城市热岛

原因4：城市建筑规模膨胀
• 城市化的发展，使城内建筑的密度和高度都在不断增加。大量 的高层建筑减低了风速，增加了热量水平交换难度。 城市建 筑密度越大，热岛强度愈大。 • 建筑物高度对地表温度有着至关重要的影响，一方面高大建筑 物的巨大阴影可降低地表温度，另一方面建筑物的每一个表面 都能吸收太阳辐射和长波辐射，且高大建筑物有效阻止了太阳 热辐射的逸出。 • 研究者通过对城市表层气温的空间分区特点分析了热岛效应的 成因，认为城市热岛形成的原因主要是各个区域不同的建筑结 构（几何结构）和建筑材料所引起，城市中温度最高的区域往 往与最深的城市街谷相对应，即通常分布在市中心[4]。
• 能源结构不合理
• 城市人为热的大量释放
城市热岛效应：极端高温的影响与危害
• 一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是 夏季高温天气的热岛效应。 • 医学研究表明，环境温度与人体的生理活动密切相关，环境温度高于28℃ 时，人们就会有不舒适感；温度再高就易导致烦躁、中暑、精神紊乱；气 温高于34度，并且频繁的热浪冲击，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。。城市地面散 发的热气，形成近地面暖气团，使得城市烟尘流通受阻，对人体形成有害 的“烟尘穹隆”。 • 高温还加快光化学的反应速率，加剧对大气的污染。 • 城市产生的上升热气流，与潮湿的海陆气流相遇，会在局部地区上空形成 乱积云，引起暴雨，从而在某些地区引发洪水灾害，以及造成山体滑坡和 道路塌陷等。
热岛效应：中外城市
Brussels, Belgium
Credit: Hamdi, R, 2010
城市热岛环流
• 在天气睛朗无云，大范围内气压梯度极小的形势下，由于城市热 岛的存在，城市中形成一个低压中心，并出现上升气流。从热岛 垂直结构看来，在一定高度范围内，城市低空都比郊区同高度的 空气为暖，因此随着市区热空气的不断上升，郊区近地面的空气 必然从四面八方流入城市，风向向热岛中心辐合。 • 此时郊区因近地面层空气流失需要补充，于是热岛中心上升的空 气又在一定高度上流回到郊区，在郊区下沉，形成一个缓慢的热 岛环流(local heat island circulation) 。
据调查，城市内人为释放的热量，在美国一般相当于地表所吸 收的太阳净辐射热的10％～15％ 。城市内大量的人为释放引起 城市地区局部升温，从而在温度空间分布图上出现一个个高温中 心。据1984年统计。上海城区耗煤量为36874 6t／a km，是近郊 的1 704倍，市区的耗油量为11533 6t／a km，相当于郊区的1 .508倍。仅就此两项而论，市区每平方公里上空所获得的人为热 相当于郊区的3.2倍强，如果再加上空凋排热等其他的人为热，市 区与郊区人为热的差异更大。都市越大，现代化程度越高，热岛 效应就越明显。可以说，城市热岛效应是城市化进程的副产物。
• 在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很 小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如 同突出海面的岛屿。
• 在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6℃甚至更高，形成 高强度的热岛。 • 城市热岛在冬季最为明显，夜间比白天明显，是城市气候最显 著的特征之一。 • 分析和评价城市热岛效应已成为当前城市气候与环境研究的重 要内容之一，也是全球变化研究的重要方面。
原因2： 城市下垫面性质变化
• 城市内大量人工构筑物如铺装地面 、各种建筑墙面等，改变了下垫面 的热属性，这些人工构筑物吸热快 而热容量小，在相同的太阳辐射条 件下，它们比自然下垫面（绿地、 水面等）升温快，因而其表面的温 度明显高于自然下垫面。对太阳辐 射影响反应由弱到强依次是:水体 、草地、泥地、混凝。
高温预警信号等级
中国气象局
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黄色预警：连续三天日最高气温将在35℃以上。 橙色预警：24小时内最高气温将升至37℃以上。 红色预警：24小时内最高气温将升至40℃以上。
高温中暑气象等级
《高温中暑事件卫生应急预案》卫应急发[2007]229号
• 一级预警（红色预警） 高温中暑事件级别达到Ⅰ级，且高温中暑气象预报级别达“极易发生中暑 ”，高温天气还有持续或加重趋势的。 • 二级预警（橙色预警） 高温中暑事件级别达到Ⅱ级，且高温中暑气象预报级别达“易发生中暑” 以上，高温天气还有持续或加重趋势的。 • 三级预警（黄色预警） 高温中暑事件级别达到Ⅲ级，且高温中暑气象预报级别达“较易发生中暑 ”以上，高温天气还有持续或加重趋势的。 • 四级预警（蓝色预警） 高温中暑事件级别达到Ⅳ级，且高温中暑气象预报级别达“可能发生中暑 ”以上，高温天气还有持续或加重趋势的。
大，城市热岛呈现出以黄河为低温带，在一定范围内，温度有由黄河向两 岸逐渐降低的趋势，距离黄河低温带较远的城区，温度较高。黄河及两岸 的绿化带形成了明显的长条形的相对低温带。
团块状紧凑布局：以西安为例
团块状紧凑布局：以西安为例
• 造成以上城市热岛效应的空间分布的差异，与周围地形、建筑构成、自动站所在地理位 置有关。城市热岛呈明显的马蹄形分布，中间强，周围弱。 • 西安城市强热岛中心空间分布表现在人口密集，建筑物密度大，工商业最集中地地区， 而城乡结合部地区则有较好的植被覆盖，或者农田密布，热岛强度小，不会出现强热岛 中心。
条形带状结构：以兰州为例
条形带状结构：以兰州为例
• 兰州市城市热岛的空间分布与延展基本与城市建成区的布局相一致。兰州 是一东西长、南北窄的带状河谷盆地城市。兰州市的土地覆盖类型的改变 对城市热岛的分布起决定性作用。
• 城市热岛基本集中在工商业集中和人口密集的地区，温度由这些地区向周
围逐渐降低。此外，随着城市规模的扩展和河谷内城市整体建筑密度的增
城市发展过程中气温的前后对比
随着城市化发展, 市区呈现出越来越暖的趋势.如东京历史时期 气温逐年变化可分三个阶段
1920～1942年: 气温变化趋势逐年上升(城市发展) 1942～1945年: 气温变化趋势逐年下降(值第二次世界大战期间 , 东京城市受到大规模的破坏, 城市热岛效应不存在)
1945～1967年: 气温变化趋势逐年上升(战后城市建设迅速恢复 , 气温又开始回升)
盆地或凹地：以重庆为例
盆地或凹地：以重庆为例
盆地或凹地：以重庆为例
• 独特的山水地貌格局的影响：从大的地貌格局来讲，重庆位于四川盆地的东部，在北方 有秦岭、大巴山，南方有云贵高原北缘的大娄山，南北来气流均受到阻挡，自然通风条 件很差。都市区地处盆地东平行岭谷低山求领带，长江、嘉陵江从全区域流过。河谷地 形影响，城市排放出的废气和热量不易扩散，则易形成城市热岛。 • 河谷气候的影响：都市区“两江”环绕，属于典型的河谷气候，逆温天气多，副热带高 压控制时间长，大气层结稳定，这就加剧了城市热岛效应。 • 下垫面性质改变Байду номын сангаас• 产业结构及布局的影响
以西安为例：季变化
• •
由图可见：热岛强度冬季最强（1.05℃），其次是春季（1.03℃），秋季（0.51℃），夏季最弱（0.39℃）。 造成热岛强度冬季强，夏季弱的主要原因是：1）西安处于季风气候区，季节变化明显。冬季受干冷西伯利亚来的气团控制 ，湿度小，云量少，利于热岛的形成与发展。2）西安冬季正值采暖期，城区人为热量排放比夏季多，大气中烟尘等污染物 浓度增大，使得城市大气逆辐射增多，而夏季城区人为热和大气逆辐射比冬季相对减少，城郊的热量收入相差不大，不利 于热岛的发展。
晴朗夜间城市热岛环流模式
乡村风
• 热岛环流(local heat island circulation) 又称城市风系 。
• 在近地面部分风由郊区向城市辐合,称为乡村风(country breeze)。 • 应该指出, 向城市中心辐合的乡村风, 并不是很稳定的, 它往往具有间歇性或脉动性(周期性),即吹一段时间,要停 一段时间。此脉动周期约为1.5-2.0h，这种脉动性在夜间 特别明显。
城市热岛与极端高温
小组成员：陈红 陈天元 陈兴伟 孙东峰
LIST:
• • • • • • 概念 中外对比 成因 案例分析 危害 解决方案
城市热岛效应：概念
城市热岛效应也称“大气热污染现象”,是指当城市发展到一定规模,由于 城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等因素使同一时期 ，城郊对比，气温城区明显高于郊区的现象。形成类似高温孤岛的现象,在 气象学上被形象地称为城市热岛。
城市热岛强度的时间差异
周期性
• 年变化 : 冬秋两季比夏春两季表现更明显, 可能归因于冬季城
市取暖耗能较多, 释放大量人为热量 • 日变化 : 夜晚强, 白昼午间弱
• 季变化：城市热岛在冬季最为明显
• 周变化 : 明显受工休日周期影响, 周末弱, 周内强
以西安为例：年变化
• 由图可见：西安城市热岛强度从1995年开始 上升速度更快，热岛强度更加明显。 • 出现这种现象的原因可能是：近50年来随着 西安城市的发展、城区内部进行了大规模的 改造，建筑密度、下垫面的性质都有了较大 的改变。此外，能源消耗剧增、人为热排放 增大等因素加剧了城市化效应，使得城郊温 差越来越大，从而导致城市热岛越发明显， 热岛效应逐渐增大。 • 另外，在全球变暖的气候背景下，城市地区 的高强度经济活动也增加了城郊温差。
日本东京1916～1965年年平均气温的变化
城市热岛效应：形成原因
• 城市污染物的增加 • 城市下垫面性质变化
• 城市人工热源增加
• 城市建筑规模膨胀
原因1：城市污染物的增加
• 正常的空气中含21%氧气和78%氮气,还有1%是其他物质。随 着城市化发展，城市中由于大量的机动车、工业生产以及居民 生活等人为因素的影响,城区大气中CO、SO2、NO x等有毒气 体浓度大,总悬浮颗粒物密集,温室气体的含量高。其中对城市热 岛效应影响最显著的是城市大气总悬浮颗粒物与温室气体的影 响。来自工业生产的废气、汽车尾气以及日常生活中的大气污 染物，有效增加了城市空气中CO2、NO x、SO2、气溶胶粒等 有害物质的浓度，这些污染物善于吸收长波辐射能，尤以CO2 吸收长波辐射的能力更强；且城市上空的污染物层如同保温层 一样包围在城市上空，有效阻止长波辐射的逸出，增加大气逆 辐射，使热岛效应在夜间尤为突出
夏季高温热浪的脆弱群体
• 暴露性：“高温猛于严寒” • 主体：老弱病残孕及城市化生态脆弱群体 • 重点：户外工作者（外来流动人口与城市本地贫民） 建筑工人——城市住房问题 环卫工人——城市环境问题 交通协管——城市交通问题
城市热岛强度的地区差异
• 城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切关系：
1、条形带状结构：城中心增温效应弱；
2、团块状紧凑布局：城中心增温效应强； 3 、 盆地或凹地 ：由于风速小，热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷空气 的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心。 • 城市规模（面积、人口及其密度等）对热岛强度亦有影响
以西安为例：日变化
• 西安热岛效应的日变化较为明显。日变化 中存在两个明显的峰值，第一个峰值出现
在早上5时前后，随后热岛强度迅速减弱
，到11时达到最低值，自12时起热岛强 度缓慢增加，17时起热岛强度迅速增加， 至夜晚21时热岛强度达到第二个峰值。 • 白天向夜间过渡，城市热岛加强；夜间向 白天过渡，城市热岛减弱。夜晚的热岛强 度普遍高于白天，中午最弱。
• 在夏天草坪温度32℃、树冠温度30℃的时候，水泥地面的温度 可以达到57℃，柏油马路的温度更高达63℃，这些高温物体形 成巨大的热源。这样的下垫面强烈地吸收太阳辐射能量,然后再 将其中的大部分以辐射的方式传送给大气,使空气得到过多的热 量,气温急剧升高。
原因3：城市人工热源增加
• 工厂生产、交通运输以及居民生活都需要消耗 各种燃料,把大量的废热排放到城市大气中。随 着经济快速发展,城市化进程的加快、人口、生 产、交通集中,在工业生产、家庭炉灶、内燃机 等方面消耗能源的同时,废热排放增多,使城市 区域增加许多额外的热量输入。而大城市里面 高楼鳞次栉比，商业建筑与日增多，这些地方 热量不易于散发，人口集中，风扇，空调的耗 能更是惊人。