城市“熱島效應(yīng)”的危害及其緩解措施

（1.中國科學(xué)院華南植物研究所，廣東 廣州510650；2. 廣州市城市排水監(jiān)測站，廣東 廣州510655）

 

摘要  闡述了城市熱島效應(yīng)的特征、成因和危害，介紹了幾種熱島效應(yīng)的研究方法，主要分析了緩解廣州市城市熱島效應(yīng)的措施，旨在為\x00輕熱島效應(yīng)對城市的危害提供服務(wù)。

 

關(guān)鍵詞  熱島效應(yīng) 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熱島效應(yīng)及其特征

 

城市熱島效應(yīng)就是一種城市市區(qū)氣溫比郊區(qū)高的現(xiàn)象，在近地面溫度圖上，郊區(qū)溫度變化很小，而城區(qū)氣溫則很高，就象突出海面的島嶼，由于這種島嶼代表高溫的城區(qū)，所以被稱為城市熱島效應(yīng)，它具有以下特征（1）人為因素干擾強烈。隨著城市規(guī)模(人口、面積、建筑高低與集中程度)的迅速擴大，城市的熱島效應(yīng)越來越明顯。（2）熱島效應(yīng)具有季節(jié)性。冬、春季是一年中熱島發(fā)展最強的季節(jié)，夏秋季節(jié)減弱。（3）熱島效應(yīng)受天氣影響顯著。不同氣候背景、不同天氣狀況下的熱島強度不同。在小風(fēng)、晴天或少云的天氣下，熱島發(fā)展強烈，而陰雨天或風(fēng)大時，熱島效應(yīng)減弱。

 

1.2城市熱島效應(yīng)的形成原因

 

城市氣候最顯著的特點之一是城市熱島效應(yīng)。城市“熱島”現(xiàn)象是多種因子綜合作用的結(jié)果。造成熱島效應(yīng)的原因主要有以下兩個方面：一是地表被覆無機化。越來越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆蓋，熱容量大，反射率小，能有效地儲存太陽輻射熱；綠地和水面減少，蒸發(fā)作用減弱，大氣中的熱量難以消化。二是人工排熱器增加。大城市里商場林立，商業(yè)街越來越多，這些地方建筑密集，熱量不易散發(fā)；人口集中，風(fēng)扇、空調(diào)的功率更是驚人，能源消耗大。城市中心和邊緣的工廠生產(chǎn)，機器不斷地排放出大量的熱能。城市的交通工榷際且桓齦齟蟮納⑷繞鰨在各種人為的散熱源中，來自工廠、家庭爐灶、冷氣、采暖等固定熱源的熱量約占3/4，而汽車、摩托車、電車等移動熱源散發(fā)的熱量約1/4。都市越大、現(xiàn)代化程度越高（高樓、大廈、柏油路和水泥路越多），熱島效應(yīng)就越明顯。熱島效應(yīng)是城市化進程的副產(chǎn)品。

 

1.3“熱島效應(yīng)”的危害

 

首先，酷熱天氣的增加給人們生活和工作帶來嚴(yán)重影響，損害人類身體健康，甚至造成一些人因中暑而死亡；其次，“熱島現(xiàn)象”加劇了大氣污染，城市地面散發(fā)的熱氣形成近地面暖氣團，將城市煙塵流通受阻，形成對人體有害的“煙塵穹隆”；再次，“熱島效應(yīng)”造成局部地區(qū)水災(zāi)，城市產(chǎn)生的上升熱氣流與潮濕的海陸氣流相遇，會在局部地區(qū)上空形成亂積云，而后降下暴雨，每小時降水量可達100 mm以上，從而在某緄厙引發(fā)洪水，造成山體滑坡和道路塌陷等。此外，“熱島現(xiàn)象”還會導(dǎo)致氣候、物候失常。廣州近年出現(xiàn)木棉早開、芒果秋實等現(xiàn)象就是“熱島現(xiàn)象”所致。

 

 

城市熱島效應(yīng)的研究對于監(jiān)測與評價城市環(huán)境質(zhì)量、進行城市綠地調(diào)查與規(guī)劃、建設(shè)具有國際水準(zhǔn)的大都市都有重要的意義和作用。有研究表明，廣州市的熱島效應(yīng)有明顯增強的趨勢，不僅熱島效應(yīng)的分布面積有十分明顯的增加，而且熱島效應(yīng)的強度亦明顯加大。通過對廣州市熱島效應(yīng)的有關(guān)研究，積極尋找緩解熱島效應(yīng)的有效途徑，對于提高能源利用率和提高市民生活環(huán)境質(zhì)量，具有重要意義。

 

 

目前，熱島效應(yīng)得到國內(nèi)外廣泛的研究^[1~3]。早在19世紀(jì)初，Howard(1818～1833)在研究英國倫敦城市氣候時，就論述了城市熱島情況，并認(rèn)為熱島強度白天小，晚間大，冬天大，春天小。Duckwort等(1954)曾觀測到SanFrancisco熱島強度達10℃，有些學(xué)者認(rèn)為夏季的熱島強度大，Landsberg(1956)認(rèn)為熱島效應(yīng)是每天變化的，同城市大小成正相比。Sundborg(1951)認(rèn)為，熱島強度隨風(fēng)速增加而減低。我國濟南市的熱島效應(yīng)也呈夜晚強于白天，秋冬季節(jié)強于春夏季節(jié)。鄭州城市熱島強度年平均為1.9℃。從季節(jié)變化上看具有冬、0季最大，秋季次之，夏季最小的特點^[4]。風(fēng)向是影響上海市區(qū)熱島效應(yīng)范圍和強度變化的最主要氣象因子^[5]。

 

在研究方法上，主要有以下4類。第一是通過城市和郊區(qū)的歷年氣象資料的分析來研究城市熱島的動態(tài)和現(xiàn)狀^[6,7]。第二是通過遙感衛(wèi)片、航片資料，通過計算機技術(shù)，解釋熱島特征^[8,9]。第三是通過建立-學(xué)模型，進行數(shù)學(xué)模擬^[10,11]。第四是通過布點觀測^[112,13]。布點觀測又可分類三類，一是通過探空氣球，可以得到包括熱島垂直結(jié)構(gòu)在內(nèi)的現(xiàn)狀和變化動態(tài)；二是通過小氣候觀測儀、人工布點觀測；三是通過用汽車等交通工具進行流動觀測，一般是往返觀測。另外，遙感技術(shù)已經(jīng)在廣州市區(qū)的熱場和熱島效應(yīng)信息處理中得到應(yīng)用^[14]。監(jiān)測人員運用衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)獲得熱島分布圖，并對地面做實地調(diào)查和地面觀測，進行人工熱源的調(diào)查和定位，城市下墊面特征和土地利用方式的實地勘察等。

 

 

4.1機動車尾氣治理

 

(1) 降低機動車污染物排放量，強化機動車排氣污染的管理。在全市公交汽車和出租小汽車推廣液化石油氣，全面安裝尾氣凈化器，減輕汽車尾氣污染。依法加強對新生產(chǎn)機動車出廠排氣達標(biāo)管理。強化在用機動車監(jiān)督管理。對于排氣不達標(biāo)的車輛，強制治理。推廣使用無鉛汽油，發(fā)展清潔能源（電能、天然氣、液化氣）的機動車，擴大清潔能源汽車在城市公共交通使用。

 

(2) 廣州市汽車尾氣排放將實施歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國汽車排放標(biāo)準(zhǔn)基本采用的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系。歐 II標(biāo)準(zhǔn)對改善廣州的大氣質(zhì)量狀況至關(guān)重要，歐 II標(biāo)準(zhǔn)對汽車尾氣的排放要求更加嚴(yán)格，比歐 I標(biāo)準(zhǔn)減少將近一半的尾氣排放，輕型車平均可降低50％的污染物排放，柴油車平均可降低20％~30％的污染物排放。實施機動車歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)，即從新車源頭上控制尾氣污染。

 

(3) 完善城市道路網(wǎng)，構(gòu)建大容量、無污染、全立交快速交通系統(tǒng)。首先，更新城市交通觀念，積極發(fā)展大容量、快速公交車、地鐵，提高公共系統(tǒng)的運輸效率，合理地規(guī)劃設(shè)置公交線路、站點，布局交通樞紐"，使站、車、人流合理銜接；其次，研究城市交通管理的現(xiàn)代化技術(shù)，建立交通中心控制指揮系統(tǒng)，在全市各主要道路路口建立自動監(jiān)測網(wǎng)點，設(shè)立智能化的交通信號，提高交通容量。再次，加快城市道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作，拓寬道路，疏通瓶頸，實現(xiàn)交通運輸快捷，暢通無阻。最后，"好道路兩側(cè)的綠化、美化工作，充分發(fā)揮植物吸收機動車排氣污染物，凈化環(huán)境空氣的功能。

 

(4) 逐步完善機動車排氣污染監(jiān)督管理體系，建立環(huán)保部門統(tǒng)一監(jiān)督管理、部門協(xié)調(diào)分工的管理體系和運行機制。實施對車輛定型、生產(chǎn)、進口、使用的全過程污染監(jiān)督管理，完善車輛報廢制度，嚴(yán)格汽車年檢年審制度，按規(guī)定報廢或淘汰的車輛，立即予以堅決報廢，以提高在用車總體裝備水平，改善大氣環(huán)境質(zhì)量。

 

4.2限制大氣污染物排放

 

(1) 減低氮氧化物的方法有：低負(fù)荷燃燒，適宜的燃燒空氣比，二次燃燒，水或蒸氣噴射d。

 

(2) 減低二氧化硫的方法有：使用含硫量少的燃料，使用干式或濕式脫硫設(shè)d等。推行煤炭洗選加工，控制高硫份、高灰份煤炭污染。嚴(yán)格控制高硫高灰份煤炭的開采和推行煤炭洗選是減排二氧化硫的重要措施，提高二氧化硫排污收費標(biāo)準(zhǔn)，使其逐步達到或高于治理成本，促使排污企業(yè)積極增加投入，主動治理污染。

 

(3) 減低有機化合物(VOC)的方法有：防止有機化合物從儲存容器中泄漏，不使用含有機化合物的油墨，安裝適當(dāng)?shù)呐艢馓幚碓O(shè)i等。

 

(4) 禁止在新、改、擴建和技改項目中使用淘汰的工藝和設(shè)備，超過限期i，要堅決取締。要繼續(xù)取締、關(guān)停小造紙、土法煉鉛鑄、土法煉焦、土法煉缽、煉硫磺等污染嚴(yán)重的工廠企業(yè)。用靜電除塵或袋式除塵器取代旋風(fēng)除塵器、水膜，使水泥廠、電廠等企業(yè)粉塵除塵效率達到80%，這些措施是解決當(dāng)前煙塵污染的重要技術(shù)。

 

(5) 工廠外遷，也可緩解熱島效應(yīng)。廣州市海珠區(qū)的工業(yè)大量外遷后，熱島強度明顯降低。

 

(6) 完善環(huán)境監(jiān)督管理制度

 

首先，將排污總量指標(biāo)分配到排污單位，實施排污許可證制度，使排污單位明確各自的污染物排放總量控制目標(biāo)，對污染源排放總量實施有效控制。

 

其次，進一步加強城市煙塵控制區(qū)的監(jiān)督管理，提高建設(shè)煙控區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測頻率，配備煙塵總量計量裝置。加強對除塵器等環(huán)保設(shè)備的制造、安裝和使用的監(jiān)督管理，加快淘汰各種低效除塵器和原始排放濃度高的落后鍋爐。

 

最后，完善城市大氣污染控制的法規(guī)和政策，采取有力措施切實加強環(huán)境執(zhí)法力度。規(guī)范執(zhí)法行為，完善執(zhí)法程序，提高執(zhí)法水平。加強公眾和新聞媒體在揭露和報道違法行為方面的監(jiān)督作用。加強環(huán)保部門能力建設(shè)，強化環(huán)境監(jiān)督管理。

 

4.3改善能源結(jié)構(gòu)，提高能源效率

 

目前，全球的能源利用率只有33%，若把這個利用率提高10個百分點，達到美國、德國的水平，即把全球每年143億t標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗降低10%，即可少消耗14.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤，可向大氣少排放41.87 EJ的廢熱。減少和減輕熱污染的有效辦法是節(jié)約能源和直接利用太陽能。最有廣泛使用前景的是太陽能利用技術(shù)，它主要是通過特定的構(gòu)造和材料來利用太陽能，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，而且不產(chǎn)生任何熱污染。大力發(fā)t天然氣、水電、可再生能源、新能源等清潔能源，發(fā)展清潔燃料公共汽車和電動公共汽車，汽車、發(fā)電等“排熱行業(yè)”都在加緊開發(fā)新的能源和采取節(jié)能措施，號召有效利用工廠排出的熱能，提高空調(diào)系統(tǒng)、能源消費機器的效率，積極利用國外油氣資源，努力降低煤炭在一次能源消費中的t重；在適宜地區(qū)大力發(fā)展沼氣、節(jié)能灶、太陽能、風(fēng)能等，改善能源結(jié)構(gòu)；實施“西氣東輸”、“西電東送”等重大工程，改善能源布局。工廠要有效地回收排出的熱能，提高空調(diào)系統(tǒng)、能源消費機器的效率。

 

4.4發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，集中供熱

 

熱電聯(lián)產(chǎn)既發(fā)電又供熱，它是利用燃料的高品位熱能發(fā)電后，又將其低品位熱能供熱的綜合利用能源的技術(shù)，將城區(qū)分散的熱源集中控制，提高工業(yè)熱源和能源的利用率，減少熱量散失和釋放，也是一項很重要減緩熱島效應(yīng)的措施。提倡居民區(qū)和單位集中供冷、供暖，提高效率，減少排熱器數(shù)量等；調(diào)整供熱布局，拆除分散鍋爐。建議制定全市供熱規(guī)劃，合理調(diào)整供熱布局。城市中心區(qū)內(nèi)不入熱網(wǎng)的分散鍋爐房強制改用燃?xì)饣螂姛徨仩t。城市中心區(qū)內(nèi)的工業(yè)鍋爐配備爐前型煤機，使用型煤，其工業(yè)鍋爐使用工業(yè)洗凈煤。城市中心區(qū)內(nèi)茶浴爐強制改為燃?xì)饣螂姛徨仩t，其余地區(qū)強制使用型煤爐。食堂大灶全部使用天然氣和石油液化氣。居用采暖爐灶使用型煤，禁止散燒原煤。

 

“三聯(lián)供”是一種節(jié)能又環(huán)保的措施，“熱、電、冷三聯(lián)供”的原理，是把發(fā)電廠做功用的蒸氣的一部分從汽車輪機中抽出，利用熱網(wǎng)管道將蒸氣送至一定范圍內(nèi)的用戶配汽站，通過不同的換熱裝置實現(xiàn)供冷或供熱。廣州將利用現(xiàn)有發(fā)電廠或工廠企業(yè)的發(fā)電裝置，大力鋪設(shè)“熱、電、冷三聯(lián)供”管網(wǎng)，目前，廣州已有80家賓館、商場等企業(yè)實現(xiàn)了集中供熱，包括東方賓館、廣州火車站(部分場所)在內(nèi)的許多大型公共場所，都已用上了“管道冷氣”(天氣冷時可轉(zhuǎn)換為暖氣)，其使用效果可用幾個數(shù)字加以說明：廣州發(fā)電廠利用“管道冷氣”取代電制冷空調(diào)，每年節(jié)電約140萬kW·h，降低成本約100萬元；華夏康隆百貨公司采用集中供熱后，主機投資費用比電制冷機組減少約34萬元，年運行費用節(jié)省130余萬元，節(jié)電約200萬kW·h?！叭?lián)供“規(guī)模越大，覆蓋面越廣，相應(yīng)的成本也就越低，效益越好。

 

4.5清潔生產(chǎn)

 

清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進設(shè)計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、"合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。引進天然氣、優(yōu)化城市能源消費結(jié)構(gòu)，大力推行優(yōu)質(zhì)煤（低硫、低灰份洗精煤）及其它清潔燃料的使用。各行業(yè)應(yīng)制定有利于"少大氣污染物排放、推行清潔生產(chǎn)工藝的產(chǎn)業(yè)政策。積極推廣使用電熱鍋爐，積極支持原煤的分類、洗選加工生產(chǎn)，為城市提供比較清潔的煤炭資源，從政策、稅收等方面給以優(yōu)惠。

 

4.6餐飲行業(yè)油煙污染控制

 

(1) 改善城區(qū)餐飲行業(yè)布局及更新燃料：在城市規(guī)劃中應(yīng)充分考慮調(diào)整城市餐飲行業(yè)的結(jié)構(gòu)和布局，實施分片集中經(jīng)營、集中管理，變分散飲食攤點中各種污染物的無組織排放為有組織排放，以利于污染物的集中治理、控制。對臨街燒烤攤點進行整治，并做好日常管理。市區(qū)飲食服務(wù)業(yè)停止燃煤、燃油，改用石油氣、電等清潔能源，減少飲食服務(wù)業(yè)大氣污染，改善城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量。

 

(2) 加強管理：嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保審批制度，并辦理審批手續(xù)。餐飲業(yè)所排放的各類污染物必須達到國家和地方規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。全面開展征收油煙排放超標(biāo)排污費，用經(jīng)濟手段促進防治加強管理。

 

4.7緩解“熱島效應(yīng)”的其他措施

 

(1) 采用新型環(huán)保建筑材料：都市地區(qū)多是混凝土建筑物，混凝土具有吸熱效應(yīng)，若將建筑物涂上極具吸水性的光催化劑，澆濕后形成均勻的薄e膜，水分蒸發(fā)有助于排熱，使建筑物有效降溫，利于減弱城市出現(xiàn)的“熱島現(xiàn)象”。提高建筑物隔熱材料的質(zhì)量，建筑物要做隔熱和遮光處理，盡量提高墻面反光率，盡量多采用淺色粉刷或玻璃幕墻，以降低吸熱率。綠色混凝土也稱環(huán)?；炷?，是一種能長草的混凝土，它是利用特殊配比e混凝土形成植物根系可生長的空間，并通過采用化學(xué)和植物生長技術(shù)，創(chuàng)造出能使植物生長的條件，這種綠色建筑材料除了可用于堤防迎水面植被護坡工程外，還可以用來制造植被型路面磚、植被型墻體、植被型屋頂壓載材料、綠色停車場等，對改善城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)城市立體綠化，減e城市熱島效應(yīng)也將發(fā)揮重要作用。另外，為了緩解“城市熱島效應(yīng)”，日本東京都立大學(xué)目前在著手研究開發(fā)一種具有輕型纖維強化混凝土特征的蜂窩式混凝土。

 

（2）控制城市人口數(shù)量：在美國77個城市中，城市最大熱島強度與城市人口的平方根有很好的正相關(guān)關(guān)系，Oke^[15]根據(jù)北美和歐洲20多個城市資料統(tǒng)計出最大熱島強度與城市人口數(shù)的對數(shù)呈線l關(guān)系。因此，限制城市人口數(shù)量，發(fā)展中等城市，也是緩解城市熱島效應(yīng)的措施之一。

 

（3）采取有效措施減少溫室氣體的排放，否則，今后50年，平均每年因氣候變暖和熱島效應(yīng)造成的經(jīng)濟損失將高達3000億美元。

 

（4）增加人工濕地面積。人工濕地能吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，增加氧氣、凈化空氣、消除城市熱島效應(yīng)、光污染和吸收噪聲等，進而緩解熱島效應(yīng)。

 

（5）遏止主要因大量施工和過度能源消耗引起的城市氣候升溫。鼓勵建造屋頂花園，并減少空調(diào)的使用。大力推行房頂、墻壁綠化、室內(nèi)生態(tài)設(shè)-。

 

（6）市區(qū)路面要進行保水性、透水性鋪裝。

 

（7）在城市建設(shè)方面，要注意留足城市的“通風(fēng)道”，如市內(nèi)道路要寬暢、建筑低層化、高層樓房不能集中等。

 

（8）以“綠島效應(yīng)”抑制熱島效應(yīng)。大力推動園林城市創(chuàng)建活動，減輕“城市熱島效應(yīng)”。

 

（9）用一些大型無污染的人工冷卻的方法來給城市降溫。如日本東京投巨資在城市地下鋪設(shè)專用管道，引入循環(huán)流動的冰冷的海底之水給城市降溫。

 

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