夏天如约而至，城市的每个角落都仿佛置身于一个巨大的火炉之中，遭受着高温天气的烘烤，酷热现象变得越来越严重，给人们的生活带来了极大的挑战。在这样炎热的季节里，有人通过电扇和空调抵御高温的天气；有人选择逃离闷热的都市，前往郊区寻找一丝清凉。那么，为何郊区会比城市更为凉爽呢？
高温天气 （图片来源：veer图库）
说到城市和郊区的温差，就不得不谈一谈“热岛效应”。热岛效应是指一个地区的气温高于周围地区的现象，这种现象在气象图上形成类似孤岛的高温区域，因此得名“热岛”。热岛效应通常出现在城市中，因此也被称为城市热岛效应。
阳光下的高楼大厦 （图片来源：veer图库）
那么城市热岛效应是如何形成的呢？
城市中下垫面性质的改变：城市中密集的建筑群、柏油路和水泥路面具有更大的吸热率和更小的比热容。相比郊区的土壤和植被，这些材料更容易吸收太阳的辐射能，使地表温度升高。此外，城市路面的含水量较低，地表吸收的太阳辐射直接以热的方式释放出去，使得周围的温度显著提高。
大气污染和温室效应：城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置。这些机器在运行过程中会消耗大量能量，大部分以热能形式传给城市大气空间。城市中的机动车、工业生产以及居民生活会产生大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些排放物不仅影响空气质量，还会通过吸收和反射太阳辐射，进一步加剧城市热岛效应。
城市化进程中的地面硬化：随着城市化进程的加快，地面被大面积硬化，积水难以渗透，只能通过下水道等管网系统排走。这导致地面蒸发的减少，进一步加剧了城市的气温升高。
建筑物密集和风速降低：城市中建筑物的分布比较密集，不仅改变了地表的热力性质，还影响了风的流动。建筑物的阻挡作用使得风速减小，不利于热量的扩散，从而加剧了热岛效应的形成。
那么城市中的居民如何有效应对热岛效应提高生活的舒适度呢？
2024年6月14日，科学家在《科学》（Science）杂志上发表了一篇关于新型辐射冷却织物的文章，有望提高人们在高温天气下的身体舒适度，降低城市热岛效应对人体的影响。
研究成果发表于《科学》杂志 （图片来源：《科学》杂志）
那么这种辐射冷却织物是如何做到降温的呢？
研究者制备的中红外光谱选择性分层纺织品（SSHF）由三层组成，分别是聚甲基戊烯（PMP）纳米-微米混合纤维层、银纳米线（AgNWs）层和羊毛织物层。
其中，表面的聚甲基戊烯（PMP）纳米-微米混合纤维层具有较宽的尺寸分布和特有的化学键，可以实现大气透射窗（ATW）光谱范围内高的吸收率。大气透射窗（ATM）是指太阳辐射光通过大气层时透射能力很强的波段范围，该部分光可以直达地表，对地表温度的升高有着很大的作用。
中间的银纳米线层在整个中红外区域具有高反射率，可以有效防止城市基础设施的红外线传递到人体，降低城市基础设施的热辐射对人体的影响。
底部的羊毛织物则可以通过纺织品和皮肤之间的空气间隙吸收人体皮肤的热辐射，并通过银纳米线层进一步将热量传导到顶部的PMP织物，从而实现热量从人体表面传递到大气中达到冷却的效果。
中红外光谱选择性分层纺织品的结构和可穿戴性能 a.纺织品的结构；b.纺织品在室外环境中的辐射换热示意图；c.不同材料的中红外发射率；d.羊毛织物对人体热辐射吸收的影响；e-i.可穿戴性研究结果 （图片来源：参考文献1）
实验结果表明，该研究制备的中红外光谱选择性分层纺织品（SSHF）在1010 W/m²的峰值太阳强度下，可以将温度显著降低约6.2℃，这归因于该纺织品能够有效地将热量释放到外界，同时选择性地阻挡来自地面的热辐射。在模拟城市环境的实验中，中红外光谱选择性分层纺织品（SSHF）在白天和夜间分别比传统设计的辐射冷却品低2.3°C和0.2°C。
该冷却纺织品的多孔结构还可以提供良好的透气性，促进了人体汗液的自然扩散，避免了闷热给人体带来的不适。此外，该冷却纺织品表现出较强的疏水性和较强的机械性能，在保证自身清洁的同时还能达到高耐用性，符合可穿戴性衣物的要求。
户外高温工作人员 （图片来源：veer图库）
可穿戴的辐射冷却品为应对城市热岛效应提供了一种创新且有效的个人降温方案，不仅有助于减少空调的使用降低能耗，还能预防与热相关的健康问题。我们期待这种高科技产品的量产，为城市居民带来舒适的体验，为高温作业人员带来一份清凉。
参考文献：
Ronghui Wu et al., Spectrally engineered textile for radiative cooling against urban heat islands[J].Science, 2024.
Cui C et al., Hierarchical-porous coating coupled with textile for passive daytime radiative cooling and self-cleaning[J].Solar Energy Materials and Solar Cells, 2022.
白杨,王晓云,姜海梅,等.城市热岛效应研究进展[J].气象与环境学报, 2013.
卢敬华,李国平.城市热岛效应的分析[J].成都气象学院学报, 1991.
出品：科普中国
作者：石畅（物理化学博士）
监制：中国科普博览