導讀：“城市熱島效應”也稱“大氣熱污染現象”，是指城市市區氣溫高于郊區氣溫，高溫城區處于低溫郊區的包圍之中，在用等溫線表示的氣溫分布圖上，形成內高外低的島嶼形式，故稱為“城市熱島效應”。環保專家認為,“熱島效應”80%的因素歸咎于綠地和濕地的減少，城市熱量的排放因素只占20%，所以城市熱島效應的控制重點是綠地和濕地的建設。而衛星熱紅外遙感技術能有效、全面地探測到下墊面的溫度特征，周期性、動態地監測城市熱環境變化趨勢，是研究城市熱島效應的有效手段。

關鍵詞：城市熱島效應，城市熱環境，成因，控制

一、城市熱島效應

 “城市熱島效應”也稱“大氣熱污染現象”，是指城市市區氣溫高于郊區氣溫，高溫城區處于低溫郊區的包圍之中，在用等溫線表示的氣溫分布圖上，形成內高外低的島嶼形式，故稱為“城市熱島效應”。

 城市熱島效應使城市年平均氣溫比郊區高出1 ℃以上，夏季城市局部地區的氣溫有時甚至比郊區高出6 ℃以上。在全球高速城市化的背景下，城市熱島已經成為影響城市環境的要素之一，對城市公共健康、空氣質量、能源消耗等方面構成了嚴重威脅。

二、城市熱島效應成因分析

城市熱島效應的形成與許多因素有關，城市化是形成熱島現象的主要原因。

1、下墊面的變化

 城市微氣候的形成與城市人工構筑的下墊面有著密切的關系。由于城市與郊外的下墊面不同,形成各自的熱環境和熱平衡(圖1、圖2)。

圖1　郊外的熱平衡圖2　城市內的熱平衡

 城市地表無機化，越來越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆蓋，綠地和水面的減少使蒸發作用減弱，大氣得不到冷卻;同時，這些人工構筑物熱容量小,在相同太陽輻射條件下,比自然綠地、水面等升溫快。

2、人工熱源的影響

 城市中大量的人為熱排放也是產生熱島的重要原因。工廠生產、交通運輸以及居民生活都需要燃燒各種燃料,每天都在負外排放大量的熱量。

3、城市中的大氣污染

 城市中的機動車,工業生產以及居民生活所產生的氮氧化物、二氧化碳和粉塵待排放物,這些物質會吸收城市中人工構筑物的熱輻射,產生溫室效應,從而引起大氣進一步溫升。在城市熱島現象的影響下,城區氣溫比周圍郊區的農村高,城市地區的熱空氣上升,并在高空向四周擴散,周圍郊區的較冷空氣流入城區,這樣就形成城市特有的熱島環流。城郊工廠排出的污染物可隨熱島環流由低空吹向城區,使城市污染物濃度升高,進一步增強了城市的熱島效應。

4、城市建筑物密度和負荷

 高密度的建筑物增加了太陽輻射的直接吸收和太陽輻射反彈吸收, 城市中高層建筑物林立，影響風的自然流動，也是導致城市熱島效應的原因之一。

5、城市能耗

 城市大量的能耗增加了表面大氣的溫度,也使熱島效應增強。特別是夏季高溫天氣下的建筑空調負荷大大增強了熱島效應，反過來，城市熱島效應又增加了空調能耗，形成惡性循環。

此外,城市建成率、幾何形狀、城市規模和城市地理位置也與熱島效應存在明顯的相關關系。

三、城市熱島效應的控制

 綠地和水面是有效緩解城市熱島效應，調節和改善城市微氣候環境的最有效因素。環保專家認為,“熱島效應”80 %的因素歸咎于綠地和濕地的減少，城市熱量的排放因素只占20 % ，所以城市熱島效應的控制重點是綠地和濕地的建設。

1、大力推廣城市立體綠化

 植物對太陽輻射的吸收率高，透過率低;植物可通過蒸騰作用帶走大量熱量，提高空氣濕度;特別是樹木通過遮擋陽光可以大量減少輻射熱。植物對太陽輻射的反射率一般為10 %～20 % ，對紅外線的反射率高達70 %以上。研究表明,當一個區域的綠化覆蓋率達到30%,熱島強度明顯減弱;綠化覆蓋率大于50%,熱島緩解現象極其明顯。植物因為進行光合作用，可以產生良好的環境效益，這對緩解全球溫室效應，補救臭氧層空洞都會起到非常重要的作用。

 在城市綠化中應進行合理的喬灌草搭配,尤其是鄉土樹種的種植。應舍棄一味種植草坪和名貴樹木的不合理做法。。由于城市用地緊張，城市綠化中除了進行水平方向森林規劃外，應向立體綠化方向發展。城市有大量的水泥或混凝土屋頂、墻體、立交和邊坡，這些裸露表面為立體綠化提供了可能。發展立體綠化是緩解城市熱島效應的重要方法。

 建筑物的屋面是建筑與大氣接觸的重要界面。而城市中屋面的面積占去了整個城市面積的50 % 左右。增加屋頂綠地覆蓋面積,不僅可以降低空調能耗, 而且還能調節室外氣溫.具有減緩城市熱島效應的作用，生態效益顯著。

2、保護自然濕地，努力構建人工濕地

 水體熱容量大，水分蒸發多，增溫降溫緩和，城市內水面的存在，可在一定程度上緩解城市熱島現象。城市化導致大量的城市農田、水塘、湖泊、內河、沼澤等濕地減少或消失，不透水混凝土建筑、道路和廣場，使大量的降水直接通過排水網流失。濕地的減少或消失，天然降水的白白流失，致使城市失去了通過蒸發帶走城市熱量，降低熱島效應的機會以及水通過促進林木生長，間接降低熱島效應的可能性。要在大力保護原有濕地的基礎上(包括城郊濕地的保護)，在城市進行人工濕地的構建，這是降低熱島效應的有效方法。此外，積極改善不透水下墊面層，利用透水性材料(透水磚等)，有資料表明透水性水泥混凝土路面可降低路面溫度約5℃，所以，城區中透水性鋪裝與城市水體蒸發及綠化體系的蒸騰作用一樣,對改善城市市區熱環境及形成局地風都有明顯作用。

3、構建合理的城市規劃結構

注重城市建設的合理布局，在城市規劃方面實施可持續發展戰略。

 城市熱島效應與城市規模有一定的相關性。有學者認為城市擴展是城市熱島效應形成的主要原因。人口高密度區同時也是建筑物高密度區和能量高消耗區，不可避免地形成高氣溫區。據研究, 10萬人口的城市熱島效應可達0.32℃，100萬人口的城市熱島效應可達0.91℃。因此，必須對城市規模進行規劃，將城市的人口數量控制在一定范圍之內。同時，要控制市區人口密度和建筑密度和高度，選擇通氣流暢的地形進行城市建設，因地制宜，對城市的各個功能區進行合理布局，加大空氣流動空間，盡量使主干道與夏季盛行風的方向一致。

4、降低設備能耗，合理規劃城市能源

 通過改進能源消耗設備構件，更新能源使用方法，提高能源使用效率，減少能源損耗。將城區分散的、低效率的小熱源控制起來，大力推廣集中供熱，以提高能源利用率;盡可能考慮集中空調方式, 以減少建筑物HVAC 系統向空氣的排熱。可以通過改進建筑空調技術、積極探索和推廣新能源利于技術(如地源熱泵技術)、大力開展建筑節能，還應制定相應的政策法規，推動節能措施的落實。

 在經濟合理、技術可行的情況下，可以適當利用綠色能源，如風能、太陽能、生物能、地熱等。不僅節約能源，將一部分太陽能轉換為其他形式能源，減少了輻射能中直接轉換為熱能的能量，即減少了太陽輻射對城市熱島現象的影響。

5、發展“生態隔熱”建筑表皮

 建筑節能技術通常使用白色或淺色處理建筑表面的“反射隔熱”、增大建筑圍護結構的熱阻的“熱阻隔熱”、采用人工材料構造的遮陽設施遮擋太陽輻射的“遮陽隔熱”等，都是將太陽輻射熱直接轉移到室外,在滿足建筑室內熱舒適與建筑節能的同時,卻帶來了城市熱島強度的增加。所以，目前我們應弱化熱島控制中推行反射飾面材料等常規手段，采用綠色植被、水體介質等具有生態要素的復合體,將其置于建筑表面構成生態建筑表皮,將吸收的太陽輻射熱經過物理、生化反應之后，通過蒸騰作用以水分蒸發方式散熱。這樣，就可以降低建筑表皮對周圍環境的太陽輻射反射和熱量轉移，從根本上改善了建筑外部的熱環境，減弱了城市的熱島效應。

6、規范城市交通系統

 提倡公共交通，控制私人小汽車數量，逐步用清潔液化氣取代石油作為城市公交車和出租車的主燃料。目前，國外已研制出以電力作為機動車動力的新技術，這將對城市熱島及城市氣候環境產生積極的影響。同時，對城市大量交通進行有層次的劃分，對車輛進行分流，促進城市大量集聚的熱量、溫室氣體以及懸浮顆粒物分散，減少塵罩作用，降低熱島效應。

四、研究現狀與建議

1.熱島效應的研究現狀

 多年來，眾多學者對城市熱島現象做了大量的研究工作。國內外不少學者根據觀測資料分析指出了城市溫度場及城市熱島強度的影響因素，并提出了城市熱島強度與某些因子的相關模式。。不少學者對城市能量平衡中的一些物理過程進行了廣泛的探討，取得一些有益的成果。近幾年來我國研究人員從城市的人口密度、綠地數量和分布、建成區面積、人為熱、大氣污染、地形等方面研究了城市熱島的范圍、強度與這些因素之間的關系，也針對城市熱場分布與土地利用、覆被之間關系進行了研究。

 常規的城市熱島研究以監測為主，根據監測結果分析影響城市溫度場及城市熱島強度的因素。常規監測方法采用線路觀測和定點觀測相結合，由于觀測不可能同步進行，觀測點位的密度不高，這種方法不能全面、同步地反映地面熱輻射狀況。而衛星熱紅外遙感技術能有效、全面地探測到下墊面的溫度特征，周期性、動態地監測城市熱環境變化趨勢，是研究城市熱島效應的有效手段。常用的熱紅外遙感技術有氣象衛星NOAA AVHRR、陸地衛星(Landsat)TM等。相比氣象衛星NOAA AVHRR 地面分辨率(1 km ×1 km)，陸地衛星(Landsat) TM6 具有120 m ×120 m 的地面分辨率，對于要求精確分析的區域，TM6 是較好的選擇。此外，日本九州大學城市與建筑環境實驗室開發的城市熱島模擬軟件——AU SSSM TOOL , 可對典型區域的熱環境進行模擬，對城市的合理規劃提供參考。。

2.幾點建議

 首先，熱島效應的研究應從基礎資料的調研、收集入手，實地監測城市不同地區熱流方向及大小，對建筑氣候小區進行劃分。其次，在城市不同地區、不同建筑條件下，尤其是熱島現象顯著地區建立監測站，進行測量，獲得城市重點地區熱島現象的變化模式。這些實地監測數據對當地城市和建筑氣候小區的數學模型的建立和修訂是非常重要的。最后，根據實測數值，可以建立當地建筑和城市環境的能量平衡模型，包括建立模擬當地的城市氣候小區、城市下墊面層、人工排熱與熱島效應之間的有機聯系模型。

五、結語

 21世紀環境和能源問題影響著城市形態和人們的社會生活，熱島效應對城市熱環境的影響亟待解決。通過對熱島效應的研究，把握城市熱效應分布與城市發展的關系，對促進城市規劃和生態環境建設，推進城市可持續發展，提高人居環境質量具有重要的意義。

參考文獻

 [1] 都市環境學教材編輯委員會(日).城市環境學.林蔭超,譯.北京:機械工業出版社,2005

[2] 劉加平.城市環境物理.西安交通大學出版社，1993

[3] 楊士弘.城市生態環境學.北京：科學出版社，2002

 [4] 解修平,周　杰,張海龍,等.基于Landsat TM 的西安市城市熱島效應研究河北師范大學學報/ 自然科學版.2007,31(3)

 [5] 彭少麟,周凱,葉有華,等.城市熱島效應研究進展[J].生態環境, 2005, 14(4):

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