ヒートアイランド

ヒートアイランド（urban heat island：UHI、heat island）とは、都市部の気温がその周辺の郊外部に比べて異常な高温を示す現象。高温により自然環境が影響を受け、住民の生活や健康にも影響を及ぼすことから、近年問題視されている。対策を行わなければ、人口の集中がある場所では例外なく起こる現象で、都市の規模が大きいほどヒートアイランドの影響も大きい傾向にある。

都市の規模からして東京は、世界有数のヒートアイランドの例と言える。上のグラフは関東地方の 9月の平均気温の変動を示す。東京の気温は1930年頃に横浜を、その後は千葉県南部にある勝浦をも上回り、1980年代からは地球温暖化の進行による急上昇も顕著になる。また南から北へと風が流れる夏場の関東では、最大の熱排出源である東京より北方での気温上昇が大きく現れている。また、このグラフから、勝浦が最も気温の上昇が小さいことがわかる。

特に冬場や夜間の気温上昇が著しく、東京では1920年代は年間70日程度観測されていた冬日が年間数日程度に激減し、熱帯夜の日数は3倍以上に増加している。ちなみに東京での熱帯夜は、観測史上最も暑い夏になった2010年が最多で56日、次いで2011年と2012年が49日を数え、平年の27.8日を大きく上回っている。真夏日に関しても2010年が最も多く、71日に達した（平年は48.5日）。一方で冬日は、寒冬になった2006年、2012年でさえそれぞれ、9日と6日にしかならなかった。記録的な暖冬になった1989年、1993年、2004年、2009年は1日も観測されなかった。

概要

「ヒートアイランド」という語は英語からきており、直訳すると「熱の島」であるが、これは気温分布を描いたとき、等温線が都市を中心にして閉じ、ちょうど都市部が周辺から浮いた島のように見えることに由来する。日本語に訳す場合は都市高温化とされる

従来より気候学においては、高温・乾燥傾向で独特の風系を有するような都市特有の気候を都市気候と呼んでおり、これを研究する都市気候学や都市環境学などの学術分野がある。それらの中でも、ヒートアイランドは主要なテーマとされる現象の1つである。

「都市の気温が郊外に比べて上昇している」ことが初めて発見されたのは、1850年代のロンドンとされている。イギリスの科学者・気象研究者であったリューク・ハワード(Luke Howard)は、当時産業革命により著しく発達していたロンドンの気温が、周辺地域よりも高くなってきていることを発見した。これ以降、欧米を中心に世界各地の大都市で気温上昇が観測されるようになり、やがて"Urban Heat Island"と呼ばれるようになった。日本でもヒートアイランドという言葉が使われるようになり、1970年代に大きく報道されてから知られるようになった。

この異常な温度上昇の主な原因は、端的には都市化に伴う環境の変化である。もともと土や植物で覆われていた原野や田畑を開発して住宅地や商業地、工業地にすると、建物が建てられ、地面が舗装された上、生活や生産に使われた熱が大量に放出され、構造物はその熱の発散を妨げることになる。都市ではこれが数十km四方を超える広範囲で高密度に現れ、結果的に気候の変化をもたらすのである。

海や川の沿岸部に高層建築物が林立することで、風の流れを遮って都市部の高温化に拍車をかけていることも分かって来ている。また、海岸部の都市でヒートアイランドが起きると、内陸の都市化していない地域にも高温化が及ぶ場合もある。

ヒートアイランドの緩和策としては、緑地を増加させたり、不用な排熱を減らしたりといった対策が行われる。

ヒートアイランドの観測と評価

1931～2010年の日本の主要都市の気温上昇
(100年あたり換算)

	冬（2月）			夏（8月）
	平均	最高	最低	平均	最高	最低
札幌	3.5	1.4	6.1	1.2	-0.3	2.8
東京	4.6	2.5	6.0	1.7	0.8	2.5
名古屋	3.7	2.1	4.6	2.4	0.9	3.3
大阪	3.9	3.6	4.2	2.5	2.4	3.7
福岡	4.0	3.0	5.6	2.4	1.4	3.8
※	2.3	1.9	2.4	0.9	0.4	1.3
単位:°C ※:都市化の影響が小さい網走、寿都、根室、石巻、山形、水戸、銚子、伏木、長野、飯田、彦根、境、浜田、宮崎、多度津、名瀬、石垣島の17地点平均値 出典:気象庁 2011

ニューヨークの気温（上）と緑地（下）の分布。土地利用や地形と気温が密接に関わっていることが分かる。

ヒートアイランドの様子を、高精度で定量的に評価できるのは、気象官署やアメダスでの定点気象観測のデータをもとにした統計である。ただし、観測点の密度が粗いため、ヒートアイランドの様子を面的に捉えるには不足がある。現在のところ、ヒートアイランドの程度や状況を把握するのに最も広く用いられているのが、リモートセンシングである。センサーを搭載した人工衛星により都市とその周辺部の表面温度などを観測するもので、低コストで効果的にデータを得ることが可能である。

ふつう、都市化の前後を含めた長期のデータにより、都市部と郊外部の気温変化を比較することで、ヒートアイランドの進行状況をみる。平均気温、月平均の最高および最低気温のほか、夏日、真夏日、猛暑日、熱帯夜、冬日などの日数の変化も、間接的に気温の変化を表すデータであり有効とされている。

一方、定量的な指標ではないが、初雪、初霜、初氷、雪日数といった季節現象、桜の開花、紅葉、セミの初鳴きといった生物季節の変化もヒートアイランドの影響を知る手がかりとして用いられることがある。

右の表の通り、日本では札幌・東京・名古屋・大阪・福岡などの主要都市で軒並み、郊外に比べて顕著な気温の上昇を観測している。夏の暑さが厳しくなることから夏の最高気温が高くなるイメージがもたれやすいが、観測値では夏の最高気温は1～2℃の上昇にとどまる。札幌市のようにはっきりとした上昇が見られない地域でさえある。一方で夏の最低気温は2～4℃上昇しており、夜間の涼しさの方が弱くなる。つまり、真夏日よりも熱帯夜の方が増加が激しくなる。またどの都市でも、夏季よりも冬季のほうが差が大きく現れ、特に高緯度の寒冷地では顕著である。札幌や旭川、帯広などの北海道の内陸の主要都市部がその代表的な例であり、厳冬期の朝、郊外との気温差が10度前後になることも珍しくない。

また、内陸や盆地にある都市は海陸風等の大きな循環を受けにくく元来より高温になりやすいが、気圧配置等によって周辺都市の影響を受けて高温が増幅されることがある。熊谷市、前橋市、岐阜市では右表と同じ統計において夏の最高気温の上昇幅が2～3℃であり、東京や名古屋よりも大きい。熊谷市や岐阜県多治見市は日本の観測史上最高気温を記録した（ただ、最高気温を記録した2007年8月16日の高温はフェーン現象による影響が大きく、ヒートアイランドの寄与は1℃程度と解析されている）都市であり、その顕著な例である。

海岸沿いの都市の場合、海陸風が昼間は海からの涼しい風を受け、夜間は陸の暖かい風を海に逃がす働きをするはずだが、高層ビル群があるとそれが妨げられるため、ビル群の裏に位置するエリアが高温になりやすい。また、都市がなければ海風が到達するはずである場所も、途中で加熱されて上昇してしまうので、海風が届かなくなり、最高気温が上昇しやすくなると考えられる。関東地方北部などがこれに当てはまる。反対に、大都市よりも海側にある場所は、海風が強められる（海上と陸地の気温差が大きいほど海風は強く吹きやすい）ので、最高気温が上がりにくくなるとの指摘もある。

また、都市内にある公園や緑地は気温の上昇幅が小さい冷気だまり、いわゆる「クールアイランド」になることも分かっている。例えば皇居では夏の平均気温が周辺よりも約2℃低いという観測結果が発表されている。

また、ヒートアイランドにより世界各地の都市で気温上昇が起こっているが、それらが地球全体の気温に与える影響は僅かであることがわかっている（後の節を参照）。

影響

ヒートアイランドにより発生するさまざまな影響を以下に挙げる。

• 平均気温が上昇することで、寒波のリスクが減少する一方、熱波のリスクは増加する。
• 夏季の冷房への電力需要の増加。空調排熱が増加することでヒートアイランドに拍車を掛ける面もある。
• 夏季を中心として、ヒートアイランドによる高温や気流の変化が大気汚染、光化学オキシダント（光化学スモッグ）の増加に拍車をかける（光化学スモッグは気温が　高く、日射が強いほど発生しやすい）。
• 大気の循環の変化。集中豪雨などの局地現象の変化。
• 気温の上昇による生物・農業への影響。越冬害虫の増加、冬の低温にさらされる必要のある農作物や夏季の高温に弱い農作物へのダメージ。
• 気温の上昇による水資源の需要増加、蒸発量増加による資源量減少。
• 夏季の高温による人体への影響。熱中症の危険性増大、不快感の増大など。
• 以上の諸影響による社会的な影響。健康被害による経済損失、電力需要増加によるエネルギー負担の増加。

原因

ヒートアイランド現象の原因とされるものを挙げる。

• 耕地や緑地・水辺の造成、埋め立て、舗装による、降雨の地面への浸透量減少、土中の保水力低下、ひいては蒸発・蒸散量の減少。
• 舗装のアスファルトや建築物のコンクリートによる、光反射率の低下、熱吸収率の増加。
• 人工排熱。産業活動における工場、オフィスビルの情報機器、家庭の空調設備、自動車などによる人工排熱など。
• 建築物群による、都市キャノピー層の風の流れの変化（滞留）。
• 高層建築物群や沿岸の埋め立てによる、海風・川風の遮蔽。

都市気候モデルによるシミュレーションでは、土地利用の変化や建築物の効果による寄与が大きな割合を占める一方、排熱による効果は局所的なものに限られると推定されている。

ヒートアイランドが進めば進むほど、冷房需要が増加し、それが排熱の増加を招いてヒートアイランドをさらに促進するという悪循環も指摘されている。

緩和策

路面電車の軌道敷に芝生を敷き詰めた例（鹿児島市電）

太陽光の吸収量を減らす、排熱を減らす、冷却効果を高めるといったことを目的に緩和策が取られている。

• 道路や空き地、建築物表面の緑化。
  • 近年は屋上緑化・屋上庭園・壁面緑化（緑のカーテン）の採用も多い。東京都や兵庫県においては条例によって一定の条件下で屋上の緑化が義務付けられている。また多くの都市で助成金が出る。
  • 路面電車では、軌道敷に芝生を敷き詰めるという方策を採るケースもあり、「緑化軌道」や「芝生軌道」とも呼ばれている。この方策により、軌道敷内では車道部と比較して10度以上低い温度となるという実証試験の結果が報告されている[1]。
• 高光反射率素材・塗料の採用。
• 水辺の整備、湿地や湖沼などの保護や拡張。
• 清流復活事業で河川の流れを復活させる。
• 透水性舗装・保水性舗装・遮熱性舗装の採用。
• 「風の道」の確保。水上や郊外から涼しい空気が都心に流れやすいようにする。シュトゥットガルトの事例やベルリンのポツダマープラッツ周辺再開発に伴う事例が有名。
• 散水、打ち水。
• ドライミストなどの新たな冷却機器の設置。
• 自動車・航空機などの輸送機器、建築物（空調・給湯）からの人工排熱の抑制、冷却。
  • 排熱の大きいところでは、コジェネレーションやコンバインドサイクル発電導入による効果が期待できる。
  • 交通・輸送分野では公共交通機関への移行およびモーダルシフトなどがある。
  • 産業・家庭分野では少排熱型製品への転換、省エネルギーなどがある。

ヒートアイランド現象が都市化と密接に関わっているだけに、本格的な対策には都市計画を巻き込んだ様々な視点からの見直しが必要となる。大きな効果を挙げられるような緑化・水辺の整備・『風の道』の確保、また根本的な対策として郊外への人口分散による都心の過密解消などを行うとなると、事業規模や費用が大きくなり、弊害も大きいため、合意形成や費用分担も難しくなる。そのため、建て替えや再開発等の機会を利用してコストを抑えて行われることが多い（例：東京駅八重洲口再開発による丸の内への『風の道』復活）。

また、多くの緩和策は地球温暖化の緩和策とも共通し、ヒートアイランド対策が地球温暖化対策として（逆もまた同じ）効果を発揮することもある。

地球環境への影響

長年の間、ヒートアイランド現象は、都市部とその風下に当たる狭い地域にしか、影響を与えないと考えられていた。しかし、都市部の熱を考慮した、コンピュータシミュレーションにより、都市部の熱は遠く離れた田舎の気温を上昇させる可能性があることがわかった。カリフォルニア大学のスクリップス海洋研究所が作成した大気モデルによって、大都市の熱が遠く離れた田舎の気温を最大で1℃上げている可能性が示された。北半球にある、86の主要な大都市圏の面積はは地表全体の1.27%にしかならないが、1年に消費されるエネルギーは、6.7テラワットに達し、世界全体の42％にもなる。都市部の熱が地球全体の環境に及ぼしている影響は大きいとされる。

これまで、多くの研究者は気候変動の人為的な要因は温室効果ガスの増加しかないと考えていた。しかし一部の地域の温暖化は、コンピュータによる予測を上回っており、つじつまが合わなかった。同研究所の気象学者ガン・チャン（Guang Zhang）は、都市部の熱が気温を押し上げていると推測した。大都市の熱によって暖められた空気は、対流圏上層に達し、ジェット気流や偏西風の一部を乱す。これによって、冷たい空気の流れがさえぎられて、低緯度から暖気が入り込みやすくなり、北欧や北アメリカ北部などで気温が上昇する。大都市が少ないシベリアとカナダ北部が、もっとも大きな影響を受けているという。カナダ北部はアメリカにある大都市の熱によって気温が0.8-1.0℃も上昇していることがわかった。同様に、シベリアは日本や中国などにある都市の熱によって、気温が上昇している可能性がある。

地球温暖化との関係

都市の一部はその周囲より数度高温になることがあるため、都市が広がった効果が全地球的な気温の上昇と誤解されているのではないかという懸念がなされてきた。実際は、「ヒートアイランド」は重要な局所的な効果であるが、気温の記録に見られる傾向を歪めているという証拠はない。例えば、都市部と田園部の傾向は非常に似ている[2]。

IPCCの第3次レポート（2001）には次のように書かれている。

しかし、ヒートアイランドの効果がもっとも顕著であるのは北半球の陸地であるが、そこでは対流圏低部の温度と地表の空気の温度の間には有意な差はない。実際、北アメリカの地表の空気は10年に0.27度で気温が上昇しているが、対流圏低部の温度の上昇はこれよりわずかに大きい10年に0.28度の速さであり、この違いは統計的に有意でない。

すべての都市部がその周りの田園部に比べて温暖化しているわけではないことにも注意する必要がある。例えば、ハンセンら(JGR, 2001)は、気温の記録を均一化するために、世界中の都市部にある観測所の傾向をその周りの田園部にある観測所にあわせて修正した。これらの修正のうち、42%は都市部の傾向を温暖な方に修正した。つまり、42%の観測所では、都市はその周りの田園部より暖かいのではなく、涼しいのであった。この理由のひとつは、都市部は不均一であり、また観測所は都市の中でも『クールアイランド』が起こっている場所（例えば公園）に置かれていることが多いからである。

Peterson(2003)によると、ヒートアイランドの効果は誇張されて伝わっており、この研究では「一般的に受け入れられた考えに反して、年平均の気温には、統計的に有意な都市化の効果はない」ことがわかった。この研究は人工衛星によって夜間の都市部の照明を検出し、さらにもっと詳細に時系列を均一化することによって得られた（時系列のデータは、たとえば都市部の周りの田園部の観測所の傾向を都市部に対し暖かいほうに（つまりその部分は都市部に比べて涼しかった）修正してあった）。論文が言うように、この結論が認められるなら、「部分的には都市にそのまま設置されている観測点からも寄与がある地球の平均気温の時系列データがどのようにして都市の温暖化に汚染されずにいるのか、という謎を解く」必要がある。主な結論は、微小だったり局所的だったりする影響がヒートアイランドの中程度のスケールの影響を圧倒しているということである。街の多くの場所は田園部の観測点より暖かいが、気象の観測は公園のような『クールアイランド』で行われていることが多い。

2004年11月の Nature と2006年の Journal of Climate に出版された David Parker の研究では、静かな夜に測定された気温と風のある夜に測定された気温を比較することによって、ヒートアイランドの理論を確かめようと試みた。もしヒートアイランドの理論が正しいなら、風は都市や測定機器から過剰な熱を奪うので、測定器は静かな夜のほうが風のある夜より高い温度を記録するはずである。しかし、静かな夜と風のある夜では違いはなかった。著者は次のように言う。「我々は、地球的には、陸地の気温は風のない夜と風のある夜で同じ程度に上昇してることを示した。これは観測された全体的な温暖化は都市化の結果ではないことを示している。」

しかし、Roger A. Pielke は、Parkerの2004年の論文には「結論に深刻な問題がある」[3]と主張した。Geophysical Research Letters に出版された Pielke の研究では、「もし夜の境界層の熱の流れが時によって変わるなら、地表の層に弱い風があるときの気温の傾向は高さの関数になり、風が強いときと弱いときでは同じ気温の傾向は起こらない。」という[4]。

地球温暖化の懐疑論者がしばしばとる別の見方は、陸地に置かれた温度計で見られる気温の上昇の大部分は、都市化による上昇と、都市部に配置された観測所のせいであるということである[5][6]。しかし、これらの見方は主に商業出版で提示されており、査読を受けた科学論文でこの見方をとっている論文はない。

IPCC第4次評価報告書(2007年、P.244)では次のように書かれている。

半球的や全球的なスケールで観測を行った研究によれば、都市に関係した気温の傾向は、気温の時系列に見られる10年程度やそれ以上の時間スケールでの傾向より小さい程度である（例えば、Jones et al., 1990 や Peterson et al., 1999）。この結果は、部分的には、データからはっきりと都市化に関係した温暖化の傾向がある少数（1%未満）の観測所を除いたことによっている。世界の約270の観測点の中で、夜の最低気温の上昇傾向は、1950年から2000年の間、もっとも大きく都市の温暖化の影響を受けやすい時間帯である風のない夜でも特に強められてはいない、ということをParker(2004, 2006)は注意した。だから、問題になっている全球的な陸地の温暖化傾向が都市化した場所の増加に大きく影響されている可能性は非常に低い(Parker, 2006)。（中略）よって、この評価では、都市の温暖化の不確実性の程度は第3次報告書と同じように計上する。すなわち、1900年以降、陸上では10年に0.006度であり、海洋ではヒートアイランドはゼロなので、全体では10年に0.002度である。

その後2011年10月にスタンフォード大学らが報告した結果においても、ヒートアイランドの影響量は産業革命以降に観測されている温暖化の2～4%程度に過ぎないと見積もられている 。

関連項目

• 雨
• 気温
• 気象
• 気象学
• 熱帯夜
• 熱中症
• 都市気候
• 大気汚染
• 地球温暖化、温室効果、砂漠化
• 緑地、緑化、屋上緑化、壁面緑化
• 大丸有
• イルミネーション

外部リンク

• 打ち水大作戦
• 東京都のヒートアイランド対策
• 大阪府のヒートアイランド対策
• 日本ヒートアイランド学会
• 「Heat island」 - Encyclopedia of Earthにある「ヒートアイランド」についての項目（英語）。
• 日本の環境首都コンテスト 関東地域交流会 2006 群馬県館林市のヒートアイランド対策が先進事例として紹介されている。