第17章 什么是“城市熱島效應”
- 令孩子驚奇的122個科學發現和科學知識
- 陳池
- 1745字
- 2015-04-19 21:58:53
晴朗無風的夏日,海島上的地面氣溫,高于周圍海上氣溫,并因此形成海風環流以及海島上空的積云對流,這是海洋熱島效應的表現。近年來,由于城市人口集中,工業發達,交通擁塞,大氣污染嚴重,且城市中的建筑大多為石頭和混凝土建成,它的熱傳導率和熱容量都很高,加上建筑物本身對風的阻擋或減弱作用,可使城市年平均氣溫比郊區高2℃,甚至更多。在溫度的空間分布上,城市猶如一個溫暖的島嶼,從而形成城市熱島效應。熱島效應是由于人們改變城市地表而引起小氣候變化的綜合現象,在冬季最為明顯,夜間也比白天明顯,是城市氣候最明顯的特征之一。
城市的“熱島效應”,是指城市中的氣溫明顯高于外圍郊區的現象。在近地面溫度圖上,郊區氣溫變化很小,而城區則是一個高溫區,就像突出海面的島嶼,由于這種島嶼代表高溫的城市區域,所以就被形象地稱為“城市熱島”。城市為什么會成為高溫區呢?一般認為熱島成因有三:一是城市與郊區地表面性質不同,熱力性質差異較大。城區反射率小,吸收熱量多,蒸發耗熱少,熱量傳導較快,而輻射散失熱量較慢,郊區恰恰相反;二是城區排放的人為熱量比郊區大;三是城區大氣污染物濃度大,氣溶膠微粒多,在一定程度上起了保溫作用。城市內的大量人工構筑物,如鋪裝地面、各種建筑墻面等,改變了大氣與地面交換熱屬性。這些人工建筑物吸熱快而熱容量小,在相同的太陽輻射條件下,它們比自然地表升溫快,因而其表面溫度明顯過高。另外,城市地表含水量少,熱量更多的以反射方式的形式進入空氣中,導致空氣升溫。同時城市地表對太陽光的吸收率較自然地表高,能吸收更多的太陽光,進而使空氣得到的熱量也更多,使溫度升高。如夏天里,當草坪溫度32℃、樹冠溫度30℃的時候,水泥地面的溫度可以達到57℃,柏油馬路的溫度更高達63℃,這些高溫物體形成巨大的熱源,烘烤著周圍的大氣和我們的生活環境,怎么能讓人覺得不熱呢?
想想城市里那么多的車和人在城市里川流不息,城市里的汽車尾氣及粉塵都是吸收熱量的物質;工廠、機動車、居民生活等都在使用各種燃料、消耗大量能源,無數個火爐在燃燒,都在排放熱量。而很多城市里的公園,樹木和草地很少,綠化不夠使這些熱氣和塵埃等無法被有效吸收。所以,大氣污染物在城區濃度特別大,它像一張厚厚的毯子覆蓋在城市上空,嚴重影響人們的正常生活和身體健康。
為了不讓我們生活在熱島里,就要大力發展城市綠化,以減輕熱島影響。樹木、草地等綠地能吸收太陽熱量,這里所吸收的輻射能量中,大部分被植物蒸騰作用和光合作用消耗了,從而使環境溫度有所下降。據計算,每公頃綠地平均每天可從周圍環境中吸收81.8兆焦耳的熱量,相當于189臺空調的制冷作用。而且園林植物通過光合作用,可以吸收空氣中的二氧化碳,從而削弱溫室效應。此外,園林植物能夠滯留空氣中的粉塵,并進一步抑制大氣升溫。
能夠有效緩解城市熱島效應的除了綠色食物之外,水和風等也是緩解城市熱島的有效因素。水的熱容量大,在吸收相同熱量的情況下,升溫值最小,而且水面蒸發吸熱,也可降低水體的溫度。而風能帶走城市中的熱量,也可以在一定程度上緩解城市熱島。
同時我們在城市規劃中,采用新型環保建筑材料;控制城市人口數量;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,并減少空調的使用;大力推行房頂、墻壁綠化,室內生態設計;市區路面要進行保水性、透水性鋪裝;在城市建設方面,要注意留足城市的“通風道”,如市內道路要寬敞、建筑低層化、高層樓房不能集中等。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專用管道,引入循環流動的冰冷的海底之水給城市降溫。
城市熱島反映的是一個溫差的概念,只要城市與郊區有明顯的溫差,就可以說存在了城市熱島。因此,一年四季都可能出現城市熱島。但是,對于居民生活的影響來說,主要是夏季高溫天氣的熱島效應。醫學研究表明,環境溫度與人體的生理活動密切相關,環境溫度高于28℃時,人們就會有不舒適感;溫度再高就易導致煩躁、中暑、精神紊亂;氣溫高于34℃,并且有頻繁的熱浪沖擊的話,還可引發一系列疾病,特別是使心臟、腦血管和呼吸系統疾病的發病率上升,死亡率明顯增加。此外,高溫還加快光化學反應速率,從而使大氣中臭氧濃度上升,加劇大氣污染,進一步傷害人體健康。