夏季，城市地区比周围的乡村地区会变得非常炎热——看看新奥尔良和纽约市与附近不透水表面较少的区域相比就知道了。这种城市热岛效应发生是因为建筑物和其他基础设施比自然景观吸收和重新散发更多的太阳热量。城市地区的白天温度可能比郊区高出 1 到 7 华氏度。
但升高的不仅仅是地表和空气温度——地面也会升温。不断升高的气温，加上人类活动和基础设施的影响，会导致城市下方的地下热岛效应。这种“地下气候变化”也受到建筑物内部供暖和电器运行向地面注入热量的影响。
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由于土壤、岩石和建筑材料在温度变化下会发生形变，因此，一项发表在《Communications Engineering》杂志上的最新研究旨在评估地下热岛效应是否会导致影响城市基础设施性能的地面变形。
“这项研究的结果表明，由地下气候变化引起的地面变形的幅度足以影响城市结构和基础设施的日常功能和长期耐用性，”研究作者、西北大学土木与环境工程助理教授亚历山德罗·罗塔·洛里亚说道。
潜在的过大角变形、倾斜和/或结构构件的开裂可能会影响基础设施的美观和运行要求。不过，洛里亚说，这些变化不一定代表性能受到影响，也不会威胁到人们的安全。
地下气候变化如何影响土壤
基础设施下方或附近地下温度的剧烈变化会产生温度梯度，从而促进孔隙水的流动。亚利桑那州立大学土木工程与环境工程学院的岩土工程师、副教授克劳迪娅·萨帕塔表示，土壤的干湿循环会导致应变和变形，进而可能损坏结构。
萨帕塔说：“虽然这不是岩土工程师必须处理的新问题，但长时间的高温会促进水分含量发生更显著的变化。未饱和状态会延伸到更深的区域，导致变形比建筑规范允许的范围更大。”
其影响通常与其他因素相关，包括土壤类型以及干湿程度。例如，与粘土含量高的土壤不同，沙质材料在气候变化条件下发生大变形的倾向较低，萨帕塔说。
在分析结构物的潜在影响时，洛里亚表示，应考虑不同城市及其基础设施的独特特征。老旧和人口密集的城市通常会经历更剧烈的地下气候变化，这可能导致对城市基础设施产生更显著的影响。
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洛里亚说：“像纽约这样人口密集、地下结构和热源丰富的特大城市，其地下气候变化尤为剧烈。因此，这些城市在长期内可能特别容易出现结构和基础设施运行方面的问题。”
他补充说，地下气候变化引起的地面变形是缓慢但持续发展的，因此在未来几年应加以缓解，以避免对城市结构和基础设施产生不良影响。
在气候变暖的世界中缓解地下气候变化
洛里亚说，地下气候变化为城市规划者和政策制定者提供了一个“提高全球城市地区可持续性的机会”。
例如，在建筑物地下围护结构和外壳上应用隔热材料，可以最大限度地减少注入地面的废热量。安装浅层地热技术，吸收地下室、停车场和隧道的部分热量，并将其再用于建筑物和基础设施的供暖和热水生产，也是一个重要的选择。
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2022 年发表在《Nature Communications》杂志上的一项研究指出，回收因气候变化和城市化而积聚的地下热量，是各种场所替代传统供暖方法的可持续选择。地下热量回收可以利用变暖的气候，同时帮助社会向低碳经济转型。
洛里亚说，旨在提高能源效率的改造工程和利用地下废热的地热装置，是“两个具体且相对简单的缓解策略”，它们可以减缓地下气候变化及其在气候变暖世界中对城市基础设施的影响。鉴于气候变化已经对城市产生并将很快产生种种影响，最好尽早采取行动。
