缓解热岛效应的低吸热路面功能指标同步测试方法
湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划
项目申报表
项目名称: 缓解热岛效应的低吸热路面功能指标同步测试方法
学校名称长沙理工大学
学生姓名学号专业性别入学年份金明201210010431 道路工程男2012 左瑞芳201214020113 道路工程男2012 谭欣201224050413 电气工程及其自动化男2012 郑伟201209020110 道路工程男2012
指导教师钱国平职称教授项目所属
一级学科
580
一、学生曾经参与科研的情况
（1）项目组成员2013年3月均加入长沙理工大学“绿色交通环保小组”，开始参与相关交通环保领域的科研工作，本项目组金明目前担任“热环境”分组负责人。
（2）2013年6月项目组成员参与指导老师承担的交通运输部应用基础研究项目“湿热地区环保耐久型路面养护功能层设计及其功效评价”课题前期工作的前期材料使用效果初步测试和理论分析。
（3）申请项目依托“公路养护技术国家工程实验室”，以及教育部、交通部和湖南省多个研究平台基地，项目组成员2013年7－8月暑假期间在其实习，熟悉了本项目研究需要的全部仪器设备的使用，为本项目的开展奠定了基础。
（4）2013年12月项目组申报的“缓解城市热岛效应的新型道路铺装材料开发及其效能技术评价”获长沙理工大学学生科技项目立项研究。
（5）项目组成员组成合理，骨干成员参与了多个科技项目及赛事，熟悉了科技工作流程，获得挑战杯选拔赛（校内）二等奖1项，全国高等学校土木工程专业本科生优秀创新实践成果三等奖1项。
二、指导教师承担科研课题情况
（1）交通运输部应用基础研究项目“湿热地区环保耐久型路面养护功能层设计及其功效评价”，项目负责人。
（2）广东省交通厅科技项目“汽车尾气绿色降解的高效环保型路面研究及应用示范”，项目负责人。
（3）国家自然科学基金重点项目“沥青路面结构设计的若干基础理论问题研究”，技术负责人。
（4）国家自然科学基金项目“考虑空间分布形态的沥青混合料流变特性及性能试验”，项目负责人。
（5）广东省交通厅重大科技项目“南方水敏感区高速公路路面径流污染规律与防治对策研究”，项目负责人。
三、项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题
3.1项目研究和实验的目的
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等现象，极大地影响着城市生态环境和城市居民的日常生活。城市地表结构物是城市热岛效应的主要影响因素之一，而路面作为最主要的城市地表结构物对城市热岛效应的影响尤为显著。其主要是通过路面热传导、路表热辐射和热对流3种方式作用于路表及环境的温度场，从而影响城市热岛效应，而道路对热岛效应影响强度大小主要取决于道路材料的吸热储热能力、路表的反射率、道路结构的导热率、道路走向、路网密度及路幅宽度等方面。
因此，针对我国城市道路存在的严重的热环境问题和城市“热岛效应”越来越严重的现象，开展具有降温效果显著、成本低且施工方便等优点的沥青路面太阳热反射涂层及沥青路面结构的研究，从沥青路面吸热行为、太阳热反射涂层的降温机理及路面结构的热传导研究着手，主动探寻并采取相应的技术措施和试验研究。
城市道路交通作为城市热岛效应的主要影响因素之一，分析其热环境的影响、提高路面表层材料对热辐射的放射率、增强道路结构对热辐射的传导并且用相应指标评价体系来评价其路面对热辐射的贡献就显得尤为重要，也是缓解及解决城市热岛效应的重要渠道之一。因此，研究一种可以很大程度上模拟真实环境的低吸热路面的功能指标定量测量装置及方法，以便分析新型低吸热路面降温效果的优劣。本项目研究和实验的目的：
◆ 在国内外相关研究成果基础上，比较不同测试方法的共性和优劣，开发可以同时对多种低吸热路面功能指标（太阳反射比、半球发射率、阳光反射指数、导热系数和隔热温差等）进行测量的简易测试方法。
◆ 根据测试方法设计一种可以用于实验室测量的同步测量装置，解决单项测试低吸热路面不同功能指标时环境条件差异和效率低下的问题，从而简化低吸热路面功能指标的测试过程。
3.2项目研究和实验的内容
3.2.1城市道路地表热环境影响因素及定量评价体系
研究典型城市道路(以长沙市为例)地表热环境状况（太阳辐射、地面温度）及其对外在影响变化规律，建立相关模型。通过计算分析，得到典型路段地表热环境的变化规律及因沥青路面造成周边增温的状况，计算分析得出地表热环境相关的理论模型。
从结构传热和热反射性能不同途径分析构建低吸热路面的思路，分析低吸热路面功效的影响因素和功能指标（太阳反射比、半球发射率、阳光反射指数、导热系数和隔热温差等），分析路面热环境定量计算方法，确定低吸热路面功能性的定量评价指标体系。
3.2.2低吸热路面功能性多指标的同步测试装置设计
全面表征低吸热路面功能需要多指标体系，多个指标测试时环境条件如何做到一致，并考虑高效完成至关重要，因此需要开发多指标的同步测试方法。初步测试方法拟定如下：
由温度传感器测出试样板和标准白板表面温度，计算阳光反射指数（SRI ）： w
b s b T T T T SPI --= 其中，Ts 、Tb 和Tw 分别是标准大气环境与太阳辐照下试样板、标准黑板（SRI=0，太阳反射比0.05，半球发射率0.9）与标准白板（SRI = 100，太阳光反射比为0.80，半球发射率为0.9）的表面稳态温度。同时，综合温度传感器测得的试样板及标准白板的背光面稳态温度，可计算出隔热温差。试样板和标准空白板温度同时测量，可减小因分次测量带来的误差。
利用辐射计和精密日射强度计(PSP )直接测量试样板的半球反射率和太阳反射比。其中，辐射计测半球发射率是能量法测量的一种，其原理是直接测量样品的辐射功率，
辐射计探测器的输出信号与被测试样的发射率呈线性关系，通过比较高、低发射率标准板与被测试样输出信号的大小，得出被测试样的半球发射率。
测得的四个参数可由装置外部的输出设备直接读取得到。
本研究考虑如下装置设计方案：
——测试装置的环境模拟部分设计：以氙灯作为太阳光模拟光源，设计一种可调节强度和照射角度来模拟一天内太阳光的照射角度和光照强度的太阳光模拟装置。同时加入喷水装置.、鼓风装置、加热装置来模拟夏季高温天气和阴雨天气，便于实验室测量。——测试装置的测量部分设计：根据低吸热路面功能性指标测试方法，利用现有装置或者自行开发的装置设计组合装置设计图，建立3D模型后联系厂家制作出样机。——数据集成输出系统：利用计算机软件编写数据处理程序，使其能够在输出设备上将各个部分测量值进行处理后以表格或者图像等形式形象、直观的统一输出。
3.2.3路面热环境多指标测试方法的应用与完善
利用测试装置针对对不同路面表层材料，在标准规范下进行不同材料的配比实验，然后利用测量仪器对实验材料进行热辐射吸收率、反射率、密度等参数的测量。测定不同路面下层结构的热物理参数，通过足尺试验，对其影响规律与趋势的研究，进行敏感性分析。利用装置样机对低吸热路面样品快进行测量工作，验证装置是否正常运作，达到预期的设计目的和标准。发现装置存在的问题，并进行修正。
3.3要解决的主要问题
解决多项低吸热路面功能性多指标（太阳反射比、半球发射率、阳光反射指数、导热系数和隔热温差等）体系的同步测量问题，实现多指标体系相同条件下的高效测定，为低吸热路面的开发与应用提供测试手段。
四、国内外研究现状和发展动态
分析表明，提高路面涂层对太阳热的反射能力和道路热传导效率，应重点分析如何改善路面涂层颜色、通过涂层材料的组配及路面结构优化，以降低路面表层温度；而开发低吸热路面功能同步测量装置，应重点分析如何综合各单项指标测试方法，找出其中的共同点，进而找出可以同时测量多指标的测试方法。对此，国内外开展了系列相关研究，可为本项目提供参考。
4.1国内外研究现状
4.1.1 地表热环境理论模型研究现状
早在半个世纪前，Monteith等[1]就发现了地表热辐射具有角度变化。此后，许多学者以植被冠层、裸土等为研究对象，纷纷开展地面观测试验，发现了热辐射方向性的存在。最近几年来，针对城市热辐射方向性的航空飞行试验已经开展，同时一些相关的模型也建立起来。
Lino等[2]利用机载多光谱扫描仪（MISS，工作波段为8.0-11.0μm）对日本川崎进行了航空观测，并结合GIS技术发展了城市区域表面温度的模拟算法。该研究重点在于城市热岛分析，并未明确指出城市热辐射方向性的存在。
城市气候也是城市热环境的重要组成部分，在其研究领域，为了方便开展观测试验，学者们将城市建筑物按照一定比例缩小，构建模拟真实的城市的观测场景，用以研究街谷的湍流输送方式、能量平衡以及数值模型的验证等。Soux等[3]利用实心木块构建了城市建筑场景以及验证热辐射的计算机模拟模型。
余涛等[4]建立了二维的城市楼区热外辐射方向特性模型，对城市区域目标和建筑物温度的分布进行了简化。
Johnson等[5]首次开发了3D辐射传输模型SHM(The Surface Heat Island Model)，用于模拟理想天气条件下城市地表温度热岛，并分析了城市三维结构与地表物理性质对于热岛的影响。
4.1.2 城市路面热反射材料与结构方面
王伟[6]采用碘钨灯作为模拟光源，测试涂布涂层试件和未涂布涂层试件的温度值，AC-13 和SMA-13 试件在2cm 处可分别降低12.2℃和10.4℃，在5cm 处可分别降低温度8℃和 6.5℃。结合经济性考虑，推荐施工时涂层的最佳涂布量为0.7kg/m2~0.9kg/m2。夏季高温时，涂层可有效降低沥青路面温度9℃左右，夜间也可以降低路面温度近2℃。
程承等[7]人通过降温效果试验分析，太阳热反射涂料的用量与降温效果并不成线性关系，而是存在最佳涂刷量，为了能够进一步提高降温效果，提出了双层式涂装，即利用高反射率涂料对沥青面层进行遮盖后再涂刷上层色彩功能层。
李源渊等[8]人从道路吸热率和反射率方面考虑，应用颜色较浅而反射率较高的沥青面层，可有效反射太阳辐射降低路面温度，通过使用高反射率的浅色粒料（如石灰岩），提升反射率0.3 左右。
何睿[9]指出：采用水溶性硅酮树脂为成膜材料，以粒径在1Lm以下的陶瓷为填料制作的热反射涂料，性能稳定、光滑性好、热反射功能强、不容易污染，是与环境友好的涂料，对生态环境不造成危害，对人类健康不产生负面影响。
梁满杰等[10]发现欲获得优良降温效果的太阳热反射涂层，关键是提高可见光和近红外光波段的反射率，同时要提高远红外波段的发射率；而太阳热反射涂层对可见光和近红外光吸收越小越好。
陈明宇[11]发现，在室内持续辐照条件下导热沥青混凝土集热效率达37.5%~47.7%;换热管道间距为30cm，在自然辐照环境中导热沥青混凝土的全天平均集热效率仍相对于普通沏青混凝土可29.7%。
冯德成/易军艳等[12]研究发现，对于1层只有3mm的结构，如果选用合适的材料，可以使传递到结构层底面的温度降低4℃到5℃，从而改善结构层下部的温度状况。
对于颜料，对可见光和近红外光的吸收同样越小越好，同时，为减少太阳光透过，颜料对太阳光应有尽可能大的散射，与普通沥青路面相比，理想灰色太阳热反射涂层在达到热平衡时的理论降温极限在18-24℃。
英国一项专利介绍了一种褐色太阳热反射涂层，由成膜剂和近红外热反射颜料构成，近红外反射率≥70%，太阳光总反射率≥45%。
德国一项专利介绍了一种太阳热反射涂层，用于降低底材的表面温度，含有黑色颜料1～8%、杂色的着色颜料0.1～10%、白色颜料0～10%、硅酸3～30%。
4.1.3 热环境物理参数的测试方法研究现状
目前，航天器热控涂层测量太阳反射比的普遍方法是光谱法，利用带积分球的紫外、可见、近红外分光光度计可以精确测量材料不同波长的反射比，根据太阳光在一定波长范围内的相对能量分布，通过加权平均计算材料在上述波长范围内的太阳反射比。但是由于紫外、可见、近红外分光光度计价格较为昂贵，国内仅有大的测试机构和有实力的科研单位能够承受，其应用受到了一定的限制[1]。
美国材料测试协会标准ASTM C1549[2]规定了一种用便携式反射比测试仪测定材料
常温下太阳反射比的方法。该方法具有测量精度较高，数显分辨率为0.001、测量方式灵活、选择多样等特点，且该测试方法快速、准确，且仪器的价格相对低廉。
ASTM编制了E1918标准方法[3]，评估材料表面对实际太阳辐射的反射能力，该方法是用精密日射强度计(PSP)，在现场测量水平或低坡度（小于9.5o）表面的太阳反射比。这种方法简单直观，能够实时监测表面对太阳辐射反射的变化情况，反映了材料对实际太阳辐射的反射能力。缺点是易受环境因素制约，多云和薄雾天气严重影响测量工作。因此测试期间天气应该晴朗、无云、无雾霾。
GJB2502《3航天器热控涂层试验方法3部分：发射率测试》中的辐射计法和ASTM C1371Standard Test Method for Determination of Emittance of Materials Near Room Temperature Using Portable Emissometers 是常温下用辐射计测量材料半球发射率的方法。利用辐射计探测器的输出信号与被测试样的发射率呈线性关系，通过比较高、低发射率标准板与被测试样输出信号的大小，得出被测试样的发射率[4-5]。
ASTM E1980[6]指出所谓的“阳光反射指数SRI”（Solar Reflectance Index）是指在标准大气环境与太阳辐照下，材料表面稳态温度与标准黑板（SRI=0，太阳反射比0.05，半球发射率0.9）和标准白板（SRI = 100，太阳光反射比为0.80，半球发射率为0.9）表面温度的相关性。阳光反射指数可以衡量某种材料（表面）在阳光直射下保持低温的能力，SRI越高，那么这种材料在阳光直射下的温度就越低。并给出了SRI的计算公式和相关参数的选取方法。
JG/T235规定了热反射涂料隔热温差的测试方法：用红外加热灯分别照射固定于测温箱开口处的空白试板和热反射涂料试板，测量试板背面温度，待达到热平衡后，空白试板和热反射涂料试板背面温度之差即是这种热反射涂料的隔热温差。刘翼等对此方法进行了改进，同时考虑到热源辐照度、环境风速、空气温度等对测试的影响，研发出隔热温差试验机[7]。
化工行业标准《金属表面用热反射隔热涂料》中推荐了一种隔热温差的模拟试板测试法[8]，这种方法的特点是使用了旋转托盘，保证了样板接受热辐射的均匀性。另外，试板和空白板温度同时测量，可减小因分次测量带来的误差。缺点是用红外线仪测量放在支架上的样板背面温度操作上有一定的困难，另外红外灯的光谱与太阳光谱相差较大，削弱了热反射材料在两种热辐射源下测试结果的可比性。该方法适于热反射涂料研发过
程中的横向比较和配方筛选。
杨文颐等[9]指出模拟热箱法和模拟试板法都是在实验室里模拟实际工况测试热反射材料的隔热效果，虽然具有复现性好、试验周期短等优点，但实验室模拟与实际自然环境毕竟存在着一定的差异，为了评价热反射材料在自然条件下的隔热降温效果以及随时间变化周围环境因素对其的影响，可将表面覆有热反射材料的具有一定体积的试验箱置于空旷的户外，或者直接将热反射材料应用于建筑等实体对象，测试太阳辐射下试验物体和对照物体外表面温度、内表面温度和内部气温，比较其差异、研究温度变化情况。另外，如果是实体建筑，可在试验房和对比房内安装空调，调节空调温度使二者一致，通过计量在一段时间内空调的耗电量可以计算应用热反射材料时的节电量。
4.2 国内外研究动态分析
综合国内外的研究资料可以看出，国外的研究重点是太阳热反射涂层颜色的多样性以及节能型太阳热反射涂层；国内太阳热反射涂层技术尚不成熟，未推广应用，特别是道路工程领域路面太阳热反射涂层在我国尚未开展系统性的研究工作；国外对路面涂层颜色对热反射的研究虽进行了不少研究，也取得了部分进展，但仍处于初步阶段，尚不成熟。路面结构直接决定路面的热物性能及路面对热量的传导，已经引起了国内外的重视，但也只有一些定性的描述和分析，而没有系统的、定量的分析研究报告。
综合国内外的研究资料可以看出，国内外研究重点是单项热性能指标测试方法与测试仪器的研究，并未进行综合性多指标同步测量仪器的研发工作，也没有推广应用，特别是低吸热路面的实验室测试阶段。
热性能测试装置有着广阔的推广应用前景，但是低吸热路面功能指标同步测试装置在国内外虽然进行了不少试探性的研究，但都未开展系统性的研究工作。
因此，缓解热岛效应的低吸热路面功能指标同步测试方法急需要进一步的研究。
参考文献
[1]Monteith J,Szeicz,G. Radiative Temperature in the heat balance of natural surfaces[J].The Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1962，88(837): 496-507.
[2]Soux A ,V oogt J,Oke T. A Model to calculate what a remote sensor sees of an urban surfaces[J].Boundary-Layer Meteorology，1004，111:109-132.
[3]Y u Tao ，Tian Qiyan ，Gu Xingfa ，et al Modeling directional brightness temperature over
a simple typical structure of urban areas[J].Journal of Remote Sensing, 2006,10(5) : 661-669.
[4]Johnson G,Oke T.Lyons T,et al Simulation of surface urban heat islands under ideal conditions at night part 1:Theory and tests against field data[J].Boundary-layer Meteorology,1991,56(3):275-294.
[5]王伟.沥青路面太阳热反射涂层性能及应用研究[C].重庆交通大学硕士，2011
[6]程承.热反射型沥青路面涂料制备与性能评价[D].长安大学硕士，2012
[7]李源渊，李艳春，孙建勇.沥青路面对城市热岛效应的影响分析[J].天津建设科技，2009，4:36-38
[8]何睿.环保型热反射涂料的发展前景[J].中国涂料，2012，12:36-38
[9]梁满杰.沥青路面光热效应机理及热反射涂层技术研究[D].哈尔滨工业大学硕士，2006
[10]陈明宇.导热沥青混凝土路面太阳能集热及融雪化冰的研究[D].武汉理工大学博士，
2011
[11]冯德成，易军艳.沥青路面热阻粘封层机理及性能研究[J].公路交通科技，2009，
26(5):1-5
[12]GJB 2502.2-2006航天器热控涂层试验方法.第2部分:太阳吸收比测试
[13]ASTM C1549 Standard Test Method for Determination of Solar Reflectance Near Ambient
Temperature Using a Portable Solar Reflectometer.
[14]ASTM C1918 Standard Test Method for Measuring Solar Reflectance of Horizontal and
Low-Sloped Surfaces in the Field
[15]GJB2502.3-2006航天器热控涂层试验方法第3部分:发射率测试
[16]ASTM C1371 Standard Test Method for Determination of Emittance of Materials Near
Room Temperature using Portable Emissometers
[17]ASTM E1980 Standard Practice for Calculating Solar Reflectance Index of Horizontal and
Low-Sloped Opaque Surfaces
[18]建工行业标准.热反射金属屋面板(征求意见稿)
[19] 化工行业标准.金属表面用热反射隔热涂料(报批稿)
[20] 杨文颐.热反射涂料热性能测试方法综述[J].中国建筑材料检验认证中心，2012.2.
五、本项目学生有关的研究积累和已取得的成绩
项目成员参与相关课题调研及2013年在“公路养护技术国家工程实验室”进行相关材料热环境相关试验，获得了相关材料的性能，为本研究打下基础；通过学校科技立项，开展了相应的路面温度场理论研究；初步进行了同步测试装置的方案设计。
5.1 参与交通运输部应用基础研究项目前期试验测试与调研，熟悉了相关研究方向上的常规材料性能参数与测试方法
2013年6月项目组成员参与指导老师承担的交通运输部应用基础研究项目“湿热地区环保耐久型路面养护功能层设计及其功效评价”课题的前期工作，前期测试与调研相关使用效果测试结果，见下图1-4。
图1 路面基层材料温度收缩系数
图2 路面基层材料湿度收缩系数
图3 路面面层结构温度热传导性能测试
图4 相应的路表温度与湿度测试结果
5.2通过学校科技立项，开展了相应的路面温度场计算，打下相应理论基础
2013年12月项目组申报的“缓解城市热岛效应的新型道路铺装材料开发及其效能技术评价”获长沙理工大学学生科技项目立项研究，并开展相关理论分析，可以为本项目的研究打下理论基础。见图5-6。
图5 不同环境条件下相关路面温度随深度变化情况
-6
-4
-2
2
46810
12
14
16
024681012
141618202224
温度（℃）时刻（h ）6 cm 面层表面 6 cm 面层底面9 cm 面层表面9 cm 面层底面12cm 面层表面12cm 面层底面15cm 面层表面15cm 面层底面
图6 通常环境条件下路面温度场时空变化情况
5.2初步进行了同步测试装置的方案设计
目前，本项目组成员已经汇总收集国内外相关文献，针对低吸热路面的太阳反射比、半球发射率、阳光反射指数、导热系数和隔热温差等指标的不同测试方法和测试装置进行对比分析，得出了一种可行性的同步测试方法，并完成了初期成果论文一篇——“低吸热路面功能性指标同步测量方法”。同时根据测量方法，结合国内外测量装置进行了装置方案初步（见图7），并且开始了装置详细设计图绘制的工作。
图7 路面热环境同步测试装置示意图
六、项目的创新点和特色
◆仪器的零部件全天候太阳光模拟装置（氙灯）可以模拟一天内太阳光强度及其入射
角度的变化，同时仪器加入了鼓风装置、喷水装置和加热装置（模拟夏季高温），可以对不同天气情况进行模拟，解决了由于天气原因不能进行户外低吸热路面功能指标测量的问题，可用于实验室测量。
◆本项目开发的综合性测试仪器相对于普通单项测试仪器，可以对多项低吸热路面功
能性能指标进行同步测量，简化测试过程。
七、项目的技术路线及预期成果
7.1技术路线
采用室内与现场测试、模型与足尺实验并重，理论分析与调查研究并行，材料特性实验与工程应用示范乡结合的技术手段，系统开展缓解热岛效应的低吸热路面功能指标同步测试方法研究。技术路线见下图8。
图8 项目技术路线图 调查相关文献
低吸热路面影响因素及其评价方法 低吸热路面功能性指标测试方法 低吸热路面功能性指标测试装置
测试装置的环境模拟部分设计 测试装置的测量部分设计 数据集成输出系统 测试装置试验验证与改进 测试装置产品化
7.2预期成果
◆开发可以同时对多种低吸热路面功能指标（太阳反射比、半球发射率、阳光反射指
数、导热系数和隔热温差等）进行测量的简易测试方法。
◆开发出于实验室对夏季高温环境不同天气情况模拟的低吸热路面功能指标的同步测
试装置。
◆发表学术论文2～3篇，获得国家专利1-2项。
八、年度目标和工作内容
2014年03月至04月：调查国内外相关文献，了解低吸热路面影响因素及其评价方
法与低吸热路面功能性指标测试方法和测试装置；
2014年04月至07月：完成测试装置的环境模拟部分、测量部分设计、数据集成输
出系的设计，画出设计图纸；
2014年08月至12月：联系厂家根据设计图进行仪器样机的制作；
2015年01月至09月：在实验室内，利用样品装置对低吸热路面样品快进行测量工
作，验证装置是否正常运作，达到预期的设计目的和标准。
发现装置存在的问题，并进行修正；
2015年10月至11月：相关成果的发表；
2015年12月：项目结题报告。
指导教师意见
签字：日期：年月日
什么是城市热岛效应
什么是城市热岛效应 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)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。 基本简介 城市热岛效应(The 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同的热力环流。城市白天和黑夜的热岛效应[1] 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℃，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。 来源与发展 20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。热岛效应近年来，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。 热岛效应原则上，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
杭州城热岛效应的调查与分析
杭州学军中学 组长 杜怡兰（高二9班） 组员 张翎（高二5班）、陈瀚文（高二12班）、叶显爵（高二5班） 第一执笔 杜怡兰 指导老师 ：杭州市青少年活动中心 科技总辅导员 施泽民
杭州城热岛效应的调查与分析 ［内容摘要］ 2010年8月我们四人参加了杭州少年科学院组织的，以城市“热岛效应”为主题的城市小气候科考活动，一个多星期以来，考察测量了杭州的气温、气压、湿度等气候指标。我们组主要针对几个气温的日变化规律及其影响因素做出分析，画出了反映杭州高温季节的最热点分布的热地图。在活动中我们学会了气象观测和气温分析并提出降低热岛效应的建议。 ［关键词］气温测点分析 一.序论 1.1考察背景、意义、目的 近年，全球气候变暖日趋加剧，杭州等“火炉城市”夏季炎热也日益加重。为了研究城市热岛效应的具体表现和原因，本研究小组于2010年暑期参加了由杭州少年科学院组织的杭州青少年城市小气候科考活动，活动以城市“热岛效应”为主题，多人协作同步在杭州城市的多个监测地点进行连续24个小时不同时间节点的气温、湿度、风向及风速等气象因子测量，通过对热岛区域及周围环境状况的相关分析，得出杭城热岛效应形成的可能原因与机理，继而从这些原因和机理出发，提出减缓杭城热岛效应问题的方法与思路，以期对城市规划设计和创建宜居环境提供一定的参考。 1.2概念阐述 城市热岛效应：指城市温度高于郊野温度的现象。由于城市地区水泥、沥青等所构成的下垫面导热率高，加之空气污染物多, 能吸收较多的太阳能，有大量的人为热进入空气；另一方面又因建筑物密集，不利于热量扩散，形成高温中心，并由此向外围递减。 热地图：就是指高温分布图。因为考察期间正处在夏季高温阶段，为形象地描述所测地区的高温分布状况，使用“热地图”名称描述。 二、实地测量 2.1实验设计 2.1.1实验器材 ZOGLAB牌DSR-TH电子气象数据收集器8个 DeltaTRAK电子气象数据收集器3支
城市热岛效应的产生原因
杨巧巧环境科学2134122115 城市热岛效应的产生原因：（1），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。 （2）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。 （3）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。 （4）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 干岛效应与湿岛效应的产生原因 城市干岛：城区由于下垫面粗糙度大（建筑群密集、高低不齐），又有热岛效应，其机械湍流和热力湍流都比郊区强，通过湍流的垂直交换，城区低层水汽向上层空气的输送量又比郊区多，这两者都导致城区近地面的水汽压小于郊区，形成“城市干岛”。 城市湿岛：到了夜晚，风速减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存留于低层空气中的水汽量少，水汽压迅速降低。城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压乃高于郊区，出现“城市湿岛”。 混浊岛效应： 它是指城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集,致使排出的污染气体和空气中的尘埃等混浊程度都大大高于周边地区,形成“混浊岛”;而尘埃等混浊物恰哈是云层中的水汽变成降雨所最需要的“凝结核”,于是产生了这样的效应:城市上空的凝结核越多,水汽就越容易在此凝结造成降水,增加了雨量。此外,由于市区建筑物集中、高大,使风速在此大为减弱,强雨带等天气系统在市区上
城市热岛效应
城市热岛效应 科技名词定义 中文名称：城市热岛效应 英文名称：urban heat island 定义：指城市温度高于郊野温度的现象。由于城市地区水泥、沥青等所构成的下垫面导热率高，加之空气污染物多, 能吸收较多的太阳能，有大量的人为热进入空气；另一方面又因建筑物密集，不利于热量扩散，形成高温中心，并由此向外围递减。 所属学科：生态学（一级学科）；城市生态学、生态工程学和产业生态学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)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。 简介 英文名称 The Urban Heat Island Effect 热岛效应
城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)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。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℃，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。 编辑本段来源与发展 20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。 热岛效应 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。 热岛效应
城市热岛效应的成因分析及影响
城市热岛效应的成因分析及影响 改革开放以来，我国城市化进程明显加快，目前已经进入到高速城市化的起飞线上，随之而来的城市环境污染问题也日益严重，其中的城市“热岛效应”作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。 城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”城市热岛效应，通俗地讲就是城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。在气象学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。在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6℃甚至更高，形成高强度的热岛。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同的热力环流。 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。因此，一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是夏季高温天气的热岛效应。 这些年来，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，它的热容量低，热传导率高，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℃，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。 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因。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。一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成的 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市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。城市拥有大量的人工构筑物，其道路及建筑物的成分多为水泥、柏油、钢筋混凝土、砖石和金属等，这些材料都是吸热能手，它们具有热容量大、导热率高的特点，能吸收大量的热辐射。据资料显示，它们所占的面积约为70％～80％E 。另外，这些材料大多较郊区绿地的颜色深，对太阳辐射的吸收率较大，能吸收更多的热量。郊区土地有大量植被覆盖，植物的蒸腾作用可以带走热量，使温度不会太高。例如在夏天，当草坪温度为32℃、树冠温度为3O℃左右时，水泥铺成的地面的温度就可达到57℃，而柏油铺成的马路的温度更可以高达63 度。 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。城市人为热即人类活动产生的废热，城市大量的人为热释放引起城市地区局部升温，对城市热岛的形成起着十分重要的作用。弛等将人为热源分
热岛效应产生的原因
热岛效应产生的原因 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(Urbanheatisleffect)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。
上海“城市热岛效应”变化趋势的研究
上海“城市热岛效应”变化趋势的研究 上海市储能中学赵佳依 摘要 从多年的上海市、区县气象站哨观测资料分析来看，上海城市的热岛效应十分显著。通过对比分析位于广场地区的原六十二中学近20年的气温数据和其他观察站近40年的观测资料，探讨了上海城市热岛效应强度在时间、空间上的变化趋势与特点，得到了绿化工程可以有效削弱城市热岛效应的增长势头，但其不可避免地包含着区域气温变化所带来的波动的结论，为上海生态城市建设提供了一定得参考价值。 关键词城市热岛效应气温绿地 一、绪论 城市热岛效应是英国化学家Lake Howard(1772～1864 年)通过对城市中心区和临近地区城镇气温的观测比较后于 1820年提出。此后，已有数以千计的有关城市气候的论文发表。近年来，城市市区－—城市郊区气温差异扩展的趋势已被证明，在少于一万人人口的小城镇中亦能在长时间温度记录中探测到城市热岛的存在。学者Karl等对美国历史气候观察网的资料分析后认为，平均而言，城市化进程可以影响造成约 0.06 ℃（1901-1984 年）的城乡气温差异。当然，这一个热岛效应结论仅仅是针对1901年到1984年这一段时间中的美国城市而提出的。 在我国，学者周淑贞、束炯、桑建国、李朝颐等，先后对城市热岛效应及形成机制进行了多方面的研究。邓莲堂（2001）指出，城市绿化面积、城市规模的大小、建筑物密度、城市地表形态等（这些我们认为是城市化指标）是影响城市区域气候特征的最主要的内在因子。与此同时，加速变化中的全球性气候大背景更是给城市区域气候的变化研究带来了复杂性。城市热岛效应作为城市气候最显著的特点之一，它也在不断地变化之中。所以，城市热岛效应既受到城市化进程的影响，也受到全球气候变化大背景的作用。更多的学者倾向于前者即城市化进程对于城市热岛效应的作用更为强烈。中国气象局北京城市气象研究所的郑祚芳、刘伟东等人2006年发表论文时提到，不断加速的城市化进程对城市气候有着深远的影响。城市化过程带来的最显著变化是使城市下垫面状况发生改变 ,城市密集的人口分布和汽车保有量的不断增加 ,加剧了城市热量排放 ,导致城市热岛现象的出现 ,已经并将继续对城市气候产生影响。 上海是我国最大的工商业城市，其发展速度之快在我国首屈一指。 90 年代以来，随着上海城市建设的进一步发展、城市化进程的推进以及人口的迅速增长，再加上全球范围的气候变化，上海的城市热岛又有了新的变化。上海的经济发展异常迅猛 ,全市GDP(国内生产总值 ) 的年均增长连续十多年超过 10 % ,城市建设也大幅发展。与上海城市发展有密切联系的城市热岛效应的变化情况如何呢 ?未来一段时间又会呈现怎样的变化趋势呢？本文利用近二十年人民广场地区的气温资料、近三十年全市各个主要气象观察站的气温数据，进行年际的比较以及相互的对比，来比较真实地讨论上海城市热岛效应在时间、空间两方面的变化，并分析了绿化面积该因子对上海城市热岛效应的作用，试图为上海城市生态建设提出有意义的建议。
关于城市热岛效应及其现实影响研究的结题报告
关于城市热岛效应及其现实影响研究的结题报告 高一.十班 Ⅰ. 组长：李泽颢成员：李泽颢 相关学科：地理指导老师：吴新亚 Ⅱ. 背景：随着世界的发展，人口的增多，城市化的进程不断加快，一座座新城市不断被建起，人类文明因此高速发展。但是不可避免的，人类的扩建也产生了恶果。其不仅对环境造成了破坏，对自身也有不小的影响。其中，城市热岛效应是一个突出的现象。其具体表现为城市相对于周围郊区温度明显偏高，如同露出水面的岛屿。而作为中学生我们也应了解一下，来更加深刻地了解这一效应，并充分认识到事物发展的两面性。 Ⅲ.目的：了解城市热岛效应的定义，实质，表现形式，对人们日常生活的影响，对不同地区的不同效应，起因以及郑州本地的城市热岛状况。从中试图寻找解决办法。 意义：有利于加深对热岛效应的了解，增加对科学的热爱，加强实践能力和对学科的认识。 同时对论文这一文体有了更多的经验。 Ⅳ.分工：由一个人分不同阶段进行不同方式的调查。 Ⅴ.研究方法:观察，采访，网络搜索，搜寻，研究，问卷调查 Ⅵ.成果： ①城市热岛效应(Urbanheatislandeffect) 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。 ②定义 热岛是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，是城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城区储存了较多的热量，并向四周和大气中幅射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。 ③成因 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
城市热岛效应的论文
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，
“城市热岛效应”形成原理及有效应对措施 (原创)
1．城市建筑蓄热对“城市热岛效应”的影响原理 以建筑连片面积达1000平方公里的某大城市为例，有1000万人口、400万辆汽车，汽油的燃烧值是3.45*10^7J/L，按每辆轿车每天行驶50公里，每天耗油量4升计算，每辆轿车每天的燃烧值为38kwh，400万辆，总散热量为15200万kwh＝1.52亿kwh。 人体散热功率以100w计算，1000万人，一天的散热量为： 100W×24h×1000万＝2400万kwh＝0.24亿kwh。 太阳辐照地面，每平方米功率高达0.8-1kw，辐照1平方公里地面的太阳能功率为100万kw，1000平方公里的太阳能功率为10亿kw，一天晒10小时，可形成100亿kwh热量。 从总热量来说，人体和汽车释放的热量加在一起，也仅相当于太阳辐照热量的1/50，太阳辐照地面形成的热量，远高于城市汽车、人体释放的热量。 一般认为是城市下垫面变化造成了“城市热岛效应”，太阳辐照地面形成的热量是如何因城市下垫面变化导致“城市热岛效应”的呢？ 本课题人员在进行建筑隔热等建筑热工学原理研究过程中，发现：以一般日照每天所能达到的传热厚度计算，不同材料单位面积的蓄热量相差几十倍、上百倍。
首先通过在BEED建筑热工节能软件的传热延迟时间计算，得到在同样的日照条件下，不同材料的传热厚度，在此基础上，根据所得到的传热系数，计算同样时间内的传热量，就可以得到不同材料在达到同样传热量时的各自厚度，在此基础上计算蓄热量，见下表： 材料在日光照射下的传热时间和传热厚度计算 日光照射墙体，按表面升温20℃计算传热，在延迟时间之前，传热被墙体吸收形成为蓄热，墙体传热量计作零。超过延迟时间后，并且达
城市热岛效应论文
远程教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目论“城市热导效应”对人在城市生活的影响及缓解对策姓名与学号 年级与专业土木工程(工程管理)(专本2(业余)) 学习中心合肥中心 指导教师
浙江大学远程教育学院本科生毕业论文（设计）诚信承诺书 1.本人郑重地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。 2.本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。 3. 本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究内容过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。 4. 在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 毕业论文（设计）作者： 2015 年11 月8 日 论文版权使用授权书 本论文作者完全了解浙江大学远程教育学院有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学远程教育学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。 毕业论文（设计）作者签名： 2015 年11 月8 日
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）摘要 摘要 城市热岛效应,就是因城市化的发展,导致城市中气温高于外围郊区的现象。在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。在夏季,城市局部地区的气温,能比郊区高出6℃甚至更高,形成高强度的热岛。城市热岛影响着各个城市。尤其是大城市比如北京等。第一：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,这些物质能大量吸收环境中的热辐射能量,并增加大气对地面的长波逆辐射,产生众所周知的温室效应, 引起了气温的进一步升温。第二：城市建成区、几何形状,与热岛强度存在着明显的关联。如果城市建筑走向设计、或几何形状不合理,则不易通风,造成因风速小而热量不易散发,导致局部气温过高。和一些别的因素叠加产生这种效应，将危害人体健康，加剧大气污染，会造成局部地区的自然灾害，导致气候与物候失常等危害，最终影响了人类和生物的发生发展。 关键词城市热岛；温差；人体影响； I
城市热岛效应
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
苏州市城市热岛效应现状分析
分会场编号：S10 苏州市城市热岛效应现状分析 季 嬿1，朱 焱1，张宁2 （1. 苏州市气象局，苏州，215131 2.南京大学大气科学学院，南京，210023） 摘要：城市化进程加快所导致的城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）对于全球气候变化产生着深远的影响。近年来，苏州经济高速发展，年国民生产总值位列全国同类城市前列。截至2014年底，全市户籍在册人口约661.08万人，流动人口达到690万左右，随着城市经济建设规模的扩张以及城市人口数量的快速增长显著地加快了苏州的城市化进程，这可能导致苏州城市热岛效应进一步凸显。因此，利用最新的气象观测数据对苏州城市热岛效应进行较为系统的评估对于整个城市的健康发展和合理规划具有重要的现实意义。 本研究首先按照《城市园林绿化评价标准》的要求，选择苏州市范围内53个城市热岛代表站（其中城区站点19个，郊区站点34个）观测得到的4968组气温数据（共计119232个气温记录），对苏州市2013年夏季热岛强度值进行了整体评估。其次，利用1986至2010年美国宇航局（NASA）Landsat/TM卫星观测反演得到的地表气温数据对五种不同下垫面（城镇、裸地、水体、农田、林地）条件下的热岛效应强度进行更加精细化的估计。具体方法是：以太湖平均温度作为本底温度，在此基础上计算不同下垫面地表温度与太湖平均温度的差值得到相对温度，按照相对温度差值大小分为6级来表征热岛效应强度，从而得到苏州热岛强度等级分布。除了观测资料分析，本研究还利用数值模拟手段分析了不同绿化率、绿化方式对苏州市气象环境、城市热岛效应的影响。具体数值试验方案包括一组参考试验和五组敏感性试验，即：苏州市区实际绿化率（参考试验）、苏州市区所有网格点均无植被覆盖（敏感性试验1）、苏州市区所有网格点均为20%的树木覆盖（敏感性试验2）、苏州市区所有网格点均为40%的树木覆盖（敏感性试验3）、苏州市区所有网格点均为20%的草地覆盖（敏感性试验4）、苏州市区所有网格点人为热为0（敏感性试验5）。 研究结果表明：1）2013年度6-8月苏州城市热岛强度值为0.47℃，满足城市热岛效应强度“三星级”（≤2℃）考核要求；2）1986至2010年的卫星反演资料表明，随着苏州城市化的进程，苏州市城市热岛效应有缓慢增强的趋势。从分布特征来看，苏州城市热岛效应呈明显的放射型分布特征，以市区为中心向周围呈放射状分布；3）数值模拟结果表明，植树绿化和草地绿化都可以使局地空气温度有所下降，植树绿化的降温效果要优于草地绿化。苏州现有绿化水平（以树木绿
关于城市热岛效应及其现实影响研究的开题报告
关于城市热岛效应及其现实影响研究的开题报告 高一.十班 Ⅰ. 组长：李泽颢成员：李泽颢 相关学科：地理指导老师：吴新亚 Ⅱ. 背景：随着世界的发展，人口的增多，城市化的进程不断加快，一座座新城市不断被建起，人类文明因此高速发展。但是不可避免的，人类的扩建也产生了恶果。其不仅对环境造成了破坏，对自身也有不小的影响。其中，城市热岛效应是一个突出的现象。其具体表现为城市相对于周围郊区温度明显偏高，如同露出水面的岛屿。而作为中学生我们也应了解一下，来更加深刻地了解这一效应，并充分认识到事物发展的两面性。 Ⅲ.目的：了解城市热岛效应的定义，实质，表现形式，对人们日常生活的影响，对不同地区的不同效应，起因以及郑州本地的城市热岛状况。从中试图寻找解决办法。 意义：有利于加深对热岛效应的了解，增加对科学的热爱，加强实践能力和对学科的认识。同时对论文这一文体有了更多的经验。 Ⅳ.分工：由一个人分不同阶段进行不同方式的调查。 Ⅴ.研究方法:观察，采访，网络搜索，搜寻，研究，问卷调查 Ⅵ.计划：第一阶段：搜集资料 ①通过网上搜索，了解城市热岛效应。 ②随机采访几位市民，询问其对城市热岛效应的了解，及对其日常生 活的影响。 ③试图采访当地气象局，查看郑州近年来气温变化。 ④观察周围生活环境，试图寻找热岛效应的痕迹，可以做适当摄像。 ⑤可做一些调查问卷，了解人们对热岛效应的熟悉程度，及对其看法。 第二阶段：整理资料： ①整理采访内容，分类置放。 ②整合搜索资料，加以修改。 ③把数字数据集合起来，尽量以图表格式直观地体现。 ④筛选有用图片，整合。 ⑤意见整合，综合归纳。 第三阶段：分析资料 ①从资料中找出关键信息。 ②寻求老师指导完成分析。 ③资料分析中试图找出新信息。 ④同时分析到热岛效应的好处和坏处。 ⑤加入适当专业人士评语看法。 ⑥提出自己的观点，找出解决办法。 第四阶段：写成论文 ①布局分配 ②资料引用
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，
城市热岛效应
城市热岛效应 英文名称：The Urban Heat Island Effect 热岛效应 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。
城市热岛效应
城市热岛效应 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)，是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”[1] 。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。形成城市热岛效应的主要因素有城市下垫面、人工热源、水气影响、空气污染、绿地减少、人口迁徙等多方面的因素。最新新闻 春节人口大迁移明显减弱城市热岛效应2015-02-12 21:57 中国春节期间的人口大迁徙被称为世界上每年最大规模的人类迁移，人次多、周期短、方向性强，具有很强的规律性。中国科学院“百人计划-引进国外杰出人才”、大气物理研究所研究员张井勇的研究团队及合作者的最新研究结果表明，中国春节期间大规模人口迁移对城市热岛效应有显著影响，这种影响尤以夜间更为明显。...详情 中文名城市热岛效应 外文名Urbanheatislandeffect 形成原因大量的人工发热、建筑物和道路等 概念城市中的气温明显高于郊区的现象 年平均温差1°C 夏季温差6°C以上 目录 1历史沿革 2形成因素 ?城下垫面 ?人工热源 ?水气影响 ?空气污染 ?绿地减少 ?人口迁徙 3基本特征 4科学实验 5主要危害 6防止措施 ?绿化环境 ?减少排放 ?城市规划 7研究进展 1历史沿革 19世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中，首先提出了“热岛效应”的气候特征理念。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。海岛上的地面气温，由于高于周围海上气温，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。进入21世纪，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，它的热容量低，热传导率高，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℃，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。
浅谈热岛效应
浅谈城市热岛效应 一、城市热岛效应概述 城市气温普遍比郊区高，在整个气温场中城市犹如屹立在凉爽郊区海洋中的热岛一样，这种现象被称为热岛效应，城市热岛效应是城市气候中典型的特征之一。城市热岛的形成一方面是在现代化大城市中，人们的日常生活所发出的热量；另一方面，城市中建筑群密集，沥青和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的比热容，而反射率小使得城市白天吸收储存太阳能比郊区多，夜晚城市降温缓慢仍比郊区气温高。城市热岛是以市中心为热岛中心，有一股较强的暖气流在此上升，而郊外上空为相对冷的空气下沉，这样便形成了城郊环流，空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下，聚集在城市上空，如果没有很强的冷空气，城市空气污染将加重，人类生存的环境被破坏，导致人类发生各种疾病，甚至造成死亡。 我们知道城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因。热岛强度有明显的日变化和季节变化：日变化表现为夜晚强、白天弱，最大值出现在晴朗无风的夜晚，上海观测到的最大热岛强度达6℃以上。此外季节分布还与城市特点和气候条件有关，北京是冬季最强，夏季最弱，春秋居中，上海和广州热岛效应以10月最强。年均气温的城乡差值约1℃左右，如北京为0.7～1.0℃，上海为0.5～1.4℃，洛杉矶为0.5～1.5℃。城市热岛可影响近地层温度层结，并达到一定高度。城市全天以不稳定层结为主，而乡村夜晚多逆温。水平温差的存在使城市暖空气上升，到一定高度向四周辐散，而附近乡村气流下沉，并沿地面向城市辐合，形成热岛环流，称为“乡村风”，这种流场在夜间尤为明显。城市热岛还在一定程度上影响城市空气湿度、云量和降水。对植物的影响则表现为提早发芽和开花、推迟落叶和休眠。 二、城市热岛效应的产生 城市热岛效应的产生有许多方面的因素，通俗的说有以下五点： 1.城市内拥有大量锅炉、热容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，大部分以人为热形式传给城市大气空间。 2城市拥有大量的建筑和道路构成以砖石、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