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什么是熱島效應(yīng)
城市熱島效應(yīng)是指城市因大量的人工發(fā)熱、建筑物和道路等高蓄熱體及綠地減少等因素，造成城市“高溫化”。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(gè)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(chēng)為城市熱島。形成城市熱島效應(yīng)的主要因素有城市下墊面、人工熱源、水氣影響、空氣污染、綠地減少、人口遷徙等多方面的因素。
熱島效應(yīng)的提出
英國(guó)氣候?qū)W家路克·霍德華（Lake Howard）于1833年第一次對(duì)倫敦城市中心的溫度比郊區(qū)高的現(xiàn)象進(jìn)行文字記載， Manley于1958年首次提出城市熱島（Urban Heat Island，UHI）的概念?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為，城市熱島效應(yīng)是指當(dāng)城市發(fā)展到一定規(guī)模，由于城市下墊面性質(zhì)的改變、大氣污染以及人工廢熱的排放等使城市溫度明顯高于郊區(qū)，形成類(lèi)似高溫孤島的現(xiàn)象。
形成原因［1］
1、城市下墊面
受城市下墊面（大氣底部與地表的接觸面）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(yáng)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。
城市地表含水量少，熱量更多地以顯熱形式進(jìn)入空氣中，導(dǎo)致空氣升溫。同時(shí)城市地表對(duì)太陽(yáng)光的吸收率較自然地表高，能吸收更多的太陽(yáng)輻射，進(jìn)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(shù)冠溫度30℃的時(shí)候，水泥地面的溫度可以達(dá)到57℃，柏油馬路的溫度更高達(dá)63℃，這些高溫物體形成巨大的熱源，烘烤著周?chē)拇髿狻?br />
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(duì)太陽(yáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣溫，其中瀝青路面和屋頂溫度可高出氣溫8℃～17℃。此時(shí)下墊層的熱量主要以湍流形式傳導(dǎo)，推動(dòng)周?chē)髿馍仙鲃?dòng)，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(guò)長(zhǎng)波輻射,使近地面大氣層溫度上升。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。
2、人工熱源
城市內(nèi)擁有大量鍋爐、加熱器等耗能裝置以及各種機(jī)動(dòng)車(chē)輛。這些機(jī)器和人類(lèi)生活活動(dòng)都消耗大量能量，大部分以熱能形式傳給城市大氣空間。工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)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。工廠、機(jī)動(dòng)車(chē)、居民生活等，燃燒各種燃料、消耗大量能源，無(wú)數(shù)個(gè)火爐在燃燒，都在排放熱量。
3、水氣影響
除了綠地能夠有效緩解城市熱島效應(yīng)之外，水面、風(fēng)等也是造成城市熱島的因素。城區(qū)密集的建筑群、縱橫的道路橋梁，構(gòu)成較為粗糙的城市下墊層、因而對(duì)風(fēng)的阻力增大，風(fēng)速減低，熱量不易散失。在風(fēng)速小于6m/s時(shí)，可能產(chǎn)生明顯的熱島效應(yīng)，風(fēng)速大于11m/s時(shí),下墊層阻力不起什么作用，此時(shí)熱島效應(yīng)不太明顯。
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(shí),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(shí),最好將一些單位的高院墻拆掉，建成柵欄式，增加空氣流通。
4、空氣污染
城市中的機(jī)動(dòng)車(chē)輛、工業(yè)生產(chǎn)以及大量的人群活動(dòng)，產(chǎn)生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉塵等，這些物質(zhì)可以大量地吸收環(huán)境中熱輻射的能量，產(chǎn)生眾所周知的溫室效應(yīng)，引起大氣的進(jìn)一步升溫。市大氣污染使得城區(qū)空氣質(zhì)量下降，煙塵、SO2、NO2，CO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。
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(lái)自工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)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空，白天它大大地削弱了太陽(yáng)直接輻射，城區(qū)升溫減緩，有時(shí)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(zhǎng)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。
5、綠地減少
城市里綠地、林木和水體的減少也是一個(gè)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(chǎng)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。城市的建筑、廣場(chǎng)、道路等等大量增加，綠地、水體等自然因素相應(yīng)減少，放熱的多了，吸熱的少了，緩解熱島效應(yīng)的能力就被削弱了。既然城市中人工構(gòu)筑物的增加、自然下墊面的減少是引起熱島效應(yīng)的主要原因，那么在城市中通過(guò)各種途徑增加自然下墊面的比例，便是緩解城市熱島效應(yīng)的有效途徑之一。
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(yáng)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(guò)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?chē)h(huán)境中吸收81.8兆焦耳的熱量，相當(dāng)于189臺(tái)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，每公頃綠地可以黏滯留粉塵2.2噸，降低環(huán)境大氣含塵量50%左右，進(jìn)一步抑制大氣升溫。
主要危害［2］
由于熱島中心區(qū)域近地面氣溫高，大氣做上升運(yùn)動(dòng)，與周?chē)貐^(qū)形成氣壓差異，周?chē)貐^(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(gè)低壓旋渦，結(jié)果就勢(shì)必造成人們生活、工業(yè)生產(chǎn)、交通工具運(yùn)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?xì)浠衔锏却髿馕廴疚镔|(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，輕者引起咳嗽流涕，重者會(huì)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(huì)引發(fā)心臟病，死亡率高，如英國(guó)倫敦在1952年12月份，因?yàn)檫@個(gè)原因死亡4000余人。
第二方面，大氣污染物還會(huì)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(jìn)入眼內(nèi)會(huì)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(huì)損害人的神經(jīng)系統(tǒng)。
第三方面，長(zhǎng)期生活在熱島中心區(qū)的人們會(huì)表現(xiàn)為情緒煩躁不安、精神萎靡、憂(yōu)郁壓抑、記憶力下降、失眠、食欲減退、消化不良、潰瘍?cè)龆?、胃腸疾病復(fù)發(fā)等，給城市人們的工作和生活帶來(lái)說(shuō)不盡的煩惱。在我國(guó)素有“火爐城市”之稱(chēng)的南京、武漢、重慶等許多大城市在發(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(duì)、亟待解決的問(wèn)題。
第四方面，對(duì)居民生活和消費(fèi)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，而這些都需要消耗大量的電力。如2012年美國(guó)1/6的電力消費(fèi)用于降溫目的，為此每年需付電費(fèi)400億美元。高溫天氣對(duì)人體健康也有不利影響。
第五方面，有關(guān)研究表明，環(huán)境溫度高于28°C時(shí)，人們就會(huì)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(huì)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。
防治措施
1、綠化環(huán)境［3］
研究表明：城市綠化覆蓋率與熱島強(qiáng)度成反比，綠化覆蓋率越高，則熱島強(qiáng)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(duì)熱島的削減作用極其明顯。規(guī)模大于3公頃且綠化覆蓋率達(dá)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(hù)外游憩活動(dòng)的優(yōu)良環(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環(huán)境相結(jié)合的管理機(jī)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(yíng)造綠色通風(fēng)系統(tǒng)，把市外新鮮空氣引進(jìn)市內(nèi)，以改善小氣候。
（4）應(yīng)把消除裸地、消滅揚(yáng)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(shù)冠投影處草坪難以生長(zhǎng)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(tuán)布局，減弱熱島效應(yīng)。
2、減少排放［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(kuò)大供熱面積也是根本對(duì)策。提高能源的利用率，改燃煤為燃?xì)??？刂剖褂每照{(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。
3、城市規(guī)劃［4］
從城市氣象規(guī)劃設(shè)計(jì)出發(fā)應(yīng)考慮：
（1）要保護(hù)并增大城區(qū)的綠地、水體面積。因?yàn)槌菂^(qū)的水體、綠地對(duì)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(qiáng)度隨著城市發(fā)展而加強(qiáng)，因此在控制城市發(fā)展的同時(shí)，要控制城市人口密度、建筑物密度。因?yàn)槿丝诟呙芏葏^(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）建筑物淡色化以增加熱量的反射。
（4）此外，“透水性公路鋪設(shè)計(jì)劃”，即用透水性強(qiáng)的新型柏油鋪設(shè)公路，以?xún)?chǔ)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。因?yàn)樗谋葻岽笥诨炷恋谋葻幔栽谖障嗤臒崃康臈l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(guò)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(guò)高，就達(dá)到了防止城市熱島效應(yīng)的目的。
（6）提高人工水蒸發(fā)補(bǔ)給，例如噴泉、噴霧、細(xì)水霧澆灌。
（7）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(shí)，可以考慮，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部門(mén)，其余部門(mén)應(yīng)遷往衛(wèi)星城，再通過(guò)環(huán)城地鐵連接各衛(wèi)星城。
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(kuò)建新市區(qū)或改建舊城區(qū)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)拓寬南北走向的街道，以加強(qiáng)城市通風(fēng)，減小城市熱島強(qiáng)度。綜上所述，熱島效應(yīng)給人們帶來(lái)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(guò)快發(fā)展，合理規(guī)劃城市，這個(gè)問(wèn)題并非不可解決。
參考資料
1. 春節(jié)人口大遷移明顯減弱城市熱島效應(yīng).新浪
2. 竹濤.物理性污染控制：冶金工業(yè)出版社.2014: 113
3. 竹濤.物理性污染控制：冶金工業(yè)出版社.2014: 112
4. 李光耀.城市發(fā)展的數(shù)據(jù)邏輯：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2015
