熱島效應(yīng)的形成

1、熱島效應(yīng)的形成城市熱島的形成，與城市化的發(fā)展密不可分。北京市園林科學(xué)研究所高級工程師李延明將其形成的直接原 因概括為四個方面：一是城市下墊面(大氣底部與地表的接觸面)特性的影響。城市內(nèi)大量人工構(gòu)筑物如鋪裝地面、各種建筑 墻面等，改變了下墊面的熱屬性，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，在相同的太陽輻射條件下，它們比 自然下墊面(綠地、水面等)升溫快，因而其表面的溫度明顯高于自然下墊面。比如夏天里，草坪溫度32C、 樹冠溫度30C的時候，水泥地面的溫度可以達(dá)到57C，柏油馬路的溫度更高達(dá)63C，這些高溫物體形成 巨大的熱源，烘烤著周圍的大氣和我們的生活環(huán)境，怎么能不熱呢？二是城市大氣污染。城市中的機(jī)

2、動車輛、工業(yè)生產(chǎn)以及大量的人群活動，產(chǎn)生了大量的氮氧化物、二氧化 碳、粉塵等，這些物質(zhì)可以大量地吸收環(huán)境中熱輻射的能量，產(chǎn)生眾所周知的溫室效應(yīng)，引起大氣的進(jìn)一 步升溫。三是人工熱源的影響。工廠、機(jī)動車、居民生活等，燃燒各種燃料、消耗大量能源，無數(shù)個火爐在燃燒， 都在排放熱量！四是城市里的自然下墊面減少了。城市的建筑、廣場、道路等等大量增加，綠地、水體等自然因素相應(yīng)減 少，放熱的多了，吸熱的少了，緩解熱島效應(yīng)的能力就被削弱了。氣象專家、南京大學(xué)余志豪教授說，受熱面的大小，受熱材料的差異，是造成城郊溫差的主要原因。“同樣 一萬平方米的地面，在郊區(qū)，可能是一望無際的田野，吸熱慢，溫度上升慢；而在市區(qū)

3、，高樓密集，建筑 物頂面和側(cè)面都成受熱面，受熱面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于郊外。而鋼筋、水泥等建材，熱容量小，一旦受熱，溫度 上升很快，并向四周大量散熱，帶動周邊氣溫升高.”現(xiàn)在氣象學(xué)家在城市規(guī)劃中暫時缺位。城市建設(shè)常常缺乏基本的生態(tài)設(shè)計(jì)常識，給城市的環(huán)境和生態(tài)帶來 了明顯的負(fù)面影響，城市大面積的“水泥化”就是最典型的一種?！八嗷笔欠褐甘褂没炷?、瀝青、花崗巖、 大理石、釉面磚、硅酸鹽等建筑材料來硬化城市的現(xiàn)象，硬化的表面包括地面、墻面、屋頂和水體。這種 硬化設(shè)計(jì)的初衷本是希望減少城市粉塵，增加建筑的美感，提高水體的清潔度等。然而，這類硬化設(shè)計(jì)帶 來的真實(shí)效果卻是加重了城市的熱島效應(yīng)，增加了粉塵治理的難

4、度，使水體水質(zhì)惡化，使雨水資源流失， 使城市植被不健康，使城市的噪音污染加劇，使城市的居住舒適度變差。與其他因素相比，“水泥化”給城市環(huán)境帶來的問題所涉及的方面是最廣、最為多樣的：水泥化建材能吸收大量的太陽輻射熱，在夏季的陽光下，混凝土平臺的溫度可比氣溫高8C，屋頂和 瀝青路面高17C，因此，水泥化會使城市熱島效應(yīng)重，懸浮顆粒物沉降難，使空氣質(zhì)量難以改善。水泥化表面會反射輻射熱和噪音，進(jìn)而加重城市的熱效應(yīng)和噪音污染，直接影響城市居住的舒適度和 居民的健康。水泥化襯砌河道、河岸和湖體會使水體生態(tài)系統(tǒng)受到毀滅性破壞，水體因此而喪失自凈功能，其結(jié)果 是水質(zhì)下降，水體出現(xiàn)發(fā)綠發(fā)臭，甚至病菌和蚊蠅大量滋

5、生等問題，使水體污染加重。水泥化鋪路會使城市地面吸收雨水和雪水的機(jī)會被阻，城市的地下水位回升難。這樣的地面不下雨時 極為干燥、塵土飛揚(yáng)，而一遇下雨就滿地積水，地表徑流污染嚴(yán)重，進(jìn)入雨水排放口后，這些污染的徑流 會直接進(jìn)入河道或湖體，從而污染河水、湖水。在冬季，水泥化地面易結(jié)冰，引發(fā)行路和行車的安全問題。 為化雪需要大量使用融雪劑，使雪水受到污染。因此水泥化會嚴(yán)重危害城市的水資源。水泥化鋪路還會減少土地中微生物的生存機(jī)會，因而毀滅地表生態(tài)，減少地面土層補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)的機(jī)會， 從而加重城市土地的沙化。水泥化鋪路還阻斷了城市地面的生物通道，對城市的生物物種和生物多樣性十分有害。硬化的鋪地方 式會直接影響

6、城市植被的根系發(fā)育。在栽種了樹木的地面進(jìn)行水泥化鋪設(shè)會使樹木最終因樹根不能呼吸而 死亡或倒伏。水泥化城市難以帶來人與自然和諧共存的生態(tài)景觀。熱島效應(yīng)的危害環(huán)保專家余志豪說:“城區(qū)溫度高，就容易造成空氣上升，而郊區(qū)較冷的空氣又流向市區(qū)。如果郊區(qū)有工廠， 那工廠中排出的污染物就會一并集中到城市的中心。這種城市風(fēng)的出現(xiàn)會加重市區(qū)的大氣污染程度?！?中國環(huán)境學(xué)會大氣環(huán)境學(xué)委會副主任李宗愷認(rèn)為，這種溫差之大足以影響到市民的居住條件，使城市中心 越來越不適宜生活。在“熱島效應(yīng)”的影響下，城市上空的云、霧會增加，使有害氣體、煙塵在市區(qū)上空累積，形成嚴(yán)重的大氣 污染。天氣變化的幅度正在加劇，出現(xiàn)的頻率和災(zāi)害力

7、度也令人關(guān)注。這主要是城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度增加而 引起的關(guān)聯(lián)氣象效應(yīng)。比如由“熱島效應(yīng)”帶來的城市“雨島效應(yīng)”、“霧島效應(yīng)”等等。人類有許多疾病就是在熱島效應(yīng)下引發(fā)的。醫(yī)學(xué)研究表明，環(huán)境溫度與人體的生理活動密切相關(guān)。環(huán)境 溫度高于28度時，人們就會有不舒適感；溫度再高就易導(dǎo)致煩躁、中暑、精神紊亂；氣溫高于34，并 伴有頻繁的熱浪沖擊，還可引發(fā)一系列疾病，特別是使心臟、腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率上升，死亡 率明顯增加。此外，高溫還可加快光化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高大氣中有害氣體的濃度，進(jìn)一步傷害人體健 康。在“熱島效應(yīng)”的作用下，城市中每個地方的溫度并不一樣，而是呈現(xiàn)出一個個閉合的高溫中心。在這些高

8、溫區(qū)內(nèi)，空氣密度小，氣壓低，容易產(chǎn)生氣旋式上升氣流，使得周圍各種廢氣和有害化學(xué)氣體不斷對高溫 區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充。在這些有害氣體的作用下，高溫區(qū)的居民極易患上消化系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。此外，支氣管 炎、肺氣腫、哮喘、鼻竇炎、咽炎等呼吸道疾病人數(shù)也有所增多。用“綠島”拯救“熱島”國內(nèi)外許多專家都在積極進(jìn)行這方面的探索和研究，目前已有多種方法可供選擇。例如可將城市建筑物表 面顏色由深變淺，以減少對太陽輻射的吸收；在路邊、花園和屋頂栽種上花草樹木；加強(qiáng)城市規(guī)劃，選擇 合理的城市結(jié)構(gòu)模式，統(tǒng)籌安排工廠區(qū)和居民區(qū)；將城區(qū)分散的熱源集中控制，提高工業(yè)熱源和能源的利 用率，減少熱量散失和釋放，也是一項(xiàng)很重要的措施。專

9、家呼吁：城市規(guī)劃要增加氣候論證，立體綠化更是治本之策。既然城市中人工構(gòu)筑物的增加、自然下墊 面的減少是引起熱島效應(yīng)的主要原因，那么，在城市中通過各種途徑增加自然下墊面的比例，是緩解城市 熱島效應(yīng)的有效途徑之一。綠地是城市中最主要的自然因素，城市綠化覆蓋率與熱島強(qiáng)度成反比，綠化覆蓋率越高，熱島強(qiáng)度越低， 因此，建立規(guī)模化的集中綠地是最能直接削弱城市熱島效應(yīng)的做法。據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，每公頃綠地平均每天可從周圍環(huán)境中吸收的熱量，相當(dāng)于189臺空調(diào)的制冷作用；平均每天 吸收1.8噸的二氧化碳，顯著削弱溫室效應(yīng)的產(chǎn)生。此外，每公頃綠地可以年滯留粉塵2.2噸，將環(huán)境中 的大氣含塵量降低50%左右，可有效抑制大氣

10、升溫。“熱島”時代的城市綠化，不是一個簡單的數(shù)量增加。中國林學(xué)會理事、南京林業(yè)大學(xué)湯庚國教授強(qiáng)調(diào)，一 個城市綠化怎么樣，不僅要看綠地率、人均綠地率以及綠地覆蓋率，更要看綠量樹上每片樹葉的面積 之和。單純追求綠地率，容易急功近利。“弄幾噸草種撒一下，過幾天，就能增加一大片綠地?！边@樣的“地 毯”很漂亮，但從生態(tài)價值來看，難與樹木相比，“十畝草相當(dāng)于一畝樹”。一個合理的城市綠化體系，應(yīng)該 層次豐富：在城郊建森林。上海、廣州、南京等大城市，均已開始行動。南京在周邊準(zhǔn)備投入100多億元， 培植140萬畝的連片林地。當(dāng)然，這個森林物種搭配比例要合理。在29平方米空間內(nèi)，一般栽1棵喬木， 6棵灌木，20平

11、方米草坪。湯庚國強(qiáng)調(diào)，各個城市一定要保護(hù)現(xiàn)有的大樹。“像樹冠很大的梧桐樹，有的城 市最多曾有2萬株，因?yàn)榻o城市建設(shè)讓路，現(xiàn)在只剩2000多株。這里面損失的綠量難以計(jì)算！ ”其次，城 市中間，不僅要見縫插綠，而且盡量多栽樹木，形成幾百畝哪怕是幾畝大的森林。綠化覆蓋率達(dá)到30%以 上，綠地才有緩解城市熱島效應(yīng)的作用；綠化覆蓋率達(dá)到40%以上，熱島面積可減少3/4；綠化覆蓋率 達(dá)到60%以上，熱島效應(yīng)才能基本被控制。南京大學(xué)大氣科學(xué)系教授余志豪提出，“減少熱量排放、增大綠化面積是減弱熱島效應(yīng)的根本途徑”。園林 專家介紹說，立體綠化“能吸收大氣污染物、增濕、滯塵、降噪，遏制熱島現(xiàn)象加劇，變熱島為綠島，

12、 降溫效果好，如地毯式的屋頂或爬滿常春藤和爬山虎的墻壁在盛夏可使室內(nèi)溫度下降2C4C，節(jié)約空調(diào) 耗電量20%40%。經(jīng)計(jì)算，屋頂綠化相當(dāng)于地面綠化效益的60%。”風(fēng)、水面等自然因素也可有效緩解城市的熱島效應(yīng)。風(fēng)是熱島效應(yīng)的“天敵”，當(dāng)風(fēng)刮起來的時候，熱島就 失去了存在的理由，通過大氣環(huán)流，熱島與周圍地區(qū)的空氣進(jìn)行交換，以此降低自身的溫度。水面不僅構(gòu) 成了城市美麗的景觀，當(dāng)溫度升高時，它的蒸發(fā)作用能冷卻空氣，使環(huán)境溫度降低。因此，使建筑低層化 和合理分散化、市內(nèi)道路寬敞，從而暢通城市的“通風(fēng)道”，并盡可能擴(kuò)大城市水面，是改善熱島效應(yīng)的有 效途徑。緩解熱島效應(yīng)是一項(xiàng)長期的、綜合性的系統(tǒng)工程，需要各

13、方面的努力和配合。加強(qiáng)城市規(guī)劃，選擇合理的 城市結(jié)構(gòu)模式，樹立城市生態(tài)學(xué)觀念，尤其是要加強(qiáng)綠化，增加植被面積，通過植物吸收熱量來改善城市 小氣候，河湖凈化、空氣質(zhì)量監(jiān)測等生態(tài)建設(shè)活動，一樣都不能少。城市熱島效應(yīng)英文名稱：The city hot island effect晴朗無風(fēng)的夏日，海島上的地面氣溫，高于周圍海上氣溫，并因此形成海風(fēng)環(huán)流以及海島上空的積云對流， 這是海洋熱島效應(yīng)的表現(xiàn)。近年來，由于城市人口集中，工業(yè)發(fā)達(dá)，交通擁塞，大氣污染嚴(yán)重，且城市中 的建筑大多為石頭和混凝土建成，它的熱傳導(dǎo)率和熱容量都很高，加上建筑物本身對風(fēng)的阻擋或減弱作用， 可使城市年平均氣溫比郊區(qū)可高2攝氏度，甚至

14、更多,在溫度的空間分布上，城市猶如一個溫暖的島嶼，從而 形成城市熱島效應(yīng)。熱島效應(yīng)是由于人們改變城市地表而引起小氣候變化的綜合現(xiàn)象，在冬季最為明顯， 夜間也比白天明顯，是城市氣候最明顯的特征之一。氣候條件是造成城市熱島效應(yīng)的外部因素，而城市化才是熱島形成的內(nèi)因。一般認(rèn)為熱島成因有三：一是 城市與郊區(qū)地表面性質(zhì)不同，熱力性質(zhì)差異較大。城區(qū)反射率小，吸收熱量多，蒸發(fā)耗熱少，熱量傳導(dǎo)較 快，而輻射散失熱量較慢，郊區(qū)恰相反；二是城區(qū)排放的人為熱量比郊區(qū)大；三是城區(qū)大氣污染拖物濃度 大，氣溶膠微粒多，在一定程度上起了保溫作用。大氣污染在城市熱島效應(yīng)中起著相當(dāng)復(fù)雜特殊的作用。來自工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及日常

15、生活中的大氣污 染物在城區(qū)濃度特別大，它像一張厚厚的毯子覆蓋在城市上宛，白天它大大地削弱了太陽直接輻射，城區(qū) 升溫減緩，有時可在城市產(chǎn)生“冷島”效應(yīng)。夜間它將大大減少城區(qū)地表有效長波輻射所造成的熱量損耗， 起到保溫作用，使城市比郊區(qū)冷卻”得慢，形成夜間熱島現(xiàn)象。從城市氣象規(guī)劃設(shè)計(jì)出發(fā)應(yīng)考慮：（1）要保護(hù)并增大城區(qū)的綠地、水體面積。因?yàn)槌菂^(qū)的水體、綠地對減弱夏季城市熱島效應(yīng)起著十分可觀 的作用。（2）城市熱島強(qiáng)度隨著城市發(fā)展而加強(qiáng)，因此在控制城市發(fā)展的同時，要控制城市人口密度、建筑物密度。 因?yàn)槿丝诟呙芏葏^(qū)也是建筑物高密度區(qū)和能量高消耗區(qū)，常形成氣溫的高值區(qū)。（3）如北京市位于平原中部，三面環(huán)山

16、。由于山谷風(fēng)的影響，盛行南、北轉(zhuǎn)換的風(fēng)向。夜間多偏北風(fēng)，白 天多偏南風(fēng)。因此，在擴(kuò)建新市區(qū)或改建舊城區(qū)時，應(yīng)適當(dāng)拓寬南北走向的街道，以加強(qiáng)城市通風(fēng)，減小 城市熱島強(qiáng)度。（4）減少人為熱的釋放，盡量將民用煤改為液化氣、天然氣并擴(kuò)大供熱面積也是根本對策。城市熱島效應(yīng)（Urban heat island effect ）是指城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象。在近地面溫度圖上， 郊區(qū)氣溫變化很小，而城區(qū)則是一個高溫區(qū)，就象突出海面的島嶼，由于這種島嶼代表高溫的城市區(qū)域， 所以就被形象地稱為城市熱島。城市熱島效應(yīng)使城市年平均氣溫比郊區(qū)高出1C，甚至更多。夏季，城市 局部地區(qū)的氣溫有時甚至比郊區(qū)高出6C

17、以上。此外，城市密集高大的建筑物阻礙氣流通行，使城市風(fēng)速 減小。由于城市熱島效應(yīng)，城市與郊區(qū)形成了一個晝夜相反的熱力環(huán)流。近年來，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市熱島效應(yīng)也變得越來越明顯。城市熱島形成的原因主要有以下幾 點(diǎn)：首先，是受城市下墊面特性的影響。城市內(nèi)有大量的人工構(gòu)筑物，如混凝土、柏油路面，各種建筑墻面等， 改變了下墊面的熱力屬性，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，在相同的太陽輻射條件下，它們比自然下 墊面（綠地、水面等）升溫快，因而其表面溫度明顯高于自然下墊面。另一個主要原因是人工熱源的影響。工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及居民生活都需要燃燒各種燃料，每天都在向 外排放大量的熱量。此外，城市里中綠

18、地、林木和水體的減少也是一個主要原因。隨著城市化的發(fā)展，城 市人口的增加，城市中的建筑、廣場和道路等大量增加，綠地、水體等卻相應(yīng)減少，緩解熱島效應(yīng)的能力 被削弱。當(dāng)然，城市中的大氣污染也是一個重要原因。城市中的機(jī)動車、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活，產(chǎn)生了大量的氮 氧化物、二氧化碳和粉塵等排放物。這些物質(zhì)會吸收下墊面熱輻射，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，從而引起大氣進(jìn)一步 升溫。原則上，一年四季都可能出現(xiàn)城市熱島效應(yīng)。但是，對居民生活和消費(fèi)構(gòu)成影響的主要是夏季高溫天氣下 的熱島效應(yīng)。為了降低室內(nèi)氣溫和使室內(nèi)空氣流通，人們使用空調(diào)、電扇等電器，而這些都需要消耗大量 的電力。如目前美國1/6的電力消費(fèi)用于降溫目的，為此每年

19、需付電費(fèi)400億美元。高溫天氣對人體健康 也有不利影響。有關(guān)研究表明，環(huán)境溫度高于28C時，人們就會有不適感；溫度再高還容易導(dǎo)致煩躁、 中暑、精神紊亂等癥狀；氣溫持續(xù)高于34C，還可導(dǎo)致一系列疾病，特別是使心臟、腦血管和呼吸系統(tǒng)疾 病的發(fā)病率上升，死亡率明顯增加。此外，氣溫升高還會加快光化學(xué)反應(yīng)速度，使近地面大氣中臭氧濃度 增加，影響人體健康。城市熱島效應(yīng)形成的原因主要是：城市內(nèi)擁有大量鍋爐、加熱器等耗能裝置以及各種機(jī)動車輛）。這些機(jī)器和人類生活活動都消耗大量能量， 大部分以熱能形式傳給城市大氣空間。城區(qū)大量的建筑物和道路構(gòu)成以磚石、水泥和瀝青等材料為主的下墊層：這些材料熱容量、導(dǎo)熱率比郊區(qū)自

20、然界的下墊層要大得多，而對太陽光的反射率低、吸收率大；因此在白 天，城市下墊層表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣溫，其中瀝青路面和屋頂溫度可高出氣溫8C17。此時下墊層的熱 量主要以湍流形式傳導(dǎo)，推動周圍大氣上升流動，形成涌泉風(fēng)，并使城區(qū)氣溫升高;在夜間城市下墊面層主 要通過長波輻射,使近地面大氣層溫度上升。由于城區(qū)下墊層保水性差，水分蒸發(fā)散耗的熱量少（地面每蒸發(fā)1g水，下墊層失去2.5kJ的潛熱），所 以城區(qū)潛熱大，溫度也高。城區(qū)密集的建筑群、縱橫的道路橋梁，構(gòu)成較為粗糙的城市下墊層、因而對鳳的阻力增大，風(fēng)速減低， 熱量不易散失。-在風(fēng)速小于6 m/s時，可能產(chǎn)生明顯的熱島效應(yīng)，-風(fēng)速大于11 m/s時，下墊層阻力不起什么作用，此時熱島效應(yīng)不太明顯。城市大氣污染使得城區(qū)空氣質(zhì)量下降，煙塵、S02、，N0 x，C0，含量增加，這些物質(zhì)都是紅外輻射的良 好吸收者，至使城市大氣吸收較多的紅外輻射而升溫。那么，我們應(yīng)該如何防止“熱島效應(yīng)”呢？一、從綠化城市及周邊環(huán)境方面：1 .選擇高效美觀的綠化形式、包括街心公園、屋頂綠化和墻壁垂直綠化及水景設(shè)置，可有效地降低熱島效 應(yīng)，獲得清新宜人的室內(nèi)外環(huán)境。居住區(qū)的綠化管理要建