城市热岛的成因及其控制

城市热岛的成因及其控制

刘慰

天津师范大学城市与环境科学学院，天津300387

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，城市中的环境污染问题也日益严重，表现为城市比周围非城市化地区的地表和大气温度要高的热岛效应作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。介绍了城市热岛效应的概念，在对城市热岛效应的成因分析的基础上，重点讨论了城市热岛效应的控制措施。

关键词：城市热岛效应成因分析控制措施

1 城市热岛效应的概念及研究意义

城市热岛(Urban Heat Island. UHI)是城市生态系统所特有的一种现象，是人类活动对气温影响的最突出特征，它对全球气候变暖的贡献已经引起广泛关注，对城市热岛效应的研究也已经成为当今气候、生态和环境问题中的热点【1】。随着城市化进程的不断加快，自然环境的植被被水泥和沥青面所代替，用于地表潜热蒸发的地表水分降低，城一市内部结构的复杂性使得控制地表热通量的主要因子(如:反照率、热容、热岛等)发生改变【2】;同时，以高能耗为典型代表的生活方式的出现，使得人为热能、温室气体等日益增多，从而改变了近地面交换和热辐射通量交换，引发城市及周边小气候发生变化，从而使城市散发巨大热量，使得城区成为好比冷凉郊区农村包围的温暖热岛，即形成热岛效应。

目前，由城市热效应引发的一系列环境问题(如:局部地区气候异常、冬季干燥、夏季高温、春季风沙等)，已经成为城市生态安全、环境研究中具有理论和实践双重意义的课题之一。同时，热岛效应己经成为城市“五岛效应”(即:热岛、干岛、湿岛、雨岛和混浊岛效应)中对城市生态环境响应及对生态环境反作用表现最为明显和强烈的效应之一，具体表现为局部地区夏季高温天气持续时间增长，高温日出现频繁，甚至引发城市居民“热死亡”等【3】。气温高于34℃，并伴有频繁的热浪冲击，还可引发一系列疾病，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。高温区的居民极易患上消化系统或神经系统疾病，此外，支气管炎、肺气肿、哮喘、鼻窦炎、咽炎等呼吸道疾病人数也有所增多。

因此，研究热岛效应的成因，并探讨其缓解对策是新型经济转型期和快速城市化背景下构建可居、绿色、安全的人居环境的必经之路;是走城市可持续发展，协调人一地一气系统平衡、良性循环的保证。

2 城市热岛效应成因分析

城市热岛现象反映的是城市局地的气候特征，受到全球性气候变化的影响，更多的是由人为因素和当地地理、气象条件共同决定(Quattrocentro et al., 2000 )，其中又以人为因素的影响更为重要。人为因素中以下垫面性质、人为热源及其释放、大气污染和城市景观格局的影响最为重要。

2.1城市下垫面特性

城市内大量人工构筑物，如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下热面的热属性。越来越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆盖，热容量大，反射率小，在很大程度上储存太阳辐射热;绿地和水面减少，蒸发作用减弱，大气中的热量难以消化。城市地表含水量少，热量更多的以显热形式进人空气中，导致空气升温。同时，城市地表对太阳辐射的吸收率较自然地表高，且近地面空气温度的变化取决于地面温度，进而使空气得到的热量也更多，温度升高。

2.2城市中的大气污染

城市中的机动车，工业生产以及居民生活所产生的氮氧化物、二氧化碳和粉尘待排放物，这些物质会吸收城市中人工构筑物的热辐射，产生温室效应,从而引起大气进一步温升。在城市热岛现象的影响下，城区气温比周围郊区的农村高,城市地区的热空气上升,并在高空向四周扩散，周围郊区的较冷空气流入城区,这样就形成城市特有的热岛环流。城郊工厂排出的污染物可随热岛环流由低空吹向城区，使城市污染物浓度升高,进一步增强了城市的热岛效应。

2.3人工热源的影响

城市中大量的人为热排放也是产生热岛的重要原因。工厂、机动车、居民生活等都会燃烧各种燃料、消耗大量能源，无数个火炉在燃烧，都在排放热量。大城市里商场林立，商业街越来越多，这此地方建筑密集，热量不易散发。

2.4城市能耗

城市大量的能耗增加了表面大气的温度也使热岛效应增强。特别是夏季高温天气下的建筑空调负荷大大增强了热岛效应，反过来，城市热岛效应又增加了空调能耗，形成恶性循环。

3 缓解城市热岛效应的措施

3.1采用新型的地表材料

城市地表热岛效应的形成与城市下垫面性质有很大的关系，城市地表白天吸收的大量太阳辐射热到了晚上又以长波辐射的形式散发到大气中，这样就增加了城市近地面的温度，导致城市热岛的形成和加剧。国外对此进行了很好的研究，如使用高反射率的表面材料，使用能降温节能、级解热岛强度的户外建筑材料，使用渗透性较好的地面铺装材料(Jaecobson，2001)以便增加对太阳辐射的反射。

3.2大力发展城市绿化

.绿化增水，这是降解城市“热岛效应”的最常用和最有效的办法。要保护并增大城区的绿地、水体面积。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。植物是最好的隔热材料。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。欧洲还把屋顶绿化作为减少“热岛效应”的措施。国外科学研究表明:当一个城市屋顶绿化总量达到城市建筑70%时，夏天的气温将下降50℃~100℃,“热岛效应”可基本消除。近20年来，德国通过立法强制推行一屋顶绿化，使一些污染严重的城市的生态环境发生了巨大改善，并基本消除了“热岛效应”。增加城市水体面积，也可以有效防止热岛效应的危害。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，就达到了减缓城市“热岛效应”的目的。同时坚决控制汽车尾气排放，执行禁止使用含铅汽油的新法规【3】

3.3减少人为热排放量

由于在城市工业生产和人们生活中释放了大量的热，促成了热岛的形成。因此，减少人为热的排放量，已经显得极其必要。首先应该合理地控制市区的人口规模和密度;其次，改善能源配置和使用条件可采取工业集中采热，集中供热，发展民用煤气，以电代煤解决低空污染，同时，大力开发太阳能、风能、水能等可再生而又无污染的能源，保护自然生态平衡。提倡使用交通工具。

3.4改善城市规划与设计

城市的布局及建筑和绿地规划设计对城市热岛有着重要的影响，因此在城市规划设计中，要根据具体的城市的地理环境特点和气象因子等条件选择有利于构建生态城市的结构模式，确定合理的城市建筑物高度和宽带，合理规划主要街道的走向和布局，加强城市及其周围区域的物质和能量交换。对城市化过程中的建设用地要控制其扩展速度和规模，并构建开敞的城市生态空间，加强城市廊道建设。

4 结语

21世纪环境和能源问题影响着城市形态和人们的社会生活，热岛效应对城市热环境的影响极大。通过对热岛效应的研究，对促进城市规划和生态环境建设，推进城市可持续发展，提高人居环境质量具有重要的意义。

参考文献：

[1]Stathopoulou M, Cartalis C. Daytime urban heat islands from Landsat ETM+ and Cosine land cover data An application to major cities in Greece[J]. Solar Energy,2007, 81(3):358一368.

[2]胡华浪，陈云浩，宫阿都.城市热岛的遥感研究进展[J].国土资源遥感，2005, 6(9):5-9.

[3]ROBERT B, LIN Q L. Urban heat islands and summertime convective thunderstorms in Atlanta: three case studies[J].Atmospheric Environment, 2000(34):507-516