城市热岛效应成因及改善措施摘要：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。

关健词：城市热岛效应成因措施0 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。

1 城市热岛效应的成因全球变暖的气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。

一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成的：1.1城市污染物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。

1.2 城市下垫面性质变化市区人口密度、建筑物密度远比郊区高，建筑物、构筑物和铺砌的道路等所占的面积约在70％～80％以上，绿地相对较少，而郊区则农田密布，其中80％以上为水田，城乡下垫面性质的差异十分明显，这就导致城市与郊区在热量平衡各分量上差异，首先表现在城市下垫面的反射率比郊区小，其次是城区下垫面温度在晴天都显著高于郊区，城区的绿地和水域面积小，蒸发蒸腾所消耗的热能比郊区小，下垫面温度又比郊区高，因此，通过湍流交换而提供给空气的显热比郊区大，使城市空气的增温大于郊区。

城市热岛的形成还与天穹可见度有关，城市建筑物鳞次栉比，天穹可见度远小于郊区，这对地面长波辐射散热影响很大，使城市覆盖层内气温不易降低。

从而促使热岛形成。

城市内有大量的人工建筑物,如混凝土、柏油路面、各种建筑墙面等,这些人工构筑物吸热快而热容量小,改变了下垫面的热力属性。

如夏天里,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。

白天,在相同的太阳辐射条件下,它们对太阳光的吸收率比自然下垫面(绿地、水面等)高,升温快,因而其表面温度明显高于自然下垫面。

到了晚上,大气又发挥其保温的效应,使得城市与郊区的温差更加明显（见图1）。

分析上图可以看出,塑胶地面对太阳辐射的影响反应最快且最剧烈,地表温度最高。

其余各材质的下垫面,都有明显的延迟作用。

水体的热容量大,蓄热效果好,测试期间温度波动小于3℃,并且平均温度也明显低于塑胶地面。

对太阳辐射影响反应由弱到强依次是:水体、草地、泥地、混凝。

1.3 人工热源的增加工厂生产、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。

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。

1.4 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[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]2 城市热岛效应的危害热岛效应的危害主要体现在以下几个方面：在夏季，高温增加空调的使用量，增加了城市用电量。

酷热天气给人们生活和工作带来了严重的影响，损害人类身体健康，甚至造成一些人中暑死亡。

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。

3 城市热岛效应的改善措施3.1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：当覆盖率大于50％，削弱作用极其明显。

绿化覆盖率增加除了能削弱热岛效应，还能在城市种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”。

3.2研究和应用“环境友好”路面目前国内外正在研究的几种“环境友好”路面主要包括路用热反射涂层、透水式路面、保水式路面和热阻式路面。

路面使用热反射涂层降低路面温度是由日本道路工作者最先提出的。

由于这种特殊材料反射太阳光的能力强，因此将这种材料涂在路面上后，路面积蓄的热量较少。

在道路上应用热反射涂层一定要考虑涂层的颜色，以免造成眩光而影响行车安全。

而在太阳光谱组成中，太阳辐射能量主要集中在近红外区和可见光区，其中红外区的比例最大。

因而提高红外区的反射率会使总体的反射率较高。

对于透水式路面，有研究表明该路面相对于SMA路面的表面温度并无差异，而在中面层处温度差异比较大，这说明整个路面结构内部聚集的热量少。

这一方面有利于缓解城市热岛效应；另一方面由于中面层温度较低，可以降低对沥青的要求，节约公路建设资金。

保水式路面也是由日本道路工作者近年来提出的。

众所周知，土的温度比沥青路面的表面更难升高的理由之一，是土中的水分蒸发时的“气化热”。

保水性路面中的保水材料能吸收并保存降雨或高温季节在路表面洒的水。

利用这些保存的水分蒸发时的气化热降低路面温度。

保水式路面是在原有透水式路面的空隙中填充有保水功能的材料。

目前，保水材料主要有两种：一种是具有连续空隙的矿物质粉末；另一种是添加吸水性聚合物的水泥灌浆。

另外，保水性路面也有降低噪音的作用。

使用保水性路面对于路表面温度效果十分明显。

热阻式路面材料是国内的道路工作者提出的一种解决路面车辙病害和城市热岛效应的路面材料。

在混合料中掺加陶瓷可以有效地降低混合料的导热系数，同时试件上下表面的温度差变大，说明隔热效果明显。

有研究结果表明：热阻式路面材料具有较好的阻热和路用性能。

但是这种热阻式路面材料目前还处于试验研究阶段，需要进行试验路的实体工程验证。

3.3控制大气污染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。

强化在用机动车监督管理。

对于排气不达标的车辆，强制治理。

推广使用无铅汽油，发展清洁能源（电能、天然气、液化气）的机动车，扩大清洁能源汽车在城市公共交通使用。

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。

要继续取缔、关停小造纸、土法炼铅铸、土法炼焦、土法炼钵、炼硫磺等污染严重的工厂企业。

用静电除尘或袋式除尘器取代旋风除尘器、水膜，使水泥厂、电厂等企业粉尘除尘效率达到80%。

3.4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。