城市“热岛效应”的危害及其缓解措施

（1.中国科学院华南植物研究所，广东 广州510650；2. 广州市城市排水监测站，广东 广州510655）

 

摘要  阐述了城市热岛效应的特征、成因和危害，介绍了几种热岛效应的研究方法，主要分析了缓解广州市城市热岛效应的措施，旨在为\x00轻热岛效应对城市的危害提供服务。

 

关键词  热岛效应 城\x00 危害 措施

 

Abstract: In this article, we expound the characteristics and the cause of formation and the harm on people  and environment of the effect of the heat island. Several research methods are introduced to decrease the effect of heat island. In addition, we analysis the measurement to alleviate the effect of heat island in city. 

 

Keywords: Urban heat island effect  City   Hurt  Measure

 

 

1.1热岛效应及其特征

 

城市热岛效应就是一种城市市区气温比郊区高的现象，在近地面温度图上，郊区温度变化很小，而城区气温则很高，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城区，所以被称为城市热岛效应，它具有以下特征（1）人为因素干扰强烈。随着城市规模(人口、面积、建筑高低与集中程度)的迅速扩大，城市的热岛效应越来越明显。（2）热岛效应具有季节性。冬、春季是一年中热岛发展最强的季节，夏秋季节减弱。（3）热岛效应受天气影响显著。不同气候背景、不同天气状况下的热岛强度不同。在小风、晴天或少云的天气下，热岛发展强烈，而阴雨天或风大时，热岛效应减弱。

 

1.2城市热岛效应的形成原因

 

城市气候最显著的特点之一是城市热岛效应。城市“热岛”现象是多种因子综合作用的结果。造成热岛效应的原因主要有以下两个方面：一是地表被覆无机化。越来越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆盖，热容量大，反射率小，能有效地储存太阳辐射热；绿地和水面减少，蒸发作用减弱，大气中的热量难以消化。二是人工排热器增加。大城市里商场林立，商业街越来越多，这些地方建筑密集，热量不易散发；人口集中，风扇、空调的功率更是惊人，能源消耗大。城市中心和边缘的工厂生产，机器不断地排放出大量的热能。城市的交通工榷际且桓龈龃蟮纳⑷绕鳎在各种人为的散热源中，来自工厂、家庭炉灶、冷气、采暖等固定热源的热量约占3/4，而汽车、摩托车、电车等移动热源散发的热量约1/4。都市越大、现代化程度越高（高楼、大厦、柏油路和水泥路越多），热岛效应就越明显。热岛效应是城市化进程的副产品。

 

1.3“热岛效应”的危害

 

首先，酷热天气的增加给人们生活和工作带来严重影响，损害人类身体健康，甚至造成一些人因中暑而死亡；其次，“热岛现象”加剧了大气污染，城市地面散发的热气形成近地面暖气团，将城市烟尘流通受阻，形成对人体有害的“烟尘穹隆”；再次，“热岛效应”造成局部地区水灾，城市产生的上升热气流与潮湿的海陆气流相遇，会在局部地区上空形成乱积云，而后降下暴雨，每小时降水量可达100 mm以上，从而在某绲厍引发洪水，造成山体滑坡和道路塌陷等。此外，“热岛现象”还会导致气候、物候失常。广州近年出现木棉早开、芒果秋实等现象就是“热岛现象”所致。

 

 

城市热岛效应的研究对于监测与评价城市环境质量、进行城市绿地调查与规划、建设具有国际水准的大都市都有重要的意义和作用。有研究表明，广州市的热岛效应有明显增强的趋势，不仅热岛效应的分布面积有十分明显的增加，而且热岛效应的强度亦明显加大。通过对广州市热岛效应的有关研究，积极寻找缓解热岛效应的有效途径，对于提高能源利用率和提高市民生活环境质量，具有重要意义。

 

 

目前，热岛效应得到国内外广泛的研究^[1~3]。早在19世纪初，Howard(1818～1833)在研究英国伦敦城市气候时，就论述了城市热岛情况，并认为热岛强度白天小，晚间大，冬天大，春天小。Duckwort等(1954)曾观测到SanFrancisco热岛强度达10℃，有些学者认为夏季的热岛强度大，Landsberg(1956)认为热岛效应是每天变化的，同城市大小成正相比。Sundborg(1951)认为，热岛强度随风速增加而减低。我国济南市的热岛效应也呈夜晚强于白天，秋冬季节强于春夏季节。郑州城市热岛强度年平均为1.9℃。从季节变化上看具有冬、0季最大，秋季次之，夏季最小的特点^[4]。风向是影响上海市区热岛效应范围和强度变化的最主要气象因子^[5]。

 

在研究方法上，主要有以下4类。第一是通过城市和郊区的历年气象资料的分析来研究城市热岛的动态和现状^[6,7]。第二是通过遥感卫片、航片资料，通过计算机技术，解释热岛特征^[8,9]。第三是通过建立-学模型，进行数学模拟^[10,11]。第四是通过布点观测^[112,13]。布点观测又可分类三类，一是通过探空气球，可以得到包括热岛垂直结构在内的现状和变化动态；二是通过小气候观测仪、人工布点观测；三是通过用汽车等交通工具进行流动观测，一般是往返观测。另外，遥感技术已经在广州市区的热场和热岛效应信息处理中得到应用^[14]。监测人员运用卫星监测系统获得热岛分布图，并对地面做实地调查和地面观测，进行人工热源的调查和定位，城市下垫面特征和土地利用方式的实地勘察等。

 

 

4.1机动车尾气治理

 

(1) 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。强化在用机动车监督管理。对于排气不达标的车辆，强制治理。推广使用无铅汽油，发展清洁能源（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。

 

(2) 广州市汽车尾气排放将实施欧Ⅱ标准。目前，我国汽车排放标准基本采用的是欧洲标准体系。欧 II标准对改善广州的大气质量状况至关重要，欧 II标准对汽车尾气的排放要求更加严格，比欧 I标准减少将近一半的尾气排放，轻型车平均可降低50％的污染物排放，柴油车平均可降低20％~30％的污染物排放。实施机动车欧Ⅱ排放标准，即从新车源头上控制尾气污染。

 

(3) 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，积极发展大容量、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"，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，加快城市道路基础设施的建设工作，拓宽道路，疏通瓶颈，实现交通运输快捷，畅通无阻。最后，"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。

 

(4) 逐步完善机动车排气污染监督管理体系，建立环保部门统一监督管理、部门协调分工的管理体系和运行机制。实施对车辆定型、生产、进口、使用的全过程污染监督管理，完善车辆报废制度，严格汽车年检年审制度，按规定报废或淘汰的车辆，立即予以坚决报废，以提高在用车总体装备水平，改善大气环境质量。

 

4.2限制大气污染物排放

 

(1) 减低氮氧化物的方法有：低负荷燃烧，适宜的燃烧空气比，二次燃烧，水或蒸气喷射d。

 

(2) 减低二氧化硫的方法有：使用含硫量少的燃料，使用干式或湿式脱硫设d等。推行煤炭洗选加工，控制高硫份、高灰份煤炭污染。严格控制高硫高灰份煤炭的开采和推行煤炭洗选是减排二氧化硫的重要措施，提高二氧化硫排污收费标准，使其逐步达到或高于治理成本，促使排污企业积极增加投入，主动治理污染。

 

(3) 减低有机化合物(VOC)的方法有：防止有机化合物从储存容器中泄漏，不使用含有机化合物的油墨，安装适当的排气处理设i等。

 

(4) 禁止在新、改、扩建和技改项目中使用淘汰的工艺和设备，超过限期i，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达到80%，这些措施是解决当前烟尘污染的重要技术。

 

(5) 工厂外迁，也可缓解热岛效应。广州市海珠区的工业大量外迁后，热岛强度明显降低。

 

(6) 完善环境监督管理制度

 

首先，将排污总量指标分配到排污单位，实施排污许可证制度，使排污单位明确各自的污染物排放总量控制目标，对污染源排放总量实施有效控制。

 

其次，进一步加强城市烟尘控制区的监督管理，提高建设烟控区的标准和监测频率，配备烟尘总量计量装置。加强对除尘器等环保设备的制造、安装和使用的监督管理，加快淘汰各种低效除尘器和原始排放浓度高的落后锅炉。

 

最后，完善城市大气污染控制的法规和政策，采取有力措施切实加强环境执法力度。规范执法行为，完善执法程序，提高执法水平。加强公众和新闻媒体在揭露和报道违法行为方面的监督作用。加强环保部门能力建设，强化环境监督管理。

 

4.3改善能源结构，提高能源效率

 

目前，全球的能源利用率只有33%，若把这个利用率提高10个百分点，达到美国、德国的水平，即把全球每年143亿t标准煤的消耗降低10%，即可少消耗14.3亿t标准煤，可向大气少排放41.87 EJ的废热。减少和减轻热污染的有效办法是节约能源和直接利用太阳能。最有广泛使用前景的是太阳能利用技术，它主要是通过特定的构造和材料来利用太阳能，应用范围相当广泛，而且不产生任何热污染。大力发t天然气、水电、可再生能源、新能源等清洁能源，发展清洁燃料公共汽车和电动公共汽车，汽车、发电等“排热行业”都在加紧开发新的能源和采取节能措施，号召有效利用工厂排出的热能，提高空调系统、能源消费机器的效率，积极利用国外油气资源，努力降低煤炭在一次能源消费中的t重；在适宜地区大力发展沼气、节能灶、太阳能、风能等，改善能源结构；实施“西气东输”、“西电东送”等重大工程，改善能源布局。工厂要有效地回收排出的热能，提高空调系统、能源消费机器的效率。

 

4.4发展热电联产，集中供热

 

热电联产既发电又供热，它是利用燃料的高品位热能发电后，又将其低品位热能供热的综合利用能源的技术，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，也是一项很重要减缓热岛效应的措施。提倡居民区和单位集中供冷、供暖，提高效率，减少排热器数量等；调整供热布局，拆除分散锅炉。建议制定全市供热规划，合理调整供热布局。城市中心区内不入热网的分散锅炉房强制改用燃气或电热锅炉。城市中心区内的工业锅炉配备炉前型煤机，使用型煤，其工业锅炉使用工业洗净煤。城市中心区内茶浴炉强制改为燃气或电热锅炉，其余地区强制使用型煤炉。食堂大灶全部使用天然气和石油液化气。居用采暖炉灶使用型煤，禁止散烧原煤。

 

“三联供”是一种节能又环保的措施，“热、电、冷三联供”的原理，是把发电厂做功用的蒸气的一部分从汽车轮机中抽出，利用热网管道将蒸气送至一定范围内的用户配汽站，通过不同的换热装置实现供冷或供热。广州将利用现有发电厂或工厂企业的发电装置，大力铺设“热、电、冷三联供”管网，目前，广州已有80家宾馆、商场等企业实现了集中供热，包括东方宾馆、广州火车站(部分场所)在内的许多大型公共场所，都已用上了“管道冷气”(天气冷时可转换为暖气)，其使用效果可用几个数字加以说明：广州发电厂利用“管道冷气”取代电制冷空调，每年节电约140万kW·h，降低成本约100万元；华夏康隆百货公司采用集中供热后，主机投资费用比电制冷机组减少约34万元，年运行费用节省130余万元，节电约200万kW·h。“三联供“规模越大，覆盖面越广，相应的成本也就越低，效益越好。

 

4.5清洁生产

 

清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、"合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。引进天然气、优化城市能源消费结构，大力推行优质煤（低硫、低灰份洗精煤）及其它清洁燃料的使用。各行业应制定有利于"少大气污染物排放、推行清洁生产工艺的产业政策。积极推广使用电热锅炉，积极支持原煤的分类、洗选加工生产，为城市提供比较清洁的煤炭资源，从政策、税收等方面给以优惠。

 

4.6餐饮行业油烟污染控制

 

(1) 改善城区餐饮行业布局及更新燃料：在城市规划中应充分考虑调整城市餐饮行业的结构和布局，实施分片集中经营、集中管理，变分散饮食摊点中各种污染物的无组织排放为有组织排放，以利于污染物的集中治理、控制。对临街烧烤摊点进行整治，并做好日常管理。市区饮食服务业停止燃煤、燃油，改用石油气、电等清洁能源，减少饮食服务业大气污染，改善城区大气环境质量。

 

(2) 加强管理：严格执行环保审批制度，并办理审批手续。餐饮业所排放的各类污染物必须达到国家和地方规定的污染物排放标准。全面开展征收油烟排放超标排污费，用经济手段促进防治加强管理。

 

4.7缓解“热岛效应”的其他措施

 

(1) 采用新型环保建筑材料：都市地区多是混凝土建筑物，混凝土具有吸热效应，若将建筑物涂上极具吸水性的光催化剂，浇湿后形成均匀的薄e膜，水分蒸发有助于排热，使建筑物有效降温，利于减弱城市出现的“热岛现象”。提高建筑物隔热材料的质量，建筑物要做隔热和遮光处理，尽量提高墙面反光率，尽量多采用浅色粉刷或玻璃幕墙，以降低吸热率。绿色混凝土也称环保混凝土，是一种能长草的混凝土，它是利用特殊配比e混凝土形成植物根系可生长的空间，并通过采用化学和植物生长技术，创造出能使植物生长的条件，这种绿色建筑材料除了可用于堤防迎水面植被护坡工程外，还可以用来制造植被型路面砖、植被型墙体、植被型屋顶压载材料、绿色停车场等，对改善城镇生态环境，实现城市立体绿化，减e城市热岛效应也将发挥重要作用。另外，为了缓解“城市热岛效应”，日本东京都立大学目前在着手研究开发一种具有轻型纤维强化混凝土特征的蜂窝式混凝土。

 

（2）控制城市人口数量：在美国77个城市中，城市最大热岛强度与城市人口的平方根有很好的正相关关系，Oke^[15]根据北美和欧洲20多个城市资料统计出最大热岛强度与城市人口数的对数呈线l关系。因此，限制城市人口数量，发展中等城市，也是缓解城市热岛效应的措施之一。

 

（3）采取有效措施减少温室气体的排放，否则，今后50年，平均每年因气候变暖和热岛效应造成的经济损失将高达3000亿美元。

 

（4）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。

 

（5）遏止主要因大量施工和过度能源消耗引起的城市气候升温。鼓励建造屋顶花园，并减少空调的使用。大力推行房顶、墙壁绿化、室内生态设-。

 

（6）市区路面要进行保水性、透水性铺装。

 

（7）在城市建设方面，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。

 

（8）以“绿岛效应”抑制热岛效应。大力推动园林城市创建活动，减轻“城市热岛效应”。

 

（9）用一些大型无污染的人工冷却的方法来给城市降温。如日本东京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。

 

1 周淑贞. 上海城市热岛效应.地理学报, 1982,37(4): 335～342

2 李子华, 唐 斌, 任启福. 重庆市冬季热岛和湿岛效应的研究. 地理学报,1993,48(4): 358～366

3 梁凤仪, 张蓝蓝, 徐小英. 广州市的高温与台风. 热带地理,1988,8(4):345～353

4 程炳岩, 周子平, 钱晓燕等.郑州城市热岛特征及成因.河南气象1997,1:20～22

5丁金/,张志凯,奚 红.上海地区盛夏高温分布和热岛效应的初步研究.大气科学, 2002, 26(30): 412～422

6 钱妙芬.成都市温度场统计特征. 四川环境,1989,8(3)：34～42

7 周淑贞.上海近数十年城市发展对气候的影响.华东师范大学学报:自然科学版,1990,(4)：64～73

8 孙亦敏.c津市城市热岛效应的综合性研究.气象学报,1988,46(3)：23～28

9周淑贞.上海城市太阳辐射与热岛强度.地理学报,1991,46(2)：207～212

10李乐泉.城市大气边界层的数值研究.大气科学,1992,16(2)：237～247

11孙旭乐.西安市城市边界层热岛的数值模拟.地理研究,1994,13(2)：49～54

12张景哲,刘继韩,周一星等.北京城市热岛的几种类型.地理学报.1984,39(4)：428～435

13李子华,任启福. 重庆市区冬季热岛和湿岛效应的研究.地理学报.1993,48(4)：358～366

14石雪冬, 李 敏, 张宏利等.遥感技术在广州市城市绿地系统总体规划中的应用.测n科学,2001,26(4)：42～45

15 Oke T R, City size and the urban heat islands. Atmospheric Environment. 1973,7：769～779