城市热岛效应论文Word格式文档下载.docx

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摘要

城市热岛效应,就是因城市化的开展,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,而城区那么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。

尤其是大城市比方等。

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,那么不易通风,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，将危害人体安康，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开展。

关键词　城市热岛；

温差；

人体影响；

1.1.2国内研究现状.....................................................................................................2

城市热岛效应现状

国内外研究概况

国外研究现状

城市热岛现象是人类活动对气候系统产生的最显著的影响之一。

城市地表土地覆盖类型的改变使得城市局部大气和地表温度比周围的郊区温度高出好几度。

城市热岛现象已经出现并被研究了一个多世纪。

Howard的观测到伦敦城区平均温度比郊区高1.1℃，城区与郊区温差最高值出现在晚上，温差最高值为2.l℃，总体上，城市热岛效应在冬季最明显，而在春季最不明显。

城市热岛在世界很多城市都已形成并被研究，大局部作者的结果与Howard的观测结果一致。

Duckworth和Sandberg在SanFrancisco的大公园与市中心之间观测到10℃的温差。

城市热岛的产生原因各不一样。

大局部城市在夏季出现最明显的城市热岛，而不是冬季。

分析了影响城市热岛的气象条件，发现风速是影响城市热岛的主要因素，风速越大，城市与郊区的温差越小，城市热岛的强度与城市的大小正相关。

Rao首先利用热红外遥感来研究城市热岛，他利用ITOS一1热红外数据（10．2～12．5）研究美国大西洋中部沿海城市地表温度分布模式。

Carlson利用AVHRR热红外（10．5一12．5um）白天和夜间的数据研究了LosAngeles地区地表温度分布模式，城市工业和商业区日夜温差大于植被覆盖度高的郊区。

Price利用HCMM（HeatCapacityMappingMission）数据（10．5～12．5m）估算了美国西北部城市热岛效应的范围和强度。

Byrne训发现气候相似区域的平均最小气温与HCMM估算出的夜间地表温度线性相关。

Kidder利用AVHRR研究了St．Louis地区雪分布模式。

Bailing&

Braze利用AVHRR热红外数据（10．3—11．3p,m）研究了美国Phoenix地区的地表辐射温度，发现地表温度与土地覆盖类型相关，重工业区的地表温度比空地地表温度高5度，Carnahan&

Larsonu副利用TM热红外数据（10．4～12．5p,m）发现印第安纳波利斯城市地表温度比周围的乡村地表温度低。

Roth利用AVHRR热红外数据（10．5一11．5pLm）评估了美国西海岸几个城市的城市热岛强度，并发现白天地表温度与土地利用类型相关，工业区地表温度高于植被覆盖地区，而夜间城市与郊区的地表温度差异小。

利用热红外遥感观测到的西班牙Valencia夜间地表温度分布模式与汽车观测到的气温剖面相似。

Gallo利用卫星数据计算了美国西雅图地区夏季植被指数和地表辐射温度，并与最小气温做了比照，发现NDVI与地表温度呈反比关系，尽管NDVI与地表辐射温度都与最小气温显著相关，但NDVI鸯最小气温相关性更好。

，Gallo进一步比照了37个城市及其周围乡村地区的NDVI、地表辐射温度和最小气温，发现NDVI与观测到的城乡温度差异线性相关，地表辐射温度与城乡温差相关性略小些。

NDVI指示了城乡地表性质的差异（蒸发量和热容量），地表性质差异导致了城乡间最小气温的不同。

但在冬季NDVI并不能很好的反映地表性质，因为冬季植被叶子不一定是绿色的，而且光合作用活动弱。

1.1.2国内研究现状

近20多年来各国学者围绕风速、云量、天气背景、城市规模等影响城市热岛的因子做了大量的研究，还对城市热岛的垂直构造进展了观察研究。

城市热岛研究的区域也有一定拓展：

早期城市热岛的研究多侧重于温带地区，现在对热带、副热带以及高纬寒带地区的城市也有了细致的研究工作。

随着计算机技术的高速开展，国外学者还对城市热岛进展了大量的数值模拟研究。

在诸多人类活动研究中，城市热岛效应就成为气候研究中的一个新热点，例如Peterson等研究了全球农村气温变化趋势，以区别城市热岛效应对全球增温的影响。

Hughes等研究了城市对南非气温变化趋势的影响。

Jones等评估了城市化对大陆气温序列的影响。

Weng等根据城郊温度历史性的差异，分析了城市开展对城市热岛效应的影响，认为城市下垫面的扩张对城市热岛强度和地表温度变化具有巨大的影响。

以DuckworthFS.等的城市上空出现郊外气温高于城区的“穿插效应〞〔Cross-overeffect〕为代表，也开展了大量研究。

另外，Lee于1992年运用遥测技术进展韩国主要都会区汉城〔先首尔〕及其邻近卫星城市的都市热岛研究。

日本学者Fukuoka于1983年针对日本都市人口与热岛强度进展了相关分析。

我国对热岛效应的研究早已开场，并取得了许多成果。

对城市气候研究起步于20世纪80年代初，在XX、等大中城市已开展研究，并取得了不少研究成果。

从大气环境角度先后开展了城市热岛强度、水平分布、垂直构造和影响因子的试验研究。

我国学者在、、、、、、XX等大中城市对城市热岛进展了观测和分析研究。

迄今至少已有20多个城市开展过城市热岛效应研究，到80年代后对国内城市气候立体构造和数值模式的研究也逐步开展，但所模拟的垂直高度都在数百米至数千米，而对城市气候环境影响程度较大的、高度在100m以下的城市覆盖层和城市边界层下部的分析研究较少。

另外，由于可供模拟起始边界条件和模拟验证的实际观测资料较少，给数值模拟研究带来了一定的局限性。

另一方面，许多学者对城市大气立体分布进展了实际观测，但在观测方法上却存在一些缺乏。

如观测大多采用温度低空探空、小球测风，且测点较少。

由于探空仪在近地面层〔高度100m以下〕观测精度较差，测点较少〔如1-2个测点〕，使数据的代表性减弱，为正确分析城市近地层气候的立体特征带来影响。

城市热岛效应形成的原因及对人们生活的影响

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，使得城市地区储存了较多的热量，并向四周和大气中大量辐射，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。

大城市散发的热量可以到达所接收的太阳能的2/5.从而使城市的温度升高，这就是常说的热岛效应。

c:

\iknow\docshare\data\cur_work\baike.haosou\picview\41230\41230\0\f9198618367adab4ac3706e28bd4b31c8601e4a8.html城市白天和黑夜的热岛效应，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，工业兴旺，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。

原那么上，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。

高温天气对人体安康也有不利影响。

有关研究说明，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、精神紊乱等病症;

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响速度，使近地面大气中臭氧浓度增加，影响人体安康。

2.1.1城市热岛效应形成的原因

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：

2.1.1.1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。

随着城市化开展，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CO2、SO2、NOx等有毒气体浓度大,总悬浮颗粒物密集,温室气体的含量高。

其中对城市热岛效应影响最显著的是城市大气总悬浮颗粒物与温室气体的影响。

来自工业生产的废气、汽车尾气以及日常生活中的大气污染物，有效增加了城市空气中CO2、NOx、SO2、气溶胶粒等有害物质的浓度，这些污染物善于吸收长波辐射能，尤以CO2吸收长波辐射的能力更强；

且城市上空的污染物层如同保温层一样包围在城市上空，有效阻止长波辐射的逸出，增加大气逆辐射，使热岛效应在夜间尤为突出。

2.1.1.2城市下垫面性质变化

市区人口密度、建筑物密度远比郊区高，建筑物、构筑物和铺砌的道路等所占的面积约在70％～80％以上，绿地相对较少，而郊区那么农田密布，其中80％以上为水田，城乡下垫面性质的差异十清楚显，这就导致城市与郊区在热量平衡各分量上差异，首先表现在城市下垫面的反射率比郊区小，其次是城区下垫面温度在晴天都显著高于郊区，城区的绿地和水域面积小，蒸发蒸腾所消耗的热能比郊区小，下垫面温度又比郊区高，因此，通过湍流交换而提供应空气的显热比郊区大，使城市空气的增温大于郊区。

城市热岛的形成还与天穹可见度有关，城市建筑物鳞次栉比，天穹可见度远小于郊区，这对地面长波辐射散热影响很大，使城市覆盖层内气温不易降低。

从而促使热岛形成。

城市内有大量的人工建筑物,如混凝土、柏油路面、各种建筑墙面等,这些人工构筑物吸热快而热容量小,改变了下垫面的热力属性。

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到达57℃,柏油马路的温度更高达63℃。

这样的路面强烈地吸收太阳辐射能量,然后再将其中的大局部以辐射的方式传送给大气,使空气得到过多的热量,气温急剧升高。

白天,在一样的太阳辐射条件下,它们对太阳光的吸收率比自然下垫面（绿地、水面等）高,升温快,因而其外表温度明显高于自然下垫面。

到了晚上,大气又发挥其保温的效应,使得城市与郊区的温差更加明显〔见图1〕。

分析上图可以看出,塑胶地面对太阳辐射的影响反响最快且最剧烈,地表温度最高。

其余各材质的下垫面,都有明显的延迟作用。

水体的热容量大,蓄热效果好,测试期间温度波动小于3℃,并且平均温度也明显低于塑胶地面。

对太阳辐射影响反响由弱到强依次是:

水体、草地、泥地、混凝。

2.1.1.3人工热源的增加

工厂生产、交通运输以及居民生活都需要消耗各种燃料,把大量的废热排放到城市大气中。

随着经济快速开展,城市化进程的加快、人口、生产、交通集中,在工业生产、家庭炉灶、内燃机等方面消耗能源的同时,废热排放增多,使城市区域增加许多额外的热量输入。

而大城市里面高楼鳞次栉比，商业建筑与日增多，这些地方热量不易于散发，人口集中，风扇，空调的耗能更是惊人。

据调查，城市内人为释放的热量，在美国一般相当于地表所吸收的太阳净辐射热的10％～15％。

城市内大量的人为释放引起城市地区局部升温，从而在温度空间分布图上出现一个个高温中心。

据1984年统计。

XX城区耗煤量为368746t／akm，是近郊的1704倍，市区的耗油量为115336t／akm，相当于郊区的1.508倍。

仅就此两项而论，市区每平方公里上空所获得的人为热相当于郊区的3.2倍强，如果再加上空凋排热等其他的人为热，市区与郊区人为热的差异更大。

都市越大，现代化程度越高，热岛效应就越明显。

可以说，城市热岛效应是城市化进程的副产物。

2.1.1.4城市建筑规模膨胀

城市化的开展，使城内建筑的密度和高度都在不断增加。

大量的高层建筑减低了风速，增加了热量水平交换难度。

城市建筑密度越大，热岛强度愈大[3]。

建筑物高度对地表温度有着至关重要的影响，一方面高大建筑物的巨大阴影可降低地表温度，另一方面建筑物的每一个外表都能吸收太阳辐射和长波辐射，且高大建筑物有效阻止了太阳热辐射的逸出。

研究者通过对城市表层气温的空间分区特点分析了热岛效应的成因，认为城市热岛形成的原因主要是各个区域不同的建筑构造〔几何构造〕和建筑材料所引起，城市中温度最高的区域往往与最深的城市街谷相对应，即通常分布在市中心。

2.2城市热岛效应对人们生活的影响

在夏季,城市局部地区的气温,能比郊区高出6度甚至更高,形成高强度的热岛.城市热岛影响着各个城市。

和一些别的因素产生这种效应，危害人体安康，加剧大气污染，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开展。

第三章研究缓解城市热岛效应的方法与概要　

3.1缓解城市热岛效应的措施

3.1.1加强城市绿化，构建“森林城市〞

城市绿化对减低城市热岛强度，改善城市气候条件有着极为重要的意义，绿化具有遮阳蔽荫、蒸发蒸腾和减低温室效应的作用：

绿地的面积大小、分布及植物配置直接影响绿化的效果，所以在制定城市绿地系统规划时，不仅要考虑每年的扩绿面积，还应着重考虑绿地的合理分布和植物配置在旧城改造的规划中要舍得拿出“黄金地块〞“黄金地段〞来开展绿地．同时利用有限的空间，大力开展垂直绿化，增加绿化总量，以逐步改善城市大量建筑物等下垫面的辐射吸收和散热状况，到达减少热岛的效果。

研究说明，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，当覆盖率大于30％后，热岛效应得到明显的削弱：

当覆盖率大于50％，削弱作用极其明显。

绿化覆盖率增加除了能削弱热岛效应，还能在城市种形成以绿地为中心的低温区域，成为人们户外游憩活动的优良环境。

另外还可以增加人工湿地面积。

人工湿地能吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等，进而缓解热岛效应。

以“绿岛效应〞抑制热岛效应。

大力推动园林城市创立活动，减轻“城市热岛效应〞。

3.1.2研究和应用“环境友好〞路面

目前国内外正在研究的几种“环境友好〞路面主要包括路用热反射涂层、透水式路面、保水式路面和热阻式路面。

路面使用热反射涂层降低路面温度是由日本道路工作者最先提出的。

由于这种特殊材料反射太阳光的能力强，因此将这种材料涂在路面上后，路面积蓄的热量较少。

在道路上应用热反射涂层一定要考虑涂层的颜色，以免造成眩光而影响行车平安。

而在太阳光谱组成中，太阳辐射能量主要集中在近红外区和可见光区，其中红外区的比例最大。

因而提高红外区的反射率会使总体的反射率较高。

对于透水式路面，有研究说明该路面相对于SMA路面的外表温度并无差异，而在中面层处温度差异比拟大，这说明整个路面构造内部聚集的热量少。

这一方面有利于缓解城市热岛效应；

另一方面由于中面层温度较低，可以降低对沥青的要求，节约公路建立资金。

保水式路面也是由日本道路工作者近年来提出的。

众所周知，土的温度比沥青路面的外表更难升高的理由之一，是土中的水分蒸发时的“气化热〞。

保水性路面中的保水材料能吸收并保存降雨或高温季节在路外表洒的水。

利用这些保存的水分蒸发时的气化热降低路面温度。

保水式路面是在原有透水式路面的空隙中填充有保水功能的材料。

目前，保水材料主要有两种：

一种是具有连续空隙的矿物质粉末；

另一种是添加吸水性聚合物的水泥灌浆。

另外，保水性路面也有降低噪音的作用。

使用保水性路面对于路外表温度效果十清楚显。

热阻式路面材料是国内的道路工作者提出的一种解决路面车辙病害和城市热岛效应的路面材料。

在混合料中掺加陶瓷可以有效地降低混合料的导热系数，同时试件上下外表的温度差变大，说明隔热效果明显。

有研究结果说明：

热阻式路面材料具有较好的阻热和路用性能。

但是这种热阻式路面材料目前还处于试验研究阶段，需要进展试验路的实体工程验证。

3.1.3控制大气污染

降低机动车污染物排放量，强化机动车排气污染的管理。

在全市公交汽车和出租小汽车推广液化石油气，全面安装尾气净化器，减轻汽车尾气污染。

依法加强对新生产机动车出厂排气达标管理。

强化在用机动车监视管理。

对于排气不达标的车辆，强制治理。

推广使用无铅汽油，开展清洁能源〔电能、天然气、液化气〕的机动车，扩大清洁能源汽车在城市公共交通使用。

减低氮氧化物、二氧化硫及有机化合物（VOC）的排放，严格控制高硫高灰份煤炭的开采和推行煤炭洗选，制止在新、改、扩建和技改工程中使用淘汰的工艺和设备，超过限期的，要坚决取缔。

要继续取缔、关停小造纸、土法炼铅铸、土法炼焦、土法炼钵、炼硫磺等污染严重的工厂企业。

用静电除尘或袋式除尘器取代旋风除尘器、水膜，使水泥厂、电厂等企业粉尘除尘效率到达80%。

3.1.4控制城市人口数量，并减少人为排热量

城市规模、城市人口密度与城市热岛强度的关系有可能不同,但同城市热岛的强度有直接关系。

因此控制工业生产中废热的排放,将民用煤改为液化气、天然气并扩大集中供热面积,控制城市中机动车的数量,以减少废热排放的同时,采取国家宏观调控手段,控制城市规模和人口密度也是减缓城市热岛效应,促进城市安康开展的必要措施之一。

3.1.5规划城市格局，因地制宜

在城市建立方面，要注意留足城市的“通风道〞，如市内道路要宽畅、建筑低层化、高层楼房不能集中等。

完善城市道路网，构建大容量、无污染、全立交快速交通系统。

首先，更新城市交通观念，积极开展大容量、快速公交车、地铁，提高公共系统的运输效率，合理地规划设置公交线路、站点，布局交通枢纽站，使站、车、人流合理衔接；

其次，研究城市交通管理的现代化技术，建立交通中心控制指挥系统，在全市各主要道路路口建立自动监测网点，设立智能化的交通信号，提高交通容量。

再次，加快城市道路根底设施的建立工作，拓宽道路，疏通瓶颈，实现交通运输快捷，畅通无阻。

最后，搞好道路两侧的绿化、美化工作，充分发挥植物吸收机动车排气污染物，净化环境空气的功能。

每个城市都应根据自身的特点来选择比拟有效缓解措施，如日本东京用大型无污染的人工冷却的方法来给城市降温，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。

XX就根据自身的气候特点采用“穿堂风〞来缓解热岛效应。

3.2研究结果分析

城市热岛效应是由于城市中心区域近地面气温高，大气做上升运动，与周围地区形成差异，周围地区近地面大气向中心区辐合，从而在城市中心区域形成一个低压旋涡，结果就势必造成人们生活、工业生产、交通工具运转中燃烧石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等大气污染物质在热岛中心区域聚集，极度恶化了人们生活所在的建筑环境，危害人们的身体安康甚至生命。

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。

建筑环境温度因热岛效应升高，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。

3.2.1城市下垫面的影响

3.2.1.1对热岛效应的影响因素分析

城市下垫面在对城市热岛效应形成的影响因素中,城市下垫面特征变化的影响不容无视。

由于城市地表对于辐射的吸收、发射、反射,能量的转化,空气污染物和降水的截获,风速等都有影响。

因此,研究城市下垫面特征变化对气象环境的影响不可缺少。

在城市,自然的地表被人为地表所替代,使得其具有低反照率、高粗糙度,对地表热通量产生很大的影响,使得城区的近地面温度比郊区的温度高出2—10℃,产生城市热岛效应。

3.2.1.2大气污染物的影响

城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动，都会产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等大气污染物，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。

3.2.1.3人工热源的影响 

工厂生产、交通运输以及居民生活都需要消耗各种燃料,把大量的废热排放到城市大气中。

3.2.1.4水汽的影响

除了绿地能够有效缓解城市热岛效应之外，水面、风等也是造成城市热岛的因素。

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、因而对风的阻力增大，风速减低，热量不易散失。

在风速小于6m/s时，可能产生明显的热岛效应，风速大于11m/s时,下垫层阻力不起什么作用，此时热岛效应不太明显。

水的热容量大，在吸收一样热量的情况下，升温值最小，表现出比其他下垫面的温度低；

水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。

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。

因此在城市建筑物规划时,要结合当地的风向，不要把楼房全部建立成为东西走向的,要