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第17章 什么是“城市热岛效应”

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。

城市的“热岛效应”,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,就像突出海面的岛屿,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”。城市为什么会成为高温区呢?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;三是城区大气污染物浓度大,气溶胶微粒多,在一定程度上起了保温作用。城市内的大量人工构筑物,如铺装地面、各种建筑墙面等,改变了大气与地面交换热属性。这些人工建筑物吸热快而热容量小,在相同的太阳辐射条件下,它们比自然地表升温快,因而其表面温度明显过高。另外,城市地表含水量少,热量更多的以反射方式的形式进入空气中,导致空气升温。同时城市地表对太阳光的吸收率较自然地表高,能吸收更多的太阳光,进而使空气得到的热量也更多,使温度升高。如夏天里,当草坪温度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,怎么能让人觉得不热呢?

想想城市里那么多的车和人在城市里川流不息,城市里的汽车尾气及粉尘都是吸收热量的物质;工厂、机动车、居民生活等都在使用各种燃料、消耗大量能源,无数个火炉在燃烧,都在排放热量。而很多城市里的公园,树木和草地很少,绿化不够使这些热气和尘埃等无法被有效吸收。所以,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空,严重影响人们的正常生活和身体健康。

为了不让我们生活在热岛里,就要大力发展城市绿化,以减轻热岛影响。树木、草地等绿地能吸收太阳热量,这里所吸收的辐射能量中,大部分被植物蒸腾作用和光合作用消耗了,从而使环境温度有所下降。据计算,每公顷绿地平均每天可从周围环境中吸收81.8兆焦耳的热量,相当于189台空调的制冷作用。而且园林植物通过光合作用,可以吸收空气中的二氧化碳,从而削弱温室效应。此外,园林植物能够滞留空气中的粉尘,并进一步抑制大气升温。

能够有效缓解城市热岛效应的除了绿色食物之外,水和风等也是缓解城市热岛的有效因素。水的热容量大,在吸收相同热量的情况下,升温值最小,而且水面蒸发吸热,也可降低水体的温度。而风能带走城市中的热量,也可以在一定程度上缓解城市热岛。

同时我们在城市规划中,采用新型环保建筑材料;控制城市人口数量;遏止主要因大量施工和过度能源消耗引起的城市气候升温;鼓励建造屋顶花园,并减少空调的使用;大力推行房顶、墙壁绿化,室内生态设计;市区路面要进行保水性、透水性铺装;在城市建设方面,要注意留足城市的“通风道”,如市内道路要宽敞、建筑低层化、高层楼房不能集中等。用一些大型无污染的人工冷却的方法来给城市降温。如日本东京投巨资在城市地下铺设专用管道,引入循环流动的冰冷的海底之水给城市降温。

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。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℃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℃,并且有频繁的热浪冲击的话,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,高温还加快光化学反应速率,从而使大气中臭氧浓度上升,加剧大气污染,进一步伤害人体健康。

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