問題研究　為什么市區(qū)氣溫比郊區(qū)高

1、什么是城市熱島效應(yīng)城市熱島效應(yīng)(Urbanheatislandeffect)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。基本簡介城市熱島效應(yīng)(The 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1°C，甚至更多。夏季，城市局部地區(qū)的氣

2、溫有時甚至比郊區(qū)高出6°C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)形成了一個晝夜相同的熱力環(huán)流。 城市白天和黑夜的熱島效應(yīng)1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，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，甚至更多,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

3、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。來源與發(fā)展20世紀(jì)初，英國氣候?qū)W家賴克·霍德華在倫敦的氣候一書中把這種氣候特征稱為“熱島效應(yīng)”。 熱島效應(yīng)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: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

4、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)，從而引起大氣進一步升溫。熱島效應(yīng) 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，

5、而這些都需要消耗大量的電力。如目前美國1/6的電力消費用于降溫目的，為此每年需付電費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28°C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34°C，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?？紤]事項從城市氣象規(guī)劃設(shè)計出發(fā)應(yīng)考慮：（1）要保護并增大城區(qū)的綠地、水體面積。因為城區(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）城市熱島強度隨著

6、城市發(fā)展而加強，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。因為人口高密度區(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)。 城市熱島效應(yīng)（3）如北京市位于平原中部，三面環(huán)山。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，以加強城市通風(fēng)，減小城市熱島強度。（4）減少人為熱的釋放，盡量將民用煤改為液化氣、天然氣并擴大供熱面積也是根本對策。形成原因城市熱島效應(yīng)形成的原因主要是：1.城市內(nèi)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

7、氣空間。 熱島效應(yīng)2.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于氣溫，其中瀝青路面和屋頂溫度可高出氣溫817·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。3.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。4.城區(qū)密集的建筑群、縱橫的道路橋梁，構(gòu)

8、成較為粗糙的城市下墊層、因而對風(fēng)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。5.城市大氣污染使得城區(qū)空氣質(zhì)量下降，煙塵、S02、，N0x，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。城市熱島效應(yīng)主要由以下因素影響：蒸發(fā)減少、城市下墊面反射率降低、能量輸入，其強度影響為：蒸發(fā)減少0.05g/sm2，熱輸入增加120.9w/m2；城市下墊面反射率降低10%，熱輸入增加30w/m2；人工能量輸入10w/m2，城市中總熱輸入增加160.9w/m2

9、，由于受空氣對流的影響，實際熱輸入約20w/m2，計算溫升約3.5，這與實際比較相符。當(dāng)夏季空氣流通減緩時，熱輸入會急劇增加，由于城市蒸發(fā)系統(tǒng)適應(yīng)性低，造成城市溫度急劇上升，同時由于空調(diào)和火電廠的加速運轉(zhuǎn)又會造成惡性循環(huán)，加劇城市大氣溫升。城市蒸發(fā)量減少也形成了城市干島效應(yīng)，造成城市上空大氣穩(wěn)定度升高，不易發(fā)生垂直對流，易形成近地表高溫，伴生嚴(yán)重的空氣污染（例發(fā)灰霾和光化學(xué)煙霧）。防止措施那么，我們應(yīng)該如何防止“熱島效應(yīng)”呢？綠化城市及周邊環(huán)境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。2居住區(qū)的綠化管理要建立綠化與

10、環(huán)境相結(jié)合的管理機制并且建立相關(guān)的地方性行政法規(guī)，以保證綠化用 地。3要統(tǒng)籌規(guī)劃公路、高空走廊和街道這些溫室氣體排放較為密集的地區(qū)的綠化，營造綠色通風(fēng)系統(tǒng)，把市外新鮮空氣引進市內(nèi)，以改善小氣候。4應(yīng)把消除裸地、消滅揚塵作為城市管理的重要內(nèi)容。除建筑物、硬路面和林木之外，全部地表應(yīng)為草坪所覆蓋，甚至在樹冠投影處草坪難以生長的地方，也應(yīng)用碎玉米秸和鋸木小塊加以遮蔽，以提高地表的比熱容。5建設(shè)若干條林蔭大道，使其構(gòu)成城區(qū)的帶狀綠色通道，逐步形成以綠色為隔離帶的城區(qū)組團布局，減弱熱島效應(yīng)；在現(xiàn)有的條件上1、控制使用空調(diào)器，提高建筑物隔熱材料的質(zhì)量，以減少人工熱量的排放；改善市區(qū)道路的保水性性能。2、建

11、筑物淡色化以增加熱量的反射。3、提高能源的利用率，改燃煤為燃氣。4、此外，“透水性公路鋪設(shè)計劃”，即用透水性強的新型柏油鋪設(shè)公路，以儲存雨水，降低路面溫度。5、形成環(huán)市水系，調(diào)節(jié)市區(qū)氣候。6、提高人工水蒸發(fā)補給，例如噴泉、噴霧、細水霧澆灌。因為水的比熱大于混凝土的比熱，所以在吸收相同的熱量的條件下，兩者升高的溫度不同而形成溫差，這就必然加大熱力環(huán)流的循環(huán)速度， 而在大氣的循環(huán)過程中，環(huán)市水系又起到了二次降溫的作用，這樣就可以使城區(qū)溫度不致過高，就達到了防止城市熱島效應(yīng)的目的。此外，市區(qū)人口稠密也是熱島效應(yīng)形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市規(guī)劃時，可以考慮，在市中心只保留中央政府和市政府、

12、旅游、金融等部門，其余部門應(yīng)遷往衛(wèi)星城，再通過環(huán)城地鐵連接各衛(wèi)星城。綜上所述，熱島效應(yīng)給人們帶來的危害的確不小，但若能夠正確的利用已有的技術(shù)，控制城市的過快發(fā)展，合理規(guī)劃城市，這個問題并非不可解決。影響由于熱島中心區(qū)域近地面氣溫高，大氣做上升運動，與周圍地區(qū)形成氣壓差異，周圍地區(qū)近地面大氣向中心區(qū)輻合，從而在城市中心區(qū)域形成一個低壓旋渦，結(jié)果就勢必造成人們生活、工業(yè)生產(chǎn)、交通工具運轉(zhuǎn)中燃燒石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氫化合物等大氣污染物質(zhì)在熱島中心區(qū)域聚集，危害人們的身體健康甚至生命。表現(xiàn)在：一方面，大量污染物在熱島中心聚集，濃度劇增，直接刺激人們的呼吸道粘膜，輕者引起咳嗽

13、流涕，重者會誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，尤其是患慢性支氣管炎、肺氣腫、哮喘病的中老年人還會引發(fā)心臟病，死亡率高，如英國倫敦在1952年12月份，因為這個原因死亡4000余人。另一方面，大氣污染物還會刺激皮膚，導(dǎo)致皮炎，甚而引起皮膚癌。有的物質(zhì)如鉻等，若進入眼內(nèi)會刺激結(jié) 膜，引起炎癥，重者可導(dǎo)致失明。汞的含量較多，可損害人的腎臟，引起劇烈腹痛、嘔吐。汞慢性中毒還會損害人的神經(jīng)系統(tǒng)。第三方面，長期生活在熱島中心區(qū)的人們會表現(xiàn)為情緒煩躁不安、精神萎靡、憂郁壓抑、記憶力下降、失眠、食欲減退、消化不良、潰瘍增多、胃腸疾病復(fù)發(fā)等，給城市人們的工作和生活帶來說不盡的煩惱。在中國，素有“火爐城市”之稱的南京、武漢、重慶

14、等許多大城市在發(fā)展中都不同程度地出現(xiàn)了以上這些現(xiàn)象，所以，城市熱島效應(yīng)已成為城市發(fā)展中應(yīng)正確面對、亟待解決的問題。氣象規(guī)劃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)、交通運輸以及日常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)計出發(fā)應(yīng)考慮： （1）要保護并增大城區(qū)的綠地、水體面積。因為城區(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

15、市熱島強度隨著城市發(fā)展而加強，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。因為人口高密度區(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。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，以加強城市通風(fēng)，減小城市熱島強度。（4）減少人為熱的釋放，盡量將民用煤改為液化氣、天然氣并擴大供熱面積也是根本對策。城市綠地城市綠地是城市中的主要自然因素，因此大力發(fā)展城市綠化，是減輕熱島影響的關(guān)鍵措施。綠地能吸收太陽輻射，而所吸收的輻射能量又有大部分用于植物蒸騰耗熱和在光合

16、作用中轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，用于增加環(huán)境溫度的熱量大大減少。綠地中的園林植物，通過蒸騰作用，不斷地從環(huán)境中吸收熱量，降低環(huán)境空氣的溫度。每公頃綠地平均每天可從周圍環(huán)境中吸收81.8兆焦耳的熱量，相當(dāng)于189臺空調(diào)的制冷作用。園林植物光合作用，吸收空氣中的二氧化碳，一公頃綠地，每天平均可以吸收1.8噸的二氧化碳，削弱溫室效應(yīng)。此外，園林植物能夠滯留空氣中的粉塵，每公頃綠地可以年滯留粉塵2.2噸，降低環(huán)境大氣含塵量50%左右，進一步抑制大氣升溫。 城市綠地研究表明：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(dāng)覆蓋率大于30%后，熱島效應(yīng)得到明顯的削弱；覆蓋率大于50%，綠地對熱島的削

17、減作用極其明顯。規(guī)模大于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(qū)自然下墊面的溫度相當(dāng)，即消除了熱島現(xiàn)象，在城市中形成了以綠地為中心的低溫區(qū)域，成為人們戶外游憩活動的優(yōu)良環(huán)境。除了綠地能夠有效緩解城市熱島效應(yīng)之外，水面、風(fēng)等也是緩解城市熱島的有效因素。水的熱容量大，在吸收相同熱量的情況下，升溫值最小，表現(xiàn)出比其他下墊面的溫度低；水面蒸發(fā)吸熱，也可降低水體的溫度。風(fēng)能帶走城市中的熱量，也可以在一定程度上緩解城市熱島。因此在城市建筑物規(guī)劃時,要結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向，不要把樓房全部建設(shè)成為東西走向的,要建設(shè)成為便于空氣流通的模式；同時,最好將一些單位的高院墻拆掉，建成柵欄式，增加空氣流通。形成的原因一、城市下墊面（大氣底部與地表的接觸面）特性的影響 城市熱島效應(yīng)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。城市地表含水量少，熱量更多地以顯熱形式進入空氣中，導(dǎo)致空氣升溫。同時城市地表對太陽光的吸收率較自然地表高，能吸收更多的太陽輻射，進而使空氣得到的熱量也更多，溫度升高。如夏天里，草坪溫度32、樹冠溫度30的時候，水泥地面的溫度可以達到57，柏油馬路的溫度更高達63，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、城市大氣污染城市中的機動車輛