能力
4 設置立體綠化減少室內空調耗能
5 採用孔隙率大的透水性鋪面

第八章　讓路給風走
1 保全自然風廊引入涼爽氣流
2 規劃都市風廊讓氣流暢行無阻
3 確保自然涼風由綠地及水域吹出
4 加大建築棟距並局部透空
5 建築側身以保障周圍基地受風權

第九章　遮蔭供人行
1 選擇枝葉茂密的開展喬木
2 設置輕薄且低透光的遮蔽設施
3 調整建築局部量體來創造陰影
4 建立完整而連續的遮蔽路徑系統
5 提供良好且充足的遮蔭空間

後記
註釋

〈推薦序〉直指都市熱島問題根源的良知之作／成功大學建築學系獎座教授　林憲德（國內綠建築研究權威）
〈推薦序〉熱島降溫．齊共識來共行／氣象專家　彭啟明博士
〈推薦序〉激發人們對環境議題的熱情與改善現況的渴望／德國氣象局生物氣象研究中心主任　Prof. Dr. Andreas Matzarakis
〈自 序〉

前言

現象篇
第一章　都市熱島是座什麼「島」？
1 比氣候變遷更早被發現的「都市熱島」
2 一座飄忽不定但影響甚巨的「島」
3 不易察覺且難以量測的都市發燒
4 建立都市街區高密度溫度量測網

第二章　台灣的都市熱島現象
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