熱島效應

熱島效應

一個地區的氣溫高于周圍地區的現象。用兩個代表性測點的氣溫差值(即熱島強度)表示。主要有兩種:城市熱島效應和青藏高原熱島效應。

  • 中文名稱
    熱島效應
  • 外文名稱
    Urban Heat Island Effect

形成原因

氣候條件是造成城市熱島效應的外部因素,而城市化才是熱島形成的內因。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。

大氣污染在城市熱島效應中起著相當復雜特殊的作用。來自工業生產、交通運輸以及日常生活中的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,白天它大大地削弱了太陽直接輻射,城區升溫減緩,有時可在城市產生“冷島”效應。夜間它將大大減少城區地表有效長波輻射所造成的熱量損耗,起到保溫作用,使城市比郊區“冷卻”得慢,形成夜間熱島現象。

防止方法

1.選擇高效美觀的綠化形式、包括街心公園、屋頂綠化和牆壁垂直綠化及水景設定,可有效地降低熱島效應,獲得清新宜人的室內外環境。

2.居住區的綠化管理要建立綠化與環境相結合的管理機製並且建立相關的地方性行政法規,以保證綠化用地。

3.要統籌規劃公路、高空走廊和街道這些溫室氣體排放較為密集的地區的綠化,營造綠色通風系統,把室外新鮮空氣引進室內,以改善小氣候。

4.應把消除裸地、消滅揚塵作為城市管理的重要內容。除建築物、硬路面和林木之外,全部地表應為草坪所覆蓋,甚至在樹冠投影處草坪難以生長的地方,也套用碎玉米秸和鋸木小塊加以遮蔽,以提高地表的比熱容

5.建設若幹條林蔭大道,使其構成城區的帶狀綠色通道,逐步形成以綠色為隔離帶的城區組團布局,減弱熱島效應

在現有的條件上,應考慮:

1.控製使用空調器,提高建築物隔熱材料的質量,以減少人工熱量的排放;改善市區道路的保水性性能。

2.建築物淡色化以增加熱量的反射。

3.提高能源的利用率,改燃煤為燃氣。

4.此外, “透水性公路鋪設計畫”,即用透水性強的新型柏油鋪設公路,以儲存雨水,降低路面溫度。

5.形成環市水系,調節市區氣候。

其他資料

城市熱島效應

英文名稱:Urban Heat Island Effect, 簡稱UHI(而非熱導效應)

城市人口密集、工廠及車輛排熱、居民生活用能的釋放、城市建築結構及下墊面特徵的綜合影響等是其產生的主要原因。熱島強度有明顯的日變化和季節變化。日變化表現為夜晚強、白天弱,最大值出現在晴朗無風的夜晚,上海觀測到的最大熱島強度達6℃以上。季節分布還與城市特點和氣候條件有關,北京是冬季最強,夏季最弱,春秋居中,上海和廣州以10月最強。年均氣溫的城鄉差值約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,並達到一定高度。城市全天以不穩定層結為主,而鄉村夜晚多逆溫。水準溫差的存在使城市暖空氣上升,到一定高度向四周輻散,而附近鄉村氣流下沉,並沿地面向城市輻合,形成熱島環流,稱為“鄉村風”,這種流場在夜間尤為明顯。城市熱島還在一定程度上影響城市空氣濕度、雲量和降水。對植物的影響則表現為提早發芽和開花、延後落葉和休眠。

熱島效應

城市熱島效應是城市氣候中典型的特征之一。它是城市氣溫比郊區氣溫高的現象。城市熱島的形成一方面是在現代化大城市中,人們的日常生活所發出的熱量;另一方面,城市中建築群密集,瀝青和水泥路面比郊區的土壤、植被具有更小的函授比熱容(可吸收更多的熱量),並且反射率小,吸收率大,使得城市白天吸收儲存太陽能比郊區多,夜晚城市降溫緩慢仍比郊區氣溫高。城市熱島是以市中心為熱島中心,有一股較強的暖氣流在此上升,而郊外上空為相對冷的空氣下沉,這樣便形成了城郊環流,空氣中的各種污染物在這種局地環流的作用下,聚集在城市上空,如果沒有很強的冷空氣,城市空氣污染將加重,人類生存的環境被破壞,導致人類發生各種疾病,甚至造成死亡。

青藏高原的“熱島效應”

近代地理學的開創者之一、德國科學家洪堡1799-1804年間在南美洲安第斯山脈考察時發現,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:由于赤道地區熱量較高,高山雪線通常應該從赤道向兩極遞降,到極地附近降至海平面。

熱島效應

據此,洪堡提出了青藏高原的“熱島效應”理論:對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,(相當于把“火爐”升高),故其熱量較同緯度、同海拔高度的其它地區高得多,甚至比赤道附近的同海拔地區也要高得多。

青藏高原的“熱島效應”對環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的峨眉山相比豐富得多,許多樹木的分布界線也設于峨眉山,就是這個原理。

城市熱島的成因

近年來,隨著城市建設的高速發展,城市熱島效應也變得越來越明顯。城市熱島形成的原因主要有以下幾點:

首先,是受城市下墊面特徵的影響。城市內有大量的人工構築物,如混凝土、柏油路面,各種建築牆面等,改變了下墊面的熱力屬性,這些人工構築物吸熱快而比熱容(即是單位質量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的熱量)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。

熱島效應

另一個主要原因是人工熱源的影響。工廠生產、交通運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,城市裏中綠地、林木和水體的減少也是一個主要原因。隨著城市化的發展,城市人口的增加,城市中的建築、廣場和道路等大量增加,綠地、水體等卻相應減少,緩解熱島效應的能力被削弱。

當然,城市中的大氣污染也是一個重要原因。城市中的機動車、工業生產以及居民生活,產生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉塵等排放物。這些物質會吸收下墊面熱輻射,產生溫室效應,從而引起大氣進一步升溫。

熱島效應

原則上,一年四季都可能出現城市熱島效應。但是,對居民生活和消費構成影響的主要是夏季高溫天氣下的熱島效應。為了降低室內氣溫和使室內空氣流通,人們使用空調、電扇等電器,而這些都需要消耗大量的電力。如目前美國1/6的電力消費用于降溫目的,為此每年需付電費400億美元。高溫天氣對人體健康也有不利影響。有關研究表明,環境溫度高于28°C時,人們就會有不適感;溫度再高還容易導致煩躁、中暑、精神紊亂等症狀;氣溫持續高于34°C,還可導致一系列疾病,特別是使心髒、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,氣溫升高還會加快光化學反應速度,使近地面大氣中臭氧濃度增加,影響人體健康。

城市熱島效應主要由以下因素影響:蒸發減少、城市下墊面反射率降低、能量輸入,其強度影響為:蒸發減少0.05g/sm,熱輸入增加120.9w/m;城市下墊面反射率降低10%,熱輸入增加30w/m;人工能量輸入10w/m,城市中總熱輸入增加160.9w/m,由于受空氣對流的影響,實際熱輸入約20w/m,計算溫升約3.5℃,這與實際比較相符。當夏季空氣流通減緩時,熱輸入會急劇增加,由于城市蒸發系統適應性低,造成城市溫度急劇上升,同時由于空調和火電廠的加速運轉又會造成惡性迴圈,加劇城市大氣溫升。城市蒸發量減少也形成了城市幹島效應,造成城市上空大氣穩定度升高,不易發生垂直對流,易形成近地表高溫,伴生嚴重的空氣污染(例發灰霾和光化學煙霧)。

太陽能熱島效應

單片太陽能電池一般是不能使用的,實際套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被遮擋,例如樹葉鳥糞等,單獨被遮擋的太陽能電池在強烈陽光照射下就會發熱損壞,于是整個太陽能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應。為了防止熱島效應,一般是將太陽能電池傾斜放置,使樹葉等不能附著,同時在太陽能電池組件上安裝防鳥針。

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