緩解熱島效應(yīng)的措施分析初探

彭璽　劉新宇　徐云　舒駿生　劉敏杰　胥東海

摘要：以城市熱島效應(yīng)為研究對(duì)象，分析城市熱島效應(yīng)的形成原因以及所帶來的負(fù)面影響，針對(duì)現(xiàn)在所面臨的實(shí)際問題，以景觀生態(tài)規(guī)劃原理為指導(dǎo)，探討和分析各類緩解熱島效應(yīng)的措施，對(duì)癥下藥，綜合治理，以達(dá)到緩解熱島效應(yīng)，使城市走上綠色發(fā)展道路和建立生態(tài)城市的目的。

關(guān)鍵詞：城市環(huán)境；城市熱島效應(yīng)；城市綠地

城市化進(jìn)程的速度之快，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了環(huán)境的自然承載能力，熱島效應(yīng)的產(chǎn)生以及所帶來的影響提醒我們必須改變現(xiàn)有的發(fā)展模式，尋求可持續(xù)的、綠色健康的新型發(fā)展模式。

1研究背景以及研究現(xiàn)狀

隨著城市化進(jìn)程腳步的加快，城市化建設(shè)在地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的比重越來越大。而在城市化的過程中，城市建筑密度逐漸增大，水泥路面的面積也是逐年增加，建筑與柏油路等人工設(shè)施比起植被與土壤具有更大的吸熱率和熱容量，使得城市內(nèi)部與城郊各地區(qū)的氣候差異明顯，由此導(dǎo)致的一系列差異所帶來的問題也已經(jīng)引起了不少學(xué)者的關(guān)注。對(duì)于城市、城郊?xì)夂虻牟町?，國?nèi)外的學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了積極的調(diào)查和研究。周淑貞等在上海城市氣候研究中提出“干島”、“濕島”、“雨島”的概念，把現(xiàn)代城市氣候特征主要?dú)w結(jié)為城市“五島”（混濁島、熱島、干島、濕島與雨島）效應(yīng)。城市熱島（urban heat island）是城市化氣候效應(yīng)的主要特征之一。一般把城市氣溫高于四周郊區(qū)氣溫的現(xiàn)象稱為“城市熱島效應(yīng)”（urban heat island effect），有時(shí)也統(tǒng)稱為“城市熱島”。

2熱島效應(yīng)的成因分析

2.1城市下墊面性質(zhì)變化

城市的發(fā)展以及城市化進(jìn)程中，新興的高樓建筑，大面積的鋪裝以及構(gòu)筑物（如混凝土、柏油路面、鋪裝等）改變了城市下墊面的屬性，這些人工構(gòu)筑物有著吸熱快而熱容量小的特質(zhì)，使得在相同的太陽照射環(huán)境下，它們比綠地、水面等自然下墊面的溫度升高要快，直接導(dǎo)致了一個(gè)巨大熱原的產(chǎn)生。另外，城市由于參差不齊的建筑物，使城市的墻壁與墻壁、墻壁與地面之間進(jìn)行多次反復(fù)吸收，這為城市“熱島”的形成奠定了能量基礎(chǔ)。

2.2自然下墊面減少

由于城市化進(jìn)程愈發(fā)迅速，與人工建筑、道路等大量增加相反，自然綠地、水體等自然因素相應(yīng)減少，城市地表的含水量較少，使得熱量以顯熱的形式進(jìn)入空氣中，從而導(dǎo)致氣溫升高。同時(shí)城市地表對(duì)太陽光的吸收率較自然地表高，能吸收更多的太陽輻射，進(jìn)而使空氣得到的熱量也更多，溫度升高，這些熱原體釋放的熱能多了，吸收的熱能少了，這樣加速熱島效應(yīng)的產(chǎn)生。

2.3人為影響

城市的生產(chǎn)生活、交通出行均需要消耗大量的能源，我國還處在煤炭發(fā)電為主的階段，工業(yè)生產(chǎn)所需的電力大多來源于此，而這種發(fā)電方式能源的轉(zhuǎn)化率并不高，既造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)造成大量的熱能流失，加劇熱島效應(yīng)，對(duì)大氣污染也造成了重大的影響。而在城市中心的高密度商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)以及居民區(qū)，這些區(qū)域均是耗能的主要區(qū)域。尤其是夏季，大量的制冷需求增加，這些能耗不僅增大了用電開支，而且進(jìn)一步增加了人為熱的排放量，導(dǎo)致溫度的上升，與熱島效應(yīng)形成惡性循環(huán)。

2.4城市大氣污染

由于我國的工業(yè)技術(shù)對(duì)比西方發(fā)達(dá)國家還有一定的距離，為了追求經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，便以犧牲環(huán)境為代價(jià)來換取經(jīng)濟(jì)發(fā)展的成果，而對(duì)于這種粗放型的管理模式，我們已經(jīng)嘗到了這種模式帶來的苦果。由于許多工廠負(fù)責(zé)人環(huán)境保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，使得工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢氣沒有及時(shí)清理過濾便被排放到大氣中；而在城市的人群與機(jī)動(dòng)車大量聚集，會(huì)產(chǎn)生大量的顆粒物，粉塵以及有害氣體等。這些物質(zhì)在吸收了大量熱輻射的能量之后進(jìn)而產(chǎn)生溫室效應(yīng)，使得大氣進(jìn)一步升溫。

3熱島效應(yīng)的危害

3.1形成城市熱島環(huán)流

由于城市的規(guī)劃布局不合理，擁擠的建筑以及構(gòu)筑物群，緊密的街道使得城市空間空氣流動(dòng)緩慢，風(fēng)速較小，熱量集中且流動(dòng)速度較低，以至于熱量難以迅速散去，而熱島效應(yīng)的存在，使得當(dāng)風(fēng)速小而且熱島強(qiáng)烈時(shí)，城市熱島環(huán)流便會(huì)形成。

3.2影響人體健康

夏季的高溫是城市熱島效應(yīng)對(duì)居住者最大的影響，人體的生理狀態(tài)與其所處的環(huán)境息息相關(guān)。高溫不僅影響人體的生理機(jī)能，更會(huì)影響人的心理狀態(tài)。高溫可以影響人體的神經(jīng)、呼吸以及消化系統(tǒng)等，對(duì)身體素質(zhì)不好，抵抗力差的人，更易于使其患上心腦血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病等，進(jìn)一步傷害人體健康。持續(xù)的高溫會(huì)使城市用電量劇增，加重供能的負(fù)擔(dān)，造成電力緊缺，使得居民心情波動(dòng)易感到不適和煩躁。

3.3城市大氣污染加劇

城市熱島效應(yīng)的產(chǎn)生會(huì)使得城市上空的空氣濃度增大，顆粒物增多，能見度減少。近年霧霾頻發(fā)的原因也是工業(yè)廢氣、汽車尾氣等有害氣體、煙塵在城市上空積累。通常情況下，在低層大氣中，氣溫與海拔成反比關(guān)系，這時(shí)候地面的暖空氣上升、高空冷空氣下沉，形成的空氣對(duì)流有利于污染物的擴(kuò)散。而城市熱島效應(yīng)則與之相反，因此城市熱島效應(yīng)也是近年來霧霾頻發(fā)的推手之一。城區(qū)溫度高于比郊區(qū)，熱空氣上升后又不能突破逆溫層，便會(huì)從城市上空往周邊擴(kuò)散，到達(dá)郊區(qū)后變冷下沉，接著又流回城區(qū)，形成一個(gè)次級(jí)環(huán)流，霧霾物質(zhì)便在城區(qū)和郊區(qū)之間循環(huán)，加劇霧霾現(xiàn)象。

4緩解熱島效應(yīng)的措施

4.1科學(xué)合理地規(guī)劃城市布局

城市熱島效應(yīng)的程度和城市建筑密度成正比例關(guān)系，城市建筑布局密度越大，空氣流通效率越低，熱島效應(yīng)越強(qiáng)烈。因此，在今后的城市規(guī)劃布局以及城區(qū)老城改建等一系列建設(shè)的過程中，尤其需要對(duì)城市建筑物進(jìn)行合理布局，合理安排城市建筑的密度，保持合理的建筑距離，使得空氣能順利流通；城市道路的布局遵循城市氣候的特點(diǎn)，注意風(fēng)向的走勢(shì)，把市區(qū)外的空氣引入城市里，使得城市空氣流動(dòng)得以暢通。

4.2減少人為的熱能排放量

4.2.1政府倡導(dǎo)。首先改變唯GDP是圖的執(zhí)政風(fēng)格，城市固然要發(fā)展，城鎮(zhèn)化固然要加強(qiáng)，但是以環(huán)境為代價(jià)換來的發(fā)展能持續(xù)多久，為此付出的環(huán)境代價(jià)卻是足以損害子孫后代生存的環(huán)境。一些地方政府建立起豪華的辦公樓，大氣的水體景觀，大面積的硬質(zhì)鋪裝以及全方位的中央空調(diào)，不客氣地說：“一個(gè)政府辦公區(qū)域就是一個(gè)巨大的熱源”。如果這方面政府能起帶頭作用，將環(huán)保綠色理念融進(jìn)辦公區(qū)的建設(shè)和日常運(yùn)轉(zhuǎn)中，可以為整個(gè)城市的環(huán)境保護(hù)寫下具有代表性的一筆。

4.2.2企業(yè)自律?，F(xiàn)在的商人，尤其是一些工業(yè)企業(yè)環(huán)保意識(shí)不高、唯利是圖，對(duì)自身企業(yè)工廠排放的廢棄物不經(jīng)任何處理便排出工廠，對(duì)周邊的環(huán)境造成了極大的污染，使得周圍河流、湖泊臭氣熏天，農(nóng)作物生長受阻，甚至直接危害到附近生活居民的健康。工業(yè)聚集區(qū)在生產(chǎn)過程中會(huì)釋放大量的熱能，設(shè)計(jì)者以及建筑公司在設(shè)計(jì)施工時(shí)盡量避免在高層建筑外墻表面運(yùn)用反射玻璃的裝飾，不僅加劇了熱量的產(chǎn)生，同時(shí)還易導(dǎo)致光污染。如何改進(jìn)我們的生產(chǎn)理念和技術(shù)，怎樣高效轉(zhuǎn)化能源？如何減少廢氣廢物的排放？這些問題都是我們?cè)诮窈蟮目沙掷m(xù)發(fā)展過程中亟需解決的問題。

4.2.3公民自覺。在大力倡導(dǎo)低碳生活，低碳發(fā)展的今天，我們能為緩解城市熱島效應(yīng)作出努力的方式不勝枚舉，大到工程施工，小到日常起居，都是有章可循的。減少熱能的排放可以有很多的方面。例如：日常家居生活減少對(duì)一次性物品的依賴，尤其是對(duì)于塑料制品，買菜用竹或者布制購物袋、日常的購物、游玩出行盡量乘坐公共交通系統(tǒng)，尤其現(xiàn)在風(fēng)靡的共享單車，對(duì)于許多短距離出行的人們提供了極大的便利，這不僅有利于減少人們對(duì)私家車的依賴，而且可以為城市節(jié)約大量的資源，同時(shí)還減少了大量的熱能排放。在我們的日常生活里也可以選擇低碳環(huán)保的生活方式，減少紙張的浪費(fèi)，盡量重復(fù)使用；照明燈具選擇節(jié)能的，減少空調(diào)等大功率電器的使用；在飲食上也可以嘗試低碳飲食，多攝取蔬菜瓜果等綠色植物，減少對(duì)糖類、肉類等高熱量食品的攝入。

4.3增加城市綠地、濕地以及水面的面積，構(gòu)建復(fù)合型綠地，適當(dāng)增加大型綠地

綠色植物不僅可以為人類提供我們呼吸所需要的氧氣，同時(shí)為城市減緩熱島效應(yīng)所帶來的負(fù)面影響。綠色植物的蒸騰作用可以有效調(diào)節(jié)與改善局部地區(qū)的小氣候。增加綠地的覆蓋率，對(duì)于地表的降溫也會(huì)有著顯著的作用。在這里要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，這里所指的綠地不是歐洲常見的疏林草坪，而是由喬木、灌木、草本復(fù)合組成的綠地類型，喬木的冠幅可以有效遮擋紫外線，不僅可以為地表降溫，同時(shí)在城市綠化時(shí)多采用喬灌草的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可使得植被對(duì)地表的降溫效果達(dá)到最佳狀態(tài)，強(qiáng)化最大的生態(tài)效益。另一個(gè)很大的作用便是吸收空氣中的浮塵、煤灰顆粒、空氣中有毒氣體以及CO₂、CH₄等溫室氣體。另一方面，可以加強(qiáng)對(duì)城市周邊的濕地、河流進(jìn)行保護(hù)和治理，由于水的比熱容要大于土壤的比熱容，其在蒸發(fā)過程中也需要吸收大量的熱。在城市的布局和發(fā)展中，可學(xué)習(xí)和借鑒國外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在城市建設(shè)以及城市內(nèi)部和板塊之間，構(gòu)筑森林、湖泊、草地等生態(tài)緩沖地帶，提升環(huán)境容量。同時(shí)對(duì)各類城市綠地因地制宜，對(duì)其功能定位與位置劃分進(jìn)行合理布局，并要根據(jù)城市的發(fā)展情況，生態(tài)建設(shè)情況來考慮建設(shè)一些集生態(tài)保護(hù)、寓教于樂為一體的大型綠地。

4.4引入立體綠化的理念

現(xiàn)如今，城市的大量土地被規(guī)劃為商用或者民用，但是城市綠地面積卻是逐年減少，國外很早就開始了對(duì)立體綠化的研究，而我們當(dāng)今的情況，也適合將立體綠化引入進(jìn)來作為提高城市綠化率和緩解城市熱島效應(yīng)的重要手段。立體綠化可以使得建筑墻面對(duì)熱能的吸收量減少。對(duì)于局部地區(qū)調(diào)節(jié)小氣候有著重要作用。國外的設(shè)計(jì)者將立體綠化融入到高層建筑中去，這對(duì)于我們的園林設(shè)計(jì)者有很好的啟示作用。

4.5改善下墊面的材料類型

緩解城市熱島效應(yīng)，其中一個(gè)方向便是調(diào)整城市人為的下墊面，改變其熱力屬性。傳統(tǒng)的鋪裝如青石板、花崗巖、大理石等材料比熱容較小，在城市尤其是高溫天氣中極易加劇城市熱島效應(yīng)的形成。而環(huán)保性好、高比熱容材料如彩膠石、透水混凝土等材料可以較好地解決這個(gè)問題，同時(shí)結(jié)合園林綠化樹種的合理栽植以及對(duì)植被垂直結(jié)構(gòu)的合理分布，讓喬灌草的復(fù)合型植被結(jié)構(gòu)合理搭配，可以有效調(diào)節(jié)城市中心的局部小氣候，減少熱量的散發(fā)，同時(shí)有效吸收城市中的有害氣體，提高空氣質(zhì)量。

5結(jié)語

對(duì)于熱島效應(yīng)所引發(fā)的一系列問題，已經(jīng)得到國家以及各級(jí)地方政府的重視。對(duì)于城市發(fā)展中現(xiàn)存的環(huán)境問題，我們需要實(shí)事求是，找出其主要原因并對(duì)癥下藥，而對(duì)于緩解城市熱導(dǎo)效應(yīng)最實(shí)際的莫過于增加城市綠地面積與提高城市的綠化率了，這對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。而要做到這一點(diǎn)，我們不能單靠政府引導(dǎo)某些先進(jìn)的治理技術(shù)，而應(yīng)該號(hào)召大家一起來踐行綠色低碳的生活方式，只有這樣，熱島效應(yīng)才能真正得到解決。

（收稿：2017-04-21）