城市热岛效应的特征研究-以长沙市为例

1、城市热岛效应的特征分析以长沙市为例 城市热岛效应的特征研究以长沙市为例摘 要：在全球变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应。在城市热环境日趋恶化的今天，分析与评价城市热岛效应已成为城市气候与环境研究的重要内容。本文分别从时间与空间两个角度出发，结合历史气象数据分析了长沙市的热岛效应特点，总结了其热岛效应的变化规律，并探讨了改善城市热岛效应的策略及意义。关键词：城市热岛效应 变化规律改善策略.城市热岛效应的成因及危害城市热岛由于城市地面覆盖物多， 发热体多，加上密集的城市人口生活和生产中产生大量的人为热，造成市中心的温度高于郊区温度，且市内各区的温度分布也不一样。

2、如果绘制出等温曲线，就会看到与岛屿的等高线极为相似，这种气温分布现象称为“热岛效应”。可见，城市热岛效应反映了一个温差的概念，只要城市与郊区有明显温差，就可以说存在城市热岛。Longitude2014年冬季长沙市冬季等 UHI强度图形成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三个原因造成的：（1）城市下垫面的特殊性。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。如在夏天，草坪温度32C、树冠温度30c时，水泥地面的温度可以达到57C,柏油马路的温度更高达

3、63Co这样的下垫面强烈地吸收太阳辐射能量，然后再将其中的大部分热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，在相同的太阳辐射条件下，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，因而其表面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。（2）自然大气的成分组成改变 。正常的空气中含 21%氧气和78%氮气，还有1%是其他物 质。而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CO、SOx、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

4、总悬浮颗粒物与温室气体的影响。总悬浮颗粒物是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径在0100dm的固体颗粒物和液体小滴，包括 PM10（粒径范围在 010 m）和PM2.5（粒径范=围在10100 m）。研究 认为，总悬浮颗粒物在城市热岛效应中起重要作用。总悬浮颗粒物加剧城市热岛强度，降低昼夜间温度波动幅度，使城市大气增温、改变大气的稳定性及垂直运动，影响大范围内的大气环流和水循环，促进温室效应的形成。（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。（4）区域气候的影响不同地理位置的城市， 诸如海滨和内陆处在不同的大气候背景下，受到海陆风、海

5、洋比热容大的影响，海滨城市日变化最大热岛强度比内陆要低，增幅也缓慢。并且发现沿海港口城市的热岛强度年变化有循环变化的规律，内陆城市则不明显。 有时外部气象条件， 如气压场稳定、气压梯度小、无风无对流运动，热量不易散发也会加剧城市热岛效应。热岛不仅在不同城市气候条件下，有时在同一城市不同气象背景气候条件下城市热岛强度和时空分布特 征效应也不相同。热岛效应的危害主要危害有：（1）造成城市上空污染物的聚集；（2）城市地面散发的热气形成近地面暖 气团，城市烟尘被暖气团所笼罩不能及时扩散，形成对人体有害的烟尘污，导致咽炎、气管 炎等呼吸道疾病；（3）造成酸雨等各种环境问题。（4）加剧供电紧张，增加城市居

6、民的生活 负担。.长沙的气候条件简介长沙属亚热带季风性湿润气候。气候特征是：气候温和，降水充沛，雨热同期，四季分 明。长沙市区年平均气温 172C,各县16.8C17.3C,年积温为5457C,市区年均降水 量1361.6毫米，各县年均降水量1358.61552.5毫米。长沙夏冬季长，春秋季短，夏季约118127天，冬季117122天，春季 61-64天，秋季 59 69天。春温变化大，夏 初雨水多，伏秋高温久，冬季严寒少。3月下旬至5月中旬，冷暖空气相互交绥，形成连绵阴雨低温寡照天气。 从5月下旬起，气温显著提高，夏季日平均气温在 30c以上有85天, 气温高于35c的炎热日，年平均约 30

7、天，盛夏酷热少雨。9月下旬后，白天较暖，入夜转 凉，降水量减少，低云量日多。从11月下旬至第二年3月中旬节届冬令，长沙气候平均气温低于0c的严寒期很短暂，全年以1月最冷，月平均为 4.4C-5.1Co.数据分析与讨论利用网站 HYPERLINK http:/rp5.ru/%e5%8f%af%e4%bb%a5%e6%94%b6%e9%9b%86%e5%88%b0%e5%8e%86%e5%b9%b4%e9%95%bf%e6%b2%99%e5%b8%82%e7%9a%84%e6%b0%94%e8%b1%a1%e6%95%b0%e6%8d%ae%ef%bc%8c%e9%87%87%e7%94%a8%e

8、7%bb%9f%e8%ae%a1%e5%ad%a6%e7%9a%84%e6%96%b9%e6%b3%95%ef%bc%8c%e5%af%b9%e5%b8%82%e5%8c%ba http:/rp5.ru/可以收集到历年长沙市的气象数据，采用统计学的方法，对市区 和郊区的温度差异及其变化特征进行对比分析。热岛效应强度的数学定义式为：UHI i =T巾i -Tsub iuibsub式中Turb (i )为市区观测站平均温度；Tsub(i)为郊区观测站平均温度。长沙四季UHI强度日变化对比在长沙2014年四个季节中各选择一个月(春季 5月；夏季8月；秋季9月；冬季11月)的逐时气温为采样对象，由公式

9、 UHI (i )=Turb(i)Tsub(i M算出热岛强度，作图如下。0246 B 10121416 1B 202224t(h)2014年长沙四季UHI日变化图统计结果分析：从2014年长沙四季UHI日变化图中可以看出，四个季节夜晚的热岛强 度比白天大得多。0:0004: 00时段热岛强度基本保持不变；上午 05:0008:00左右，太阳 升起，热岛强度出现迅速减小的现象。到中午即 11:0014:00之间，热岛强度降至最低值。 16:00开始热岛强度开始迅速增加，直至20:00之后，增加的速度减慢，到23:00至次日00:00达到最大值。原因分析：城区大量的人为热释放及城乡下垫面蓄热辐射

10、能力差异是造成这一过程的主 要原因。且大气层的稳定性昼夜发生变化，造成白天风速一般比夜间大，白天热量湍流交换强烈，夜间比较稳定，热岛强度加强。冬季居民取暖消耗燃料排放热量，造成城区温度上升，UHI强度高于其他季节。长沙2014年冬季日平均热岛强度频率分布选取长沙市2014年11月份共90天的实时温度为采样对象，计算出冬季一 天24小时的热岛强度，统计分布情况作图如下：.54 3.2 o.o.o.id毋去骷导rn-1.5.-1(-1.0 5-05.0!0.0 50.5.1UHI强度2014年长沙市冬季日平均热岛强度频率分布统计结果分析：2014年长沙市冬季的热岛强度集中在 0OC1OC之间，其中

11、最大频率出现在0.5OC1OC之间。风玫瑰图的绘制统计长沙市2014年11月的风向，利用oringin软件绘制风向玫瑰图如下：2014年长沙风向频率分布图由统计结果可知，长沙市11月份以西北风为主，同时西北偏北风、西北偏 西风的频率也较高。4建议与结论由于热岛效应的影响，使长沙市城区气温长期高于郊区， 在静风状态下，形 成有郊区吹响市中心的局域风，使迁建于郊区排放有害气体的企业， 对城区产生 新的污染，造成城区大气质量下降。因此建议：.1增加垂直绿化绿化对减低城市热岛强度，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。虽然由于城市的扩张，可利用种植绿地的空间有限， 远

12、远无法达到与城郊、乡村相比拟的，但我们可以利用有限的空间，发展垂直绿 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，降低热岛效应。研究表明，当绿化覆盖率覆盖率大于 30%后，热岛效应就将得到 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，还能在城市中形成以绿地为中心的低温区域， 成为人们休闲游玩的 好去处。铺设“环境友好”路面为了改善下垫面特性，目前，国内外正在研究一些“环境友好”路面，主要 包括路用热反射涂层、透水式路面和保水式路面。热反射路面：使用热反射涂层降低路面温度，最早是由日本道路工作者提出 的。利用一些反射太阳光能力

13、强的特殊材料， 将其涂在路面上（现在已经发展到 建筑涂层）后，路面积蓄的热量将会减少。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。但这个方法有一个特别需要注意的地方，即应用在路 面上的热反射涂层一定要考虑涂层颜色，以免造成眩光而影响行车安全。透水式路面：有研究表明该路面相对于沥青路面的表面温度并无差异，而在中面层处温度差异比较大，这说明整个路面的内部蓄热量少。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，对表层沥青的加热熔化效果明 显削弱，因此可以降低沥青铺设的要求，节约建设成本。保水式路面：

14、保水式路面也是由日本道路工作者近年来提出的。 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。众所周知，土的温度比沥青 路面的表面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表面洒的水。利用这些保存 的水分蒸发时的气化热降低路面温度。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表面温度效果十分明显。进行合理的城市规划为了增强城市通风，以削弱热岛效应，加速城市大气污染物的稀释，目前“城 市通风”的呼声越来越高。留足够的城市通风道，主要是市内道路宽度、建筑层 数、高层楼房集中度等。另外，合理地规划设置公交线路、站点，布局交通枢纽 站，并设立智能化的交通信号，提高交通容量，使车流和人流顺畅；最后，进行 道路两侧的绿化带的建设工作，发挥植物吸收机动车排气污染物的能力也是必不 可少的。结语综合以上分析，长沙市的热岛效应强度在正常范围，平均在 0-0.5之间。呈 现明显的UHI强度夜晚高于白天，冬季