什么是热岛效应

　　"城市尚余三伏热，秋光先到野人家"，这句古诗说明早在陆游那个时代，人们就已察觉城市暖于郊区。

　　城市热岛效应是一种城市化的发展导致城市中的气
温高于外围郊区的现象。在气象学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，而城区则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，所以被形象地称为"城市热岛"。

　　随着经济的发展和城市化进程的加剧，世界上很多大城市都不同程度地受到了城市热岛效应的威胁，给城市带来了许多负面效应，特别是在夏季，热岛效应影响了人们的工作、生活和健康，增加能源消耗，破坏了城市生态环境，因此城市热岛效应的产生是城市化进程中不可回避的问题，并已成为制约城市健康发展的重要因素之一。如何缓解城市热岛效应，改善城市环境，已成为目前国际社会普遍关注的热点问题。

　　那一座座热岛

　　报载：《酷热罕见刷新记录，珠三角艰难承受城市热岛效应》。根据广东省各级气象台的监测，2004年6月27日始出现的高温酷热天气，持续天数已刷新多项记录，成为有气象记录的历史最热时期。从6月28日至7月3日，气象部门共发布红色预警信号23次。建国以来广州市的年平均气温是22.0℃，而近几年的年平均气温呈上升趋势：从1998年22.8℃到2003年23.1℃，气候变暖已经是不争的事实。

　　报载：《"火炉"南京连日"高烧"不退》，南京城区城郊温差4℃～6℃。

　　据气象部门观测，福州市夏天最高气温有25天高居全国各大城市之首，福州已进入"火炉"城市之列。

　　打开卫星遥感气象观测图，上面红绿相间：上海、南京、杭州、苏州......一座城市就是一片红，每座城市周边绿汪汪的。红色的区域表示高温，这说明，城市的温度明显高于郊区。借助卫星遥感等高科技手段，专家们发现，城市热岛效应已成为北京越变越热的诱因。最新公开的一项科研成果显示，在北京1040平方公里的规划市区内，热岛面积已占到五分之一。北京市园林科学研究所李延明首次定量分析了15年来北京城市热岛的分布、强度，认为规划市区内共有5个强热岛和6个次强热岛。

　　据悉，市区温度一般比郊区高0.4℃～0.7℃。夏天的傍晚最明显。国际上最高的差别值是11℃。从年代看，呈逐年递增的趋势。以福州市为例，60年代市区仅比郊区高0.16℃，70年代市区也仅比郊区高0.17℃，70～80年代稍高一些，为0.2℃。80年代后，城市温度与郊区之差骤然增加。从风速看，市区的风速为34米／秒，比郊区风速低0.7米／秒。

　　住在城市中的居民都会感到，夏季越来越热，让人无法忍受。事实确是如此。据气象观测，近年来我国各大城市温度都有不同程度的升高。除具有"火炉"之称的南京、武汉、重庆外，近年来长沙、合肥、济南、福州、郑州等城市温度每年都在上升，有的已经成了名副其实的"火炉"。

　　英国气象局的一项新分析表明，全球变暖使气温升高的现象，在城市地区比乡村地区严重得多，城市居民将经历更多的炎热夏日。如果大气中二氧化碳含量增加一倍，城市热岛效应的强度会增加两倍。目前城市地区平均每平方米释放热量的功率为２０瓦，将来会升到６０瓦以上。英国气象局的这一分析结果，与美国《全国科学院学报》最近发表的一项对中国东南地区的调查结论一致。中国东南地区经济较为繁荣、城市化程度高，调查显示这一地区每１０年气温上升的幅度，比中国农村地区同期内气温上升幅度高０.０５摄氏度。

　　热岛效应的形成

　　城市热岛的形成，与城市化的发展密不可分。北京市园林科学研究所高级工程师李延明将其形成的直接原因概括为四个方面：

　　一是城市下垫面（大气底部与地表的接触面）特性的影响。城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。比如夏天里，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，怎么能不热呢？

　　二是城市大气污染。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。

　　三是人工热源的影响。工厂、机动车、居民生活等，燃烧各种燃料、消耗大量能源，无数个火炉在燃烧，都在排放热量！

　　四是城市里的自然下垫面减少了。城市的建筑、广场、道路等等大量增加，绿地、水体等自然因素相应减少，放热的多了，吸热的少了，缓解热岛效应的能力就被削弱了。

　　气象专家、南京大学余志豪教授说，受热面的大小，受热材料的差异，是造成城郊温差的主要原因。"同样一万平方米的地面，在郊区，可能是一望无际的田野，吸热慢，温度上升慢；而在市区，高楼密集，建筑物顶面和侧面都成受热面，受热面积要远远大于郊外。而钢筋、水泥等建材，热容量小，一旦受热，温度上升很快，并向四周大量散热，带动周边气温升高......"

　　现在气象学家在城市规划中暂时缺位。城市建设常常缺乏基本的生态设计常识，给城市的环境和生态带来了明显的负面影响，城市大面积的"水泥化"就是最典型的一种。"水泥化"是泛指使用混凝土、沥青、花岗岩、大理石、釉面砖、硅酸盐等建筑材料来硬化城市的现象，硬化的表面包括地面、墙面、屋顶和水体。这种硬化设计的初衷本是希望减少城市粉尘，增加建筑的美感、提高水体的清洁度等。然而，这类硬化设计带来的真实效果却是加重了城市的热岛效应，增加了粉尘治理的难度，使水体水质恶化，使雨水资源流失，使城市植被不健康，使城市的噪音污染加剧，使城市的居住舒适度变差。

　　与其他因素相比，"水泥化"给城市环境带来的问题所涉及的方面是最广、最为多样的：

　　（1）水泥化建材能吸收大量的太阳辐射热，在夏季的阳光下，混凝土平台的温度可比气温高8℃，屋顶和沥青路面高17℃，因此，水泥化会使城市热岛效应重，悬浮颗粒物沉降难，使空气质量难以改善。

　　（2）水泥化表面会反射辐射热和噪音，进而加重城市的热效应和噪音污染，直接影响城市居住的舒适度和居民的健康。

　　（3）水泥化衬砌河道、河岸和湖体会使水体生态系统受到毁灭性破坏，水体因此而丧失自净功能，其结果是水质下降，水体出现发绿发臭，甚至病菌和蚊蝇大量滋生等问题，使水体污染加重

　　（4）水泥化铺路会使城市地面吸收雨水和雪水的机会被阻，城市的地下水位回升难。这样的地面不下雨时极为干燥、尘土飞扬，而一遇下雨就满地积水，地表径流污染严重，进入雨水排放口后，这些污染的径流会直接进入河道或湖体，从而污染河水、湖水。在冬季，水泥化地面易结冰，引发行路和行车的安全问题。为化雪需要大量使用融雪剂，使雪水受到污染。因此水泥化会严重危害城市的水资源。

　　（5）水泥化铺路还会减少土地中微生物的生存机会，因而毁灭地表生态、减少地面土层补充有机质的机会，从而加重城市土地的沙化。

　　（6）水泥化铺路还阻断了城市地面的生物通道，对城市的生物物种和生物多样性十分有害。硬化的铺地方式会直接影响城市植被的根系发育。在栽种了树木的地面进行水泥化铺设会使树木最终因树根不能呼吸而死亡或倒伏。

　　（7）水泥化城市难以带来人与自然和谐共存的生态景观。

　　热岛效应的危害

　　环保专家余志豪说:"城区温度高，就容易造成空气上升，而郊区较冷的空气又流向市区。如果郊区有工厂，那工厂中排出的污染物就会一并集中到城市的中心。这种'城市风'的出现会加重市区的大气污染程度。"

　　中国环境学会大气环境学委会副主任李宗恺认为，这种温差之大足以影响到市民的居住条件，使城市中心越来越不适宜生活。

　　在"热岛效应"的影响下，城市上空的云、雾会增加，使有害气体、烟尘在市区上空累积，形成严重的大气污染。天气变化的幅度正在加剧，出现的频率和灾害力度也令人关注。这主要是城市热岛效应强度增加而引起的关联气象效应。比如由"热岛效应"带来的城市"雨岛效应"、"雾岛效应"等等。

　　人类有许多疾病就是在"热岛效应"下引发的。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度时，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℃，并伴有频繁的热浪冲击，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，高温还可加快光化学反应速率，从而提高大气中有害气体的浓度，进一步伤害人体健康。

　　在"热岛效应"的作用下，城市中每个地方的温度并不一样，而是呈现出一个个闭合的高温中心。在这些高温区内，空气密度小，气压低，容易产生气旋式上升气流，使得周围各种废气和有害化学气体不断对高温区进行补充。在这些有害气体的作用下，高温区的居民极易患上消化系统或神经系统疾病。此外，支气管炎、肺气肿、哮喘、鼻窦炎、咽炎等呼吸道疾病人数也有所增多。

　　用“绿岛”拯救“热岛”

　　国内外许多专家都在积极进行这方面的探索和研究，目前已有多种方法可供选择。例如可将城市建筑物表面颜色由深变浅，以减少对太阳辐射的吸收；在路边、花园和屋顶栽种上花草树木；加强城市规划，选择合理的城市结构模式，统筹安排工厂区和居民区；将城区分散的热源集中控制，提高工业热源和能源的利用率，减少热量散失和释放，也是一项很重要的措施。

　　专家呼吁：城市规划要增加气候论证，立体绿化更是治本之策。既然城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是引起热岛效应的主要原因，那么，在城市中通过各种途径增加自然下垫面的比例，是缓解城市热岛效应的有效途径之一。

　　绿地是城市中最主要的自然因素，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，因此，建立规模化的集中绿地是最能直接削弱城市热岛效应的做法。

　　据科学统计，每公顷绿地平均每天可从周围环境中吸收的热量，相当于189台空调的制冷作用；平均每天吸收1.8吨的二氧化碳，显著削弱温室效应的产生。此外，每公顷绿地可以年滞留粉尘2.2吨，将环境中的大气含尘量降低50%左右，可有效抑制大气升温。

　　"热岛"时代的城市绿化，不是一个简单的数量增加。中国林学会理事、南京林业大学汤庚国教授强调，一个城市绿化怎么样，不仅要看绿地率、人均绿地率以及绿地覆盖率，更要看绿量--树上每片树叶的面积之和。单纯追求绿地率，容易急功近利。"弄几吨草种撒一下，过几天，就能增加一大片绿地。"这样的"地毯"很漂亮，但从生态价值来看，难与树木相比，"十亩草相当于一亩树"。一个合理的城市绿化体系，应该层次丰富：在城郊建森林。上海、广州、南京等大城市，均已开始行动。南京在周边准备投入100多亿元，培植140万亩的连片林地。当然，这个森林物种搭配比例要合理。在29平方米空间内，一般栽1棵乔木，6棵灌木，20平方米草坪。汤庚国强调，各个城市一定要保护现有的大树。"像树冠很大的梧桐树，有的城市最多曾有2万株，因为给城市建设让路，现在只剩2000多株。这里面损失的绿量难以计算！"其次，城市中间，不仅要见缝插绿，而且尽量多栽树木，形成几百亩哪怕是几亩大的森林。绿化覆盖率达到30％以上，绿地才有缓解城市热岛效应的作用；绿化覆盖率达到40％以上，热岛面积可减少3／4；绿化覆盖率达到60％以上，热岛效应才能基本被控制。

　　南京大学大气科学系教授余志豪提出，"减少热量排放、增大绿化面积是减弱热岛效应的根本途径"。园林专家介绍说，立体绿化"能吸收大气污染物、增湿、滞尘、降噪，遏制'热岛现象'加剧，变'热岛'为'绿岛'，降温效果好，如地毯式的屋顶或爬满常春藤和爬山虎的墙壁在盛夏可使室内温度下降2℃～4℃，节约空调耗电量20％～40％。经计算，屋顶绿化相当于地面绿化效益的60％。"

　　风、水面等自然因素也可有效缓解城市的热岛效应。风是热岛效应的"天敌"，当风刮起来的时候，热岛就失去了存在的理由，通过大气环流，热岛与周围地区的空气进行交换，以此降低自身的温度。水面不仅构成了城市美丽的景观，当温度升高时，它的蒸发作用能冷却空气，使环境温度降低。因此，使建筑低层化和合理分散化、市内道路宽敞，从而畅通城市的"通风道"，并尽可能扩大城市水面，是改善热岛效应的有效途径。

　　缓解热岛效应是一项长期的、综合性的系统工程，需要各方面的努力和配合。加强城市规划，选择合理的城市结构模式，树立城市生态学观念，尤其是要加强绿化，增加植被面积，通过植物吸收热量来改善城市小气候，河湖净化、空气质量监测等生态建设活动，一样都不能少。