熱島效應

定義

城市

城市熱島效應是城市氣候中典型的特征之一。它是城市氣溫比郊區(qū)氣溫高的現(xiàn)象。城市熱島的形成一方面是在現(xiàn)代化大城市中，人們的日常生活所發(fā)出的熱量；另一方面，城市中建筑群密集，瀝青和水泥路面比郊區(qū)的土壤、植被具有更小的函授比熱容（可吸收更多的熱量），并且反射率小，吸收率大，使得城市白天吸收儲存太陽能比郊區(qū)多，夜晚城市降溫緩慢仍比郊區(qū)氣溫高。城市熱島是以市中心為熱島中心，有一股較強的暖氣流在此上升，而郊外上空為相對冷的空氣下沉，這樣便形成了城郊環(huán)流，空氣中的各種污染物在這種局地環(huán)流的作用下，聚集在城市上空，如果沒有很強的冷空氣，城市空氣污染將加重，人類生存的環(huán)境被破壞，導致人類發(fā)生各種疾病，甚至造成死亡。

成因

一是城市與郊區(qū)地表面性質不同，熱力性質差異較大。城區(qū)反射率小，吸收熱量多，蒸發(fā)耗熱少，熱量傳導較快，而輻射散失熱量較慢，郊區(qū)恰相反

二是城區(qū)排放的人為熱量比郊區(qū)大

三是城區(qū)大氣污染物濃度大，氣溶膠微粒多，在一定程度上起了保溫作用。

大氣污染在城市熱島效應中起著相當復雜特殊的作用。來自工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及日常生活中的大氣污染物在城區(qū)濃度特別大，它像一張厚厚的毯子覆蓋在城市上空，白天它大大地削弱了太陽直接輻射，城區(qū)升溫減緩，有時可在城市產(chǎn)生“冷島”效應。夜間它將大大減少城區(qū)地表有效長波輻射所造成的熱量損耗，起到保溫作用，使城市比郊區(qū)“冷卻”得慢，形成夜間熱島現(xiàn)象。

青藏高原

據(jù)此，洪堡提出了青藏高原的“熱島效應”理論：對流層大氣的主要直接熱源是地面，或稱“下墊面”，青藏高原由于下墊面大面積抬升，（相當于把“火爐”升高），故其熱量較同緯度、同海拔高度的其它地區(qū)高得多，甚至比赤道附近的同海拔地區(qū)也要高得多。

青藏高原的“熱島效應”對環(huán)境的多要素影響極大，如冰川、生物等。例如，貢嘎山南坡的垂直自然帶和緯度相當?shù)亩朊忌较啾蓉S富得多，許多樹木的分布界線也設于峨眉山，就是這個原理。

釋義

近年來，隨著城市建設的高速發(fā)展，城市熱島效應也變得越來越明顯。城市熱島形成的原因主要有以下幾點：

另一個主要原因是人工熱源的影響。工廠生產(chǎn)、交通運輸以及居民生活都需要燃燒各種燃料，每天都在向外排放大量的熱量。

此外，城市里中綠地、林木和水體的減少也是一個主要原因。隨著城市化的發(fā)展，城市人口的增加，城市中的建筑、廣場和道路等大量增加，綠地、水體等卻相應減少，緩解熱島效應的能力被削弱。

原則上，一年四季都可能出現(xiàn)城市熱島效應。但是，對居民生活和消費構成影響的主要是夏季高溫天氣下的熱島效應。為了降低室內(nèi)氣溫和使室內(nèi)空氣流通，人們使用空調(diào)、電扇等電器，而這些都需要消耗大量的電力。如目前美國1/6的電力消費用于降溫目的，為此每年需付電費400億美元。高溫天氣對人體健康也有不利影響。有關研究表明，環(huán)境溫度高于28°C時，人們就會有不適感；溫度再高還容易導致煩躁、中暑、精神紊亂等癥狀；氣溫持續(xù)高于34°C，還可導致一系列疾病，特別是使心臟、腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率上升，死亡率明顯增加。此外，氣溫升高還會加快光化學反應速度，使近地面大氣中臭氧濃度增加，影響人體健康。

城市熱島效應主要由以下因素影響：蒸發(fā)減少、城市下墊面反射率降低、能量輸入，其強度影響為：蒸發(fā)減少0.05g/sm，熱輸入增加120.9w/m；城市下墊面反射率降低10%，熱輸入增加30w/m；人工能量輸入10w/m，城市中總熱輸入增加160.9w/m，由于受空氣對流的影響，實際熱輸入約20w/m，計算溫升約3.5℃，這與實際比較相符。當夏季空氣流通減緩時，熱輸入會急劇增加，由于城市蒸發(fā)系統(tǒng)適應性低，造成城市溫度急劇上升，同時由于空調(diào)和火電廠的加速運轉又會造成惡性循環(huán)，加劇城市大氣溫升。城市蒸發(fā)量減少也形成了城市干島效應，造成城市上空大氣穩(wěn)定度升高，不易發(fā)生垂直對流，易形成近地表高溫，產(chǎn)生嚴重的空氣污染（例發(fā)灰霾和光化學煙霧）。

太陽能熱島效應

單片太陽能電池一般是不能使用的，實際應用的是太陽能電池組件。太陽能電池組件是由多片太陽能電池組合而成，用以達到期望的電壓值。太陽能電池組件在使用過程中，如果有一片太陽能電池單獨被遮擋，例如樹葉鳥糞等，單獨被遮擋的太陽能電池在強烈陽光照射下就會發(fā)熱損壞，于是整個太陽能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應。為了防止熱島效應，一般是將太陽能電池傾斜放置，使樹葉等不能附著，同時在太陽能電池組件上安裝防鳥針。

防止方法

1．選擇高效美觀的綠化形式、包括街心公園、屋頂綠化和墻壁垂直綠化及水景設置，可有效地降低熱島效應，獲得清新宜人的室內(nèi)外環(huán)境。

2．居住區(qū)的綠化管理要建立綠化與環(huán)境相結合的管理機制并且建立相關的地方性行政法規(guī)，以保證綠化用地。

3．要統(tǒng)籌規(guī)劃公路、高空走廊和街道這些溫室氣體排放較為密集的地區(qū)的綠化，營造綠色通風系統(tǒng)，把室外新鮮空氣引進室內(nèi)，以改善小氣候。

4．應把消除裸地、消滅揚塵作為城市管理的重要內(nèi)容。除建筑物、硬路面和林木之外，全部地表應為草坪所覆蓋，甚至在樹冠投影處草坪難以生長的地方，也應用碎玉米秸和鋸木小塊加以遮蔽，以提高地表的比熱容。

5．建設若干條林蔭大道，使其構成城區(qū)的帶狀綠色通道，逐步形成以綠色為隔離帶的城區(qū)組團布局，減弱熱島效應

在現(xiàn)有的條件上，應考慮

1．控制使用空調(diào)器，提高建筑物隔熱材料的質量，以減少人工熱量的排放；改善市區(qū)道路的保水性性能。

2．建筑物淡色化以增加熱量的反射。

3．提高能源的利用率，改燃煤為燃氣。

4．此外， “透水性公路鋪設計劃”，即用透水性強的新型柏油鋪設公路，以儲存雨水，降低路面溫度。

5．形成環(huán)市水系，調(diào)節(jié)市區(qū)氣候。

減弱建議

（1）要保護并增大城區(qū)的綠地、水體面積。因為城區(qū)的水體、綠地對減弱夏季城市熱島效應起著十分可觀的作用。

（2）城市熱島強度隨著城市發(fā)展而加強，因此在控制城市發(fā)展的同時，要控制城市人口密度、建筑物密度。因為人口高密度區(qū)也是建筑物高密度區(qū)和能量高消耗區(qū)，常形成氣溫的高值區(qū)。

（3）如北京市位于平原中部，三面環(huán)山。由于山谷風的影響，盛行南、北轉換的風向。夜間多偏北風，白天多偏南風。因此，在擴建新市區(qū)或改建舊城區(qū)時，應適當拓寬南北走向的街道，以加強城市通風，減小城市熱島強度。

（4）減少人為熱的釋放，盡量將民用煤改為液化氣、天然氣并擴大供熱面積也是根本對策。

因為水的比熱大于混凝土的比熱，所以在吸收相同的熱量的條件下，兩者升高的溫度不同而形成溫差，這就必然加大熱力環(huán)流的循環(huán)速度，而在大氣的循環(huán)過程中，環(huán)市水系又起到了二次降溫的作用，這樣就可以使城區(qū)溫度不致過高，就達到了防止城市熱島效應的目的。

此外，市區(qū)人口稠密也是熱島效應形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市規(guī)劃時，可以考慮，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部門，其余部門應遷往衛(wèi)星城，再通過環(huán)城地鐵連接各衛(wèi)星城。

（5）城市人口稠密，綠化面積較少，應多種植樹木。

(6)還需控制工廠的排放。

(7)人工蒸發(fā)補償：解決城市大氣熱污染的首要辦法是增大蒸發(fā)量，受城市安裝條件的限制，采用噴霧系統(tǒng)是一種高效且經(jīng)濟的辦法。蒸發(fā)量在0.05g/sm時（白天噴霧11小時相當于2mm降雨量），大氣平均降溫達7℃。

綜述

綜上所述，熱島效應給人們帶來的危害的確不小，但若能夠正確的利用已有的技術，控制城市的過快發(fā)展，合理規(guī)劃城市，這個問題并非不可解決。