城市热岛效应的危害及对策

Hazards and countermeasures of the urban heat island effect

目 录

一．引言………………………………………………………………Ⅴ

二．热岛效应形成的原因……………………………………………Ⅵ

2.1．城市下垫面性质改变………………………………………………Ⅵ

2.2．人为热和大气污染…………………………………………………Ⅵ

2.3．城市规模、形状和所处的地理位置…………………………………Ⅵ

2.4. 其他因素………………………………………………………… Ⅵ

三．城市热岛效应的危害……………………………………………Ⅶ

3.1．城市热岛效应造成恶劣的天气………………………………………Ⅶ

3.2. 对降水的影响………………………………………………………Ⅶ

3.3. 破坏大气环境……………………………………………………  Ⅶ

3.4. 改变生物习性……………………………………………………  Ⅷ

3.5. 加速能量消耗………………………………………………………Ⅸ

3.6. 危害居民健康………………………………………………………Ⅹ

四.热岛效应的特征………………………………………………… Ⅺ

4.1. 强度的时间变化……………………………………………………Ⅺ

4.2. UHI强度的空间变化……………………………………………… Ⅺ

五．城市热岛效应效应的治理与对策………………………………Ⅺ

5.1. 提高城市绿地覆盖率……………………………………………… Ⅻ     

5.2．采用新型的城市规划与设计理念……………………………………Ⅻ

5.3．减少人为热的排放量……………………………………………… Ⅻ

5.4．预防和治理大气污染………………………………………………Ⅻ5.5．保留城区水域面积，增加喷水洒水设施………………………………Ⅻ

6．采用高反射率的地表材料……………………………………………ⅩⅢ

六．参考文献…………………………………………………………ⅩⅣ

内容摘要

随着世界性城市化、工业进程的加快，城市热岛效应越来越强烈，并极大地影响城市生态环境的安全和居民的日常生活，缓解城市热岛已是迫切需要解决的问题。阐述了城市热岛效应的特征、成因和危害，主要分析了缓解城市热岛效应的措施。在总结当前研究的基础上，探讨了城市热岛未来。

关键词

城市生态；城市热岛；气候变化；人类活动

Summary

With the acceleration of worldwide urbanization, industrial process, the urban heat island effect is more intense, and greatly affect the safety of the city's ecological environment and the daily life of residents, to alleviate the urban heat island is an urgent need to address the problem. Described the characteristics, causes and hazards of the urban heat island effect, mainly measures to ease the urban heat island effect. On the basis of summing up the current research to explore the future of the urban heat island.

Keyword

Urban ecology; urban heat island; climate change; human activities

Zusammenfassung

 Mit der Beschleunigung der weltweiten Verstädterung, industrielle Verfahren, ist die städtische Wärmeinsel-Effekt intensiver, und großen Einfluss auf die Sicherheit der Stadt ökologische Umwelt und das tägliche Leben der Bewohner, um die städtische Wärmeinsel zu lindern ist eine dringende Notwendigkeit, das Problem anzugehen. Beschrieb die Merkmale, Ursachen und Gefahren der städtischen Wärmeinsel-Effekt, vor allem Maßnahmen zur Verbesserung der städtischen Wärmeinsel-Effekt zu erleichtern. Auf der Grundlage der Zusammenfassung der aktuellen Forschung, um die Zukunft der städtischen Wärme-Insel zu erkunden.

Stichwort

 Stadtökologie; städtische Wärmeinsel, Klimawandel, menschliche Aktivitäten

引言

1833年，英国气候学家Lake Howard对伦敦城市中心的温度比郊区高的现象进行文字记载，并把这种气候特征称为“热岛效应”⋯ 。Manley于1958年首次提出城市热岛(UHI)的概念 。UHI效应是在不同区域气候背景下，在人类活动特别是城市化因素影响下形成的一种特殊小气候，是生态环境失调引起的一种城市中心气温比其郊区气温高的一种自然现象 。随着世界性城市化、工业化进程的

加快，城市不断“摊大饼”一样的蔓延扩大及农村人口进一步向城市集中，UHI现象变得越来越严重。热岛强度令人震惊，已经极大地影响着城市生态环境和城市居民的日常生活，引起了各国的高度重视和广泛关注。因此，对UHI的研究已成为应对全球气候变化的前沿热点之一，同时研究UHI对城市规划、城市预警、城市经济发展和市民的身体健康有着重要的指导意义。

Introduction

In 1833, the British climatologist Lake Howard on the temperature of the London city center suburb phenomenon written records, and climatic characteristics known as the "heat island" ... Manley in 1958 first proposed the concept of the urban heat island (UHI). UHI effects of human activities in the context of different regional climate, especially the factors of urbanization formation of a special micro-climate, ecological imbalance caused by an urban center temperature is higher than its suburbs temperatures is a natural phenomenon. As the worldwide urbanization, industrialization process

Accelerated urban "pie" the spread of the rural population further expand and to cities, the UHI phenomenon is becoming increasingly serious. Heat island intensity shocking and has greatly affected the daily life of the city's ecological environment and urban residents, has aroused great attention and widespread concern of Governments. Therefore, research on UHI has become the forefront of tackling global climate change one of the hot, at the same time study the UHI in urban planning, urban warning, urban economic development and people's physical health has an important guiding significance.

二．热岛效应形成的原因

1 城市下垫面性质改变

城市“水泥森林”的发展，不仅改变了下垫面的性质，同时也改变原有的自然地面的面积比例。城市建筑物和道路的材料改变了地表热交换和大气动力学特征，更易吸收大量热辐射，致使夜晚红外辐射的热量相应增多，如果这种建筑物贯穿于整个城市则可使城市上空温度升高。另外，城市由于参差不齐的建筑物，使城市的墙壁与墙壁、墙壁与地面之间进行多次反复吸收，这为城市“热岛”的形成奠定了能量基础 。

2 人为热和大气污染

把城市人为热归纳为机动车辆、工厂车间、空调运转、居民烹饪及建筑物向外散发的热量。人为热排放对城市“热岛”的影响具有双重作用。一方面，直接增加了城市的热量。1984年上海城区每平方公里上空所获得的人为热相当于郊区的

3．2倍，如果再加上空调排热等其它的人为热，市区与郊区人为热的差异更大 。另一方面，城市人为热排放的同时，也大量排放煤灰、粉尘及各种污染气体，其中较多的是CO 、N 0、H 0、CH 、CFC等温室气体，形成覆盖在城市上空的“尘罩”与“气罩”，气溶胶粒等有害物质善于吸收长波辐射能，尤以CO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，加重了UHI的强度。

3 城市规模、形状和所处的地理位置

城市建成率、几何形状与热岛强度存在明显的相关关系。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UHI形成的原因主要是各个区域不同的建筑结构(几何结构)和建筑材料所引起的，城市中温度最高的区域

往往与最深的城市街道相对应，即通常分布在市中心。如果街道走向设计或几何形状不合理，则密不通风，风速小，热量不易散发，温室气体也难于迅速扩散，导致局部气温过高。即使是1 000人的小城镇也能在长时间温度记录中观测到热岛效应的存在 ，城市人口越多，规模越大，热岛效应越明显。据研究，1万人口城市的热岛强度达到0．11℃，10万人Vl 0．32 cI=，100万人口0．91℃ 。城市地貌也是引起UHI的主要因素。如广州市地处低纬度，高温，多雨，湿度大，风向以北和东北及东和东南方向为主，具有通风不良和静风频率高、近地层的逆温频率高、热岛效应强等特点 。

4 其他因素

UHI的成因非常复杂，影响热岛强度的因子是多种多样的。除了城市本身的内部原因以外，还需要外部的气象条件配合，如气压场必须稳定，气压梯度小，静风或微风；天气晴朗少云或无云，大气层结构稳定，无自动对流上升运动等。我国大部分地区夏季受副热带高气压控制，以下沉气流为主，多静风天气，近地面热量不易散发，进一步加剧了UHI效应

三．城市热岛效应的危害

城市热岛效应是在人类活动下城市下垫面条件发生改变而在城市上空形成的城市独特气候现象⋯。北京市近几十年的飞速发展给城市生态环境造成很大影响，热岛效应十分明显，如2000年夏季，北京市持续高温超过一周，最高气温到达42℃。在20世纪80年代初，周明煜等对北京市热岛和城市环流特征作了初步的分析；徐兆生等研究发现在80年代北京市1月份的平均气温为一2．4℃ ，比东郊高2．4℃。陈沈斌等-4J根据实测资料探讨了北京城市化对于年平均气温的影响，估算出北京市区由于城市化造成的气温升高约为0．121℃ ；

谢庄等-5j研究指出北京在1950—1979年的30年间气温升高达0．159℃ 。

1．城市热岛效应造成恶劣的天气

UHI效应会带来各种异常的城市气象，如暖冬、飓风及暴雨等，对城市气候带来很大的影响 。UHI效应会引起局地环流，使得城市风场特征极为复杂。热岛的存在使得城区凝露量、结霜量、霜冻El数、下雪频率和积雪时间都小于郊区 。UHI还改变着其它城市气象，例如云和雾的发展、闪电的频率等。

2. 对降水的影响

热岛效应影响着云的形成和运动，还可能通过流场的作用对冬夏季降水过程产生影响 。一般认为，UHI可以增加城市的降水，但UHI效应只是增加了降水量而不会引起降雨，即它不会提高降雨次数。UHI影响降雨格局一贯被认为是由于城市污染导致浓缩核增加、高耸建筑使得地表粗糙度提高等引起的，然而最近的研究表明，提高浓缩核不

会增加降水量。虽然城市污染可以提高浓缩核，但很少会合并形成雨滴。在夏季晴空背景下，中午前后，城市热力强迫有利于形成城市中尺度低空风场辐合线，并加强边界层内中心城区风场垂直切变，这种强迫有利于对流降水的维持 。在冬季同样存在这种热岛效应的强迫作用，即UHI效应容易形成一个以市区为中心的低压系统以及指向市中心的气压梯度力。UHI效应与环境流场之间的相互作用过程，还有可能对更大范围的降水分布产生影响 。

3. 破坏大气环境

由于热岛的存在，城市中盛行上升气流，上升的气流中含有大量的烟尘等微粒，因而城市上空容易形成以这些微粒为团粒结构的云团，造成城市地区近地层空气污染严重。在高温季节，城市排放的废气中，如氮氧化合物、碳氢化合物，经光化学反应形成一种浅蓝色的烟雾，在热岛的影响下形成二次污染物，其危害性更大。城市里持续的高温可以加速某些特定的大气化学循环，从而导致地表臭氧的提高。在影响广州局地环流3种类型中，辐散型流场地面臭氧浓度最低，热岛环流型地面臭氧浓度最高 。除此之外，高温增加生物烃及人造挥发性有机混合物的蒸发，它们都关系着对流层中臭氧的产生 。

4. 改变生物习性

UHI改变城市近地表热量结构，提高市区温度，使得生物物候、生理活动、区系组成、种群结构、分布范围以及繁殖活动等发生改变。由于市中心温度提高，植物发芽、开花时间提前，落叶时问延迟 。温度提升促进近地层臭氧形成，导致近郊农作物减产5％ ～10％[21 J。由于市区温度的提高，无霜期延长，极端低温趋向缓和，使得本不属于该区系的植物经过人类驯化，在城市得以繁殖生长。另一方面，由于温度的提高，尤其是极端高温的提高，又了一些植物的生长。

5. 加速能量消耗

夏季UHI加剧了酷热，应用空调制冷所消耗的能量是十分可观的，据美国能源部的估计，美国为缓解热岛效应每年要多花费高达100亿美元的能源成本支出 。另一方面，热岛效应促使城市用于空调运转的耗能量(包括建筑物内、交通工具内等)上升，从而导致温室气体排放大量增加，温室气体排放又直接加速全球变暖，气温进一步上升，反过来又加重热岛效应，这两者之间已经形成了恶性循环。

6. 危害居民健康

在热岛中心长期居住的居民以消化系统疾病多见，表现为食欲减退、消化不良、溃疡病最多，胃肠道疾病的复发周期短，复发率高。热岛中心地区居民神经系统方面的损害也较严重，神经系统患病率达30％ ，主要表现为神经官能症、失眠、烦躁不安、记忆力下降、精神萎靡、忧郁压抑感等 。

四.热岛效应的特征

1.强度的时间变化

发现楚雄市的UHI渐趋显著，呈现明显的季节性，林学椿等 利用气象资料研究发现了北京热岛强度的季节变化。根据中国过去50年的年平均气温数据研究认为，UHI效应对年平均温度的影响主要包括3个方面，即年平均温度值升高、年

际问温度差异下降和气候趋势的改变 。全国热岛的平均强度不到0．06 oC ，与全球0．05 oC接近 。也有研究认为，从20世纪70年代到90年代的20年里，热岛强度以每10年0．1 qC的速度上升 ，而珠江三角洲都市群热岛强度由1983年前的0．1 oC上升到1993年的0．5℃l3 。还有人估计城市化和土地利用性质的改变会使热岛强度以每个世纪0．27 增加幅度上升 。全国主要城市的热岛区域面积也随时间持续增加，如上海UHI区域面积由20世纪80年代的100 km 到90年代的800 km 。

2.UHI强度的空间变化

认为UHI的水平分布表现在热岛出现在人口密集、建筑物密度大、工商业最集中的地区。热岛的空间分布因高度的不同而有所差别，表现在白天城郊差别不明显，夜晚城郊差别大，并且这种强度的差别随高度的升高而下降，到一定的高度还会出现“交叉”现象。UHI效应在空间层次上则有水平与垂直分布上的微尺度、中尺度及大尺度等变化特征 。张一平等 引利用城市内外垂直观测资料，探讨了UHI气候立体分布特征，发现UHI最大强度有差异，且出现季节不同，UHI的变化特征存在热岛中心位置漂移现象。

五．城市热岛效应效应的治理与对策

UHI效应对城市整体带来的危害已是不容否认的客观事实。因此研究UHI效应的治理和对策是非常必要的，已引起众多学者的广泛关注。许多学者从热岛效应研究的范围、热岛效应的结构特征出发，提出了治理热岛效应的技术措施与对策，现归纳如下。

1.提高城市绿地覆盖率

城市植被是城市生态系统中的重要组分，当一个区域的植被覆盖率达到30％ 时，绿地对热岛效应即有较明显的削弱作用；相反，植被减少则是UHI形成的首要贡献因子 。绿地的面积、形状、垂直结构、破碎度、连接度和郁闭度不同，治理热岛效应的效果也不一样 。绿色屋顶改变了建筑的习性，能降低太阳辐射、外部温度、风速等，有效削减UHI强度。在制定城市绿地系统规划时，不仅要考

虑每年的扩绿面积，还应着重考虑绿地的合理分布和植物配置。利用有限的空间，大力发展垂直绿化，加强绿化廊道建设，增加绿化总量，逐步改善城市大量建筑物等下垫面的辐射吸收和散热状况，达到减少城市热岛的效果。

2．采用新型的城市规划与设计理念

启用合理的城市开发、交通、绿地生态规划模式 8 3。建筑物是城市下垫面的重要组成部分，它对城市气温的影响很大，要合理布局城市建筑物，根据城市地理环境(包括纬度、地形、风向、风速、日照、辐射条件等)确定道路网的方位、宽度，建筑物朝向、间距以及建筑物的形体等。liLt't,，还应开辟城市风道，规划建设中应考虑设置一定长、宽的东南、西北等方向风道，引风人城，适当分散高层建筑物，降低建筑物密度，减少建筑物表面的粗糙度，便于下垫面的长波辐射散热和自然通风。

3．减少人为热的排放量

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。应该合理地控制市区的人口规模和密度；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，以电代煤解决大气污染。同时需要向城市居民灌输环保生活理念，提倡每个人、每户家庭都要将环保的生活理念贯穿于日常生活的方方面面，变成自觉行为。大量降低交通运输、空调、烹饪及工业生产过程的废热，提高能源利用效率，实行清洁生产，或者开发利用新型高效环保能源。

4．预防和治理大气污染

根据城市的性质及其定位确定合理的产业结构，发展少污染、无污染的工业，特别要加快第三产业的发展，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。搞好消烟防尘，积极创建烟尘控制区，减少CO 等大气污染物的排放量，提高大气质量。

5．保留城区水域面积，增加喷水洒水设施

城市水域的功能不仅在于畅通给排水，增加景观，也是调节城市小气候的一个“肺叶”，在某种程度上是绿化无法代替的。在城市建设中，应尽可能保留水域面积，有条件的地方应恢复或疏通一些市内河道，以增加水域面积。因为水的热容量和导热率远高于陆地，水的升降温也远较陆地缓和；水体具有较强的贮热能力，蒸发时又能有效降低贴地气层的温度，因此，增加城区内的湖泊、池塘、溪水、游泳池等水域面积和喷水、洒水设施，这将会对城市气温起到良好的调节作用，有效减轻热岛效应。

6．采用高反射率的地表材料

合适的建筑材料可以有效提高反射率，降低吸收率，对缓解UHI效应具有明显的作用。使用能降温节能、缓解热岛强度的户外建筑材料 ，提倡渗透性的地面铺装材料 J，通过在建筑物屋顶上涂浅色的涂料，垂直墙面上贴白色墙面砖等均可提高城

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