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111 第二章 地球上的大氣 問題研究 為什么市區(qū)氣溫比郊區(qū)高 備課資料 一、城市熱島效應(yīng) 炎熱的夏日，人人都盼望著氣溫下降，天送涼風(fēng)。而城市居民，尤其是大中城市的居民，卻往往發(fā)現(xiàn)，自己所居住的城市的氣溫總比周圍相鄰地區(qū)高，其他季節(jié)也如此。如1979年12月13日20時(shí)，上海市中心氣溫為8.5 ℃，近郊為4 ℃，遠(yuǎn)郊僅有3 ℃。這樣，城市在溫度的空間分布上，猶如一個(gè)獨(dú)特的島嶼，稱為“熱島效應(yīng)”或“火爐效應(yīng)”。這種“熱島效應(yīng)”日益顯著，我國觀測到的最大“熱島效應(yīng)”，上海為6.8 ℃，北京為9 ℃；世界最大的城市“熱島”，要數(shù)加拿大的溫哥華（11 ℃）、德國的柏林（13.3 ℃）。 在這種“熱島效應(yīng)”的影響下，城市上空的云、霧會增加，城市的風(fēng)、降水等也會發(fā)生變化。這就是“熱島效應(yīng)”帶來的城市“雨島效應(yīng)”“霧島效應(yīng)”等。如，上海市區(qū)汛期雨量平均比遠(yuǎn)郊多50毫米以上，等于多下了一場暴雨。城市霧氣多由工業(yè)、生活排放的各種污染物形成的酸霧、油霧、煙霧、光化學(xué)霧等混合而成。霧多不僅危害動植物，還會妨礙水陸交通和供電。嚴(yán)重時(shí)，汽車、火車、輪船只好減速，甚至影響到飛機(jī)的起落。重慶是有名的“霧都”，一家機(jī)場因此不得不搬家。 “熱島效應(yīng)”，主要是在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)區(qū)或大城市中形成。由于工業(yè)發(fā)達(dá)、人口集中，大量消耗能源，致使許多大氣進(jìn)入近郊。另外，高樓林立，綠地銳減，也是造成氣候島的原因。據(jù)研究，城市廢熱，主要來自燃燒的工業(yè)鍋爐及冷氣、采暖等固定熱源，其次是機(jī)動車輛、人群等流動熱源。用混凝土、磚瓦石料等建筑的高樓大廈群及水泥、柏油鋪設(shè)的路面，都能大量吸收和儲存太陽能。狹窄的街道和愈來愈小的庭院、居室又使天地之間的熱量交換受阻，使地面降溫非常遲緩。因而，城市的年平均氣溫比郊區(qū)一般可高出0.5—3 ℃，或者更高些。愈是工業(yè)集中、人口密度大的城市愈明顯?！盁釐u效應(yīng)”反過來又使城市耗電及用水量大增。 夏天要想降低1 ℃，比冬天升高1 ℃用電量要大得多。這樣，又要耗掉大量能源，造成更多廢熱，進(jìn)一步加強(qiáng)“熱島效應(yīng)”及其他氣候效應(yīng)。現(xiàn)在，許多城市都認(rèn)識到“造綠”是改善城市“氣候島效應(yīng)”的好辦法。 （摘自《科技日報(bào)》） 二、廣州夏季“熱島效應(yīng)”加劇 市區(qū)比郊區(qū)高3 ℃ 廣州氣溫近40年來一直在上升。城區(qū)由于建筑密集、汽車和空調(diào)排出大量廢熱，平均氣溫比市郊高出3 ℃。專家呼吁，用“立體綠化”緩解“熱島效應(yīng)”。 廣州“熱島”越來越熱 不少市民都有這樣的體會，走在建筑物、車流密集的荔灣區(qū)、天河區(qū)，明顯比白云山、珠江邊感覺要熱。中科院廣州地理所研究員梁國昭認(rèn)為，這就是廣州“熱島效應(yīng)”的顯著表現(xiàn)。大城市的氣溫往往比周邊地區(qū)高，好像是被鄉(xiāng)村包圍的熱島，故稱“熱島效應(yīng)”。建國初期，廣州的年平均氣溫是22.0 ℃，近幾年則逐年上升，從1998年的22.8 ℃升至2003年的23.1 ℃，其中市區(qū)氣溫又比郊區(qū)高3 ℃左右。 據(jù)分析，廣州形成“熱島效應(yīng)”的原因有多方面：越來越多高樓拔地而起，混凝土、幕墻玻璃等的應(yīng)用，加劇了建筑物的吸熱，使熱量在城市中不易散失；另外，眼下廣州的機(jī)動車以每天300多輛的速度遞增，每個(gè)汽車發(fā)動機(jī)就是一個(gè)熱氣源，汽車尾氣大量排放，也加劇了高溫的產(chǎn)生；更重要的是，城區(qū)氣溫高于郊區(qū)，刺激了市民對空調(diào)的需求量不斷增加，而空調(diào)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，又將熱氣排入空氣中，如此惡性循環(huán)，加劇了“熱島效應(yīng)”。 大草坪好看不透涼 氣象部門的資料顯示，其實(shí)廣州“熱島效應(yīng)”近幾年已有減弱跡象，溫差大于1.2 ℃的熱島面積已停止擴(kuò)大，溫差大于1.6 ℃的熱島面積更有縮小之勢，但為什么市民仍感覺市區(qū)氣溫在上升呢？ 廣州華南植物園博士任海認(rèn)為，“熱島效應(yīng)”厲害與否，與城市綠化工程是緊密相關(guān)的。有研究表明，廣州這幾年的綠化成果在理論上可使“熱島效應(yīng)”減弱2 ℃左右，但目前并未達(dá)到這樣的效果，這表明，廣州城區(qū)的“熱島效應(yīng)”還有降低的空間。 身為省政協(xié)委員的梁國昭也認(rèn)為，盡管廣州近年對綠化越來越重視，但有不少環(huán)節(jié)仍忽略了“熱島效應(yīng)”因素。比如，為了城市美觀，一度營造出許多城市綠地，其實(shí)這些草坪的生態(tài)功能并不強(qiáng)，它們的蓄水能力較弱，缺少蒸騰作用，并不會給城市降溫。 梁國昭還說：“現(xiàn)在廣州的地面多是水泥地、瀝青路，很多廣場是花崗巖鋪設(shè)的，雨水一下就直接排到下水道，地面并沒有形成散熱的蓄水層，雨過太陽一曬，就全部成了熱輻射，加劇了‘熱島效應(yīng)’?！? “樓頂綠化”一舉三得 目前國內(nèi)許多專家都在研究解決“熱島效應(yīng)”的方法。比如，將城市建筑物的表面顏色由深變淺，以減少對太陽輻射的吸收；在路邊、花園、屋頂栽種花草樹木；加強(qiáng)城市規(guī)劃，統(tǒng)籌安排工廠區(qū)和居民區(qū)；等等。前兩年，北京全面啟動了“立體綠化”以緩解“熱島效應(yīng)”。這種立體綠化有別于簡單的草坪綠化，經(jīng)過合理布局，立體綠化有開發(fā)占地小、綠化面積大、見效快的功效?！皹琼斁G化”即是其一，既能給樓宇降溫，又凈化空氣、美化景觀。 專家們認(rèn)為，廣州不妨學(xué)習(xí)北京，建立城市多元綠化結(jié)構(gòu)，以改善“熱島效應(yīng)”。眼下，廣州園林部門正努力推動“樓頂綠化”工程。但市民響應(yīng)似乎并不熱烈。有市民認(rèn)為，這種工程如果要市民獨(dú)自操辦，存在很多技術(shù)上的難題，也有很多難以協(xié)調(diào)的因素，最好由政府出臺政策大力推動。 三、城市熱島效應(yīng)和城市風(fēng) 城市熱島效應(yīng)是指城市空氣溫度比其周圍鄉(xiāng)村空氣溫度高的現(xiàn)象。造成城市空氣溫度高于鄉(xiāng)村空氣溫度有地面作用和熱釋放兩方面原因。城市絕大部分的地面是建筑物、瀝青路面和混凝土路面，這種地表環(huán)境，吸收太陽輻射會使地面溫度較高，其中有兩個(gè)原因，第一是缺乏植物，使全部太陽輻射能投射到裸露的地面上，缺乏植物蒸騰作用消耗熱量，從而使空氣溫度升高。第二是混凝土地面不像土壤地面可利用水分蒸發(fā)消耗熱量，因而城市氣溫高。 城市的經(jīng)濟(jì)活動和社會活動要比鄉(xiāng)村強(qiáng)度大，這些活動都與能量的消耗有關(guān)。能量的消耗使城市在周圍溫度較低的鄉(xiāng)村中，好像一個(gè)“熱島”。 觀測表明，我國城鄉(xiāng)間溫差一般可達(dá)1—2 ℃。工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，城鄉(xiāng)溫差可達(dá)3—5 ℃。如果在一幅城市地圖上，用線將溫度相等的點(diǎn)連接起來，就會發(fā)現(xiàn)，一條條等溫線是環(huán)繞城市閉合的，而且高溫區(qū)就像地形圖上的小島的等高線。 城市的熱島效應(yīng)對大氣污染的擴(kuò)散有一定的影響。由于城市好像一個(gè)“熱島”，熱氣不斷上升，形成一個(gè)低壓區(qū)，郊區(qū)的冷空氣向市區(qū)侵入，構(gòu)成環(huán)流，即形成了所謂的“城市風(fēng)”。城市風(fēng)的形式和大小，與盛行風(fēng)和城鄉(xiāng)間溫差關(guān)系很大。靜風(fēng)時(shí)，城市風(fēng)非常明顯，有風(fēng)時(shí)，只在城市背風(fēng)部分出現(xiàn)城市風(fēng)。由于夜晚城鄉(xiāng)溫差遠(yuǎn)比白天大，夜間風(fēng)不斷從鄉(xiāng)村吹來，風(fēng)速大于每秒2米。因此，城區(qū)的污染物都向市中心集中，市中心往往成了城市中大氣污染物濃度最高區(qū)。 （資料來源:《地理教育》） 四、城市與氣候 城市是人口聚集、經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的地區(qū)。在城市里，下墊面與空氣成分都經(jīng)受了極大的人為改變，成為人類影響氣候最強(qiáng)烈的地區(qū)。城市化是人類發(fā)展史中的一種重要?dú)v史進(jìn)程。因此，城市氣候資源問題也將成為引人注目的一個(gè)重要科學(xué)問題。 城市對氣候的影響是全面的，但至今研究得最多的是對溫度的影響。城市熱島是城市對大氣熱力作用所產(chǎn)生的一種重要現(xiàn)象。 城市熱島形成的原因很多，如城市集中使用能源，積聚了大量人工熱量;建筑材料的反射率比植被與土壤小，能吸收更多的太陽輻射能;城市地面含水分少，蒸發(fā)熱消耗遠(yuǎn)小于農(nóng)村;加上城市建筑物密集，通風(fēng)條件較差。由于這些原因，使得城市顯著暖于四周農(nóng)村。 城市熱島在無風(fēng)無云的夜晚達(dá)到最大的強(qiáng)度。城市最低溫度可比郊區(qū)高3—4 ℃，甚至更高。城市熱島效應(yīng)所影響的高度一般只能達(dá)到地面以上100—300米。 城市里風(fēng)小，污染源又多，故大氣污染遠(yuǎn)比郊區(qū)嚴(yán)重。 由于城市熱島有利于空氣對流，在城市，出現(xiàn)雷暴、冰雹等強(qiáng)對流性天氣也比郊區(qū)多。 由于城市化對氣候的這些影響，城市氣候資源也發(fā)生相應(yīng)的變化。一般說，在寒冷地區(qū)，城市的熱量資源有所改善。在炎熱地區(qū)，則更加劇了高溫危害。因此，改善城市的氣候資源狀況是城市現(xiàn)代化所面臨的迫切問題。其中城市綠化就是一項(xiàng)重要措施。 樹木能顯著改善城市氣候。樹木遮陰可減少白天輻射增熱，節(jié)省空調(diào)費(fèi)用。冬季落葉后，樹木并不妨礙房舍獲得的太陽輻射能。由于蒸騰作用，樹木使城市空氣更為濕潤。 樹木能吸收二氧化碳、二氧化硫等氣體和灰塵，放出氧氣。據(jù)估計(jì)，1畝森林一天吸收的二氧化碳可達(dá)66.7千克，產(chǎn)生47千克的氧氣。據(jù)德國統(tǒng)計(jì)，每公頃松樹每年可吸收36噸灰塵，而水青岡、械樹和橡樹混交林則可吸收68噸灰塵。森林散發(fā)的氣體常常有鎮(zhèn)靜與滅菌的效果。此外，森林還有降低噪音、美化環(huán)境等許多作用。城市綠化已成為現(xiàn)代城市建設(shè)的一個(gè)重要指標(biāo)。 五、熱島效應(yīng)與人體健康 在“熱島效應(yīng)”的影響下，城市上空的云、霧會增加，使有害氣體、煙塵在市區(qū)上空累積，形成嚴(yán)重的大氣污染。人類有許多疾病就是在“熱島效應(yīng)”下引發(fā)的。 醫(yī)學(xué)研究表明，環(huán)境溫度與人體的生理活動密切相關(guān)。環(huán)境溫度高于28 ℃時(shí)，人們就會有不舒適感；溫度再高就易導(dǎo)致煩躁、中暑、精神紊亂；氣溫高于34 ℃，并伴有頻繁的熱浪沖擊，還可引發(fā)一系列疾病，特別是使心臟、腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率上升，死亡率明顯增加。此外，高溫還可加快光化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高大氣中有害氣體的濃度，進(jìn)一步傷害人體健康。 在“熱島效應(yīng)”的作用下，城市中每個(gè)地方的溫度并不一樣，而是呈現(xiàn)出一個(gè)個(gè)閉合的高溫中心。在這些高溫區(qū)內(nèi)，空氣密度小，氣壓低，容易產(chǎn)生氣旋式上升氣流，使得周圍各種廢氣和化學(xué)有害氣體不斷對高溫區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充。在這些有害氣體作用下，高溫區(qū)的居民極易患上消化系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)疾病，此外，支氣管炎、肺氣腫、哮喘、鼻竇炎、咽炎等呼吸道疾病人數(shù)也有所增多。 嚴(yán)重的城市熱島效應(yīng)不但影響了人們正常的生活和工作，還成為人們生活質(zhì)量進(jìn)一步提高和城市進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。因此，研究削減城市熱島效應(yīng)的技術(shù)方法，采取各種措施緩解熱島效應(yīng)的影響，對于提高人們的生活質(zhì)量、維持城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。 111