探究城市热岛效应成因及对策

　　【摘要】影响城市气候变化的温室气体有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫等。大量温室气体的存在，使城市的热岛效应更加显著。

　　【关键词】城市热岛效应 成因 改善策略

　　一、 城市热岛效应及其危害

　　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[1]。在气象学上，近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就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。全球城市只占据地球1%的土地面积，但却是导致气候变化的重要因素。目前，全球大约50%的人口居住在城市里，城市消耗了全球大约75%的能源，产生了80%的温室气体排放量，城市中排放的二氧化碳占全世界排放总量75%以上。据预测，到2025年，全球60%的人口将居住在城市里[2]。随着世界各地城市的发展和人口的稠密化，“城市热岛效应”变得日益突出。 热岛效应已成为城市气候最明显的特征之一。

　　快速城市化和人口急剧膨胀产生的热岛效应,强烈影响着城市居民生活、工作的舒适度，是一种环境恶化的表现。它不仅造成城市上空污染物质的聚集;还使城市地面散发的热气形成近地面暖气团，将城市烟尘罩在下面不得流通,形成对人体有害的烟尘污染,导致咽炎、气管炎等呼吸道疾病;产生城区降雨量的减少等各种环境问题;导致城市区域内动植物行为特征的改变;同时对居民生活和消费也构成影响。 原则上，一年四季都可能出现城市热岛效应。但是，人们感受最强烈的主要是夏季高温天气下的热岛效应。热岛效应使夏季城市的更加闷热，为了降低室内气温和使室内空气流通，人们大量使用空调、电扇等电器，不仅加剧供电紧张，还增加居民的生活负担。美国的洛杉矾市，几十年来城乡温差增加了2.8℃，全市因空调降温多耗10亿瓦电能，每小时约合15万美元。据此推算全美国夏季因热岛效应每小时多耗空调电费数达百万美元之巨。近年来，随着城市建设的高速发展，我国城市热岛效应也变得越来越明显，引起人们越来越多的关注。

　　二、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三个原因造成的：

　　第一，城市下垫面的特殊性。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小。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。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;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。

　　上图为2006年6月15日,重庆沙坪坝，天气多云间晴。9: 00开始每隔两小时测试一次数据，共记录6次数据,测试期间大气最高温度39·8℃，此图为采用六个不同属性下垫面的测点地表温度对比分析图。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、混凝土、地砖、塑胶地面。蓄热效果从弱到强刚好相反[3]。

　　第二是自然大气的成分组成改变。正常的空气中含21%氧气和78%氮气,还有1%是其他物质。而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、NOx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。

　　总悬浮颗粒物是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径在0~100μm的固体颗粒物(Particles)和液体小滴(Droplets)，包括PM10(粒径范围在0~10μm)和PM2.5(粒径范围在10~100μm)。研究认为，总悬浮颗粒物(Total Suspended Particles，TSP)在城市热岛效应中起重要的作用。总悬浮颗粒物加剧城市热岛强度，降低昼夜间温度波动幅度，使城市大气增温、改变大气的稳定性及垂直运动，影响大范围内的大气环流和水文循环[4]，促进温室效应的形成。

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