城市热岛效应是怎么形成的(城市热岛效应百科)

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　　植物个体可以通过蒸腾、呼吸等生理机制控制温度的变化，植物聚集在一起可以在冠层下形成相对稳定的小气候。植物就像覆盖在土地上的衣服，将地表附近的温度和湿度控制在一个适中的范围内，保护着自己和整个生态系统。

　　人类也可以改变小气候。人类建造房屋是为了创造良好的生活环境，抵御外界的天气变化。房屋数量逐渐增多形成村落，并进一步发展成不同规模的城市。这个过程伴随着原始植被的消失。人们获得了所需的生存条件，植被失去了对局部小气候的控制。

　　植被去除后，土地失去了保护和缓冲，直接暴露在太阳辐射下。水泥、沥青等材料能快速吸收太阳辐射，使温度升高，吸收的能量以长波辐射的形式释放到近地表大气中。释放过程可以持续到这些材料的温度下降到接近环境温度。

　　不同地表覆盖物的可见光和热红外图像。

　　城市中密高层建筑对太阳辐射的吸收，形成了类似小肠绒毛吸收养分的效果。这些“褶皱”造成的地表面积大幅扩大，导致城市吸收的太阳辐射大幅增加。狭窄的街谷也会由于电磁波的多次反射和滞留而增加对太阳短波辐射和地表长波辐射的吸收。

　　图2植物叶片对不同波段太阳辐射的吸收、反射和透射示意图

　　从地表能量平衡的过程来看，当有植被覆盖时，大部分太阳直接辐射被植物叶片吸收和反射，只有少量穿过植物冠层的太阳辐射被土壤吸收。植物吸收太阳辐射后，除掉光合作用所用的部分，其余部分通过蒸腾作用以水蒸气的形式释放到大气中。这种释放不直接改变近地面大气温度，称为潜热释放。植被去除后，进入地表的太阳辐射增加，地表潜热释放率因植被减少而降低。在增加和减少之间的城区形成一个局部高温区，称为“城市热岛”现象。

　　图3“城市热岛”形成示意图

　　 “城市热岛”的强度最初是通过比较城市内外不同地方的近地表温度来衡量的。早在19世纪初，英国气象学家卢克霍华德就发现了“城市热岛”现象。两个世纪后，我们仍然用他所用的来衡量“城市热岛”的强度。虽然现在气象站多了，但还是无法描述整个城市“热岛”强度的空间变化。

　　遥感图像因其覆盖范围广，成为与“近地表气温热岛”齐头并进的“地表温度热岛”研究的主要数据源。需要注意的是，遥感观测是卫星俯瞰地球表面，很难捕捉到城市的全貌，建筑立面也很难出现在遥感影像中。建筑立面是城市地表的重要方面，也是吸收太阳辐射的主要力量。这部分红外信息的缺失对“地表温度热岛”的评估精度造成了一定程度的损失。

　　 “城市热岛”现象会影响当地的天气状况，导致降水、雷暴等气象活动增多。对于城市生态系统来说，温度的升高会导致物候的波动，导致动物栖息地的减少或消失，入侵物种取代原有物种。随着全球气候变化，“城市热岛”与持续的“热浪”叠加，不仅提高了“热浪”的温度，而且延长了“热浪”的持续时间，对城市居民的健康产生了直接甚至致命的影响。

　　减缓“城市热岛”强度的方法有很多，包括在建筑表面涂上反射太阳辐射能力更强的白色涂料，增加透水砖的铺设面积，以增加表面的潜热通量。最简单最可持续的就是增加植被覆盖度，也就是城市“再绿化”的过程。这一过程主要受到可用于种植植被的有限空间的限制。可以通过屋顶和墙面的适当绿化来扩大植被的种植空间。城市绿地布局一直是“城市热岛”研究的热点问题。许多科学家对绿地斑块的形状和大小、绿地的结构以及绿地斑块之间的相互作用做了大量的研究。在城市尺度上改善热环境，首先要确定热环境差的区域，即“热岛”的核心区域，然后进行有针对性的热环境改造步骤。

　　城市绿地面积的门槛也值得思考。例如，近几十年来，北京的绿地总覆盖面积不断增加，但与此同时，“热岛”强度也同步增加，这可能表明城市的快速扩张显著增加了区域性“热岛”的强度，虽然绿地面积增加了，但仍然无法抵消城市扩张带来的气温升高。因此，在大城市乃至城市群的形成过程中，如何布局绿地，绿地覆盖率有多高，才能有效缓解“热岛”的强度，需要更加重视。一些学者认为在街区尺度上种植至少30%的树木是合适的，因为在此基础上新树提供的“热岛效应”缓解效应仍然存在但显著降低。但在更大的尺度上，对于不同气候背景、不同尺度的城市，绿地比例是未知的，需要进一步探索。

　　热岛

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