2004年08月17日10:28


北京高温!“热岛效应”是元凶
董毅然
城市边界层及热岛环岛示意图  制图/刘欣

  对于每一个在北京学习工作的人来说,酷热难耐的夏季总是一年之中最让人难受的季节。也许你会感到奇怪,纬度并不低的北京在夏季总是高温不断,专家多年研究后发现,“热岛效应”是引发京城持续高温的元凶之一。

  “热岛效应”到底是怎样一种物理现象?它又是如何深刻改变着北京的环境与气温?曾对“热岛效应”和北京气候关系进行过深入研究的北京大学物理学院大气科学系刘树华教授向记者讲述了“热岛效应”的奥秘。

  现代都市的地表构成让能量吸收多散发慢,整个城市就像一个“热岛“。

  原来,在我们所生活的这座现代化大都市里,地表是由水泥、混凝土和柏油马路所组成,而郊区的地表是由植被和土壤组成的,两者的热量平衡特征存在显著的差别。

  城市特殊的地表使它吸收的阳光的热量要大于土壤,而且日益普及的空调等电器设备、数以百万的汽车以及各种人为的热量,也因此而被超量吸收。

  所以城市地表对热的储存要远远大于市郊地区。加之城市的上空大气比较混浊,温室气体含量较高,明显影响地面长波辐射的散失,由此导致温室效应。于是在建筑密集的城市里其气温要明显高于周边的郊区,使城市就像一个“热岛”一般。

  刘教授告诉记者,由于地表的特征导致地表温度升高,空气受热后会形成热气流上升,在大气平衡作用的影响下,近郊等城市边缘地区的空气就下沉补充到空气上升的区域中,如此有上升有下沉,就形成一个动力学的热岛环流。

  热岛环流对城市降水有很大的影响,通常空气在温度不断上升时形成上升气流,很容易形成对流型天气,从而导致市区降水强度增加。在北京这种天气的代表就是午后经常发生雷阵雨。

  北京热岛环流引发大气污染进一步恶化,就连西郊地区也没能幸免。

  值得关注的是热岛环流在增加降水的同时,还使大气污染进一步恶化,在城市产生的污染通过环流进一步影响城市。刘教授以北京三面环山的特殊地形下,介绍了热岛效应的表现形式。在白天,同等高度市郊西北的山区接受的能量比平原区的多,温度升高快,在其上空会形成一个上升气流,继而带动平原气流形成南风,然后再影响到山区。到了夜间,同高度的山区热量损失要比平原快,再加上人为热岛效应,到晚上9点以后就转成北风,先从山区生成,逐渐影响到城市。

  所以北京一年四季都是晚上北风,白天日出以后逐渐转成南风,晚上再逐渐转成北风,如此造成了一个区域气候形成的问题,这些污染物在深秋及冬季的时候,白天送到山区存起来,在没有大的天气系统入境时,污染物到了晚上10点会再被环流送回。深秋和冬天季节如此连续五天后,北京的污染指数就达到五级了。

  刘教授指出,如果在城市周围全是平原的理想状态下,城市的发展一定会导致热岛环流增强。由于北京地形的特殊可能情况又会略有不同,北京市区和郊区的温差和压力差造成了热岛环流的形成。根据北京大学物理学院大气科学系硕士胡晓明数值模拟和观测研究,城市的中心和郊区地面温度差6℃,长期温度相差1-2℃。北京不同城区温度差别和区域内经济发展程度及人口有关系,总体来看西部比东部的温度要高,七月14点的气温平均值海淀的温度要比朝阳高1℃左右。

  减轻热岛效应必须减少大热容量的地面面积,增加绿化更是不能缺少。

  问及导致北京高温灾害各种因素中,是热岛效应是否起到关键作用。刘教授表示,从全球变暖的增温幅度来看,十年才增加0.4℃左右,所以就北京而言,全球气温变化的影响还是微乎其微的。北京高温灾害,主要是高低温自然变化周期中,高温年和北京热岛效应迭加在一起的结果。所以采取有效的办法治理热岛效应已经成为当务之急。

  刘教授强调,城市要减缓城市热岛效应,首先必须减少城市大热容量的地面面积。目前北京一般建筑是水泥结构,路面是柏油马路,它们吸收热量很大。其中柏油马路的黑颜色反射率非常低,所以在同样区域,其吸收的热量要大大高于颜色浅的地方。

  如果城区楼顶都绿化,或者建成休息场所,比如游泳池等,就既减少了热量增加,又增加了娱乐设施。在日本东京,很多楼顶用作网球场,游泳池,或者建成花园式楼顶,以有效地减少热岛效应发生,楼顶不利用的极少。研究表明如果北京市植被面积增加30%,温度要降低2-3℃,目前在北京楼房占据地面的面积30%还要多,大多数老式楼顶都可以实现有效绿化,所以植被增加30%是完全可能实现的。

  对于路面,应该有意识地多普及蜂窝状的结构,因为使用蜂窝状的地面,可以有效地改变地表的热量平衡,自然打通地面上下的水分和热量的流通,在地面水分蒸发中,使地表温度减低3-4℃。拆去围墙、改变楼群方向以提高地面通风效果是降低热岛效应的有效手段。

  刘教授曾经对城市小区进行研究,发现这里几万人住在50多栋楼中,楼群排列密集,加上绿地面积减少,由于楼房是吸收热量非常大的水泥体,热岛效应非常明显,增加高度减少建筑面积,如果盖成十栋大楼,将原来建楼的大部分面积变成绿地,增大了地面通风量,优化了地表热量平衡和动力学效应,热岛效应迅速降低。

  他告诉记者,通风量对城市热岛效应也有很大的相关性。在沿海城市,街道与海岸线垂直,就可以充分利用海风通风量,城市无论是利于清洁还是降低热岛效应都会大大改善,如果城市建筑都和海岸线平行,对城市散热有很大影响。

  针对北京单位实体围墙过度的情况,他建议将一些单位的高院墙拆掉,建成栅栏式,增加空气流通,而且为适应北京北南风向的特点,在以后修建建筑时要注意调整走向,全部是东西板楼是不可取的。如果建筑结构能够保证,冬季采光好,夏天一定要有通风量,就可以减少在取暖和制冷中产生的热量。

  来源:北京科技报 

扩大城市绿地面积
楼面墙体覆盖植物
小区采用蜂窝状路面
(责任编辑:马丽)
全球气候变暖

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