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城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物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。

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[1],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。

城市热岛效应的形成因素

城下垫面

城区大量的建筑物和道路构成以砖石、水泥沥青等材料为主的下垫层,这些材料热容量、导热率比郊区自然界的下垫层要大得多,而对太阳光的反射率低、吸收率大;因此在白天,城市下垫层表面温度远远高于气温,其中沥青路面和屋顶温度可高出气温8℃~17℃。此时下垫层的热量主要以湍流形式传导,推动周围大气上升流动,形成“涌泉风”,并使城区气温升高;在夜间城市下垫面层主要通过长波辐射,使近地面大气层温度上升。由于城区下垫层保水性差,水分蒸发散耗的热量少(地面每蒸发1g水,下垫层失去2.5kJ的潜热),所以城区潜热大,温度也高。

人工热源

城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置以及各种机动车辆。这些机器和人类生活活动都消耗大量能量,大部分以热能形式传给城市大气空间。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料,每天都在向外排放大量的热量。工厂、机动车、居民生活等,燃烧各种燃料、消耗大量能源,无数个火炉在燃烧,都在排放热量。

水气影响

的热容量大,在吸收相同热量的情况下,升温值最小,表现出比其他下垫面的温度低;水面蒸发吸热,也可降低水体的温度。风能带走城市中的热量,也可以在一定程度上缓解城市热岛。因此在城市建筑物规划时,要结合当地的风向,不要把楼房全部建设成为东西走向的,要建设成为便于空气流通的模式;同时,最好将一些单位的高院墙拆掉,建成栅栏式,增加空气流通。

空气污染

城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动,产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等,这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量,产生众所周知的温室效应,引起大气的进一步升温。市大气污染使得城区空气质量下降,烟尘、SO2、NOx,CO含量增加,这些物质都是红外辐射的良好吸收者,至使城市大气吸收较多的红外辐射而升温。

绿地减少

城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展,城市人口的增加,城市中的建筑、广场和道路等大量增加,绿地、水体等却相应减少,缓解热岛效应的能力被削弱。城市的建筑、广场、道路等等大量增加,绿地、水体等自然因素相应减少,放热的多了,吸热的少了,缓解热岛效应的能力就被削弱了。既然城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是引起热岛效应的主要原因,那么在城市中通过各种途径增加自然下垫面的比例,便是缓解城市热岛效应的有效途径之一。

热岛效应的防治措施

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[2]。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

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。

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参考文献

  1. 热岛效应形成原理及物理模型(上),新浪微博,(2017-05-24
  2. 绿化为天津“热岛”降温,北方网,2003-11-19