（道路与铁道工程专业论文）低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究.pdf

a， 【。 k n a n j i n gu n i v e r s i t ) ，o f a e r o n a u t i c sa n d a s 仃o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h 0 0 1 c 0 1 1 e g eo f a e r o s p a c ee n g i n e e r i n g t h em o d i f i c a t i o ns t u d yo nl o w e r - h e a t - s t o r a g ea s p h a l t m i x t u r ea n dt h ea s s e s s m e n to fi t si m p a c to nh e a tu r b a n e n v i r o n m e n t ( s u p p o r t e db yn a t i o n a ld o c t o rf u n dp r o j e c t 2 0 0 7 0 2 8 7 0 2 3 ) a t h e s i si i l c i 访1e n g i l l e e 血g y 抽gz h a o x u a d v i s e db y p r o f e s s o rx i ej i 姐g u a n g s u b n l i t t e di np a i t i a lf u l f i l l r n e n t o fm er e q u i r e m e n t s f o rm ed e 伊e eo f m a s t e ro fe n 昏n e e r i n g m a r c h ，2 0 1 0 ， ， ， 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许 论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日期： ， ， ， 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 热岛效应对城市人居环境的影响近来倍受关注，而城市沥青路面 产生诸多不利影响。本文利用改性红外粉等量替代石灰岩矿粉作为填 进行配合比设计，制备了热蓄积量较低的红外热辐射型沥青混合料，试验考察其降温特性和路 用性能，通过扫描电镜试验和路面自散热降温模型的建立研究其降温机理，并通过建立城市微 热环境大气温度场模型研究低热蓄积型沥青混合料对热岛效应的影响。 配合比试验表明，低热蓄积型沥青混合料的最佳油石比随红外粉掺量的增加呈线性递增关 系，得出最佳油石比( y ) 与红外粉粉掺量( x ) 之间的的线性关系曲线公式为y _ 5 9 2 m 1 3 5 x 3 。 红外粉掺量每提高3 ，最佳油石比提高0 2 1 3 5 。 红外辐射试验表明，红外粉掺量越高，试件表面平衡温度越低，但降温速率减小，最多可 降低8 1 2 ；相比于0 红外粉掺量的混合料，掺粉试件的高温稳定性、低温稳定性、水稳定 性性能和抗滑性能均有所改善，6 掺量试件马歇尔稳定度提高了1 2 2 ，残留稳定度高达 9 8 9 ，摩擦系数提高了1 7 7 ；1 2 掺粉量试件的低温劈裂抗拉强度提高了2 1 3 ，摩擦系数 提高了2 6 9 。 扫描电镜试验表明，与石灰岩矿粉相比，红外粉颗粒较细，分散较为均匀，且结团现象较 少：与掺矿粉沥青胶浆相比，掺入红外粉的沥青胶浆在结构上比石灰岩矿粉沥青胶浆更加致密、 分布更加均匀，孔洞、缝隙较少。 建立了路面平衡温度温度场模型，模型公式为5 7 3 1 0 - 8 蜀( z 一互4 ) = q q + j j l ( r 一互) ， 模型表明，大气窗辐射能透过率的增加、路面长波发射率的增加、太阳短波吸收率的降低以及 风速的增加都会引起路面平衡温度的降低。 低热蓄积型沥青混合料的大气温度场模型表明，大气湿度越高、路面平衡温度越高，近地 大气温度越高；在同等温湿条件条件下，相比于普通沥青混合料路面，低热蓄积型沥青混合料 路面近地不同高度大气温度普遍下降，在地面高度1 2 米处，大气温度降低了3 5 。 关键词：热岛效应；热辐射；沥青混合料；降温特性；路用性能；温度场模型； 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 a b s t r a c t t h eh m u e n c eo fu r b 锄e 恐c to nc i t ) rh u m 眦s e m e m e n t sh 笛g r a s p e dm o r ea n t i o nr e c e n t l y ， a n d 廿l el l i g l lt e i t 驴m n 鹏d 珊g eo f b i t i l r n i n 0 璐p a v e m e n tw i l lp r o d u c em ea d v e r s ee 腩c t0 nc 时 c o n s t l l 咀c t i f a ri i l 疗a 托dm d i a n tm a t e r i a l ( f irm ) w 笛l 塔e dt 0i i l s t e a do fm el i l l l e s t o n eo 他f - m e s 笛m e f i l lo fa s p h a l tm i ) 【t u r e ，锄dm ei i l 纳r e dr a d i a t i o n 船p h a l tm 政t u 他o f 、：i l i c ht i l eh e a ts t o m g ei sl o ww 笛 眦d eb yd i 疵r e n tp q ) o n i o n b ye 印e r i m e 她i t sc o o l i n g 删b u t e 姐d l er o a dp e 响砌衄c ew e 咒 s t u d i e d ，a n dt h ec o i 谢t i l t i v ep r o p e r t yw 豁c h 甜a c t e r i 残db ys c 撇i l l ge l e c 臼1 0 n “c r o s c o p e 觚dm e e 鲍l b l i s h m e n to fs e l f 毛硼弛gm o d e l ，缸通t h e 证f l u e n c eo ft h ei i l f h r e dm d 觚o n 娜h a l tm 谈t u r e e f - f c c to nu 而锄h e a ti s l 勰de f r e c tw 勰a i i a l y z e dw i t l lt i 圮m o d e lo fa 缸1 1 0 s p h e r et e m 】p e m t u 托f i e l d ha c c o r d a n c e 丽吐lm e 他s u l to fm i ) 【e dp m p o r t i o nd e s i 鹃m e 叩t i m a 】a s p h a l tc o n t e n ti sl i l l e a d y r e l a t e dt o 1 ef 瓜mc o n t e n t ，t h ef o n m l ao no p t i m a i 舔p h a l tc o n t e n t 弛df i r mc o n t e n ti s 百v e n 弱 n o w s ：y = 5 9 2 6 + 2 1 3 5 x 3 ，强d 廿l eo p t i m a l 罄p h a l tc o n t e n tw 鹊i i l c r e a s e db y0 2 1 3 5 ，雏l ef i r m c o n t e n tw 舔m i s e db y3 i n 胁r e dm d i a t i o ne x p e r i i n ts h o w e dt h a tt l l el l i g h c r l ef i r mc o n 自e n tb e ，m el o w e r l e t 锄p 锄n 鹏o f 唧i l a l ts u 击c eb e nc 锄b el o w e r e db y8 1 2 a tl a s t c o 唧眦dw i mm ea s p h a l to f 0 f 承m c o n t 肋t ，a l l 她s t a b i l 时a t t l i 幽t e 唧e r 狐玳孤d l o w t e i n p c r ；灿r ea n d m c w a t e rs t a b i l i t y o fm e 也ea s p h a l tw h i c h 、麟1 1 1 i 】【e d 谢mf 泓w e r ei m p r o v e dt 0ac e n a i l ld e g r e e 1 1 1 em 嬲l l a l l s t a b i l i t yo f6 f m mc o n t e n t 唧h a l ti i l c r e 嬲e db y1 2 2 、 ，i 廿lm e 豫s i ( h 豫ls 倒，i l i t ) ，w 觞u pi n9 8 9 n el o wt 唧e 豫_ t l l 陀s p l i 咖gt e 璐i l es 骶n 蚰o f6 f 肼江c o n t e n t 觞p h a l t _ i 1 1 c r e 觞e db y21 3 1 1 1 e 衔c t i o nc o e 伍c i to f 6 龃d1 2 f 己mc o n t e n t 弱p 1 1 a l ti l l c r e 舔e db y1 7 7 锄d2 6 9 r e s p e c 缸v e l y 1 1 1 ee x p e r i m e l l t a lr e s u l t so f s e mc 硎湎埝tm eg r a i l ls i z eo f f 蝴i s 丘n e r 锄dm 0 u l i i f 0 肌 吐啪t l l el i r l l e s t o n eo 他f - m e s a f b e r 吐l eh 印r e 孕埝t i o no ff i l t m ，t l l e 舔p h l tm a s t i cb e c 咄t 0b ed e i l s e r a n dn l o r ee 明e n t e x t l l 他dw i t ht h es m a l l e rt 1 0 i e sa m dc 谨l c l 岱 t h es e l f m d i a t m gm o d e lo ft h ep a v 伽【l e n th 觞b e e ne s t a b l i s h e d ，t h em o d e lf o m u l ai sg i v e n 勰 n o w s ：5 7 3 1 0 8 岛田一互4 ) = q 口j + j i l 仃一互) i ts h o w c dt l l a ti f 恤m d i 砌e 唧o f 龇 a 缸n 0 s p h 甜c 、加n d o wg r o w s ，0 r 吐圮1 0 n gw a v ee l i l i s s i v 时o fm ep a v 啪咖m i s e s ，o rt h es h o n - w a v e a b s o r p t i o nr a t eo ft h es 眦舒圮sd o w n ，e v e ni ft h ei 1 1 c r e 勰eo ft l l e 斓s p e e d ，t l l ee q u i l i b r i 啪 t e m p e r a t u r eo f 吐l er o a ds u r f 如e 、析l lb e1 0 、耽r - t h ea 仃n o s p h e r e 佃呷e r a t u 心f i e l dm o d e lo fm en o n - 孕a y 硼i a t i o ns h o w st l l a t ，t h el l i 曲| e ft 1 1 e r 南京航空航天大学硕士学位论文 a h n o s p h e r i cm o i s t u r ei s ，o r 吐l el l i g h e rt h ee q u i l i b r i 岫t e 呷e r a t u r eo fm ep a v e 他n ti s ，m el l i g l l e r 坞 a _ h i l o s p h e r et e n 】p e r a t u r er e 础l e d t h er o a du s e db i t u m i i l o u sm 政t i l 他o fl o w h e a ta c c u m u l a t i o n 帅e ， 1 2m e t e r su p 劬m 也eg r o u n d ，也ea i rt e m p e r a t i l 他r e d u c e d3 巧 k e yw o r d s ：t l _ o p i c a li s l 锄de 伍：c t ，m e n n a lr a d i a t i o l l ，a s p h a l tm i x t u r e ，c 0 0 l i n ga 缸b u t e ，r o a d p e m 脚 1 a l l c e ，m o d e lo fa h l 】1 0 s p h e r et e i n p e m | c u f i e l d 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 南京航空航天大学硕士学位论文 目录 摘要i 乡键词。i a b s t r a c t i i 目录v 图表清单诚i 注释表) 【i i i 第一章绪论。1 1 1 热岛效应综述1 1 1 1 热岛效应产生的背景1 1 1 2 热岛效应概述1 1 1 3 城市热岛效应的成因1 1 - 1 4 城市热岛效应的危害2 1 2 国内外对城市热岛效应的研究与进展3 1 2 1 国外对城市热岛效应认识和研究3 1 2 2 国内对城市热岛效应研究历史与进展4 1 3 城市热岛效应的解决方案。5 1 3 1 改善城市下垫面5 1 3 2 减少人为热的排放6 1 3 3 改善通风效果：6 1 4 低热蓄积型沥青混合料与热岛效应的关系6 1 5 本文研究内容7 第二章试验材料及配合比设计9 2 1 试验材料9 2 1 1 沥青9 2 1 2 填料1 0 2 1 3 矿料l o 2 1 4 纤维1 l 2 2 试验设备1 2 2 3 原材料物理性质试验1 2 2 3 1 矿料表观试验1 2 2 3 2 红外粉红外发射率测试1 3 2 3 3 沥青胶浆降温性能试验1 4 2 4 配合比设计1 6 2 4 1 矿料级配1 6 2 4 2 纤维掺量1 7 2 4 3 最佳油石比的确定1 7 2 5 本章小结2 9 v 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 第三章低热蓄积型沥青混合料的降温特性与路用性能研究3 0 3 1 红外辐射试验3 0 3 1 1 试验装置和方法3 0 3 1 2 试验结果。3 2 3 1 3 数据分析3 4 3 2 高温稳定性试验3 6 3 2 1 马歇尔稳定度试验数据3 7 3 2 1 马歇尔稳定度试验结果分析3 7 3 - 3 低温稳定性试验3 8 3 2 1 试验方法3 8 3 2 2 试验结果3 9 3 2 3 分析与讨论4 0 3 4 水稳定性试验4 0 3 4 1 浸水马歇尔试验数据4 1 3 4 2 结果分析。4 l 3 5 抗滑性能试验4 3 3 5 1 构造深度试验4 3 3 5 2 摩擦系数4 4 3 6 本章小结4 6 第四章低热蓄积型沥青混合料辐射机理研究4 8 4 1 红外粉热辐射性能原理。4 8 4 1 1 红外辐射原理4 8 4 1 2 影响红外发射率的因素4 9 4 2 微观机理分析_ 5l 4 2 1x 射线衍射试验5 l 4 2 2 红外粉电镜试验5 2 4 2 3 红外粉沥青胶浆电镜5 3 4 3 自散热降温模型5 3 4 3 1 热辐射模型的建立5 3 4 3 2 热辐射模型边界条件5 5 4 3 3 热辐射模型的计算分析5 9 4 3 4 热辐射模型评对低热蓄积型沥青混合料降温性能的评价。6 4 4 4 本章小结。6 5 第五章低热蓄积型沥青混合料对城市热环境的影响评价6 6 5 1 低热蓄积型沥青混合料影响大气温度的机理分析6 6 5 1 1 地面长波辐射在大气中的传播6 6 5 1 2 大气辐射对热岛效应的影响6 8 5 1 3 低热蓄积型沥青混合料对热岛效应的影响6 9 5 2 非灰体辐射传热模型6 9 5 2 1 非灰体辐射传热模型的建立6 9 5 2 2 非灰体辐射传热模型的参数选择7 l 南京航空航天大学硕士学位论文 5 2 3 非灰体辐射的f l u e n t 模拟 5 3 模型计算与分析 5 3 1 温度场计算结果。 5 3 2 温度场结果分析 5 4 本章小结 第六章总结与展望 6 1 总结。 6 2 展望。 参考文献 致谢 攻读硕士学位期间发表论文情况。 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 图表清单 图2 1 自动筛分仪1 2 图2 2 可控烘箱1 2 图2 3 混合料搅拌机1 2 图2 4 电动击实仪。1 2 图2 5 稳定度试验仪。1 2 图2 6 车辙试验仪：。1 2 图2 7 万能压力机1 2 图2 8 恒温水浴箱1 2 图2 9 摆式摩擦系数测定仪1 2 图2 1 0 沥青胶浆试样1 5 图2 11 沥青胶浆辐射试验装置1 5 图2 1 2 沥青胶浆辐射试验升温曲线一1 5 图2 1 3 所制备的马歇尔试件1 8 图2 1 4o 红外粉掺量混合料性能指标与沥青含量关系曲线2 3 图2 1 53 红外粉掺量混合料性能指标与沥青含量关系曲线2 4 图2 1 66 红外粉掺量混合料性能指标与沥青含量关系曲线矗。2 5 图2 1 79 红外粉掺量混合料性能指标与沥青含量关系曲线。2 6 图2 1 81 2 红外粉掺量混合料性能指标与沥青含量关系曲线2 7 图2 1 9 混合料最佳油石比与红外粉掺量关系曲线2 8 图3 1 红外测温试验装置示意图3 l 图3 2 表层升温曲线3 5 图3 3 试件表层平衡温度3 5 图3 4 表层降温曲线3 5 图3 5 底层升温曲线图。3 6 图3 6 温度残差曲线图3 6 图3 7 马歇尔试验结果3 7 图3 8 马歇尔模数与红外粉掺量关系图。3 8 图3 9 低温劈裂试件养护3 9 图3 1 0 冰点与盐溶液浓度关系3 9 图3 1 1 劈裂强度与红外粉掺量关系4 0 图3 1 2 浸水马歇尔试验试件养护4 l 图4 2 红外粉辐射的光谱选择性4 9 图4 3 红外粉光谱曲线5 1 图4 4 红外粉成分及其组分比例5 2 图4 5 石灰岩矿粉s e m 照片5 2 图4 6 红外粉s e m 照片5 2 图4 7 石灰岩矿粉沥青胶浆s e m 图5 3 图4 8 红外粉沥青胶浆s e m 照片5 3 图4 9 路面降温模型示意图5 4 图4 1 0 长波辐射能随波长变化的分布5 6 图4 1 1 大气窗口透过率与有效天空温度的关系曲线5 7 图4 1 2 太阳辐照度在不同波长条件下辐射曲线5 7 图4 1 3 太阳辐照度与大气质量数的关系曲线5 8 图4 1 4 表面平衡温度与红外透过率的关系图6 0 图4 1 5 平衡温度与短波吸收率的关系曲线。6 2 图4 1 6 平衡温度与长波发射率的关系曲线6 2 图4 1 7 表面平衡温度与风速的关系曲线6 3 图4 1 8 辐射传热在路面热交换中所占比例随风速的变化趋势6 4 图5 1 大气与地面辐射能量交换6 8 图5 2 大气辐射示意图。7 0 图5 3 离散角示意图。7 1 图5 4 离散角和象点的确定7 1 图5 5 模型灰带波长的确定7 2 图5 6 模型灰带吸收系数的确定。7 2 图5 7 模型框架示意图7 4 图5 8 模型网格划分7 4 图5 9 模型工作参数的确定7 5 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 图5 1 0 绿地边界条件的设定7 5 图5 1l2 0 湿度条件下3 4 0 k 普通沥青路面近地大气温度场分布7 6 图5 1 22 0 湿度条件下3 4 0 k 普通沥青路面近地大气不同高度的温度曲线7 7 图5 1 32 0 湿度条件下3 4 0 k 红外沥青路面近地大气温度场分布7 7 图5 1 42 0 湿度条件下3 4 0 k 红外沥青路面近地大气不同高度的温度曲线7 8 图5 1 52 0 湿度条件下3 3 0 k 红外沥青路面近地大气温度场分布7 8 图5 1 62 0 湿度条件下3 3 0 k 红外沥青路面近地大气不同高度的温度曲线7 9 图5 1 74 0 湿度条件下3 4 0 k 红外沥青路面近地大气温度场分布7 9 图5 1 84 0 湿度条件下3 4 0 k 红外沥青路面近地大气不同高度的温度曲线8 0 图5 1 94 0 湿度条件下3 4 0 k 普通沥青路面近地大气温度场分布8 0 图5 2 04 0 湿度条件下3 4 0 k 普通沥青路面近地大气不同高度的温度曲线8 1 图5 2 l2 0 湿度条件下不同混合料类型对大气温度场的影响示意图8 2 图5 2 24 0 湿度条件下不同混合料类型对大气温度场的影响示意图8 2 图5 2 3 普通沥青混合料在不同湿度条件下的温度场分布8 3 图5 2 4 红外沥青混合料在不同湿度条件下的温度场分布8 3 图5 2 5 沥青混合料在不同表面平衡温度条件下的温度场分布8 4 表2 1 沥青的技术指标：。9 表2 2 矿粉技术性质1 0 表2 3 集料性质1 1 表2 4 木质纤维物理参数1 l 表2 5 粗集料表观密度。1 3 表2 6 细集料表观密度1 3 表2 7u 红外粉体红外发射率1 4 表2 8 沥青胶浆试样配比1 4 表2 9 沥青胶浆平均温度数据1 5 表2 1 0 矿料级配设计1 7 表2 1 l 初选油石比方案1 7 表2 1 2o 红外粉掺量试件密度试验结果。1 8 表2 1 3o 红外粉掺量混合料体积指标数据表1 9 表2 1 43 红外粉掺量试件密度试验结果。1 9 表2 1 53 红外粉掺量混合料体积指标数据表1 9 表2 2 01 2 红外粉掺量试件密度试验结果2 0 表2 2 l1 2 红外粉掺量混合料体积指标数据表2 1 表2 2 2o 红外粉掺量马歇尔试验结果一2 1 表2 2 33 红外粉掺量马歇尔试验结果2 1 表2 2 46 红外粉掺量马歇尔试验结果一2 2 表2 2 59 红外粉掺量马歇尔试验结果一2 2 表2 2 61 2 红外粉掺量马歇尔试验结果2 2 表2 2 70 红外粉掺量最佳油石比设计2 3 表2 2 83 红外粉掺量最佳油石比设计2 4 表2 2 95 0 红外粉掺量最佳油石比设计2 5 表2 3 09 红外粉掺量最佳油石比设计2 6 表2 3 11 2 红外粉掺量最佳油石比设计2 7 表2 3 2 不同红外粉掺量的最佳油石比2 8 表3 1 红外灯高度与试件表面温度关系表j 3 1 表3 2 温度变化数据3 2 表3 3 稳定度试验数据3 7 表3 4 低温劈裂试验控制参数。3 9 表3 50 低温劈裂强度值3 9 表3 6 1 0 低温劈裂强度值3 9 表3 7 稳定度试验数据4 l 表3 8 浸水稳定度试验数据4 l 表3 9 构造深度试验结果4 3 表3 1 0 纵向摩擦系数试验摆值数据4 5 表4 1 1 0 0 常见金属氧化物与非金属氧化物5 2 5 啪全波段发射率5 0 表4 25 0 分波段发射率5 0 表4 3 不同波段辐射能的分布5 6 表4 4 不同透过率条件下的平衡温度6 0 表4 5 长波发射率与短波吸收率对表面平衡温度的影响计算。6 1 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 表4 6 不同长波发射率与短波吸收率对应的表面平衡温度数据6 l 表4 7 不同风级下的路面平衡温度的计算分析6 3 表5 1 微米光谱区水汽的吸收系数。6 7 表5 2 不同湿度条件下灰带吸收系数7 3 表5 3 模型辐射源物理属性的确定7 3 表5 42 0 湿度条件下3 4 0 k 普通沥青路面近地大气样点温度7 7 表5 52 0 湿度条件下3 4 0 k 红外沥青路面近地大气样点温度7 8 表5 62 0 湿度条件下3 3 0 k 红外沥青路面近地大气样点温度7 9 表5 74 0 湿度条件下3 4 0 k 红外沥青路面近地大气样点温度8 0 表5 84 0 湿度条件下3 4 0 k 普通沥青路面近地大气样点温度8 l j 南京航空航天大学硕士学位论文 占 0 红外发射率 毛体积相对密度 空隙率 翰私矿料间隙率 构造深度 劈裂强度 有效天空温度 对流换热系数 波长 大气质量数 路面平衡温度 吸收系数 大气衰减系数 相位函数 光学厚度 注释表 吸水率 最大相对密度 沥青体积百分率 沥青饱和度 摩擦系数 热流密度 太阳辐照度 短波吸收率 波段内辐射能 风速 辐射功率 散射系数 折射系数 空间立体角 仃斯蒂芬玻耳兹曼常数 叉 蹦 吼 f g q q y ， 以 c ： 仍 对 互 见 m 互 口 k i e i 以 j 城市已经成为人类活动的核心区域，城市化速度及其规模己成为衡量一个国家社会文明是 否先进、生产力是否发达的重要标尺。然而，城市化进程的加快也带来了一系列社会和环境问 题，大量人口在城市的积聚必然导致城市建设用地需求的激增和人为热排放的增加，从而引起 城市热环境日益恶化，导致城市空气质量的下降，并由此形成一系列城市气候特征，其中以城 市热岛效应影响最广、危害最为严重。 1 1 2 热岛效应概述 城市热岛效应( u r b 狮h e 砒i s l 锄de 艉c t ) 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，就象突出海面的岛屿，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。城市热岛效应使城市年平均气温 比郊区高出1 0 c ，甚至更多。夏季城市局部地区气温有时甚至比郊区高出6 0 c 以上【i l 。近年来 在世界各地尤其是工业发展比较迅速的国家，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应 也变得越来越明显。据悉，近年来我国除了南京、武汉、重庆等三大火炉之外又涌现出 一批新的火炉城市，长沙、福州等地的夏季气温近年来屡屡超过4 0 摄氏度【2 1 ，与热岛效 应的增强也有一定关系。城市热岛效应逐渐成为制约城市地区社会经济环境和谐发展的 主要因素。 1 1 3 城市热岛效应的成因 城市热岛效应的产生主要源予以下三个因素： ( 1 ) 城市建设的发展引起城市下垫面性质的改变。城市人口的积聚必然导致城市建设 用地需求的增加，而城市的建设用地面积的增加一方面来源于城市向郊区的扩张，而另一方面 则通过占用城市内部热容量较低的绿地、水体来实现。这无疑导致了城市下垫面中道路、房屋 等建设用地比例的增加，草地、林地以及水体等在城市下垫面中的比例则相应降低。一方面， 由于道路材料和建筑材料的热容量、导热率比天然下垫层草地、林地、水体要高出许多，而对 太阳光的反射率低、吸收率大，研究表明，沥青路面在夏季相比于自然绿地，其温度最高高出 3 0 ，其每天对近地大气输入的热量是相同面积草地的1 0 7 倍【3 】。另一方面，道路、建筑等下 低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究 垫面的保水性较差，远不及天然下垫面，而保水性的降低不利于城市下垫面通过蒸发来耗散温 度【4 】。因此，建设用地的扩张必然引起城市下垫面蓄积热量的增加，从而导致热岛效应的产生 和加剧。 ( 2 ) 城市人为热排放的增加【5 1 。城市化的发展促使城市人口急剧膨胀，从而带来大 量的人为热排放，其中尤为突出的就是城市生产所需的大量锅炉、加热器等耗能装置以 及各种空调装备和汽车尾气废热，其产生的大量热能都排放到城市近地大气，从而进一 步导致气温升高，气温的升高又进一步导致空调设备的频繁使用，从而形成了空调设备 的使用与城市温度提升的恶性循环，因此，人为热的排放也是城市热岛效应产生和加剧 的因素之一。 ( 3 ) 城市人为污染物排放的增加。大气污染在城市热岛效应中也起着相当复杂特殊的作 用。来自工业生产、交通运输以及日常生活中的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，白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产 生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作 用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。 ( 4 ) 城市近地面建筑密度的增加，通风不畅以致不利于城市与郊区热量的交换。城 市地区人口密集，建筑密度也远远高于乡镇地区。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，从而不利于城市富余热量 和大量污染物的散失。研究表明，在风速小于6 耐s 时，可能产生明显的热岛效应，风 速大于1 1 州s 时，下垫层阻力不起什么作用，此时热岛效应不太明显。而城市建筑高度 的增加也会导致城市近地面的通风不畅，另外由于城市建筑密度的增加以及建筑高度的 参差不齐，以致近地热量多以湍流方式向上传播，形成“涌泉风”，推动周围大气向上运 动，使城市气温升高，热岛效应加剧【7 一】。 1 1 4 城市热岛效应的危害 一般来说，一年四季都可能出现城市热岛效应。但是，夏季高温天气下的热岛效应对居民 生活环境造成的影响最为严重。这些影响主要表现为以下几个方面： ( 1 ) 高温天气不利于城市居民人居环境的改善。 j 随着社会经济的发展，物质生活的日益丰富，社会和谐和以人为本逐渐成为社会发展的一 大趋势，人们对居住环境的要求逐渐提高。而城市热岛效应的存在对城市居民的工作和生活造 成了严重影响，高温天气会降低居民的舒适度，使人身心烦躁、精神紧张，心理