🏙 環境的不可思議 🌡 熱收支 不需要先備知識 閱讀約8分鐘

都市為什麼比較熱?
― 白天差距小,晚上差距大

同一天、同樣的天氣,市中心和郊區的氣溫卻可能差上好幾度。而且差距最大的時候,不是白天,而是晚上。都市之所以熱,並不是「日照特別強」,而是白天累積的熱,到了晚上卻放不掉

發布:2026.08.16 難度:★☆☆(不需要先備知識) 公式只出現在最後的折疊區塊
你是否也有過這樣的經驗

夏天的夜晚走在街上,明明太陽已經下山好幾個小時了,腳下卻還是有股熱氣往上冒。把手靠近柏油路面,還是溫的。

但同一個晚上,走到郊區的公園或稻田旁,卻涼爽許多。就算是同一個城市,不同地點的體感溫度也完全不同。

看氣溫紀錄也能清楚看出這個現象。比起白天最高氣溫的差距,清晨最低氣溫的差距其實更大

白天熱,哪裡都一樣。都市真正的問題在於「不容易涼下來」

1
都市地面「無法讓水分蒸發」

泥土和植物會靠蒸發水分把熱帶走。但柏油路和水泥地面沒有水可以蒸發。熱沒有出口,就這樣被儲存起來。

2
夜晚,這些熱無法散逸到天空

晴朗的夜晚,地面會把熱釋放到宇宙中。但被建築物包圍時,能看到的天空範圍變窄,放出去的熱撞到牆壁又被反彈回來。

再加上冷氣和汽車排放的熱。進來的熱多,出去的熱少。這個差距,就是都市的熱。接下來依序來看。

郊區(泥土・草地)都市(路面・大樓) 太陽 水分蒸發帶走熱 → 地面溫度不易上升 夜晚天空視野廣 → 熱直接散逸到宇宙 天亮前確實變涼 沒有水可蒸發 熱累積在路面 撞到牆壁又彈回來 → 到了晚上仍難散熱 排熱 直到早上都涼不下來
圖1:左邊的郊區,太陽的熱大部分用於水分蒸發並被帶走(綠色箭頭),夜晚天空視野廣,熱能散逸到宇宙。右邊的都市因為沒有水可以蒸發,熱累積在路面上,夜晚被建築物包圍,放出去的熱撞到牆壁又反彈回來(紅色箭頭)。再加上冷氣等設備的排熱。

影響最大的是「沒有水」這件事

晴天時,照到地面的太陽能量有兩個去處。一是讓地面和空氣升溫,二是讓水蒸發

水蒸發的時候,會從周圍奪走大量的熱。這和流汗後感覺涼爽是同一個道理。在泥土和草地上,照射進來的能量有相當一部分會用在蒸發上,所以氣溫不會升得太高。

但柏油路和水泥地面沒有水可以蒸發。就算下雨,水也會流進下水道消失。失去去處的能量,全都用來讓溫度上升。

夏天晴朗的日子,柏油路面有時會超過攝氏60度。之所以熱到不能摸,不只是因為顏色黑,更是因為沒有能幫它降溫的機制

郊區的地面在流汗。
都市的地面流不了汗。

夜晚熱散不掉的原因

晴朗的夜晚,地面會不斷向宇宙釋放熱能。這就是輻射冷卻,冬天早上結霜也是同樣的原理。

不過這有個條件:必須能看得見天空。放出去的熱如果撞到雲,就會反彈回來(這就是為什麼陰天的夜晚不容易變涼)。撞到建築物時,也會發生同樣的事。

從被大樓包圍的道路上抬頭看天空,看到的只是一條狹長的帶狀範圍。想要放掉的熱,大部分都被周圍的牆壁吸收又反彈回來。而且牆壁白天也被曬熱了,會把熱再送回來。

此外,都市的建築物也會擋住風。能把熱帶走的風進不來。

結果就是,都市到了晚上也涼不下來。熱島效應的差距之所以在夜晚變大,原因就在這裡。

💡 冷氣是在把房間變涼、把街道變熱

冷氣並不是把熱消滅,而是把房間裡的熱搬到外面去。而且搬運的過程要用電,用掉的電也會變成熱排到外面。室外機排出的熱,一定會比從房間裡取走的熱還多。

如果只有一台,影響很小,但整條街的冷氣同時運轉,就不能忽視了。因為熱所以開冷氣,冷氣的排熱又讓街道更熱,這是一個循環的關係。

不過別誤會,這不是要你忍著不開冷氣。中暑會危及生命。在室內適當使用冷氣是第一優先,整個街區的對策則是另一個層面的問題(增加綠地、改變路面材質、改善排熱方式等)。

到底熱了多少

看長期的氣溫紀錄,都市的升溫幅度非常明顯。

據統計,東京的年平均氣溫每100年大約上升3℃。而挑選都市化影響較小的地點平均計算,則約為1.5℃

這個差距,被認為就是都市化本身造成的。也就是說,住在都市裡的人,除了承受全球暖化之外,還要多承受一層額外的高溫

其中變化特別大的,是夜間的最低氣溫。夜間氣溫不低於25℃的日子(熱帶夜)在大都市明顯增加。睡覺時身體無法降溫,會提高中暑的風險。

有效的對策,取決於背後的原理

反過來說,增加建築物、製造陰影,並不一定會變涼快。雖然會有陰影,但夜晚的熱反而更難散逸。白天和夜晚理想的形態不同,這正是這個問題困難的地方。

可以在戶外驗證的事

🧪 10分鐘就能做的觀察:用手比較地面溫度
  1. 選一個晴朗的午後外出(別忘了帽子和水分)
  2. 把手掌靠近陽光下的柏油路面(注意別直接碰觸,會燙)
  3. 在旁邊陽光下的泥土或草地上做同樣的事
  4. 再試試樹蔭下的柏油路面樹蔭下的泥土,比較這四種情況
  5. 如果可以的話,在日落後2小時再到同樣的地點試一次

在陽光下,柏油路和草地的差異會讓人吃驚。而夜晚的觀察最令人印象深刻。草地已經完全涼了,柏油路卻還是溫的。因為它正在把白天累積的熱,慢慢在夜裡釋放出來。炎熱天氣下的戶外觀察請盡量縮短時間,並留意身體狀況。如果懷疑中暑,請移動到陰涼處,補充水分和鹽分,症狀嚴重時請不要猶豫,撥打119。

總結

都市之所以熱,是因為①地面無法讓水分蒸發,進來的熱直接變成溫度;②夜晚被建築物包圍,熱無法散逸到天空;③再加上冷氣與汽車的排熱,這三個因素疊加造成的。尤其因為②,差距在夜晚會變得特別大。

都市不是因為白天熱。
而是失去了能涼下來的時間。

在同樣的日照下,鋪面本身究竟會升溫到幾度,在氣溫明明只有32℃,柏油路為什麼會超過60℃?一文中有詳細說明。

想了解更多 ― 用語、數值與教科書的關聯從國中理科到目前仍在研究中的主題,都明確標示程度
以下標籤的判讀方式
  • 國中國中理科課程範圍
  • 高中高中「物理基礎」「地學基礎」課程範圍
  • 高中+高中「物理」「地學」,或教科書中屬於進階、專欄的內容
  • 大學高中不會教、屬於大學專業科目(都市氣候學)的內容
  • 研究中連大學也不會當作「定論」教授,是研究者目前正在探究的內容

國中用語:形容都市高溫的詞彙

高中用公式驗證:灑1公升的水,能抵消多少分鐘的日照

灑水到底有沒有用,還是只是心理安慰?只要把「效果多大」算成數字,答案就出來了。用到的只有水蒸發時奪走熱量這一項。

① 先看公式本身

奪走的熱 = 蒸發熱 × 水量

奪走的熱單位為 J(焦耳)
蒸發熱每 1 g 水約 2260 J
水量單位為 g

水蒸發時,會從周圍帶走熱。這和「用冷水降溫」是不同的機制。就像流汗後會感覺涼爽,不是溫度下降,而是蒸發這個動作本身把熱帶走了。

2260 J 這個數字,在水的各項性質中算是特別大的。相當於把同樣重量的水升溫1℃所需熱量的500倍以上

② 代入數值計算
灑在1 m²上的水量1 L = 1000 g
奪走的熱2260 × 1000 = 2260000 J
盛夏日照約 1000 W/m²(每秒 1000 J)
可抵消幾秒2260000 ÷ 1000 = 2260 秒
換算成分鐘2260 ÷ 60 ≒ 38 分鐘

在1 m²上灑1公升水,可以抵消盛夏日照大約38分鐘的量。並不是心理安慰。不過也只有38分鐘。沒辦法撐一整天。

所以灑水「傍晚、太陽西斜後再灑」是有道理的。日照較弱的時段,38分鐘的效果能持續得更久。如果在正中午灑,很快就蒸發完了。老一輩的做法,和計算結果吻合。

③ 路面顏色也有同等程度的影響

另一個關鍵因素是地面反射多少日照。黑色表面會吸收,白色表面會反射。

一般柏油路的反射率約 0.1
吸收率1 − 0.1 = 0.9
吸收的熱1000 × 0.9 = 900 W/m²
淺色路面的反射率約 0.4
吸收的熱1000 × 0.6 = 600 W/m²
差距900 − 600 = 300 W/m²

光是改變顏色,每平方公尺就有300 W的差距。相當於日照的三成。而且這個方法不需要持續灑水。

和灑水比較看看:如果要用灑水來抵消300 W/m²,換算成2260000 ÷ 300 ≒ 7533 秒,也就是每2小時就得灑1公升水。

個人能做的(灑水)和整個城市能做的(路面與綠化),規模上的差異就顯現在這裡。灑水有效,但持續時間短。要改變整個都市的高溫,改變地面本身效果大得多。

※ 日照量、反射率會因天候和材質大幅變動,實際上風和建築物陰影也有影響。這裡的計算只是為了抓出數量級。

高中用數字看都市與郊區的差異

地面性質(皆為代表性參考值)
柏油的反射率約 0.05〜0.1(吸收照射光的九成以上)
水泥的反射率約 0.2〜0.3
草地的反射率約 0.2〜0.25(但有蒸發降溫的效果)
白色塗裝屋頂約 0.6 以上
夏季晴天時柏油路面溫度有時會超過60℃

灑水的效果也能計算出來。水蒸發時奪走的熱,每公克大約是 2,400 焦耳。

在1平方公尺上灑1公升水的情況
奪走的熱2,400 × 1,000 = 240萬 J(2.4 MJ)
盛夏日照(每平方公尺)約 1,000 W = 每秒 1,000 J
可抵消的時間2,400,000 ÷ 1,000 = 約 2,400 秒(約40分鐘)

※ 實際上會受風和濕度影響。這是為了掌握效果規模的概算。

從這個計算可以看出灑水的特性。有效,但無法持久。所以比起正中午在陽光下灑水,在陰涼處或早晚灑水效率更高。因為讓水慢慢蒸發,降溫的時間才能拉長。

高中+進出熱的收支平衡

地表能量的進出,可以整理成以下關係。

(進來的日照) − (反射的部分) − (以紅外線放出的部分) = (讓空氣升溫的部分) + (讓水蒸發的部分) + (儲存在地面的部分)

在郊區,右邊「讓水蒸發的部分」較大,所以「讓空氣升溫的部分」就能減少。在都市,蒸發幾乎為零,同樣的能量就會分配到「讓空氣升溫」和「儲存」這兩項。

「讓空氣升溫的部分」與「讓水蒸發的部分」的比例,稱為波恩比(Bowen ratio)都市這個比值較大,郊區則較小。一個數字就能表達都市高溫的本質。

而「儲存的部分」會在夜間釋放出來。柏油和水泥儲熱能力高、也容易傳導熱,所以熱會深入內部,整夜持續散熱。

大學天空看得見多少 ― 天空可視率

在都市氣候學中,從某個地點能看到天空的立體角比例稱為天空可視率(sky view factor),是說明熱島效應強度的重要指標。

在寬闊的草原上,天空可視率接近1,輻射冷卻能充分發揮作用。在大樓夾峙的道路(街道峽谷)上,這個數值有時會低於0.3,放出去的紅外線大部分被牆壁吸收又反彈回來。夜間熱島強度與天空可視率之間,已觀測到明確的關聯。

都市大氣在地表往上數百公尺的區域(都市邊界層)中,有獨特的行為。白天會被劇烈攪動,夜晚則不容易像郊區那樣形成穩定的氣層。郊區夜晚冷空氣會堆積在地表,但都市不容易發生這種情況

此外,都市與郊區的氣溫差本身也會產生局地風。溫暖的都市會產生上升氣流,把郊區的空氣吸進來。這個環流也和污染物的擴散方式有關。

研究中尚未解決的問題

與教科書的關聯(依程度分類)

程度科目・單元本文對應內容
國中理科・狀態變化與熱/氣象/太陽能量氣化熱、輻射冷卻、地面溫度的觀察
高中物理基礎・熱量與比熱/地學基礎・大氣與能量收支反射率、灑水的計算、儲熱
高中+物理・熱輻射/地學・輻射收支能量收支公式、波恩比
大學都市氣候學・建築環境工學天空可視率、都市邊界層、局地環流
研究中氣候學・都市計畫(尚未解決)影響因素的分離、都市與降水、綠化的最佳配置
公共衛生熱帶夜與中暑、夜間不降溫的影響
參考・出處
  1. 日本氣象廳(気象庁)「熱島監測報告」(ヒートアイランド監視報告)及都市化影響相關分析。
  2. Oke, T. R., Boundary Layer ClimatesUrban Climates(都市氣候學的標準教科書,涵蓋天空可視率與夜間熱島效應)。
  3. 日本環境省(環境省)熱島對策指南(綠化、高反射塗料、保水性路面)。
  4. Oke, T. R., City size and the urban heat island, Atmospheric Environment 7, 769–779, 1973。
  5. 日本厚生勞動省(厚生労働省)及環境省(環境省)中暑預防相關資訊。

※ 升溫幅度、反射率等數值會因地點與條件而有所差異。本文所列為一般常引用的參考值。

※本文為一般大眾科學解說。關於高溫應對方式,請依循環境省・厚生勞動省及地方政府的資訊。戶外觀察請控制在短時間內,若感到身體不適,請立即移動到陰涼處,必要時請就醫或撥打119。文中數值僅供理解原理之參考。