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?城市热岛的成因与控制

引言:“城市热岛效应”,又称“大气热污染现象”,是指城区温度高于郊区,高温城区被低温郊区包围,在等温线表示的温度分布图上形成内高外低的岛屿形态,故称为“城市热岛效应”。环保专家认为,80%的“热岛效应”归因于绿地和湿地的减少,城市热排放因子只占20%,因此城市热岛效应的控制重点是绿地和湿地的建设。卫星热红外遥感技术能够有效、全面地探测下垫面温度特征,定期、动态地监测城市热环境的变化趋势,是研究城市热岛效应的有效手段。

关键词:城市热岛效应,城市热环境,成因,控制

第一,城市热岛效应

“城市热岛效应”又叫“空气热污染现象”,是指市区的温度高于郊区,高温的市区被低温的郊区包围,在等温线表示的温度分布图上形成内高外低的岛屿形态,故称为“城市热岛效应”。

城市热岛效应使得城市年平均气温比郊区高1?10℃以上,夏季城市部分地区的气温有时甚至达到6?10℃以上.在全球快速城市化背景下,城市热岛已成为影响城市环境的因素之一,对城市公共健康、空气质量和能源消耗构成严重威胁。

二、城市热岛效应的成因分析

城市热岛效应的形成与多种因素有关,城市化是热岛现象形成的主要原因。

1,下垫面的变化

城市小气候的形成与城市人工构建的下垫面密切相关。由于城市和郊区的下垫面不同,形成了各自的热环境和热平衡(图1,图2)。

图1郊区热平衡图2城市热平衡

城市表面是无机物,越来越多的表面被建筑物、混凝土和沥青覆盖。绿地和水面减少,蒸发减弱,大气无法降温。同时,这些人工结构热容量小,在相同的太阳辐射条件下,比自然绿地和水面升温快。

2、人工热源的影响

城市中大量的人为热排放也是造成热岛的重要原因。工厂生产、交通运输、居民生活都需要燃烧各种燃料,每天都要排放大量的热量。

3.城市空气污染

城市中的机动车、工业生产和居民生活排放的氮氧化物、二氧化碳和粉尘,会吸收城市中人工建筑的热辐射,产生温室效应,从而引起大气温度的进一步升高。在城市热岛现象的影响下,城区温度高于郊区周边农村,城区热空气在高空上升并向四周扩散,周边郊区较冷的空气流入城区,从而形成独特的城市热岛环流。郊区工厂排放的污染物可以随着热岛环流从低空吹到市区,增加了城市中污染物的浓度,进一步增强了城市热岛效应。

4.城市建筑的密度和负荷

高密度建筑增加了对太阳辐射的直接吸收和反弹吸收。城市高层建筑多,影响了风的自然流动,也是城市热岛效应的原因之一。

5.城市能源消耗

城市大量的能源消耗提高了地表大气的温度,增强了热岛效应。尤其是夏季,建筑物的空调负荷大大增强了热岛效应,进而增加了空调的能耗,形成恶性循环。

此外,城市建成率、几何形状、城市规模、城市地理位置也明显与热岛效应相关。

第三,城市热岛效应的控制

绿地和水面是有效缓解城市热岛效应,调节和改善城市小气候环境的最有效因素。环境专家认为“热岛效应”80?%的因素归因于绿地和湿地的减少,城市热排放因素仅占20?%?因此,城市热岛效应的控制重点是绿地和湿地的建设。

1,大力推进城市立体绿化

植物对太阳辐射的吸收率高,透射率低;植物可以通过蒸腾作用带走大量热量,提高空气湿度;特别是树木可以通过阻挡阳光来大大减少辐射热。植物对太阳辐射的反射率一般为10?%~20?%?红外线的反射率高达70?超过%。研究表明,当一个区域的绿化覆盖率达到30%时,热岛强度明显减弱;绿化覆盖率50%以上,热岛缓解现象极为明显。植物可以因为光合作用而产生良好的环境效益,这将在缓解全球温室效应和修补臭氧层空洞方面发挥非常重要的作用。

城市绿化应进行乔、灌、草的合理搭配,特别是乡土树种的种植。盲目种植草坪和珍贵树木的不合理做法应该被放弃。论文参考网。由于城市用地紧张,城市绿化除了横向的森林规划外,还要向立体绿化方向发展。城市中有大量的水泥或混凝土屋顶、墙体、立交、斜坡,这些裸露的表面为立体绿化提供了可能。发展立体绿化是缓解城市热岛效应的重要方法。

建筑的屋顶是建筑和大气之间的重要界面。而且城市里的屋顶面积占整个城市面积的50%?%?关于。增加屋顶绿地覆盖面积,不仅可以降低空调能耗,还可以调节室外温度,具有减缓城市热岛效应的作用,生态效益显著。

2.保护自然湿地,努力建设人工湿地。

水体热容量大,水分蒸发多,升温降温适中,城市有水面存在,可以在一定程度上缓解城市热岛现象。城市化导致大量城市农田、池塘、湖泊、内河、沼泽等湿地减少或消失。不透水的混凝土建筑、道路和广场导致大量降水直接流经排水管网。随着湿地的减少或消失,自然降水的白白流失,城市失去了通过蒸发带走城市热量,减少热岛效应的机会,水通过促进树木的生长间接减少热岛效应的可能性。在大力保护原有湿地(包括城郊湿地保护)的基础上,在城市中建设人工湿地是减少热岛效应的有效途径。此外,积极改善不透水下垫面,使用透水材料(透水砖等。).有资料表明,透水水泥混凝土路面可以降低路面温度5℃左右。因此,城市中的透水铺装对改善城市热环境、形成局地风有着明显的作用,就像城市水分的蒸发和绿化系统的蒸腾作用一样。

3.构建合理的城市规划结构。

注重城市建设的合理布局,在城市规划中实施可持续发展战略。

城市热岛效应与城市规模有一定的相关性。一些学者认为,城市扩张是城市热岛效应形成的主要原因。人口密度高的区域也是建筑密度高的区域,也是高能耗的区域,必然形成高温区域。据研究,?65438+万人城市热岛效应可达0.32℃,1万人城市热岛效应可达0.91℃。所以要规划好城市的规模,把城市的人口控制在一定的范围内。同时,要控制城市人口密度和建筑密度、高度,选择通风顺畅的地形进行城市建设,因地制宜,合理布局城市各功能区,增加空气流动空间,尽量使主干道与夏季盛行风向一致。

4.降低设备能耗,合理规划城市能源。

通过改进用能设备的部件,更新用能方式,可以提高能源利用效率,降低能源损耗。控制城区分散低效的小热源,大力推广集中供热,提高能源利用率;尽可能考虑中央空调。减少建筑暖通空调?热量从系统排到空气中。可以提高建筑空调技术,积极探索和推广节能新技术(如地源热泵技术),大力开展建筑节能,并制定相应的政策法规,推动节能措施的实施。

在经济合理、技术可行的情况下,可以适当利用风能、太阳能、生物能、地热能等绿色能源。既节约了能源,又将一部分太阳能转化为其他形式的能量,减少了辐射能中直接转化为热能的能量,即减少了太阳辐射对城市热岛现象的影响。

5.开发“生态保温”建筑表皮。

建筑节能技术通常采用白色或浅色对建筑表面进行“反射隔热”处理,“隔热”增加建筑围护结构热阻,“遮阳隔热”利用人造材料阻挡太阳辐射,都是将太阳辐射热直接传递到室外,既满足了室内热舒适和建筑节能,又带来了城市热岛强度的增加。因此,当前应弱化热岛控制中实施反射性装饰材料等常规手段,采用绿色植被、水介质等具有生态元素的复合体,并将其置于建筑表面,形成生态建筑表皮。吸收的太阳辐射热经过物理和生化反应后,会通过蒸发的方式消散。这样可以减少建筑表皮对周围环境的太阳辐射反射和热量传递,从根本上改善建筑外的热环境,减弱城市热岛效应。

6、规范城市交通系统。

倡导公共交通,控制私家车数量,逐步用清洁的液化气替代石油作为城市公交车和出租车的主要燃料。目前,国外已经开发出一种利用电力作为机动车动力的新技术,这将对城市热岛和城市气候环境产生积极影响。同时,将大量城市交通分层划分,分流车辆,促进城市大量积热、温室气体、悬浮颗粒物的分散,减少沙尘覆盖效应,降低热岛效应。

四。研究现状及建议

1.热岛效应的研究现状

多年来,许多学者对城市热岛现象做了大量的研究工作。国内外许多学者通过对观测数据的分析,指出了城市温度场和城市热岛强度的影响因素,并提出了城市热岛强度与某些因素的相关模型。论文参考网。许多学者对城市能量平衡中的一些物理过程进行了广泛的讨论,并取得了一些有益的成果。近年来,中国研究人员从城市人口密度、绿地数量和分布、建成区面积、人为热、大气污染和地形等方面研究了城市热岛的范围和强度与这些因素的关系,也研究了城市热场分布与土地利用和覆盖的关系。

常规的城市热岛研究主要基于监测,根据监测结果分析影响城市温度场和城市热岛强度的因素。常规的监测方法是线路观测和定点观测相结合。由于观测不能同步进行,观测点密度不高,这种方法不能全面、同步地反映地面热辐射。卫星热红外遥感技术能够有效、全面地探测下垫面温度特征,定期、动态地监测城市热环境的变化趋势,是研究城市热岛效应的有效手段。常用的热红外遥感技术有气象卫星NOAA?AVHRR、Landsat)TM等。与气象卫星NOAA相比?AVHRR?地面分辨率(1?km?×1?Km)、Landsat?TM6?用120?m?×120?m?地面分辨率,用于需要精确分析的区域,TM6?是更好的选择。此外,日本九州大学城市与建筑环境实验室开发的城市热岛模拟软件——AU?SSSM?工具?,?可以模拟典型地区的热环境,为合理的城市规划提供参考。论文参考网。

2.一些建议

首先,热岛效应的研究要从基础数据的调查和收集入手,实地监测城市不同区域热流的方向和大小,划分建筑气候区。其次,在城市不同区域、不同建筑条件下,特别是热岛现象显著的区域建立监测站点,得出城市重点区域热岛现象的变化规律。这些现场监测数据对于当地城市数学模型的建立和修正以及气候社区的建设都是非常重要的。最后,根据实测值,可以建立当地建筑与城市环境的能量平衡模型,包括当地城市气候群落、城市下垫面、人工除热和热岛效应之间的有机联系模型。

动词 (verb的缩写)结论

21世纪,环境和能源问题已经影响到城市形态和人们的社会生活,热岛效应对城市热环境的影响亟待解决。通过对热岛效应的研究,对于把握城市热效应分布与城市发展的关系,促进城市规划和生态环境建设,促进城市可持续发展,提高人居环境质量具有重要意义。