城市熱島效應(yīng)的特征研究報(bào)告-----以長(zhǎng)沙市為例

1、-. z城市熱島效應(yīng)的特征研究-以市為例摘 要：在全球變暖和高速城市化的大背景下，世界上許多城市都出現(xiàn)了高強(qiáng)度的城市熱島效應(yīng)。在城市熱環(huán)境日趨惡化的今天，分析與評(píng)價(jià)城市熱島效應(yīng)已成為城市氣候與環(huán)境研究的重要容。本文分別從時(shí)間與空間兩個(gè)角度出發(fā)，結(jié)合歷史氣象數(shù)據(jù)分析了市的熱島效應(yīng)特點(diǎn)，總結(jié)了其熱島效應(yīng)的變化規(guī)律，并探討了改善城市熱島效應(yīng)的策略及意義。關(guān)鍵詞：城市熱島效應(yīng) 變化規(guī)律 改善策略城市熱島效應(yīng)的成因及危害 1.1城市熱島 由于城市地面覆蓋物多，發(fā)熱體多，加上密集的城市人口生活和生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的人為熱，造成市中心的溫度高于郊區(qū)溫度，且市各區(qū)的溫度分布也不一樣。如果繪制出等溫曲線(xiàn)，就會(huì)看到與

2、島嶼的等高線(xiàn)極為相似，這種氣溫分布現(xiàn)象稱(chēng)為熱島效應(yīng)。可見(jiàn)，城市熱島效應(yīng)反映了一個(gè)溫差的概念，只要城市與郊區(qū)有明顯溫差，就可以說(shuō)存在城市熱島。2014年冬季*市冬季等UHI強(qiáng)度圖 1.2形成原因 全球變暖的氣候條件是造成城市熱島效應(yīng)的外部因素，而城市化才是熱島形成的因。一般認(rèn)為城市熱島效應(yīng)是由以下三個(gè)原因造成的: 1城市下墊面的特殊性。城市有大量的人工建筑物如混凝土、柏油路面、各種建筑墻面等，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，改變了下墊面的熱力屬性。如在夏天，草坪溫度32、樹(shù)冠溫度30時(shí)，水泥地面的溫度可以到達(dá)57，柏油馬路的溫度更高達(dá)63。這樣的下墊面強(qiáng)烈地吸收太陽(yáng)輻射能量，然后再將其中的大局部

3、熱以輻射的方式傳送給大氣，使空氣得到過(guò)多的熱量，氣溫急劇升高。白天，在一樣的太陽(yáng)輻射條件下，它們對(duì)太的吸收率比自然下墊面(綠地、水面等)高，升溫快，因而其外表溫度明顯高于自然下墊面。到了晚上，大氣又發(fā)揮其保溫的效應(yīng)，使得城市與郊區(qū)的溫差更加明顯。2自然大氣的成分組成改變。正常的空氣中含21%氧氣和78%氮?dú)猓€有1%是其他物質(zhì)。而城市中由于大量的機(jī)動(dòng)車(chē)、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活等人為因素的影響，城區(qū)大氣中CO、等有毒氣體濃度大，總懸浮顆粒物密集,溫室氣體的含量高。其中對(duì)城市熱島效應(yīng)影響最顯著的是城市大氣總懸浮顆粒物與溫室氣體的影響。總懸浮顆粒物是指懸浮在空氣中，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑在0100m的固體

4、顆粒物和液體小滴，包括PM10(粒徑圍在 010m)和PM2.5(粒徑=圍在10100 m)。研究認(rèn)為，總懸浮顆粒物在城市熱島效應(yīng)中起重要作用?？倯腋☆w粒物加劇城市熱島強(qiáng)度，降低晝夜間溫度波動(dòng)幅度，使城市大氣增溫、改變大氣的穩(wěn)定性及垂直運(yùn)動(dòng)，影響大圍的大氣環(huán)流和水循環(huán)，促進(jìn)溫室效應(yīng)的形成。3人工熱源的影響。工廠(chǎng)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及居民生活都需要消耗各種燃料，把大量的廢熱排放到城市大氣中。4區(qū)域氣候的影響 不同地理位置的城市，諸如海濱和陸處在不同的大氣候背景下，受到海陸風(fēng)、海洋比熱容大的影響，海濱城市日變化最大熱島強(qiáng)度比陸要低，增幅也緩慢。并且發(fā)現(xiàn)沿海港口城市的熱島強(qiáng)度年變化有循環(huán)變化的規(guī)律，陸城

5、市則不明顯。有時(shí)外部氣象條件，如氣壓場(chǎng)穩(wěn)定、氣壓梯度小、無(wú)風(fēng)無(wú)對(duì)流運(yùn)動(dòng)，熱量不易散發(fā)也會(huì)加劇城市熱島效應(yīng)。熱島不僅在不同城市氣候條件下，有時(shí)在同一城市不同氣象背景氣候條件下城市熱島強(qiáng)度和時(shí)空分布特征效應(yīng)也不一樣。 1.3熱島效應(yīng)的危害 主要危害有：1造成城市上空污染物的聚集；2城市地面散發(fā)的熱氣形成近地面暖氣團(tuán),城市煙塵被暖氣團(tuán)所籠罩不能及時(shí)擴(kuò)散，形成對(duì)人體有害的煙塵污，導(dǎo)致咽炎、氣管炎等呼吸道疾??；3造成酸雨等各種環(huán)境問(wèn)題。4加劇供電緊，增加城市居民的生活負(fù)擔(dān)。 的氣候條件簡(jiǎn)介 屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候。氣候特征是：氣候溫和，降水充分，雨熱同期，四季清楚。市區(qū)年平均氣溫 17.2，各縣 16.

6、817.3，年積溫為5457，市區(qū)年均降水量 1361.6 毫米，各縣年均降水量 1358.61552.5 毫米。夏冬季長(zhǎng)，春秋季短，夏季約 118127 天，冬季 117122 天，春季 6164 天，秋季 5969 天。春溫變化大，夏初雨水多，伏秋高溫久，冬季嚴(yán)寒少。 3月下旬至 5月中旬，冷暖空氣相互交綏，形成連綿陰雨低溫寡照天氣。從5月下旬起，氣溫顯著提高，夏季日平均氣溫在30以上有85天，氣溫高于35的炎熱日，年平均約30天，盛夏炎熱少雨。9月下旬后，白天較暖，入夜轉(zhuǎn)涼，降水量減少，低云量日多。從11月下旬至第二年3月中旬節(jié)屆冬令，氣候平均氣溫低于0的嚴(yán)寒期很短暫，全年以1月最冷，月

7、平均為4.45.1。 數(shù)據(jù)分析與討論 利用rp5.ru/可以收集到歷年市的氣象數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，對(duì)市區(qū)和郊區(qū)的溫度差異及其變化特征進(jìn)展比照分析。熱島效應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)學(xué)定義式為： 式中為市區(qū)觀測(cè)站平均溫度；為郊區(qū)觀測(cè)站平均溫度。 3.1四季UHI強(qiáng)度日變化比照 在2014年四個(gè)季節(jié)中各選擇一個(gè)月春季5月；夏季8月；秋季9月；冬季11月的逐時(shí)氣溫為采樣對(duì)象，由公式計(jì)算出熱島強(qiáng)度，作圖如下。2014年*四季UHI日變化圖 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析：從2014年四季UHI日變化圖中可以看出，四個(gè)季節(jié)夜晚的熱島強(qiáng)度比白天大得多。0:0004：00時(shí)段熱島強(qiáng)度根本保持不變；上午05:0008:00左右，太陽(yáng)升起，熱

8、島強(qiáng)度出現(xiàn)迅速減小的現(xiàn)象。到中午即11:0014:00之間，熱島強(qiáng)度降至最低值。16:00開(kāi)場(chǎng)熱島強(qiáng)度開(kāi)場(chǎng)迅速增加，直至20:00之后，增加的速度減慢，到23:00至次日00:00到達(dá)最大值。 原因分析：城區(qū)大量的人為熱釋放及城鄉(xiāng)下墊面蓄熱輻射能力差異是造成這一過(guò)程的主要原因。且大氣層的穩(wěn)定性晝夜發(fā)生變化，造成白天風(fēng)速一般比夜間大，白天熱量湍流交換強(qiáng)烈，夜間比較穩(wěn)定，熱島強(qiáng)度加強(qiáng)。冬季居民取暖消耗燃料排放熱量，造成城區(qū)溫度上升，UHI強(qiáng)度高于其他季節(jié)。 3.22014年冬季日平均熱島強(qiáng)度頻率分布 選取市2014年11月份共90天的實(shí)時(shí)溫度為采樣對(duì)象，計(jì)算出冬季一天24小時(shí)的熱島強(qiáng)度，統(tǒng)計(jì)分布情

9、況作圖如下：2014年*市冬季日平均熱島強(qiáng)度頻率分布 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析：2014年市冬季的熱島強(qiáng)度集中在01之間，其中最大頻率出現(xiàn)在0.51之間。 3.3風(fēng)玫瑰圖的繪制統(tǒng)計(jì)市2014年11月的風(fēng)向，利用oringin軟件繪制風(fēng)向玫瑰圖如下：2014年*風(fēng)向頻率分布圖 由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，市11月份以西北風(fēng)為主，同時(shí)西北偏北風(fēng)、西北偏西風(fēng)的頻率也較高。4建議與結(jié)論 由于熱島效應(yīng)的影響，使市城區(qū)氣溫長(zhǎng)期高于郊區(qū)，在靜風(fēng)狀態(tài)下，形成有郊區(qū)吹響市中心的局域風(fēng)，使遷建于郊區(qū)排放有害氣體的企業(yè)，對(duì)城區(qū)產(chǎn)生新的污染，造成城區(qū)大氣質(zhì)量下降。因此建議： 4.1增加垂直綠化 綠化對(duì)減低城市熱島強(qiáng)度，有著極為重要的意義，綠

10、化具有遮陽(yáng)蔽蔭、蒸發(fā)、蒸騰和減低溫室效應(yīng)的作用。雖然由于城市的擴(kuò)，可利用種植綠地的空間有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法到達(dá)與城郊、鄉(xiāng)村相比較的，但我們可以利用有限的空間，開(kāi)展垂直綠化，增加綠化總量，以逐步改善城市大量建筑物等下墊面的輻射吸收和散熱，降低熱島效應(yīng)。研究說(shuō)明，當(dāng)綠化覆蓋率覆蓋率大于 30后，熱島效應(yīng)就將得到 明顯的削弱：當(dāng)覆蓋率大于 50，削弱作用極其明顯。綠化覆蓋率增加除了能削弱熱島效應(yīng)，還能在城市中形成以綠地為中心的低溫區(qū)域，成為人們休閑游玩的好去處。 4.2 鋪設(shè)環(huán)境友好路面 為了改善下墊面特性，目前，國(guó)外正在研究一些環(huán)境友好路面，主要包括路用熱反射涂層、透水式路面和保水式路面。 熱反射路面：

11、使用熱反射涂層降低路面溫度，最早是由日本道路工作者提出的。利用一些反射太能力強(qiáng)的特殊材料，將其涂在路面上現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)展到建筑涂層后，路面積蓄的熱量將會(huì)減少。在太譜組成中，太陽(yáng)輻射能量主要集中在近紅外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)，其中紅外區(qū)的比例最大。因而提高紅外區(qū)的反射率會(huì)使總體的反射率較高。但這個(gè)方法有一個(gè)特別需要注意的地方，即應(yīng)用在路面上的熱反射涂層一定要考慮涂層顏色，以免造成眩光而影響行車(chē)平安。 透水式路面：有研究說(shuō)明該路面相對(duì)于瀝青路面的外表溫度并無(wú)差異，而在中面層處溫度差異比較大，這說(shuō)明整個(gè)路面的部蓄熱量少。這一方面有利于緩解城市熱島效應(yīng)；另一方面由于中面層溫度較低，對(duì)表層瀝青的加熱熔化效果明顯削弱，

12、因此可以降低瀝青鋪設(shè)的要求，節(jié)約建立本錢(qián)。 保水式路面：保水式路面也是由日本道路工作者近年來(lái)提出的。保水式路是在原有透水式路面的空隙中填充有保水功能的材料。眾所周知，土的溫度比瀝青路面的外表更難升高的理由之一，是土中的水分蒸發(fā)時(shí)的氣化熱。保水性 路面中的保水材料能吸收并保存降雨或高溫季節(jié)在路外表灑的水。利用這些保存 的水分蒸發(fā)時(shí)的氣化熱降低路面溫度。另外，保水性路面也有降低噪音的作用。 使用保水性路面對(duì)于路外表溫度效果十清楚顯。 4.3 進(jìn)展合理的城市規(guī)劃 為了增強(qiáng)城市通風(fēng)，以削弱熱島效應(yīng)，加速城市大氣污染物的稀釋?zhuān)壳俺?市通風(fēng)的呼聲越來(lái)越高。留足夠的城市通風(fēng)道，主要是市道路寬度、建筑層數(shù)、高層樓房集中度等。另外，合理地規(guī)劃設(shè)置公交線(xiàn)路、站點(diǎn)，布局交通樞紐站，并設(shè)立智能化的交通信號(hào)，提高交通容量，使車(chē)流和人流順暢；最后，進(jìn)展道路兩側(cè)的綠化帶的建立工作，發(fā)揮植物吸收機(jī)動(dòng)車(chē)排氣污染物的能力也是必不 可少的。 4.4 結(jié)語(yǔ) 綜合以上分析，市的熱島效應(yīng)強(qiáng)度在正常圍，平均在0-0.5之間。呈現(xiàn)明顯的UHI強(qiáng)度夜晚高于白天，冬季高于其他季節(jié)。城市熱島效應(yīng)是城市化進(jìn)程中難