熱島效應(yīng)對(duì)人的危害

【專家解說】：一個(gè)地區(qū)的氣溫高于周圍地區(qū)的現(xiàn)象。用兩個(gè)代表性測(cè)點(diǎn)的氣溫差值（即熱島強(qiáng)度）表示。主要有兩種：城市熱島效應(yīng)和青藏高原熱島效應(yīng)。 [編輯本段]城市熱島效應(yīng)　　英文名稱：Urban Heat Island Effect, 簡(jiǎn)稱UHI 　　城市人口密集、工廠及車輛排熱、居民生活用能的釋放、城市建筑結(jié)構(gòu)及下墊面特性的綜合影響等是其產(chǎn)生的主要原因。熱島強(qiáng)度有明顯的日變化和季節(jié)變化。日變化表現(xiàn)為夜晚強(qiáng)、白天弱，最大值出現(xiàn)在晴朗無風(fēng)的夜晚，上海觀測(cè)到的最大熱島強(qiáng)度達(dá)6℃以上。季節(jié)分布還與城市特點(diǎn)和氣候條件有關(guān)，北京是冬季最強(qiáng)，夏季最弱，春秋居中，上海和廣州以10月最強(qiáng)。年均氣溫的城鄉(xiāng)差值約1℃左右，如北京為0.7～1.0℃，上海為0.5～1.4℃，洛杉磯為0.5～1.5℃。城市熱島可影響近地層溫度層結(jié)，并達(dá)到一定高度。城市全天以不穩(wěn)定層結(jié)為主，而鄉(xiāng)村夜晚多逆溫。水平溫差的存在使城市暖空氣上升，到一定高度向四周輻散，而附近鄉(xiāng)村氣流下沉，并沿地面向城市輻合，形成熱島環(huán)流，稱為“鄉(xiāng)村風(fēng)”，這種流場(chǎng)在夜間尤為明顯。城市熱島還在一定程度上影響城市空氣濕度、云量和降水。對(duì)植物的影響則表現(xiàn)為提早發(fā)芽和開花、推遲落葉和休眠。 　　城市熱島效應(yīng)是城市氣候中典型的特征之一。它是城市氣溫比郊區(qū)氣溫高的現(xiàn)象。城市熱島的形成一方面是在現(xiàn)代化大城市中，人們的日常生活所發(fā)出的熱量；另一方面，城市中建筑群密集，瀝青和水泥路面比郊區(qū)的土壤、植被具有更大的函授比熱容（可吸收更多的熱量），而反射率小，使得城市白天吸收儲(chǔ)存太陽能比郊區(qū)多，夜晚城市降溫緩慢仍比郊區(qū)氣溫高。城市熱島是以市中心為熱島中心，有一股較強(qiáng)的暖氣流在此上升，而郊外上空為相對(duì)冷的空氣下沉，這樣便形成了城郊環(huán)流，空氣中的各種污染物在這種局地環(huán)流的作用下，聚集在城市上空，如果沒有很強(qiáng)的冷空氣，城市空氣污染將加重，人類生存的環(huán)境被破壞，導(dǎo)致人類發(fā)生各種疾病，甚至造成死亡。 　　熱島效應(yīng)的定義 　　熱島是由于人們改變城市地表而引起小氣候變化的綜合現(xiàn)象，是城市氣候最明顯的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊區(qū)的土壤、植被具有更大的熱容量和吸熱率，使得城區(qū)儲(chǔ)存了較多的熱量，并向四周和大氣中幅射，造成了同一時(shí)間城區(qū)氣溫普遍高于周圍的郊區(qū)氣溫，高溫的城區(qū)處于低溫的郊區(qū)包圍之中，如同汪洋大海中的島嶼，人們把這種現(xiàn)象稱之為城市熱島效應(yīng)。 [編輯本段]“熱島效應(yīng)”的成因　　氣候條件是造成城市熱島效應(yīng)的外部因素，而城市化才是熱島形成的內(nèi)因。一般認(rèn)為熱島成因有三： 　　一是城市與郊區(qū)地表面性質(zhì)不同，熱力性質(zhì)差異較大。城區(qū)反射率小，吸收熱量多，蒸發(fā)耗熱少，熱量傳導(dǎo)較快，而輻射散失熱量較慢，郊區(qū)恰相反； 　　二是城區(qū)排放的人為熱量比郊區(qū)大； 　　三是城區(qū)大氣污染物濃度大，氣溶膠微粒多，在一定程度上起了保溫作用。 　　大氣污染在城市熱島效應(yīng)中起著相當(dāng)復(fù)雜特殊的作用。來自工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及日常生活中的大氣污染物在城區(qū)濃度特別大，它像一張厚厚的毯子覆蓋在城市上空，白天它大大地削弱了太陽直接輻射，城區(qū)升溫減緩，有時(shí)可在城市產(chǎn)生“冷島”效應(yīng)。夜間它將大大減少城區(qū)地表有效長(zhǎng)波輻射所造成的熱量損耗，起到保溫作用，使城市比郊區(qū)“冷卻”得慢，形成夜間熱島現(xiàn)象。 [編輯本段]青藏高原的“熱島效應(yīng)”　　近代地理學(xué)的開創(chuàng)者之一、德國(guó)科學(xué)家洪堡1799－1804年間在南美洲安第斯山脈考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，赤道附近的高山雪線，比中緯度的青藏高原許多高山的雪線低200米左右。例如：貢嘎山西坡雪線高5100米左右，而靠近赤道的厄瓜多爾基多附近的高山雪線僅約4800米多一些。這不符合常理：由于赤道地區(qū)熱量較高，高山雪線通常應(yīng)該從赤道向兩極遞降，到極地附近降至海平面。 　　據(jù)此，洪堡提出了青藏高原的“熱島效應(yīng)”理論：對(duì)流層大氣的主要直接熱源是地面，或稱“下墊面”，青藏高原由于下墊面大面積抬升，（相當(dāng)于把“火爐”升高），故其熱量較同緯度、同海拔高度的其它地區(qū)高得多，甚至比赤道附近的同海拔地區(qū)也要高得多。 　　青藏高原的“熱島效應(yīng)”對(duì)環(huán)境的多要素影響極大，如冰川、生物等。例如，貢嘎山南坡的垂直自然帶和緯度相當(dāng)?shù)亩朊忌较啾蓉S富得多，許多樹木的分布界線也設(shè)于峨眉山，就是這個(gè)原理。 [編輯本段]城市熱島　　在近地面等溫線圖上，郊區(qū)氣溫相對(duì)較低，而市區(qū)則形成一個(gè)明顯的高溫區(qū)，如同出露水面的島嶼，被形象的稱之為“城市熱島”。城市熱島中心，氣溫一般比周圍郊區(qū)高1℃左右，最高可達(dá)6℃以上。在城市熱島作用下，近地面產(chǎn)生由郊區(qū)吹向城市的熱島環(huán)流。城市熱島增強(qiáng)空氣對(duì)流，空氣中的煙塵提供了充足的水汽凝結(jié)核，故城市降水比較去多。對(duì)歐美許多大城市研究發(fā)現(xiàn)，城市降水量一般比郊區(qū)多5%~10%。 　　"城市熱島"的成因 　　近年來，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市熱島效應(yīng)也變得越來越明顯。城市熱島形成的原因主要有以下幾點(diǎn): 　　首先，是受城市下墊面特性的影響。城市內(nèi)有大量的人工構(gòu)筑物，如混凝土、柏油路面，各種建筑墻面等，改變了下墊面的熱力屬性，這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，在相同的太陽輻射條件下，它們比自然下墊面（綠地、水面等）升溫快，因而其表面溫度明顯高于自然下墊面。 　　另一個(gè)主要原因是人工熱源的影響。工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及居民生活都需要燃燒各種燃料，每天都在向外排放大量的熱量。 　　此外，城市里中綠地、林木和水體的減少也是一個(gè)主要原因。隨著城市化的發(fā)展，城市人口的增加，城市中的建筑、廣場(chǎng)和道路等大量增加，綠地、水體等卻相應(yīng)減少，緩解熱島效應(yīng)的能力被削弱。 　　當(dāng)然，城市中的大氣污染也是一個(gè)重要原因。城市中的機(jī)動(dòng)車、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活，產(chǎn)生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉塵等排放物。這些物質(zhì)會(huì)吸收下墊面熱輻射，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，從而引起大氣進(jìn)一步升溫。 　　原則上，一年四季都可能出現(xiàn)城市熱島效應(yīng)。但是，對(duì)居民生活和消費(fèi)構(gòu)成影響的主要是夏季高溫天氣下的熱島效應(yīng)。為了降低室內(nèi)氣溫和使室內(nèi)空氣流通，人們使用空調(diào)、電扇等電器，而這些都需要消耗大量的電力。如目前美國(guó)1/6的電力消費(fèi)用于降溫目的，為此每年需付電費(fèi)400億美元。高溫天氣對(duì)人體健康也有不利影響。有關(guān)研究表明，環(huán)境溫度高于28°C時(shí)，人們就會(huì)有不適感；溫度再高還容易導(dǎo)致煩躁、中暑、精神紊亂等癥狀；氣溫持續(xù)高于34°C，還可導(dǎo)致一系列疾病，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，氣溫升高還會(huì)加快光化學(xué)反應(yīng)速度，使近地面大氣中臭氧濃度增加，影響人體健康。 　　 城市熱島效應(yīng)形成的原因 　　 　　1.城市內(nèi)擁有大量鍋爐、加熱器等耗能裝置以及各種機(jī)動(dòng)車輛）。這些機(jī)器和人類生活活動(dòng)都消耗大量能量，大部分以熱能形式傳給城市大氣空間。 　　2.城區(qū)大量的建筑物和道路構(gòu)成以磚石、水泥和瀝青等材料為主的下墊層：這些材料熱容量、導(dǎo)熱率比郊區(qū)自然界的下墊層要大得多，而對(duì)太陽光的反射率低、吸收率大；因此在白天，城市下墊層表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣溫，其中瀝青路面和屋頂溫度可高出氣溫8℃～17℃·此時(shí)下墊層的熱量主要以湍流形式傳導(dǎo)，推動(dòng)周圍大氣上升流動(dòng)，形成"涌泉風(fēng)",并使城區(qū)氣溫升高;在夜間城市下墊面層主要通過長(zhǎng)波輻射,使近地面大氣層溫度上升。 　　3.由于城區(qū)下墊層保水性差，水分蒸發(fā)散耗的熱量少（地面每蒸發(fā)1g水，下墊層失去2.5kJ的潛熱），所以城區(qū)潛熱大，溫度也高。 　　4.城區(qū)密集的建筑群、縱橫的道路橋梁，構(gòu)成較為粗糙的城市下墊層、因而對(duì)鳳的阻力增大，風(fēng)速減低，熱量不易散失。-在風(fēng)速小于6 m/s時(shí)，可能產(chǎn)生明顯的熱島效應(yīng)，-風(fēng)速大于11 m/s時(shí),下墊層阻力不起什么作用，此時(shí)熱島效應(yīng)不太明顯。 　　5.城市大氣污染使得城區(qū)空氣質(zhì)量下降，煙塵、S02、，N0x，C0，含量增加，這些物質(zhì)都是紅外輻射的良好吸收者，至使城市大氣吸收較多的紅外輻射而升溫。 　　 太陽能熱島效應(yīng) 　　單片太陽能電池一般是不能使用的，實(shí)際應(yīng)用的是太陽能電池組件。太陽能電池組件是由多片太陽能電池組合而成，用以達(dá)到期望的電壓值。太陽能電池組件在使用過程中，如果有一片太陽能電池單獨(dú)被遮擋，例如樹葉鳥糞等，單獨(dú)被遮擋的太陽能電池在強(qiáng)烈陽光照射下就會(huì)發(fā)熱損壞，于是整個(gè)太陽能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應(yīng)。為了防止熱島效應(yīng)，一般是將太陽能電池傾斜放置，使樹葉等不能附著，同時(shí)在太陽能電池組件上安裝防鳥針。 　　 防止“熱島效應(yīng)” 　　1．選擇高效美觀的綠化形式、包括街心公園、屋頂綠化和墻壁垂直綠化及水景設(shè)置，可有效地降低熱島效應(yīng)，獲得清新宜人的室內(nèi)外環(huán)境。 　　2．居住區(qū)的綠化管理要建立綠化與環(huán)境相結(jié)合的管理機(jī)制并且建立相關(guān)的地方性行政法規(guī)，以保證綠化用地。 　　3．要統(tǒng)籌規(guī)劃公路、高空走廊和街道這些溫室氣體排放較為密集的地區(qū)的綠化，營(yíng)造綠色通風(fēng)系統(tǒng)，把市外新鮮空氣引進(jìn)市內(nèi)，以改善小氣候。 　　4．應(yīng)把消除裸地、消滅揚(yáng)塵作為城市管理的重要內(nèi)容。除建筑物、硬路面和林木之外，全部地表應(yīng)為草坪所覆蓋，甚至在樹冠投影處草坪難以生長(zhǎng)的地方，也應(yīng)用碎玉米秸和鋸木小塊加以遮蔽，以提高地表的比熱容。 　　5．建設(shè)若干條林蔭大道，使其構(gòu)成城區(qū)的帶狀綠色通道，逐步形成以綠色為隔離帶的城區(qū)組團(tuán)布局，減弱熱島效應(yīng)； 　　 在現(xiàn)有的條件上，應(yīng)考慮： 　　 　　1、控制使用空調(diào)器，提高建筑物隔熱材料的質(zhì)量，以減少人工熱量的排放；改善市區(qū)道路的保水性性能。 　　2、建筑物淡色化以增加熱量的反射。 　　3、提高能源的利用率，改燃煤為燃?xì)狻? 　　4、此外， “透水性公路鋪設(shè)計(jì)劃”，即用透水性強(qiáng)的新型柏油鋪設(shè)公路，以儲(chǔ)存雨水，降低路面溫度。 　　5、形成環(huán)市水系，調(diào)節(jié)市區(qū)氣候。 　　 減弱城市熱島效應(yīng)的建議 　　 　　（1）要保護(hù)并增大城區(qū)的綠地、水體面積。因?yàn)槌菂^(qū)的水體、綠地對(duì)減弱夏季城市熱島效應(yīng)起著十分可觀的作用。 　　（2）城市熱島強(qiáng)度隨著城市發(fā)展而加強(qiáng)，因此在控制城市發(fā)展的同時(shí)，要控制城市人口密度、建筑物密度。因?yàn)槿丝诟呙芏葏^(qū)也是建筑物高密度區(qū)和能量高消耗區(qū)，常形成氣溫的高值區(qū)。 　?。?）如北京市位于平原中部，三面環(huán)山。由于山谷風(fēng)的影響，盛行南、北轉(zhuǎn)換的風(fēng)向。夜間多偏北風(fēng)，白天多偏南風(fēng)。因此，在擴(kuò)建新市區(qū)或改建舊城區(qū)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)拓寬南北走向的街道，以加強(qiáng)城市通風(fēng)，減小城市熱島強(qiáng)度。 　　（4）減少人為熱的釋放，盡量將民用煤改為液化氣、天然氣并擴(kuò)大供熱面積也是根本對(duì)策。 　　因?yàn)樗谋葻岽笥诨炷恋谋葻?，所以在吸收相同的熱量的條件下，兩者升高的溫度不同而形成溫差，這就必然加大熱力環(huán)流的循環(huán)速度， 而在大氣的循環(huán)過程中，環(huán)市水系又起到了二次降溫的作用，這樣就可以使城區(qū)溫度不致過高，就達(dá)到了防止城市熱島效應(yīng)的目的。 　　此外，市區(qū)人口稠密也是熱島效應(yīng)形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市規(guī)劃時(shí)，可以考慮，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部門，其余部門應(yīng)遷往衛(wèi)星城，再通過環(huán)城地鐵連接各衛(wèi)星城。 　　綜上所述，熱島效應(yīng)給人們帶來的危害的確不小，但若能夠正確的利用已有的技術(shù)，控制城市的過快發(fā)展，合理規(guī)劃城市，這個(gè)問題并非不可解決。