城市热岛效应
摘要：在全球气候变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，城市热环境质量日趋恶化。

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。

本文剖析了城市热岛效应的成因及危害，并从当前城市热岛效应的现状出发探讨了改善城市生态环境，减低热岛强度的对策。

关键词：城市热岛效应，气候变化，人类活动，成因及措施
一、引言：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城市温度明显高于郊区,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。

可见,城市热岛反映的是一个温差的概念,只要城市与郊区有明显的温差,就可以说存在了城市热岛。

近年来,我国城市夏季伏天日气温在35℃以上的天数逐渐增多。

据报道，2005年夏季，我国中东部和内蒙古中西部、新疆大部日最高气温高于或等于35度的日数一般在5天以上，其中华北南部、黄淮中西部、长江中下游大部及新疆东部、内蒙古西部、福建大部、广东北部、广西东部等地普遍持续高温10-15天，河北南部、山西南部、河南北部、安徽西北部、浙江大部、江西中北部等地达16-25天，很多城市日气温频频刷新当地气象纪录［1］。

城区高温化得背后就是越来越严重的城市热岛现象。

针对上述现象，本文就以城市热岛产生的原因和改善措施作初步探讨。

二、热岛效应形成的原因
2.1．城市下垫面性质改变
由于城市“水泥森林”的发展，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。

对太阳辐射影响反应由弱到强依次是:水体、草地、泥地、混凝。

2.2．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。

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。

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，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。

可以说，城市热岛效应是城市化进程的副产物。

2.3．城市规模、形状和所处的地理位置
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[3]。

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]
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。

2.4. 其他因素
热岛效应的成因非常复杂，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，进一步加剧了热岛效应
三．城市热岛效应的危害
3.1．城市热岛效应造成恶劣的天气
热岛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。

热岛效应会引起局地环流，使得城市风场特征极为复杂。

3.2. 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，热岛可以增加城市的降水，但热岛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。

3.3. 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、碳氢化合物在强光照条件下发生反应形成二次污染物，使其危害性更高；然而在持续的高温天气里某些特定的大气化学循环提供了条件，从而导致地表臭氧的提高。

3.4. 改变生物习性
热岛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，落叶时间延迟。

3.5. 加速能量消耗
一方面：气温趋向两极化，导致家庭使用的空调、暖气等用电器急剧上升。

另一方面，热岛效应促使城市用于空调，暖气运转的耗能量(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。

3.6. 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，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、城市热岛效应的改善措施
4.1加强城市绿化，构建“森林城市”
城市绿化对减低城市热岛强度，改善城市气候条件有着极为重要的意义，绿化具有遮阳蔽荫、蒸发蒸腾和减低温室效应的作用：绿地的面积大小、分布及植物配置直接影响绿化的效果，所以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在旧城改造的规划中要舍得拿出“黄金地块”“黄金地段”来发展绿地．同时利用有限的空间，大力发展垂直绿化，增加绿化总量，以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，达到减少热岛的效果。

研究表明，城市绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，热岛强度越低，当覆盖率大于30％后，热岛效应得到明显的削弱，绿化覆盖率增加除了能削弱热岛效应，还能形成以绿地为中心的低温区域，成为人们户外游憩活动的优良环境。

另外还可以增加人工湿地面积。

人工湿地能吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等，进而缓解热岛效应。

以“绿岛效应”抑制热岛效应。

大力推动园林城市创建活动，减轻“城市热岛效应”。

4.2控制大气污染
一方面要降低机动车污染物排放量，强化机动车排气污染的管理。

在全市公交汽车和出租小汽车推广液化石油气，全面安装尾气净化器，减轻汽车尾气污染。

依法加强对新生产机动车出厂排气达标管理。

另一方面要减低氮氧化物、二氧化硫及有机化合物(VOC)的排放，严格控制高硫高灰份煤炭的开采和推行煤炭洗选，禁止在新、改、扩建和技改项目中使用淘汰的工艺和设备，超过限期的，要
坚决取缔。

4.3控制城市人口数量，并减少人为排热量
城市规模、城市人口密度与城市热岛强度的关系有可能不同,但同城市热岛的强度有直接关系。

因此控制工业生产中废热的排放,将民用煤改为液化气、天然气并扩大集中供热面积,控制城市中机动车的数量,以减少废热排放的同时,采取国家宏观调控手段,控制城市规模和人口密度也是减缓城市热岛效应,促进城市健康发展的必要措施之一。

五、结语
城市热岛效应是城市化进程中难以避免的问题，缓解城市热岛效应是一项综合性的系统工程，需要各方面的密切配合和共同努力，才能建设真正的绿化生态城市，营造舒适和谐的人居环境。

参考文献：
［1］卢军,陈金花.山地城市热污染研究及治理对策[J].四川环境,2007,01:95-99.
［2］王艳霞,等. 城市绿地与城市热岛关系探讨. 亚热带植物科学,2005,34(4): 55-59
［3］杨士弘,等. 城市生态环境学（第二版）［M］. 北京: 科学出版社,2003
［4］冯德成，张鑫，缓解城市热岛效应的城市路面铺装简介，中外公路，2010,8。