1、-. z城市熱島效應(yīng)的特征研究-以市為例摘 要：在全球變暖和高速城市化的大背景下，世界上許多城市都出現(xiàn)了高強度的城市熱島效應(yīng)。在城市熱環(huán)境日趨惡化的今天，分析與評價城市熱島效應(yīng)已成為城市氣候與環(huán)境研究的重要容。本文分別從時間與空間兩個角度出發(fā)，結(jié)合歷史氣象數(shù)據(jù)分析了市的熱島效應(yīng)特點，總結(jié)了其熱島效應(yīng)的變化規(guī)律，并探討了改善城市熱島效應(yīng)的策略及意義。關(guān)鍵詞：城市熱島效應(yīng) 變化規(guī)律 改善策略城市熱島效應(yīng)的成因及危害 1.1城市熱島 由于城市地面覆蓋物多，發(fā)熱體多，加上密集的城市人口生活和生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的人為熱，造成市中心的溫度高于郊區(qū)溫度，且市各區(qū)的溫度分布也不一樣。如果繪制出等溫曲線，就會看到與

2、島嶼的等高線極為相似，這種氣溫分布現(xiàn)象稱為熱島效應(yīng)。可見，城市熱島效應(yīng)反映了一個溫差的概念，只要城市與郊區(qū)有明顯溫差，就可以說存在城市熱島。2014年冬季*市冬季等UHI強度圖 1.2形成原因 全球變暖的氣候條件是造成城市熱島效應(yīng)的外部因素，而城市化才是熱島形成的因。一般認(rèn)為城市熱島效應(yīng)是由以下三個原因造成的: 1城市下墊面的特殊性。城市有大量的人工建筑物如混凝土、柏油路面、各種建筑墻面等，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，改變了下墊面的熱力屬性。如在夏天，草坪溫度32、樹冠溫度30時，水泥地面的溫度可以到達57，柏油馬路的溫度更高達63。這樣的下墊面強烈地吸收太陽輻射能量，然后再將其中的大局部

3、熱以輻射的方式傳送給大氣，使空氣得到過多的熱量，氣溫急劇升高。白天，在一樣的太陽輻射條件下，它們對太的吸收率比自然下墊面(綠地、水面等)高，升溫快，因而其外表溫度明顯高于自然下墊面。到了晚上，大氣又發(fā)揮其保溫的效應(yīng)，使得城市與郊區(qū)的溫差更加明顯。2自然大氣的成分組成改變。正常的空氣中含21%氧氣和78%氮氣，還有1%是其他物質(zhì)。而城市中由于大量的機動車、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活等人為因素的影響，城區(qū)大氣中CO、等有毒氣體濃度大，總懸浮顆粒物密集,溫室氣體的含量高。其中對城市熱島效應(yīng)影響最顯著的是城市大氣總懸浮顆粒物與溫室氣體的影響?？倯腋☆w粒物是指懸浮在空氣中，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑在0100m的固體

4、顆粒物和液體小滴，包括PM10(粒徑圍在 010m)和PM2.5(粒徑=圍在10100 m)。研究認(rèn)為，總懸浮顆粒物在城市熱島效應(yīng)中起重要作用?？倯腋☆w粒物加劇城市熱島強度，降低晝夜間溫度波動幅度，使城市大氣增溫、改變大氣的穩(wěn)定性及垂直運動，影響大圍的大氣環(huán)流和水循環(huán)，促進溫室效應(yīng)的形成。3人工熱源的影響。工廠生產(chǎn)、交通運輸以及居民生活都需要消耗各種燃料，把大量的廢熱排放到城市大氣中。4區(qū)域氣候的影響 不同地理位置的城市，諸如海濱和陸處在不同的大氣候背景下，受到海陸風(fēng)、海洋比熱容大的影響，海濱城市日變化最大熱島強度比陸要低，增幅也緩慢。并且發(fā)現(xiàn)沿海港口城市的熱島強度年變化有循環(huán)變化的規(guī)律，陸城

5、市則不明顯。有時外部氣象條件，如氣壓場穩(wěn)定、氣壓梯度小、無風(fēng)無對流運動，熱量不易散發(fā)也會加劇城市熱島效應(yīng)。熱島不僅在不同城市氣候條件下，有時在同一城市不同氣象背景氣候條件下城市熱島強度和時空分布特征效應(yīng)也不一樣。 1.3熱島效應(yīng)的危害 主要危害有：1造成城市上空污染物的聚集；2城市地面散發(fā)的熱氣形成近地面暖氣團,城市煙塵被暖氣團所籠罩不能及時擴散，形成對人體有害的煙塵污，導(dǎo)致咽炎、氣管炎等呼吸道疾病；3造成酸雨等各種環(huán)境問題。4加劇供電緊，增加城市居民的生活負(fù)擔(dān)。 的氣候條件簡介 屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候。氣候特征是：氣候溫和，降水充分，雨熱同期，四季清楚。市區(qū)年平均氣溫 17.2，各縣 16.

6、817.3，年積溫為5457，市區(qū)年均降水量 1361.6 毫米，各縣年均降水量 1358.61552.5 毫米。夏冬季長，春秋季短，夏季約 118127 天，冬季 117122 天，春季 6164 天，秋季 5969 天。春溫變化大，夏初雨水多，伏秋高溫久，冬季嚴(yán)寒少。 3月下旬至 5月中旬，冷暖空氣相互交綏，形成連綿陰雨低溫寡照天氣。從5月下旬起，氣溫顯著提高，夏季日平均氣溫在30以上有85天，氣溫高于35的炎熱日，年平均約30天，盛夏炎熱少雨。9月下旬后，白天較暖，入夜轉(zhuǎn)涼，降水量減少，低云量日多。從11月下旬至第二年3月中旬節(jié)屆冬令，氣候平均氣溫低于0的嚴(yán)寒期很短暫，全年以1月最冷，月

7、平均為4.45.1。 數(shù)據(jù)分析與討論 利用rp5.ru/可以收集到歷年市的氣象數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學(xué)的方法，對市區(qū)和郊區(qū)的溫度差異及其變化特征進展比照分析。熱島效應(yīng)強度的數(shù)學(xué)定義式為： 式中為市區(qū)觀測站平均溫度；為郊區(qū)觀測站平均溫度。 3.1四季UHI強度日變化比照 在2014年四個季節(jié)中各選擇一個月春季5月；夏季8月；秋季9月；冬季11月的逐時氣溫為采樣對象，由公式計算出熱島強度，作圖如下。2014年*四季UHI日變化圖 統(tǒng)計結(jié)果分析：從2014年四季UHI日變化圖中可以看出，四個季節(jié)夜晚的熱島強度比白天大得多。0:0004：00時段熱島強度根本保持不變；上午05:0008:00左右，太陽升起，熱

8、島強度出現(xiàn)迅速減小的現(xiàn)象。到中午即11:0014:00之間，熱島強度降至最低值。16:00開場熱島強度開場迅速增加，直至20:00之后，增加的速度減慢，到23:00至次日00:00到達最大值。 原因分析：城區(qū)大量的人為熱釋放及城鄉(xiāng)下墊面蓄熱輻射能力差異是造成這一過程的主要原因。且大氣層的穩(wěn)定性晝夜發(fā)生變化，造成白天風(fēng)速一般比夜間大，白天熱量湍流交換強烈，夜間比較穩(wěn)定，熱島強度加強。冬季居民取暖消耗燃料排放熱量，造成城區(qū)溫度上升，UHI強度高于其他季節(jié)。 3.22014年冬季日平均熱島強度頻率分布 選取市2014年11月份共90天的實時溫度為采樣對象，計算出冬季一天24小時的熱島強度，統(tǒng)計分布情

9、況作圖如下：2014年*市冬季日平均熱島強度頻率分布 統(tǒng)計結(jié)果分析：2014年市冬季的熱島強度集中在01之間，其中最大頻率出現(xiàn)在0.51之間。 3.3風(fēng)玫瑰圖的繪制統(tǒng)計市2014年11月的風(fēng)向，利用oringin軟件繪制風(fēng)向玫瑰圖如下：2014年*風(fēng)向頻率分布圖 由統(tǒng)計結(jié)果可知，市11月份以西北風(fēng)為主，同時西北偏北風(fēng)、西北偏西風(fēng)的頻率也較高。4建議與結(jié)論 由于熱島效應(yīng)的影響，使市城區(qū)氣溫長期高于郊區(qū)，在靜風(fēng)狀態(tài)下，形成有郊區(qū)吹響市中心的局域風(fēng)，使遷建于郊區(qū)排放有害氣體的企業(yè)，對城區(qū)產(chǎn)生新的污染，造成城區(qū)大氣質(zhì)量下降。因此建議： 4.1增加垂直綠化 綠化對減低城市熱島強度，有著極為重要的意義，綠

10、化具有遮陽蔽蔭、蒸發(fā)、蒸騰和減低溫室效應(yīng)的作用。雖然由于城市的擴，可利用種植綠地的空間有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法到達與城郊、鄉(xiāng)村相比較的，但我們可以利用有限的空間，開展垂直綠化，增加綠化總量，以逐步改善城市大量建筑物等下墊面的輻射吸收和散熱，降低熱島效應(yīng)。研究說明，當(dāng)綠化覆蓋率覆蓋率大于 30后，熱島效應(yīng)就將得到 明顯的削弱：當(dāng)覆蓋率大于 50，削弱作用極其明顯。綠化覆蓋率增加除了能削弱熱島效應(yīng)，還能在城市中形成以綠地為中心的低溫區(qū)域，成為人們休閑游玩的好去處。 4.2 鋪設(shè)環(huán)境友好路面 為了改善下墊面特性，目前，國外正在研究一些環(huán)境友好路面，主要包括路用熱反射涂層、透水式路面和保水式路面。 熱反射路面：

11、使用熱反射涂層降低路面溫度，最早是由日本道路工作者提出的。利用一些反射太能力強的特殊材料，將其涂在路面上現(xiàn)在已經(jīng)開展到建筑涂層后，路面積蓄的熱量將會減少。在太譜組成中，太陽輻射能量主要集中在近紅外區(qū)和可見光區(qū)，其中紅外區(qū)的比例最大。因而提高紅外區(qū)的反射率會使總體的反射率較高。但這個方法有一個特別需要注意的地方，即應(yīng)用在路面上的熱反射涂層一定要考慮涂層顏色，以免造成眩光而影響行車平安。 透水式路面：有研究說明該路面相對于瀝青路面的外表溫度并無差異，而在中面層處溫度差異比較大，這說明整個路面的部蓄熱量少。這一方面有利于緩解城市熱島效應(yīng)；另一方面由于中面層溫度較低，對表層瀝青的加熱熔化效果明顯削弱，

12、因此可以降低瀝青鋪設(shè)的要求，節(jié)約建立本錢。 保水式路面：保水式路面也是由日本道路工作者近年來提出的。保水式路是在原有透水式路面的空隙中填充有保水功能的材料。眾所周知，土的溫度比瀝青路面的外表更難升高的理由之一，是土中的水分蒸發(fā)時的氣化熱。保水性 路面中的保水材料能吸收并保存降雨或高溫季節(jié)在路外表灑的水。利用這些保存 的水分蒸發(fā)時的氣化熱降低路面溫度。另外，保水性路面也有降低噪音的作用。 使用保水性路面對于路外表溫度效果十清楚顯。 4.3 進展合理的城市規(guī)劃 為了增強城市通風(fēng)，以削弱熱島效應(yīng)，加速城市大氣污染物的稀釋，目前城 市通風(fēng)的呼聲越來越高。留足夠的城市通風(fēng)道，主要是市道路寬度、建筑層數(shù)、高層樓房集中度等。另外，合理地規(guī)劃設(shè)置公交線路、站點，布局交通樞紐站，并設(shè)立智能化的交通信號，提高交通容量，使車流和人流順暢；最后，進展道路兩側(cè)的綠化帶的建立工作，發(fā)揮植物吸收機動車排氣污染物的能力也是必不 可少的。 4.4 結(jié)語 綜合以上分析，市的熱島效應(yīng)強度在正常圍，平均在0-0.5之間。呈現(xiàn)明顯的UHI強度夜晚高于白天，冬季高于其他季節(jié)。城市熱島效應(yīng)是城市化進程中難