城市熱污染

市熱污染是指市區氣溫比郊區明顯偏高的大氣現象，也就是人們熟知的“熱島效應”。它是指因大城市氣溫比周邊地區氣溫高，導致氣候變化異常和能源消費增大，從而給居民生活和健康帶來影響的現象。在用等溫線表示的氣溫分布圖上，氣溫高的部分呈島狀，因而被稱為“熱島”。 造成熱島現象的原因首先是地表被覆無機化，越來越多的地表被建築物、混凝土和柏油所覆蓋，綠地和水面減少，使蒸發作用減弱，大氣得不到冷卻。其次是人工排熱器增加。

基本介紹

• 中文名：城市熱污染
• 外文名：City Thermal Pollution
• 熱島效應：熱源、儲熱與放熱

城市熱污染與城市熱島

什麼是城市熱島

城市所發出的巨大熱量，使得城區成為好比在冷涼郊區農村包圍中的溫暖島嶼，因此得名“城市熱島”。城市熱島最早見之於科學記載的，可能是1818年英國出版的《倫敦氣候》。作者L·赫華德對城市氣候的兩大發現，就是倫敦市中心氣溫比郊外高(各月平均分別高0.5℃一1.2℃)，以及城鄉溫差夜間比白天大。中國曾觀測到的最大城鄉溫差(城市熱島強度)，上海是6.8℃(1979年11月13日20時)，北京是9.0℃(1966年2月22日清晨)。

為什麼熱島最強是中高緯度的大中城市

世界上熱島最強的是中高緯度的大中城市，如加拿大的溫哥華11℃(1972年7月4日)，德國柏林13.3℃。位於北極圈附近的美國阿拉斯加首府費爾班克斯市曾達14℃。城市中人為熱源的比例，據對美國一些大城市的調查估計，來自工廠、家庭爐灶、冷氣、採暖等固定熱源約占3/4，而汽車、摩托、電車等移動熱源約占1/4。人體和家畜等新陳代謝熱量一般還不到1%。城鄉溫差一般是隨緯度的升高而增大的。因為人為熱量和太陽輻射熱量餘額(太陽短波熱量收入減去地面長波輻射支出熱量)的比值，是從赤道向高緯度迅速增加的。例如，赤道和熱帶的新加坡和香港僅為3%一4%，而北極圈附近的費爾班克斯高達105%，也就是人為熱量已比太陽熱量餘額還多!在一年四季之中，太陽輻射熱量和餘額以冬季最小，加上冬季中中高緯度還有取暖熱量，因此熱島效應以冬季最強。同樣道理，一天之中熱島以夜間比白天為強，尤其是日落後3-5小時內為最強。因為這時城區降溫速度比農村慢得多。

但是，在中高緯度城市的冬季情況有所不同，因為城市還有早晚兩個取暖時段的大量人為熱量。例如，加拿大卡爾加里市冬季在早08時和晚20時附近有兩個煤氣消耗高峰(取暖和做飯)，從而城市熱島強度在09時和21時也各出現一個高峰。此外，城鄉溫差還有周變化，這是因為有不少國家統一規定星期日是休息日，絕大多數工廠停工，街上機動車流量也比平時少得多。例如，美國康乃狄克州紐哈芬市1939-1943年5年平均，周一至周六城鄉溫差高達1.2℃，而星期日只有0.6℃。後因美國把星期六也定為休息日後，馬里蘭州巴爾的摩市觀測到冬季中星期一至五城鄉溫差平均0.82℃，而星期六、星期日兩天平均溫差僅為0.30℃。

人為熱量還並不是城市熱島的唯一熱源

但是，人為熱量還並不是城市熱島的唯一熱源，因為城鄉地表吸收和儲存太陽熱量性能有不小差異。例如，城市下墊面對陽光熱量的反射率比鄉村小(一般小10%一30%)，而且城市下墊面的混凝土、磚瓦、石料及鋼材的熱容量大，導熱率也高，大量儲存了白天豐富的太陽熱量。另外，城市下墊面建築密集，街道和庭院中的"天穹可見度"比開曠郊外小得多，地面長波輻射熱量在牆壁地面間多次反射，從而使得地面向宇宙空間散失的熱量大大減少。這兩種原因都造成日落後降溫緩慢，使城區夏季中傍晚和上半夜顯得特別炎熱。城鄉溫差除了上述年變化、周變化、日變化等周期性變化外，還有非周期性變化。這主要是由風速和雲量變化引起的。風速大小對熱島強度極為重要。因為大風不僅造成上下對流，把城市中熱空氣吹到城外，而且直接把郊區冷涼新鮮空氣迅速源源輸進城區。有文章研究了韓國四個不同規模城市的城鄉溫差和風速的關係，得出了風速能明顯減小城鄉溫差的結果。而且，如果把城鄉溫差小於0.5℃作為熱島消失的指標，那么840萬人的漢城在11.1米/秒時熱島才開始消失，廣陽等13-15萬人城市在4-5米/秒時熱島消失，人口6萬的薪島在3.9米/秒時熱島已經不存在了。陰天或多雲天氣時城鄉白天陽光短波輻射熱量收入和地面長波輻射熱量支出都減小，因而也使城鄉溫差減小。例如，上海1984年進行過4次對比觀測，在風速大體相同的情況下，兩次晴天(5月8日和10月20日)城鄉溫差分別為2.5℃和2.2℃。而多雲和陰天(5月28日和11月28日)城鄉溫差分別只有0.4℃和0.7℃。所以上海以10-11月為全年中城鄉溫差最大月份的原因是因為它們正是上海全年雲量最少的季節。

城市熱島的存在，使城區冬季縮短，霜雪減少，有時甚至發生郊外降雪而城內降雨的情況(如上海1996年1月17一18日)。城市熱島也使城區冬季中取暖能耗減少。但城市熱島在夏季中中、低緯度城市造成的高溫，不僅使人的工作效率降低，而且造成中暑和死亡人數的增加。例如，美國聖路易斯市1966年7月9-14日，最高氣溫38.1℃一41.1℃，比熱浪前後高出5.0℃一7.5℃。此時城區死亡人數由原來正常情況的35人/日陡增到152人/日。1980年7月熱浪再襲聖路易斯市和堪薩斯市，兩市商業區死亡率分別增高57%和64%，而附近郊區只增加約10%。有人研究了美國洛杉礬市，指出由於城鄉溫差增加了2.8℃，全市因空調降溫多耗10億瓦電能，每小時約合15萬美元。據此推算全美國夏季因熱島效應每小時多耗空調電費數達百萬美元之巨。此外，夏季高溫還會加重城市供水緊張，火災多發，以及加劇光化學煙霧災害，等等。所以城市熱島本身也是一種污染，稱為熱污染。

城市熱環境的現狀

城市熱環境是指在城市空間內，客觀存在的熱場以及人對熱場主觀感覺的總和，包括空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射及氣流速度( 風速）等諸多因素組成的與人們身體健康、工作效率直接有關的物理環境條件。由於人類的某些活動，使局部環境或全球環境發生增溫，並對人類和生態系統產生直接或間接、即時或潛在的危害現象，就形成熱污染或環境熱污染。

隨著社會經濟的快速發展 城市規模急劇擴大，城市人口迅速增加。同時，人們的收入水平也在逐步提高。2OO3年，我國居民人均收入突破1000美元，人民生活整體步入小康。作為高收入群體的城市居民，對生活質量的要求更高。城市的生活環境已經成為城市居民最關心的問題之一。改善城市生態環境，提高城市的人居環境質量已成為城市發展面臨的重要課題。 城市熱環境的變化是城市化的重要特徵之一。熱污染已成為影響城市居民生活質量和身體健康的一個重要因素。在我國 越來越多的城市在夏季成為“火爐城市”。如浙江省杭州市 2OO4年從6月出梅開始，35度以上的高溫天氣持續近30d, 創該市的歷史記錄。傳統的“火爐城市”武漢, 7月份月平均最高氣溫在35度以上, 極端最高氣溫常常在40度以上。而在冬季, 由取暖產生的人為釋熱造成城市偏暖，形成熱島效應。據研究，城市的熱島強度與城市的規模呈正比。城市熱環境的變化使城市冬季取暖、夏季降溫的需求量增大，能源消耗強度高，常常造成短時的能源供應困難，也造成自然資源的大量浪費，城市熱環境及其改善途徑已成為研究熱點。

城市熱污染的熱源

導致城市“熱污染”的熱源，主要有固定熱源和流動熱源兩類。比如，由混凝土、磚瓦石料堆砌而成的現代建築群，吸熱多而散熱慢，從而使市區變成了“貯熱器”； 水泥、柏油鋪設的路面更像“吸熱板”，常比草地表面氣溫高出2～10℃。迅猛增多的空調器雖能營造舒適的“小氣候”，但是一個個空調器就像一塊塊“暖氣片”，使周圍空氣始終處於40℃以上的高溫。就連迅速普及的電腦也在向周圍大量散熱……狹窄的街道，愈來愈小的庭院、居室又使天地之間熱量交換受阻，地面降溫非常遲緩。除了眾多的固定熱源外，機動車輛、人群來往等便是流動熱源。在炎熱的夏天，城市“熱污染”不僅使耗電用水量大增，人們還要耐著性子忍受持續悶熱的煎熬。

城市熱污染解決途徑

減排

汽車尾氣是城市污染和熱島效應的罪魁禍首之一，中國已採取減少尾氣排放和使用更清潔汽油等諸多措施來防治其危害。

綠化城市及周邊環境

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制斌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，把市外新鮮空氣引進市內，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．建設若干條林蔭大道，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；

其他

1、控制使用空調器，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。

因為水的比熱大於混凝土的比熱，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流的循環速度， 而在大氣的循環過程中，環市水系又起到了二次降溫的作用，這樣就可以使城區溫度不致過高，就達到了防止城市熱島效應的目的。

此外，市區人口稠密也是熱島效應形成的重要原因之一。所以，在新城市規劃時，可以考慮，在市中心只保留中央政府和市政府、旅遊、金融等部門，其餘部門應遷往衛星城，再通過環城捷運連線各衛星城。

運用生態學原理改善城市熱環境

城市生態學方法是通過調節城市生態系統內生物群落和周圍環境之間相互作用而平衡、改善城市熱環境的方法。改善城市熱環境的任務就是對生態系統施加有益影響，建立合理的熱平衡系統結構，創造舒適的熱環境。

發展生態建築

所謂生態住宅就是最大限度地利用自然資源維持運行的住宅，如夜間照明、夏季降溫、冬季供熱依靠太陽能，部分食品自己生產等。生態住宅的支持核心是太陽能技術，即如何有效、廉價地將太陽能轉化為電能並予以儲存。生態建築提倡利用風的壓差對建築物內進行自然通風，創造有利於自然通風的環境。通過對建築物平面、剖面和立面以及外部空間進行合理設計與組織，利用由於建築物影響而產生的“建築風”，影響對太陽輻射的吸收率以及建築物吸熱和散熱的效果.從而創造良好的城市微氣候和舒適住區熱環境。

採用系統綜合利用的方法

制定排放標準，加強管理，對溫室氣體及廢熱水的排放加以限制。強化環境監測。依靠科技，改善能量利用，加強點源餘熱的綜合利用。例如，發電廠採用新技術，提高發電效率，減少廢熱排放;改善冷卻方式，使冷卻水達到排放標準。另外，綜合利用溫排水中攜帶的巨大的潛在熱能，運用生態學能量轉換的原理，在水產養殖、農業及林業等領域充分利用溫排水餘熱，變廢為寶。

美國、日本、前蘇聯以及德國等許多國家，利用餘熱開展水產養殖業已有很多成果。溫水養殖多是高密度的工廠化精養，這不僅可減少對土地的占用，與其它方式相比，還具有投資少、收益多的優點。美國、前蘇聯、瑞典及原聯邦德國還發展了以生產電能和供熱為雙重目的的電廠。前蘇聯在20世紀70年代已有1000多座這樣的電廠，為800多個城市、工業區和人口集中區供熱。瑞典在許多城市的市區也裝備了利用電廠熱能的供熱體系，使電廠的熱效率達到85%。

溫排水作為一種低熱水源，用於農林灌溉、溫室種植，既能提高產量，又能使這部分餘熱得到利用，達到經濟效益、社會效益和生態效益三者的統一。如美國的俄亥俄州，採用鋪設地下管道的方法把溫排水餘熱輸送到田間土壤中，用加溫土壤來促進作物的生長或延長生長時間。在法國，人們還將這種方法套用於果園和林業生產中，或採用溫水噴灌法使花芽免受春季的低溫凍害，初期急速生長，增加產量。對於城市熱環境的監測可以用現代化手段“遙感”來完成，既迅速又準確。用紅外遙感獲得瞬時信息，可以對城市熱環境的空間格局和動態變化進行分析。

加大城市綠色工程建設

根據城市功能定位確定城市生態容量

控制或限制城市的生態容量是減少城市釋熱、改善城市熱環境的基礎。合理的城市容量是指一個城市能夠最大限度地實現經濟效益和社會效益，保持生態平衡的人口數量與密度。城市容量和環境相聯繫，改善了環境可適當提高城市容量。因此，要通過建立生態系統，並進行系統分析，採取合理地規劃用地、綠化等措施，最後得出最最佳化的容積率、建築密度及綠化率等規劃指標，形成最佳化的生態系統。人們也要轉變居住觀念，隨著交通工具的發展和交通道路的便捷，部分人口可以住到郊區，降低城市中心區的人口密度。

根據城市生態容量規劃城市綠色建設

城市要改善熱環境，需建立良好的綠化系統。在城市規劃時就要確定合理的綠化率，注意維護和發展城市景觀的異質性，充分發揮森林植被和水體作用。儘量增加城市綠化面積，減少城市的“熱島效應”。這樣不僅可以美化市容、淨化空氣及減輕污染，還可以為居民提供休息娛樂的場所，有利於豐富居民的生活，提高居民健康水平。在合肥市的夏天，沒有草坪的土壤表面溫度為40℃，瀝青路面的溫度為55℃，而草坪地表溫度僅為32℃。多鋪設草坪可減少地表放熱，降低城市氣溫。據測定，夏季的草坪能降低氣溫3-5℃，而冬季的草坪卻能增溫6-6.5℃，極大地降低了城市的熱島強度。因而在城市設計時，要根據各地的土壤、水分及植物生長空間等條件，正確選擇樹種、草種，適地種植，並儘可能採用原有樹木，保持地方特色。

綠色植物的光合作用吸取太陽能，而樹木的光合作用量最大，春夏尤強。每公頃森林的光合作用，平均每天能吸取1tCO2，草坪每公頃可吸取0.2tCO2。植物蒸騰作用釋放大量水汽，增加空氣濕度，降低氣溫。林木的遮光、吸熱和反射長波輻射，可使夏季晴天的地表溫度少4-5℃。綠色植物的生理活動，既能吸收大氣中CO2，減輕熱回流的反射，有利地面的積熱逸散，又能遮光吸熱、釋放水汽、減輕太陽輻射熱、降低氣溫和殺死病菌，對防治熱污染具有巨大的生態功能。要充分認識和發揮植被以及水體對改善城市熱環境的重要作用，並加以重點保護。並根據實際情況加以改造，使其充分發揮對改善整個城市熱環境的有益作用。

總之，只有綜合運用上述方法，從人口容量、建築群的容量和密度、道路網路、綠化系統及水體諸方面進行合理規劃，才能有效地改善城市熱環境，防治熱污染。