热岛效应的形成

热岛效应的形成

城市热岛的形成，与城市化的发展密不可分。北京市园林科学研究所高级工程师李延明将其形成的直接原因概括为四个方面：

一是城市下垫面（大气底部与地表的接触面）特性的影响。城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。比如夏天里，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℃，这些高温物体形成巨大的热源，烘烤着周围的大气和我们的生活环境，怎么能不热呢？

二是城市大气污染。城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等，这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量，产生众所周知的温室效应，引起大气的进一步升温。

三是人工热源的影响。工厂、机动车、居民生活等，燃烧各种燃料、消耗大量能源，无数个火炉在燃烧，都在排放热量！

四是城市里的自然下垫面减少了。城市的建筑、广场、道路等等大量增加，绿地、水体等自然因素相应减少，放热的多了，吸热的少了，缓解热岛效应的能力就被削弱了。

气象专家、南京大学余志豪教授说，受热面的大小，受热材料的差异，是造成城郊温差的主要原因。“同样一万平方米的地面，在郊区，可能是一望无际的田野，吸热慢，温度上升慢；而在市区，高楼密集，建筑物顶面和侧面都成受热面，受热面积要远远大于郊外。而钢筋、水泥等建材，热容量小，一旦受热，温度上升很快，并向四周大量散热，带动周边气温升高……”

现在气象学家在城市规划中暂时缺位。城市建设常常缺乏基本的生态设计常识，给城市的环境和生态带来了明显的负面影响，城市大面积的“水泥化”就是最典型的一种。“水泥化”是泛指使用混凝土、沥青、花岗岩、大理石、釉面砖、硅酸盐等建筑材料来硬化城市的现象，硬化的表面包括地面、墙面、屋顶和水体。这种硬化设计的初衷本是希望减少城市粉尘，增加建筑的美感，提高水体的清洁度等。然而，这类硬化设计带来的真实效果却是加重了城市的热岛效应，增加了粉尘治理的难度，使水体水质恶化，使雨水资源流失，使城市植被不健康，使城市的噪音污染加剧，使城市的居住舒适度变差。

与其他因素相比，“水泥化”给城市环境带来的问题所涉及的方面是最广、最为多样的：

（1）水泥化建材能吸收大量的太阳辐射热，在夏季的阳光下，混凝土平台的温度可比气温高8℃，屋顶和沥青路面高17℃，因此，水泥化会使城市热岛效应重，悬浮颗粒物沉降难，使空气质量难以改善。

（2）水泥化表面会反射辐射热和噪音，进而加重城市的热效应和噪音污染，直接影响城市居住的舒适度和居民的健康。

（3）水泥化衬砌河道、河岸和湖体会使水体生态系统受到毁灭性破坏，水体因此而丧失自净功能，其结果是水质下降，水体出现发绿发臭，甚至病菌和蚊蝇大量滋生等问题，使水体污染加重。

（4）水泥化铺路会使城市地面吸收雨水和雪水的机会被阻，城市的地下水位回升难。这样的地面不下雨时极为干燥、尘土飞扬，而一遇下雨就满地积水，地表径流污染严重，进入雨水排放口后，这些污染的径流会直接进入河道或湖体，从而污染河水、湖水。在冬季，水泥化地面易结冰，引发行路和行车的安全问题。为化雪需要大量使用融雪剂，使雪水受到污染。因此水泥化会严重危害城市的水资源。

（5）水泥化铺路还会减少土地中微生物的生存机会，因而毁灭地表生态，减少地面土层补充有机质的机会，从而加重城市土地的沙化。

（6）水泥化铺路还阻断了城市地面的生物通道，对城市的生物物种和生物多样性十分有害。硬化的铺地方式会直接影响城市植被的根系发育。在栽种了树木的地面进行水泥化铺设会使树木最终因树根不能呼吸而死亡或倒伏。

（7）水泥化城市难以带来人与自然和谐共存的生态景观。

热岛效应的危害

环保专家余志豪说:“城区温度高，就容易造成空气上升，而郊区较冷的空气又流向市区。如果郊区有工厂，

那工厂中排出的污染物就会一并集中到城市的中心。这种…城市风?的出现会加重市区的大气污染程度。”

中国环境学会大气环境学委会副主任李宗恺认为，这种温差之大足以影响到市民的居住条件，使城市中心越来越不适宜生活。

在“热岛效应”的影响下，城市上空的云、雾会增加，使有害气体、烟尘在市区上空累积，形成严重的大气污染。天气变化的幅度正在加剧，出现的频率和灾害力度也令人关注。这主要是城市热岛效应强度增加而引起的关联气象效应。比如由“热岛效应”带来的城市“雨岛效应”、“雾岛效应”等等。

人类有许多疾病就是在"热岛效应"下引发的。医学研究表明，环境温度与人体的生理活动密切相关。环境温度高于28度时，人们就会有不舒适感；温度再高就易导致烦躁、中暑、精神紊乱；气温高于34℃，并伴有频繁的热浪冲击，还可引发一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，死亡率明显增加。此外，高温还可加快光化学反应速率，从而提高大气中有害气体的浓度，进一步伤害人体健康。

在“热岛效应”的作用下，城市中每个地方的温度并不一样，而是呈现出一个个闭合的高温中心。在这些高温区内，空气密度小，气压低，容易产生气旋式上升气流，使得周围各种废气和有害化学气体不断对高温区进行补充。在这些有害气体的作用下，高温区的居民极易患上消化系统或神经系统疾病。此外，支气管炎、肺气肿、哮喘、鼻窦炎、咽炎等呼吸道疾病人数也有所增多。

用“绿岛”拯救“热岛”

国内外许多专家都在积极进行这方面的探索和研究，目前已有多种方法可供选择。例如可将城市建筑物表面颜色由深变浅，以减少对太阳辐射的吸收；在路边、花园和屋顶栽种上花草树木；加强城市规划，选择合理的城市结构模式，统筹安排工厂区和居民区；将城区分散的热源集中控制，提高工业热源和能源的利用率，减少热量散失和释放，也是一项很重要的措施。

专家呼吁：城市规划要增加气候论证，立体绿化更是治本之策。既然城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是引起热岛效应的主要原因，那么，在城市中通过各种途径增加自然下垫面的比例，是缓解城市热岛效应的有效途径之一。

绿地是城市中最主要的自然因素，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，因此，建立规模化的集中绿地是最能直接削弱城市热岛效应的做法。

据科学统计，每公顷绿地平均每天可从周围环境中吸收的热量，相当于189台空调的制冷作用；平均每天吸收1.8吨的二氧化碳，显著削弱温室效应的产生。此外，每公顷绿地可以年滞留粉尘2.2吨，将环境中的大气含尘量降低50%左右，可有效抑制大气升温。

“热岛”时代的城市绿化，不是一个简单的数量增加。中国林学会理事、南京林业大学汤庚国教授强调，一个城市绿化怎么样，不仅要看绿地率、人均绿地率以及绿地覆盖率，更要看绿量——树上每片树叶的面积之和。单纯追求绿地率，容易急功近利。“弄几吨草种撒一下，过几天，就能增加一大片绿地。”这样的“地毯”很漂亮，但从生态价值来看，难与树木相比，“十亩草相当于一亩树”。一个合理的城市绿化体系，应该层次丰富：在城郊建森林。上海、广州、南京等大城市，均已开始行动。南京在周边准备投入100多亿元，培植140万亩的连片林地。当然，这个森林物种搭配比例要合理。在29平方米空间内，一般栽1棵乔木，6棵灌木，20平方米草坪。汤庚国强调，各个城市一定要保护现有的大树。“像树冠很大的梧桐树，有的城市最多曾有2万株，因为给城市建设让路，现在只剩2000多株。这里面损失的绿量难以计算！”其次，城市中间，不仅要见缝插绿，而且尽量多栽树木，形成几百亩哪怕是几亩大的森林。绿化覆盖率达到30％以上，绿地才有缓解城市热岛效应的作用；绿化覆盖率达到40％以上，热岛面积可减少3／4；绿化覆盖率达到60％以上，热岛效应才能基本被控制。

南京大学大气科学系教授余志豪提出，“减少热量排放、增大绿化面积是减弱热岛效应的根本途径”。园林专家介绍说，立体绿化“能吸收大气污染物、增湿、滞尘、降噪，遏制…热岛现象?加剧，变…热岛?为…绿岛?，降温效果好，如地毯式的屋顶或爬满常春藤和爬山虎的墙壁在盛夏可使室内温度下降2℃～4℃，节约空调耗电量20％～40％。经计算，屋顶绿化相当于地面绿化效益的60％。”

风、水面等自然因素也可有效缓解城市的热岛效应。风是热岛效应的“天敌”，当风刮起来的时候，热岛就

失去了存在的理由，通过大气环流，热岛与周围地区的空气进行交换，以此降低自身的温度。水面不仅构成了城市美丽的景观，当温度升高时，它的蒸发作用能冷却空气，使环境温度降低。因此，使建筑低层化和合理分散化、市内道路宽敞，从而畅通城市的“通风道”，并尽可能扩大城市水面，是改善热岛效应的有效途径。

缓解热岛效应是一项长期的、综合性的系统工程，需要各方面的努力和配合。加强城市规划，选择合理的城市结构模式，树立城市生态学观念，尤其是要加强绿化，增加植被面积，通过植物吸收热量来改善城市小气候，河湖净化、空气质量监测等生态建设活动，一样都不能少。

城市热岛效应

英文名称：The city hot island effect

晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2摄氏度,甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。

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。一般认为热岛成因有三：一是城市与郊区地表面性质不同，热力性质差异较大。城区反射率小，吸收热量多，蒸发耗热少，热量传导较快，而辐射散失热量较慢，郊区恰相反；二是城区排放的人为热量比郊区大；三是城区大气污染拖物浓度大，气溶胶微粒多，在一定程度上起了保温作用。

大气污染在城市热岛效应中起着相当复杂特殊的作用。来自工业生产、交通运输以及日常生活中的大气污染物在城区浓度特别大，它像一张厚厚的毯子覆盖在城市上宛，白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。从城市气象规划设计出发应考虑：

（1）要保护并增大城区的绿地、水体面积。因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。

（2）城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。

（3）如北京市位于平原中部，三面环山。由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。

（4）减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。

城市热岛效应(Urban heat island effect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流。

近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点:

首先，是受城市下垫面特性的影响。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，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。

另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力

被削弱。

当然，城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。

原则上，一年四季都可能出现城市热岛效应。但是，对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应。为了降低室内气温和使室内空气流通，人们使用空调、电扇等电器，而这些都需要消耗大量的电力。如目前美国1/6的电力消费用于降温目的，为此每年需付电费400亿美元。高温天气对人体健康也有不利影响。有关研究表明，环境温度高于28°C时，人们就会有不适感；温度再高还容易导致烦躁、中暑、精神紊乱等症状；气温持续高于34°C，还可导致一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，死亡率明显增加。此外，气温升高还会加快光化学反应速度，使近地面大气中臭氧浓度增加，影响人体健康。

城市热岛效应形成的原因主要是：

1.城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置以及各种机动车辆）。这些机器和人类生活活动都消耗大量能量，大部分以热能形式传给城市大气空间。

2.城区大量的建筑物和道路构成以砖石、水泥和沥青等材料为主的下垫层：

这些材料热容量、导热率比郊区自然界的下垫层要大得多，而对太阳光的反射率低、吸收率大；因此在白天，城市下垫层表面温度远远高于气温，其中沥青路面和屋顶温度可高出气温8℃～17℃·此时下垫层的热量主要以湍流形式传导，推动周围大气上升流动，形成"涌泉风",并使城区气温升高;在夜间城市下垫面层主要通过长波辐射,使近地面大气层温度上升。

3.由于城区下垫层保水性差，水分蒸发散耗的热量少（地面每蒸发1g水，下垫层失去2.5kJ的潜热），所以城区潜热大，温度也高。

4.城区密集的建筑群、纵横的道路桥梁，构成较为粗糙的城市下垫层、因而对凤的阻力增大，风速减低，热量不易散失。

-在风速小于6 m/s时，可能产生明显的热岛效应，

-风速大于11 m/s时,下垫层阻力不起什么作用，此时热岛效应不太明显。

5.城市大气污染使得城区空气质量下降，烟尘、S02、，N0x，C0，含量增加，这些物质都是红外辐射的良好吸收者，至使城市大气吸收较多的红外辐射而升温。

那么，我们应该如何防止“热岛效应”呢？

一、从绿化城市及周边环境方面：

1．选择高效美观的绿化形式、包括街心公园、屋顶绿化和墙壁垂直绿化及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。

2．居住区的绿化管理要建立绿化与环境相结合的管理机制斌且建立相关的地方性行政法规，以保证绿化用地。

3．要统筹规划公路、高空走廊和街道这些温室气体排放较为密集的地区的绿化，营造绿色通风系统，把市外新鲜空气引进市内，以改善小气候。

4．应把消除裸地、消灭扬尘作为城市管理的重要内容。除建筑物、硬路面和林木之外，全部地表应为草坪所覆盖，甚至在树冠投影处草坪难以生长的地方，也应用碎玉米秸和锯木小块加以遮蔽，以提高地表的比热容。

5．建设若干条林荫大道，使其构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局，减弱热岛效应；

二、在现有的条件上，应考虑：

1、控制使用空调器，提高建筑物隔热材料的质量，以减少人工热量的排放；改善市区道路的保水性性能。

2、建筑物淡色化以增加热量的反射。

3、提高能源的利用率，改燃煤为燃气。

4、此外，“透水性公路铺设计划”，即用透水性强的新型柏油铺设公路，以储存雨水，降低路面温度。

5、形成环市水系，调节市区气候。

因为水的比热大于混凝土的比热，所以在吸收相同的热量的条件下，两者升高的温度不同而形成温差，这就必然加大热力环流的循环速度，而在大气的循环过程中，环市水系又起到了二次降温的作用，这样就可以使城区温度不致过高，就达到了防止城市热岛效应的目的。

此外，市区人口稠密也是热岛效应形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市规划时，可以考虑，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部门，其余部门应迁往卫星城，再通过环城地铁连接各卫星城。

综上所述，热岛效应给人们带来的危害的确不小，但若能够正确的利用已有的技术，控制城市的过快发展，合理规划城市，这个问题并非不可解决。