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城市熱島效應是指城市因大量的人工發熱、建築物道路等高蓄熱體及綠地減少等因素,造成城市「高溫化」。城市中的氣溫明顯高於外圍郊區的現象。在近地面溫度圖上,郊區氣溫變化很小,而城區則是一個高溫區,就象突出海面的島嶼,由於這種島嶼代表高溫的城市區域,所以就被形象地稱為城市熱島。形成城市熱島效應的主要因素有城市下墊面、人工熱源、水氣影響、空氣污染、綠地減少、人口遷徙等多方面的因素。

基本特徵

熱島效應是由於人們改變城市地表而引起小氣候變化的綜合現象,在冬季最為明顯,夜間也比白天明顯[1],是城市氣候最明顯的特徵之一。城市熱島效應使城市年平均氣溫比郊區高出1°C,甚至更多。夏季,城市局部地區的氣溫有時甚至比郊區高出6°C以上。原則上,一年四季都可能出現城市熱島效應。此外,城市密集高大的建築物阻礙氣流通行,使城市風速減小。由於城市熱島效應,城市與郊區形成了一個晝夜相同的熱力環流。

城市熱島效應的形成因素

城下墊面

城區大量的建築物和道路構成以磚石、水泥瀝青等材料為主的下墊層,這些材料熱容量、導熱率比郊區自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遠高於氣溫,其中瀝青路面和屋頂溫度可高出氣溫8℃~17℃。此時下墊層的熱量主要以湍流形式傳導,推動周圍大氣上升流動,形成「湧泉風」,並使城區氣溫升高;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。由於城區下墊層保水性差,水分蒸發散耗的熱量少(地面每蒸發1g水,下墊層失去2.5kJ的潛熱),所以城區潛熱大,溫度也高。

人工熱源

城市內擁有大量鍋爐、加熱器等耗能裝置以及各種機動車輛。這些機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。工廠生產、交通運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。工廠、機動車、居民生活等,燃燒各種燃料、消耗大量能源,無數個火爐在燃燒,都在排放熱量。

水氣影響

的熱容量大,在吸收相同熱量的情況下,升溫值最小,表現出比其他下墊面的溫度低;水面蒸發吸熱,也可降低水體的溫度。風能帶走城市中的熱量,也可以在一定程度上緩解城市熱島。因此在城市建築物規劃時,要結合當地的風向,不要把樓房全部建設成為東西走向的,要建設成為便於空氣流通的模式;同時,最好將一些單位的高院牆拆掉,建成柵欄式,增加空氣流通。

空氣污染

城市中的機動車輛、工業生產以及大量的人群活動,產生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉塵等,這些物質可以大量地吸收環境中熱輻射的能量,產生眾所周知的溫室效應,引起大氣的進一步升溫。市大氣污染使得城區空氣質量下降,煙塵、SO2、NOx,CO含量增加,這些物質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。

綠地減少

城市裡中綠地、林木和水體的減少也是一個主要原因。隨着城市化的發展,城市人口的增加,城市中的建築、廣場和道路等大量增加,綠地、水體等卻相應減少,緩解熱島效應的能力被削弱。城市的建築、廣場、道路等等大量增加,綠地、水體等自然因素相應減少,放熱的多了,吸熱的少了,緩解熱島效應的能力就被削弱了。既然城市中人工構築物的增加、自然下墊面的減少是引起熱島效應的主要原因,那麼在城市中通過各種途徑增加自然下墊面的比例,便是緩解城市熱島效應的有效途徑之一。

熱島效應的防治措施

綠化環境

研究表明:城市綠化覆蓋率與熱島強度成反比,綠化覆蓋率越高,則熱島強度越低,當覆蓋率大於30%後,熱島效應得到明顯的削弱;覆蓋率大於50%,綠地對熱島的削減作用極其明顯[2]。規模大於3公頃且綠化覆蓋率達到60%以上的集中綠地,基本上與郊區自然下墊面的溫度相當,即消除了熱島現象,在城市中形成了以綠地為中心的低溫區域,成為人們戶外遊憩活動的優良環境

減少排放

減少人為熱的釋放,儘量將民用煤改為液化氣、天然氣並擴大供熱面積也是根本對策。提高能源的利用率,改燃煤為燃氣。控制使用空調器,提高建築物隔熱材料的質量,以減少人工熱量的排放;改善市區道路的保水性性能。

視頻

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參考文獻

  1. 熱島效應形成原理及物理模型(上),新浪微博,(2017-05-24
  2. 綠化為天津「熱島」降溫,北方網,2003-11-19