城市热岛效应

简介

城市热岛效应， 城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化” 。城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。形成城市热岛效应的主要因素有城市下垫面、人工热源、水气影响、空气污染、绿地减少、人口迁徙等多方面的因素。

城市热岛的成因

自然条件： 市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对天空角系数和风场 云量：市区内云量大于郊区 太阳辐射：市内大气透明度低 下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置 人为影响：“人为热” 交通、家用电器、炊事产热 空调采暖产热

基本特征

热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C以上。原则上，一年四季都可能出现城市热岛效应。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相同的热力环流。

影响因素

蒸发减少、城市下垫面反射率降低、能量输入，城市热岛效应强度影响为：蒸发减少0.05g/sm2，热输入增加120.9w/m2；城市下垫面反射率降低10%，热输入增加30w/m2；人工能量输入10w/m2，城市中总热输入增加160.9w/m2，由于受空气对流的影响，实际热输入约20w/m2，计算温升约3.5℃，这与实际比较相符。当夏季空气流通减缓时，热输入会急剧增加，由于城市蒸发系统适应性低，造成城市温度急剧上升，同时由于空调和火电厂的加速运转又会造成恶性循环，加剧城市大气温升。城市蒸发量减少也形成了城市干岛效应，造成城市上空大气稳定度升高，不易发生垂直对流，易形成近地表高温，伴生严重的空气污染（例发灰霾和光化学烟雾）。

主要危害

由于热岛中心区域近地面气温高， 大气做上升运动，与周围地区形成气压差异，周围地区近地面大气向中心区辐合，从而在城市中心区域形成一个低压旋涡，结果就势必造成人们生活、工业生产、交通工具运转中燃烧石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等大气污染物质在热岛中心区域聚集，危害人们的身体健康甚至生命。表现在： 一方面，大量污染物在热岛中心聚集，浓度剧增，直接刺激人们的呼吸道粘膜，轻者引起咳嗽流涕，重者会诱发呼吸系统疾病，尤其是患慢性支气管炎、肺气肿、哮喘病的中老年人还会引发心脏病，死亡率高，如英国伦敦在1952年12月份，因为这个原因死亡4000余人。 第二方面，大气污染物还会刺激皮肤，导致皮炎，甚而引起皮肤癌。有的物质如铬等，若进入眼内会刺激结膜，引起炎症，重者可导致失明。汞的含量较多，可损害人的肾脏，引起剧烈腹痛、呕吐。汞慢性中毒还会损害人的神经系统。 第三方面，长期生活在热岛中心区的人们会表现为情绪烦躁不安、精神萎靡、忧郁压抑、记忆力下降、失眠、食欲减退、消化不良、溃疡增多、胃肠疾病复发等，给城市人们的工作和生活带来说不尽的烦恼。在我国素有“火炉城市”之称的南京、武汉、重庆等许多大城市在发展中都不同程度地出现了以上这些现象，所以，城市热岛效应已成为城市发展中应正确面对、亟待解决的问题。 第四方面，对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应。为了降低室内气温和使室内空气流通，人们使用空调、电扇等电器，而这些都需要消耗大量的电力。如2012年美国1/6的电力消费用于降温目的，为此每年需付电费400亿美元。高温天气对人体健康也有不利影响。 第五方面，有关研究表明，环境温度高于28°C时，人们就会有不适感；温度再高还容易导致烦躁、中暑、精神紊乱等症状；气温持续高于34°C，还可导致一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，死亡率明显增加。此外，气温升高还会加快光化学反应速度，使近地面大气中臭氧浓度增加，影响人体健康

热岛强度

热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附件远郊的气温的差值。单位：℃

历史沿革

19世纪初， 英国气候学家路克•霍德华（Luke Howard)在《伦敦的气候》一书中，首先提出了“热岛效应”的气候特征理念。随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。海岛上的地面气温，由于高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。进入21世纪，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热容量低，热传导率高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。

防止措施

绿化环境 研究表明：城市绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，则热岛强度越低，当覆盖率大于30%后，热岛效应得到明显的削弱；覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减作用极其明显。规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，基本上与郊区自然下垫面的温度相当，即消除了热岛现象，在城市中形成了以绿地为中心的低温区域，成为人们户外游憩活动的优良环境。 1．选择高效美观的绿化形式 、包括街心公园、屋顶绿化和墙壁垂直绿化及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。 2．居住区的绿化管理要建立绿化与环境相结合的管理机制并且建立相关的地方性行政法规，以保证绿化用地。 3．要统筹规划公路、高空走廊和街道这些温室气体排放较为密集的地区的绿化，营造绿色通风系统，把市外新鲜空气引进市内，以改善小气候。 4．应把消除裸地、消灭扬尘作为城市管理的重要内容。除建筑物、硬路面和林木之外，全部地表应为草坪所覆盖，甚至在树冠投影处草坪难以生长的地方，也应用碎玉米秸和锯木小块加以遮蔽，以提高地表的比热容。 5．建设若干条林荫大道，使其构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局，减弱热岛效应。 减少排放 减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。提高能源的利用率，改燃煤为燃气。控制使用空调器，提高建筑物隔热材料的质量，以减少人工热量的排放；改善市区道路的保水性性能。 城市规划 从城市气象规划设计出发应考虑： 1、要保护并增大城区的绿地、水体面积 热岛效应 。因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。 2、城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。 3、建筑物淡色化以增加热量的反射。 4、此外，“透水性公路铺设计划”，即用透水性强的新型柏油铺设公路，以储存雨水，降低路面温度。 5、形成环市水系，调节市区气候。因为水的比热大于混凝土的比热，所以在吸收相同的热量的条件下，两者升高的温度不同而形成温差，这就必然加大热力环流的循环速度， 而在大气的循环过程中，环市水系又起到了二次降温的作用，这样就可以使城区温度不致过高，就达到了防止城市热岛效应的目的。 6、提高人工水蒸发补给，例如喷泉、喷雾、细水雾浇灌。 7、市区人口稠密也是热岛效应形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市规划时，可以考虑，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部门，其余部门应迁往卫星城，再通过环城地铁连接各卫星城。 如北京市位于平原中部，三面环山。由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。综上所述，热岛效应给人们带来的危害的确不小，但若能够正确的利用已有的技术，控制城市的过快发展，合理规划城市，这个问题并非不可解决。

参考文献

绿化可缓解城市热岛效应 ．中国林业新闻网．2010-06-14[引用日期2013-08-28] 春节人口大迁移明显减弱城市热岛效应 ．新浪[引用日期2015-02-12] 竹涛．物理性污染控制：冶金工业出版社，2014：113 竹涛．物理性污染控制：冶金工业出版社，2014：112