第五届“认证杯”数学中国
数学建模网络挑战赛
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第五届“认证杯”数学中国
数学建模网络挑战赛
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2035
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2012年第五届“认证杯”数学中国
数学建模网络挑战赛
题 目 “白屋顶计划”对热岛效应作用的评估
关 键 词 回归模拟法、差值比较法、层次分析法、热岛效应
摘 要：
近年来，在城市化的人为因素和局地气象条件共同作用下，城市热岛效应的影响越来越明显，由此对人们的身体健康与城市的环境等带来的负面影响也引起了政府部门的重视。我们在本文中主要研究了“白屋顶”计划对热岛效应所起的作用。
首先，模型用回归分析法得出昼夜的热岛强度公式：
1.40.010.090.010.04n r N u T e T -=----?（白昼）
2.80.010.380.02+0.03r
N u T e T
-=---?（夜间）
分析得到温度的变化是与热岛效应强度直接有关。其次，城市刷白漆前回归出的模
拟方程为：
2()0.0070,210 2.430f x x x =++
从而模拟出刷白漆后在同一时刻的温度，估计出刷白漆前后同一时刻温度平均降低了1.82℃。针对于刷白屋顶前后室内空调的使用量，我们从使用时间以及使用电量等方面做出了考虑。在“白屋顶计划”实施前后，对空调的用电量及电费量进行对比分析，
得到一台空调所节省的电量为： 53.0410E
F -=?
一个夏季一台空调所节省的电费为：10.1976S F =，而对于刷白漆的费用与节省的
电费相比较哪个更经济的问题，我们进行了讨论。随后，我们就刷白漆造成的光污染进行了简单的分析。
研究表明，我们所做出的结论比较合理，但是因为一些时间等限制因素，一些地方没有做出比较深入的研究
参赛队号 2035
所选题目 B
英文摘要（选填）
In recent years,In the urbanization of the human factors and local
meteorological conditions under the joint action ，the influence of urban heat island effect is more and more obvious,thus on people's physical health and environment of the city and the negative effects by government departments pay. In this paper we study is mainly "white roof" plans to the role of heat island effect.
First, with regression analysis model of heat island intensity formula that day and night ：
1.40.010.090.010.04n r
N u T e T
-=----?（白昼） （day ）
2.80.010.380.02+0.03r
N u T e T
-=---?（夜间）
（night ）
The change of the temperature is obtained with the intensity of heat island
effect directly related. Second, the city before the return of white paint simulation equation for:
2()0.0070,210 2.430f x x x =++
to simulate the white paint the temperature at the same time, the estimated white paint the same moment before and after an average temperature of 1.82 ℃reduced. Based on white before and after the usage of the indoor air conditioning roof, we use from time and use make the power to consider.
In the "white roof plan" before and after implementation of air conditio ning of the electricity consumption of electricity and comparative analysis , get one air conditioning save power for: 53.0410E
F -=?
a summer one air conditioner save electricity for:10.1976S F =, and for white paint and saving the cost of charge of electricity of which is more economic compared the problem, we discussed. Then, we will paint the white light pollution caused by the simple analysis.
Research shows that we made conclusion is more reasonable, but for some t ime and so on limiting factors, some places has not made more in-depth rese arch.
目录
一 .问题的重述；
二 .符号说明；
三 .问题分析；
四 .模型假设；
五 .模型的建立与求解；
5.1相关知识
5.2 模型建立
5.2.1 模型分析
5.2.2 数学模型的建立
5.3 数学模型的应用
5.3.1 以北京市夏季一天的温度变化值为例，刷白漆前的温度变化 5.3.2 进一步评估白屋顶计划降低城市热岛效应在节能方面的体现
5.3.3 评估白屋顶计划降低城市热岛效应在节能方面的体现
六 .模型评价；
6.1 模型的优点
6.2 模型的缺点
七 .参考文献；
一问题的重述
夏天的城市气温往往格外炎热，这被称为热岛效应，有专家提出，将城市建筑的屋顶漆成白色，减少对阳光的吸收率，可以使城市的气温降低，进而达到节能和环保的效果。包括美国能源部长、诺贝尔物理学获得者朱棣文在内的一些专家都对这个方案表示支持，但同时也有一些反对意见。
第一阶段问题：请你建立合理的数学模型，评估“白屋顶计划”对降低城市热岛效应起到的作用。
二 符号说明
(UHI I )i
UHI T
I =
: 三问题分析
城市热岛效应（Urban heat island effect）是指拥有较大人口规模的城市，它的气温比它外围人口较少的郊区气温高的现象。城市热岛效应的强度随城市的规模、地理位置、气候区域变化等因子的变化而变化，从物理学角度分析，深色屋顶吸收并保留的太阳热力比例可超过80％，但白屋顶将有75％的热力被反弹，除了可以为建筑物节省冷气开支，也有利于降低城市热岛效应。
为了评估“白屋顶计划”对降低城市热岛效应起到的作用，需要有城市结构、规模以及地理位置相同或相似条件下的城市气候考察资料。我们运用差值比较法、回归方程法、层次分析法对白屋顶计划在节能、环保方面降低城市热岛效应逐步评估。
白屋顶假想模型
四 模型假设
1. 假设屋顶所用材料都相同
2. 假设在研究屋顶涂白漆前后温差变化对热岛效应影响时，不考虑其他因子；
3. 假设屋顶密度占城市总建筑面积的50%
4. 运用到其他假说时当场说明
五.模型的建立与求解
5.1相关知识 热岛强度
城市热岛强度是一个变量场，可以表现为空间和时间的函数，并用(,,,)q x y z t 代表，使用数学上常用的级数展开方式，可以将该变量场展开为级数形式：
1(,,,)()(,,)n
i i i q x y z t t x y z A ==∑Φ
式中()i t A 是时间函数， (,,)i x y z Φ是空间函数，N 是级数的项数。
5.2模型建立 5.2.1模型分析
用同期城、郊（或乡）气温对此分析城市热岛效应的最多。其中有用年平均气温、月平均气温、月平均最高气温及月平均最低气温进行此较的,也有用日平均气温、日内各时气温进行此较的。北京五塔寺与通县及大兴历年平均气温差值如表1 。资料表明
逐年热岛强度值波动较大。表 2 是1971年北京市中心的31中学气象站与通县（远郊）、朝阳（近郊） 气象站月平均气温差值, 表明各月热岛强度值变化较大.上海市区(外滩和徐家汇)与郊区（松江）1955 年平均气温及最高、最低气温差值。表3表明由于城区选点不同, 城、郊气温差值不同。
回归分
析方法导出昼、夜的热岛
强度公式
1.40.010.090.010.04n r N u T e T -=----?（白昼）
2.80.010.380.02+0.03r
N u T e T
-=---?（夜间）
来说明热岛强度的日变化。热岛的生消除受风速、云量的影响外, 湿度等气象要素
也有一定影响。
5.2.2数学模型的建立
热岛强度等于修订到基准时刻后的城区空气温度与基准时刻的郊区温度的差，即
mod,()()i sub i i
UHI T T I =- （1）
以某个城市某天的城区空气温度为例，回归出模拟方程，再用模拟方程计算出刷白
漆后观测各时刻的空气温度模拟值()sim i sub i T T -。用模拟方程计算()sim i sub i T T -时，需要注意模拟方程自变量的取值范围。设某个城市某天城区空气温度数据有m 个，刷白漆后得到的城区空
气温度数据有n 个(m ≠n )，则模拟方程自变量的取值范围为[1, m ]，即用自变量取值范围为[1, m ]的 m 个数回归出来的方程来模拟自变量取值范围为[1, n ]的函数值，此时就需要对自变量取值范围为[1, n ]的流动观测的自变量值进行步长变换，使得流动观测各时刻对应的新自变量的取值如下式所示：
11
1i i m n X X +-=+- （2）
使得刷白漆前后量取值区间长度相等，这样，就可以用刷白漆前回归出的模拟方程，
用于计算刷白漆后各时刻的空气温度模拟值()sim i sub
i T T -。式 (2)为1 个通用的自变量步长变
换公式，当刷白漆前与刷白漆后自变量取值区间相同，即m =n 时，则式(2)可转化为：
1
1
i
i X
X
+=
+ （3）
即不需要对刷白漆后的自变量进行步长变换。刷白漆前回归出的模拟方程可以是线性方
程、多次方程或其他方程形式，选择的原则是线性相关系数R 2 尽可能大，且方次尽可能少。设模拟方程的一般形式为：
1()n n f x aX bX cX d
-=++???++ （4）
第i 时刻的修订差mod,i T ? 的计算修订：
将刷白漆前自变量取值代入式(4)，得第 i 时刻的模拟值()sim i sub i
T T -，它对应刷白漆后范围内所有空间位置上的一系列值，如下式所示：
1
si ,(5)()n n i i m i
i i
aX bX c d f x T X -==++++ 修订差值的计算公式如下： mod,sin,()()
()i i sim i sim i i
f x T T T T
?=-=- (6)
式中：()sim i sub
i T T -为第i 时刻的空气温度模拟值。对于一个确定的基准时刻，其对应的城区
空气温度模拟值是一个固定值。 mod,i T 的计算:
修订到第i 时刻的城区空气温度mod,i T 的计算方法如下：
mod,,mod,i
mov i i T
T T =-? (7)
数学模型由式(1)，(5)-(7)可得：
：
mod,()
,()
(),()
()()()()i
sub i i
mov i sim i sub i i mov i sim i sub i i
UHI T
T I f x T T T f x T T
T -?
?
=---?????
?=-+-??
??= (8)
式(8)可以看作2 个项的求和计算：第1项城区刷白漆后与模拟值的差值,()
mov i i
f x T -
可看作是n ×1 的行列式；第2项选定基准时刻的模拟值与郊区温度的()()sim i sub i T T -可以看作是n ×n 的行列式，且同一列中的每个元素都相同。为了描述简便，可以把第 1 项
亦看作n ×n 的行列式，且该行列式的每一列都相同，则式（8）可表示为：
,()()121
1
12
2
2
1
2
1
2
1
1
1
2
1
2
1
2
2
2
1
2
()()mov i sim i sub i i i m m
m
m
m
m
m
m
m
m
m m
UHI f x T T T I a a a
a a a
a a a a a a a a a a
a
a λλλλλ
λ
λλλλλλλλλ
λλ
λ
????=-+-???
?=
+++++++=
+
+
+
(9)
式(9)即为用刷白漆后数据计算城市热岛强度的数学模型。最终计算结果行列式中的每一列，就是将刷白漆后结果修订到第 i ( i ∈ [1 , n ] )时刻对应的空间位置上的热岛强度.
5.3数学模型的应用
5.3.1以北京市夏季一天的温度变化值为例，刷白漆前的温度变化如下表：（表4）
51015202530356时
8时
10时
12时
14时
16时
18时
导出城市刷白漆前回归出的模拟方程为：2
()0.0070,210 2.430f x x x =++
由此可求得刷白漆后同一时刻的温度如下： （表5）
22
23242526272829
6时
7时
8时
9时10时11时12时13时14时15时16时17时
18时
通过对图像的分析，我们可以得出“白屋顶计划”可以降低城市热岛效应 5.3.2进一步评估白屋顶计划降低城市热岛效应在节能方面的体现
以实施白屋顶计划后一台空调等一个夏季的用电量以及电费量为研究标准
（1）夏季空调耗冷量估算按下式:
107
1-?????=k q Q h Z F L
L （Ⅰ—1）[2]
式（Ⅰ—1）中()
717
1=10(1)
=10
2L L L L F z h F z h Q q k Q
q k --???????
?
???????前前
后
后
（2）项目夏季空调制冷机耗电量估算按下式：
E L /
=
IPLV
Q
L
（Ⅰ—2）
（3）夏季空调总耗电量的估算按下式：
2E K E L L ?= （Ⅰ—3） 综合（I-1,2,3）我们可以得到，同一台空调的总耗电量由使用天数和每天的使用小时数决定。由表格3,4我们可以看到，刷白漆后温度降低了，若以28摄氏度为基准，夏季只有在温度高于28时人们才会开空调，则在刷了白漆之后人们一天开空调的时间由原来的10小时减少到4个小时，则可以估算出一台空调一个夏季可节省的电量为:
7
12610L L q F Z K E K IPLV
-????=?
5
3.0410E F -=?
以现在电费的价格计算出一台空调一个夏季所节省的电费为
10.1976S F =（a ）
房屋刷白漆的费用为:
2S MF = （b ）
讨论：1S －2S ，当每平方米白漆的使用量超过0.1976时，刷白漆可以增加；
当每平方米白漆的使用量低于0.1976时，刷白漆可以节省花费。
5.3.3评估白屋顶计划降低城市热岛效应在节能方面的体现
据文章《搭建白色屋顶，减缓变暖趋势》报道“白屋顶计划可称为‘一举三得’。首先，凉爽的环境不但节省能量，而且更加舒适；其次，使一个城市降温会大大减少烟雾；第三，有助于抵消全球变暖的趋势。”可知，实施白屋顶计划是有利于环保的，但我们又知道白光具有很强的反射性，太阳光底下，强烈的白光可以使人睁不开眼，还会影响人得正常情绪，强烈的眩光对人体的危害极大，此外对人眼的角膜和虹膜造成伤害，引起视觉疲劳和视力下降、白内障，白光对人体的危害还会诱发流鼻血、脱发、失眠、食欲不振，甚至导致白血病和其他癌变，特别是人们在开车时，如遇到这种强光有很大的机率发生交通事故。据新闻报道，曹杨五村附近的一农贸市场由于铺设白色屋顶造成严重的光污染，居民难以忍受。特别是靠近市场的小区居民反应：“我们都不敢站在窗边，太刺眼，根本没法睁眼。”于此我们对于刷白漆后造成的光污染这个是否环保的角度进行分析。
图1中θ为入射角，∠1为屋顶斜度，x 为人所在位置的高度，y 为人距刷漆屋顶的我距离，h 为屋顶的高度（图1，图2，图3中x ，y ，h 代表的意义相同。 图1：21/2θπ∠=∠+∠- h y tan 12x θπ=?+-+（∕）
图2，图2∠3是入射角423π∠=-∠∕ h y tan(23)π=?-∠∕
图3，∠5为入射角，∠7为屋顶的斜角，6/257π∠=-∠-∠ h y tan(/257)π=?-∠-∠ 以上是我们以人为起点，考虑到得三种不同情况，我们分别以人的位置不同以及屋顶的不同形状（只简化的考虑两种）考虑刷漆后，光会对人体造成伤害的距离y 以及屋高h 及人位置的高度X 之间的关系，三种不同情况有三种不同的表达式。
其中我们可以通过测量得到x 的值，阳光的入射角我们也可以间接得到，如果是斜屋顶的话，大多数屋顶倾斜角都会趋于一个值，相当于固定的值。因此我们就可以得到观测点到屋顶的水平距离与屋高的关系式。从而我们可以研究出人的安全位置。笼统来说，当所有屋顶均高于人的活动范围时，白光的污染几乎为零，这是最好的状态。但我们可以用控制变量法来具体分析。以图1为例当x ，y ，入射角及房屋倾斜角固定时，屋高h y tan 12x θπ=?+-+（∕）时，就会对人体造成伤害，当人在开车时，引起车祸的可能性相当大。
六.模型评价
6.1模型的优点
1综合运用了word 、excel 、数学公式编辑软件、以及画图软件等进行模拟计算、绘图工作，模型经过实际数据的检验，精确度较高。
2论文从多个角度分析研究了“白屋顶计划”对城市热到效应的影响，似的评估更有说服力。
3本文对热岛效应的影响的研究，采用了多种研究方法，可以用于实际问题的研究。
6.2模型的缺点
1本文在计算模拟温度以及经济效益过程中，保持其他量不变会对计算结果造成误差。最后，环保问题的研究，由于数据的缺少，影响评估的结果。
七、参考文献
[1］曲学实，扈静明.《影响城市热岛的因子分析》气象科学.第十三卷第三期1993年9月.
[2］黄鑫，刘学智等..《公共建筑物空调系统夏季制冷耗电量估算方法探讨》. [3] 暖空调2008年10月别刊《中国建筑节能年交发展研究报告》[J].
[4］张如一等.北京城市的温度效应. 城市气候与城市规划. 科学出版社.1985 年
[5] 周淑贞等: 上海城市热岛效应, 地理学报,37( 4 ) 1982 年。
[6] 刘继韩等：论城市热岛强度的表示方法（北京大学地理索）第6卷第3期 19878
年9月.
[7] 胡德良译.《搭建白色屋顶，减缓变暖趋势》科苑.2008年11月.
[8] 黄鑫，朱嘉，李杨.《住宅夏季空调制冷耗电量调查统计》全国暖通空调制冷2010
年学术年会资料集 2010年11月.
附表一
什么是城市热岛效应 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 基本简介 城市热岛效应(The Urban Heat Island Effect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相同的热力环流。城市白天和黑夜的热岛效应[1] 晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天
明显，是城市气候最明显的特征之一。 来源与发展 20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。热岛效应近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点: 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。 另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。 当然，城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。 热岛效应原则上，一年四季都可能出现城市热岛效应。但是，对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应。为
2.3大气的运动——“热力环流”教学设计 【课题】第二章地球上的大气第一节冷热不均引起的大气运动----热力环流 【教材版本】人教版普通高中课程标准实验教科书（地理必修1） 【教学内容】本教学设计的内容选自普通高中地理新课标实验教材人教版必修1的第二章第一节中的《热力环流》。主要介绍热力环流的形成过程及生活中的一些常见例子—海陆风和城市风等。 【教材分析】 热力环流是由于地面冷热不均而形成的空气环流，它是大气运动的一种最简单的形式。热力环流的形成过程是本单元的基础，也是理解大气运动的突破口，后面大气的水平运动、气压带和风带的形成都是热力环流的具体体现，所以热力环流奠定了整个章节的基础，也是学生理解大气运动这部分内容的最基本、最基础的知识和最佳切入口，对于理解由于热力原因而引起的大气运动、学习大气环流具有很大的帮助作用。因此，学好这部分内容是学好大气运动的基础，为后面学习大气环流（三圈环流、季风环流）打好基础，起到分散降低教学难度、便于学生掌握的作用 【学情分析】 课前学生已有必备的相关知识技能基础，如大气压强与海拔高度的关系：气压随海拔的升高而降低；物体的热胀冷缩性质；太阳辐射的纬度分布不均等。但由于高中阶段刚开始学习立体几何，空间概念建立不牢固，不清晰，所以本节课的学习对于学生有一定难度。 【设计理念】
在这节课我主要设计了以下活动： 1.用关于三国“诸葛亮火烧葫芦峪”故事的视频引入，通过问题，激起学生学习热力环流的兴趣。 2．观看地理小实验的视频，让学生直观、真实的理解热力环流的成因以及气流运动特点。为学生能顺利画环流图埋下伏笔。 3．观看flash动画演示，解决热力环流过程中气压分布与气流分布之间的关系。理解等压面的概念。 4．三个案例：城市热岛效应、山谷风、海陆风让学生自己拓展探究。这部分内容教科书上没有提到，考虑到新课程对学生的教育目的，加入了实际生活中典型的三个热力环流案例，目的为使学生更加理解热力环流的原理，使理论联系实际。激发学生探究自然奥秘，认识社会生活环境的能力，达到学习身边的地理，有用的地理的课程标准。 5.设计一些由浅入深的问题，并联系学生身边的一些现象，再借助多媒体计算机，把抽象的大气运动具体、生动、形象地表现出来，激发学生探究地理问题的兴趣和动机，充分挖掘了学生的潜力，培养了学生思考、归纳、表达、交流的能力. 6.让学生小组活动探讨地理知识和原理，培养学生学习地理的兴趣。 【教学理念】 1. 注意与学生的生活实际相联系，从感性知识入手，使学生更容易接受，由浅入深，引导学生分析热力环流的形成过程，并结合实例让学生探究。在学生探究的过程中，使学生感受到人类与大气之间相互影响的关系，明确人地应该协调发展的道理。 2.教学中要淡化知识讲解，凡是学生能看懂的就由学生自己去看；凡学生能说得清楚的都由学生自己去说。给学生更多的动手、动口、动脑的机会。 【教学目标】 知识目标：
引起全球变暖的原因及对策 全球气候变暖是一种“自然现象”。由于人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动，总的看为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。 一、引起全球变暖的因素 （一）人为因素 1.人口剧增因素。近年来人口的剧增是导致全球变暖的主要因素之一。同时，这也严重地威胁着自然生态环境间的平衡。这样多的人口，每年仅自身排放的二氧化碳就将是一惊人的数字，其结果就将直接导制大气中二氧化碳的含量不断地增加，这样形成的二氧化碳“温室效应”将直接影响着地球表面气候变化。 2.大气环境污染因素。目前，环境污染的日趋严重已构成一全球性重大问题，同时也是导致全球变暖的主要因素之一。现在，关于全球气候变化的研究已经明确指出了自上个世纪末起地球表面的温度就已经开始上升。 3.海洋生态环境恶化因素。目前，海平面的变化是呈不断地上升趋势，根据有关专家的预测到下个世纪中叶，海平面可能升高50cm。如不采取及对措施，将直接导致淡水资源的破坏和污染等不良后果。另外，陆地活动场所产生的大量有毒性化学废料和固体废物等不断地排入海洋；发生在海水中的重大泄(漏)油事件等以及由人类活动而引发的沿海地区生态环境的破坏等都是导致海水生态环境遭破坏的主要因素。 4.土地遭侵蚀、盐碱化、沙化等破坏因素。造成土壤侵蚀和沙漠化的主要原因是不适当的农业生产。众所周知良好的植被能保持水土流失。但到目前为止，
杨巧巧环境科学2134122115 城市热岛效应的产生原因：（1），是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。 （2）人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。 （3）城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。 （4）城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温 干岛效应与湿岛效应的产生原因 城市干岛：城区由于下垫面粗糙度大（建筑群密集、高低不齐），又有热岛效应，其机械湍流和热力湍流都比郊区强，通过湍流的垂直交换，城区低层水汽向上层空气的输送量又比郊区多，这两者都导致城区近地面的水汽压小于郊区，形成“城市干岛”。 城市湿岛：到了夜晚，风速减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存留于低层空气中的水汽量少，水汽压迅速降低。城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压乃高于郊区，出现“城市湿岛”。 混浊岛效应： 它是指城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集,致使排出的污染气体和空气中的尘埃等混浊程度都大大高于周边地区,形成“混浊岛”;而尘埃等混浊物恰哈是云层中的水汽变成降雨所最需要的“凝结核”,于是产生了这样的效应:城市上空的凝结核越多,水汽就越容易在此凝结造成降水,增加了雨量。此外,由于市区建筑物集中、高大,使风速在此大为减弱,强雨带等天气系统在市区上
城市热岛效应 科技名词定义 中文名称：城市热岛效应 英文名称：urban heat island 定义：指城市温度高于郊野温度的现象。由于城市地区水泥、沥青等所构成的下垫面导热率高，加之空气污染物多, 能吸收较多的太阳能，有大量的人为热进入空气；另一方面又因建筑物密集，不利于热量扩散，形成高温中心，并由此向外围递减。 所属学科：生态学（一级学科）；城市生态学、生态工程学和产业生态学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 简介 英文名称 The Urban Heat Island Effect 热岛效应
城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C 以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流。晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。 编辑本段来源与发展 20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。 热岛效应 近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点: 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。当然，城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。 热岛效应
大气运动教案设计 【课标要求】 绘制全球气压带、风带分布示意图，说出气压带、风带的分布，移动规律及其对气候的影响【教材分析】 大气是地球自然环境最活跃的组成部分，如果地球上没有大气，也就没有生物界，没有人类及其赖以生存和发展的自然环境。因此本单元教材紧密围绕大气环境与人类活动关系这条主线。本节内容实用性强，通过学习大气运动可以理解风的形成，了解全球大气运动状况。本单元各部分内容联系紧密，既联系实际又有指导实际的作用。在教学时应指导学生注意前后连贯，联系实际，充分运用读图思考题。既可以调动学生积极思维，使学生主动参与到教学过程中，又可以培养学生学习能力和读图能力。 【三维目标】 一．知识与技能 1.理解大气运动最基本的形式——热力环流（及其形成过程）。 2.理解大气环流的形成过程，气压带、风带的分布和移动规律。 二．过程与方法 1.通过图表的绘制掌握大气的受热过程。 2.通过绘制风的形成示意图和全球气压带、风带分布图，掌握风的形成和全球气压带、风带的分布。 三．情感态度与价值观 1.激发学生亲自探求地理问题的兴趣与动机，养成求真、求实的科学态度。 2.培养学生学以致用、理论联系实际的意识。 【教学重点】 1.热力环流原理及例证。 2.理解气压带和风带的形成及分布规律。 【教学难点】 1．热力环流 2．三圈环流 【教学方法】探究法、多媒体教学法、实验模拟法、讲授法 【学法指导】总结规律，画图理解。 【课时安排】 2课时 【教学过程】 【板书】三、大气的运动 【故事导入】三国时期，诸葛亮于农历6月的一天，在葫芦谷设下伏兵，打算用火攻全歼司马懿。这一天，晴空万里暑热难耐，真乃火攻的良机。诸葛亮依计划将司马懿之众引诱入谷中……然而，正当大火冲天，司马懿全军行将覆灭之时，一场大雨不期而至，大雨浇灭了诸葛亮扶汉反魏的壮志，使他喊出了“谋事在人，成事在天，不可强也”的千古悲歌。 提问：智者千虑，必有一失，神机妙算的诸葛亮“失”在哪里？ 过渡：要解答此问题，应了解大气运动最简单的形式热力环流。 【师生合作探究】热力环流 1．与热力环流有关的几个概念： 气压：单位面积上所承受的空气柱的重量。 等压面：空间气压值相等的各点所形成的面。
热岛效应产生的原因 晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2摄氏度,甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。 气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。一般认为热岛成因有三：一是城市与郊区地表面性质不同，热力性质差异较大。城区反射率小，吸收热量多，蒸发耗热少，热量传导较快，而辐射散失热量较慢，郊区恰相反;二是城区排放的人为热量比郊区大;三是城区大气污染拖物浓度大，气溶胶微粒多，在一定程度上起了保温作用。 大气污染在城市热岛效应中起着相当复杂特殊的作用。来自工业生产、交通运输以及日常生活中的大气污染物在城区浓度特别大，它像一张厚厚的毯子覆盖在城市上宛，白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。从城市气象规划设计出发应考虑： （1）要保护并增大城区的绿地、水体面积。因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。 （2）城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。 （3）如北京市位于平原中部，三面环山。由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。 （4）减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。 城市热岛效应(Urbanheatisleffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流。 近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点: 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。
西北民族大学化工学院 环境学概论期末大作业 专业班级:2008级环境工程2班学号：P0******* 姓名：重庆小子 温室效应与全球气候变化的影响及对策 研究 摘要：现在人类对经济越来越重视，忽略了环境问题，温室气体的大量排放。提出温室效应对对地球的危害，以及我们个人应该要如何去防治温室效应。 引言：气候变化已成为21世纪人类发展面临的最重大的挑战，其规模之大、范围之广、影响之深远史无前例。为应对气候变化而达成的全球减排协议是涉及全人类的最大全球性公共产品，也是影响未来世界经济和社会发展、重构全球政治和经济格局的最重要因素之一。 一、温室效应的概论、原因及温室气体 温室效应（来自IPCC术语表中对温室效应所做出的定义的中文版。）由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象，这也是我们生活中用的最多的方面。我们生活中还可以可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚也是典型的温室，提高室内温度有利于植物生长，也是一种温室效应。
下面就主要说说由于环境污染引起的温室效应。 其形成原因：温室效应加剧主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。其中由于大量森林植被的破坏也是一个比较重要的原因。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。 二氧化碳只是温室气体中的一种，联合国在清洁发展机制中规定了六种温室气体：CO2 、CH4、N2O、HFCs、PFCs、SF6。在所有的温室气体当中，只有氟利昂是自然界中不存在的，纯粹是人类在工业上制造出来的。人类利用氟利昂来制造冰箱里的制冷剂、工业上的喷雾剂、农田里的杀虫剂和化工行业中的泡沫剂和清洗剂，其实人类同时也制造了“臭氧杀手”和“温室效应的导致剂”。 二、温室效应对气候的影响 温室效应对全球气候带来了巨大的影响，自1975年以来，地球表面的平均温度已经上升了0.9华氏度，由温室效应导致的全球变暖已成了引起世人关注的焦点问题。 全球大气平均温度和海洋温度均在增加，大范围的冰雪融化和全球海平面升高。在大陆、区域和海盆尺度上，已经观察到了
热力环流教案 1．课题：中图版地理必修一上册第二章第三节第一课时“热力环流”。 2．教学目标： 知识目标 （1）了解并能说出大气运动的作用，能量来源及分类。 （2）理解并能阐明热力环流的成因，形成过程和环流过程。 （3）理解并能说明同一水平面上等压面变化情况。 能力目标： （1）通过学习热力环流模型，能联系生活实际，列出生活中的热力环流实例，增强举一反三的能力。 （2）通过画热力环流模式图，提高绘图能力。 （3）通过分析等压面变化及高低空气压变化，增强空间思维能力。 情感态度价值观目标： （1）通过对热力环流成因的分析，认识任何地理要素之间相互联系的辨证唯物主义观点。（2）通过学习城市热岛环流，树立保护大气环境的意识。 （3）通过对生活中的热力环流举例，养成细心观察身边现象及认真思考的习惯。 （4）通过对城市热岛环流为工业布局的学习，体会地理学科的实用价值。 3．教学重点 （1）热力环流的动态形成过程 （2）冷热不均引起的等压面变化情况 （3）生活中的热力环流（城市风） 教学难点：冷热不均引起的等压面变化情况 4．课型：综合课 5．教学方法：讲解法，象征图像直观法，比较法，板书笔记指导法，读书指导法6．教具：多媒体，书，粉笔盒 7．教学过程： 板书一
基本原理： P=ρgh 。 随着h 升高，空气密度ρ减小，气压降低 图一 板书二： 冷热均一时 图二 板书三： A 1004 1006 1008 1010(hPa)
冷热不均时 图三 板书四： 图四 板书五： 1004 1006 1008 1010(hPa) 受热多 A 受热少 B 低压 ρ ρ 高压
全球变暖温室效应的成因及对人类的影响 摘要：全球变暖如今已成为全世界都在关注的问题，关于其成因目前普遍认为和温室效应有关。全球变暖对人类对地球以及对整个生态环境影响都是巨大的…… 关键词：全球变暖，温室效应，背景，成因，影响 艾曼纽勒华拉杜里曾对气候的变化进行全面研究，利用树木年轮，葡萄收获日期及阿尔卑斯山脉冰川进退等证据，记述了包括小冰期在内的温暖与寒冷周期，从而证明，在历史上气候完全不是持续不变的。【1】 然而曾有美国科学家指出，由于人类的干预，从古代有农业活动开始，我们地球的温度就在持续升高，特别是在工业革命之后全球温度升高的速度越来越快。 如今，全球环境变暖已成为全世界都在关注的问题。 全球变暖与温室效应 全球变暖指的是在一段时间中，地球的大气和海洋温度上升的现象，主要是指人为因素造成的温度上升。原因很可能是由于温室气体排放过多造成。 全球气候变暖是一种“自然现象”。由于人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。【2】 全球气候变暖的背景 早在1908年，瑞典科学家斯凡特·阿兰纽斯就发现大气中二氧化碳浓度与地球表面平均温度之间存在正比关系，纬度越高，比例系数也越大。30年之后，英国科学家卡兰达提出严厉警告，人类排放的微量气体足以改变全球气候。可惜他们的主张都没有引起人们的重视。严格意义上说，他们应算是“全球变暖说”人类活动致气候改变这一派的奠基人。 近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动，总的看为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。 根据仪器记录，相对于1860年至1900年期间，全球陆地与海洋温度上升了摄氏0.75度。自1979年，陆地温度上升速度比海洋温度快一倍（陆地温度上升了摄氏0.25度，而海洋温度上升了摄氏0.13度）。根据卫星温度探测，对流层的温度每十年上升摄氏0.12度至0.22度。在1850年前的一两千年，虽然曾经出现中世纪温暖时期与小冰河时期，但是大众相信全球温度是相对稳定的。 在人类近代历史才有一些温度记录。这些记录都来自不同的地方，精确度和可靠性都不尽相同。在1860年才有类似全球温度仪器记录，相信当年的记录很少受到城市热岛效应的影响。从最近的千禧年内的多方记录所展示的长远展望，在过去1000年的温度记录中可以看到有关的讨论及其中的差异。最近50年的气候转变的过程是十分清晰，全赖详细的温度记录。到了1979年，人类更开始利用卫星温度测量来量度对流层的温度。 在2000年后，各地的高温记录经常被打破。譬如：2003年8月11日，瑞士格罗诺镇录得摄氏41.5度，破139年来的记录。同年，8月10日，英国伦敦的温度达到摄氏38.1，破
城市热岛效应 摘要：在全球气候变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，城市热环境质量日趋恶化。分析和评价城市热岛效应已成为当前城市气候与环境研究的重要内容之一，也是全球变化研究的重要方面。本文剖析了城市热岛效应的成因及危害，并从当前城市热岛效应的现状出发探讨了改善城市生态环境，减低热岛强度的对策。 关键词：城市热岛效应，气候变化，人类活动，成因及措施 一、引言：城市热岛效应也称“大气热污染现象”,是指当城市发展到一定规模,由于城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等因素使城市温度明显高于郊区,形成类似高温孤岛的现象,在气象学上被形象地称为城市热岛。可见,城市热岛反映的是一个温差的概念,只要城市与郊区有明显的温差,就可以说存在了城市热岛。 近年来,我国城市夏季伏天日气温在35℃以上的天数逐渐增多。据报道，2005年夏季，我国中东部和内蒙古中西部、新疆大部日最高气温高于或等于35度的日数一般在5天以上，其中华北南部、黄淮中西部、长江中下游大部及新疆东部、内蒙古西部、福建大部、广东北部、广西东部等地普遍持续高温10-15天，河北南部、山西南部、河南北部、安徽西北部、浙江大部、江西中北部等地达16-25天，很多城市日气温频频刷新当地气象纪录［1］。城区高温化得背后就是越来越严重的城市热岛现象。针对上述现象，本文就以城市热岛产生的原因和改善措施作初步探讨。 二、热岛效应形成的原因 2.1．城市下垫面性质改变 由于城市“水泥森林”的发展，改变了下垫面的性质，同时也改变原有的自然地面的面积比例。城市建筑物和道路的材料改变了地表热交换和大气动力学特征，更易吸收大量热辐射，致使夜晚红外辐射的热量相应增多，如果这种建筑物贯穿于整个城市则可使城市上空温度升高。另外，城市由于参差不齐的建筑物，
2.2 大气圈与天气、气候（第2 课时） ——热力环流教学设计 【设计理念】 本节课在高中地理新课程理念即培养学生“核心素养”和“立德树人”思想指导下，依据心理学与教育学上的有关思想以及相关理论，利用多媒体和网络信息技术充分开发教学资源、注重教学内容的开放性、学生思维的综合性，紧密联系生活，让学生主动参与、乐于探究、勤于动手，使学生在获得基本知识和基本技能的同时学会学习并树立正确的价值观。课堂上充分发挥学生主体地位，形成师生、生生互动的“学习共同体”，以学论教，促进师生共同成长。 【教材分析】 本节内容为大气环境的基础知识，大气中热量和水汽输送以及各种天气变化都是通过大气运动实现的。只有掌握了本节内容才能理解全球性大气环流，了解各类天气系统的特点，防御自然灾害，并合理的保护和利用大气环境。 大气运动的能量来自于太阳辐射，由于地面冷热不均引起了垂直运动；从而导致同一水平面上出现了气压差异，在水平气压差异引起空气做水平运动，垂直运动和水平运动组成了热力环流。它是大气运动最简单的形式。 【课标要求】 课程标准：运用示意图等说明热力环流原理，并解释相关现象。市教学内容建议“绘制并运用热力环流示意图，说明热力环流原理，解释相关地理现象”。本节要实现形成性目标，因为热力环流是许多大气运动类型的理论基础，所以说本节学习是为实现其他课程目标做的知识铺垫。
【素养目标】 1. 人地协调观：增强环保意识，树立可持续发展观念；培养热爱家乡、建设家 乡的责任感。 2. 综合思维：综合理解热力环流的原理和过程，会用热力环流的原理来解释 生活现象。 3. 区域认知：认知地理现象在不同时空尺度上的表现。 4. 地理实践力：培养野外调查和室内实验地理实践能力；运用所学知识指导 生产、服务生活。 【学习重点】1．热力环流的形成过程。2．热力环流原理的应用。 【学习难点】热力环流的形成原理。 【教学方法】 实验探究、自主学习、分组合作探究为主，导、议、讲、练相结合等。【教学手段】 教师自制实验道具、野外实践以及多媒体辅助教学 【课前准备】 教师准备： （1）提供大气运动的相关资料； （2）指导学生进行准备工作； （3）进行教学设计与课件，制作导学案。 学生准备： （1）温习以前所学关于气压的相关知识； （2）预习本节内容，完成导学案。
城市热岛效应的成因分析及影响 改革开放以来，我国城市化进程明显加快，目前已经进入到高速城市化的起飞线上，随之而来的城市环境污染问题也日益严重，其中的城市“热岛效应”作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。 城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”城市热岛效应，通俗地讲就是城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6℃甚至更高，形成高强度的热岛。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相同的热力环流。 可见，城市热岛反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在了城市热岛。因此，一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是夏季高温天气的热岛效应。 这些年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热容量低，热传导率高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。 城市热岛效应的成因 全球变暖的气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的因。近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成的 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。城市拥有大量的人工构筑物，其道路及建筑物的成分多为水泥、柏油、钢筋混凝土、砖石和金属等，这些材料都是吸热能手，它们具有热容量大、导热率高的特点，能吸收大量的热辐射。据资料显示，它们所占的面积约为70％～80％E 。另外，这些材料大多较郊区绿地的颜色深，对太阳辐射的吸收率较大，能吸收更多的热量。郊区土地有大量植被覆盖，植物的蒸腾作用可以带走热量，使温度不会太高。例如在夏天，当草坪温度为32℃、树冠温度为3O℃左右时，水泥铺成的地面的温度就可达到57℃，而柏油铺成的马路的温度更可以高达63 度。 另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。城市人为热即人类活动产生的废热，城市大量的人为热释放引起城市地区局部升温，对城市热岛的形成起着十分重要的作用。弛等将人为热源分
温室效应与全球变化 摘要 一. 温室效应导致有全球气候变暖 二.温室效应对生物多样性的影响 1.全球气候变暖对生物多样性的影响 1．1 对温带生物多样性的影响 1．2 对热带雨林生物多样性的影响 1．3 对沿海湿地和珊瑚礁生物多样性的影响 1．4 对鸟类种群的影响 2. 温室气体直接影响生物种群变化 关键字:多样性、CO2、全球性气候变暖 引言 温室效应导致全球变暖是人类面临的一个重要而又棘手的热点问题，是在21世纪人类面临的巨大挑战。它直接关系到人类的生存和发展。 正文 一．温室效应导致有全球气候变暖 大气层中CO2、CH4和氮氧化合物等气体，可以让阳光可见光透过，但对地球向宇宙释放的红外线起阻碍作用，并吸收转化为热量，使地球表面湿度升高。这种现象称为温室效应。形成温室效应的气体即为温室气体。温室气体以CO2为主，约占60%左右。温室气体浓度愈高，近地表的温度就愈高。没有温室气体，地球上的温度就会降到很低。亿万年来，地球一直受益于温室效应，因为温室效应创造了一个适宜生物栖息的环境。 然而，人类活动使温室效应日益加剧，以至于影响气候。自工业革命以来，资源与能源大量消耗，特别是煤、石油、天然气等古物然的燃烧所排放的大量CO2含量增加。据测算，目前全球每年向大气排放的CO2约为240亿吨。 甲烷等微量气体也随着人类的各种活动而升高。据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）不久前公布的研究结果，目前全球平均温度经1000年前上升了0.3～0.6℃。而在此前一万年间，地球的平均温度变化不超过2℃。联合国机构还预测，由于能源需求不断增加，到2050年，全球CO2排放量将增至700亿吨，全球平均气温将上升1.5～4.5℃. 二.温室效应对生物多样性的影响 全球气候变暖将严重威胁生物多样性。因为生命体无法承受这种快速相加的巨大变化。 2．1全球气候变暖对生物多样性的影响 全球性气候变暖并不是一个新现象。过去的200万年中，地球就经历了10个暖、冷交替的循环。在暖期，两极的冰帽融化，海平面比现今要高，物种分布向极地延伸，并迁移到高海拔地区。相反，在变新华通讯社过程中，冰帽扩大，海平面下降，物种向着赤道的方向和低海拔地区移动。无疑，许多物种会在这个
《皇帝的新装》，是丹麦著名童话作家安徒生的代表作之一。这个童话是这样的：许多年前,有一个皇帝,特别喜欢穿新衣服。有一天,京城来了两个骗子,自称能织出一件很特别的衣服:任何不称职或者愚蠢得不可救药的人都看不见这衣服。结果衣服做好了，而所有人却都看不到这件衣服。皇帝怕百姓说他愚蠢不配做皇帝,大臣以及一切官员们怕丢职位，老百姓怕人家嘲笑自己太愚蠢，都说自己看到了那件漂亮的衣服。皇帝就这样光着身子参加了游行大典，直到一个天真的孩子说了真话，“皇帝其实什么也没有穿”，大家这才明白这是场骗局。 几乎所有人都觉得不可思议，怎么这么简单的骗局竟然把整个国家的人都骗了？ 然而，在我们的现实世界里，比这个更简单更荒唐的骗局比比皆是。例如苏格兰的尼斯湖“怪兽”，二战后期兴起的百慕大“死亡三角”，大跃进时候的“放卫星”，20世纪80年代，哈尔滨人王洪成的“水变油”，90年代的“神医”胡万林；还有到现在还阴魂不散的“臭氧层空洞”，和所谓的全球变暖。 全球变暖骗局 媒体上每天都在讲全球暖化和低碳。“全球变暖”成为一个最时髦的词。“科学家”、“专家”们不停地发出警报，我们的处境多么危险。人们甚至觉得我们连思考的时间都没有，连判断真假的时间都没有，我们耽误1秒钟都会造成地球毁灭。我们被无数次地告知，全球在变暖，后果很严重。假如我们不减少二氧化碳排放，那么100年内全球气温升高2度，海平面会上升6米，全球性干旱，生态毁灭，乃至人类灭绝。 这是真的吗？？ 2008年南方雪灾广西洪涝用全球变暖来解释，2009年北方雪灾广西干旱还是用全球变暖来解释，一切都简单了。全球变暖成了杂货铺，一切恶劣天气都往里放。 温室气体与温室效应 要讲全球气候变暖，首先要讲温室气体与温室效应。 温室效应简略图 温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂气体等。它们能使太阳短波辐射到达地面，同时能吸收地面的长波辐射，减少地面的热量流向宇宙空间。这种温室气体使地球变得更温暖的影响，称为“温室效应”。如果没有温室效应，地球的平均气温将会下降到零下23摄氏度。温室效应使地球平均温度维持在5摄氏度到23度之间，现在地球的平均温度为14.1度左右。 温室气体之所以具有温室效应，是由于其本身有吸收红外线的能力。温室气体吸收红外的能力是由其本身分子结构所决定的。
1．城市建筑蓄热对“城市热岛效应”的影响原理 以建筑连片面积达1000平方公里的某大城市为例，有1000万人口、400万辆汽车，汽油的燃烧值是3.45*10^7J/L，按每辆轿车每天行驶50公里，每天耗油量4升计算，每辆轿车每天的燃烧值为38kwh，400万辆，总散热量为15200万kwh＝1.52亿kwh。 人体散热功率以100w计算，1000万人，一天的散热量为： 100W×24h×1000万＝2400万kwh＝0.24亿kwh。 太阳辐照地面，每平方米功率高达0.8-1kw，辐照1平方公里地面的太阳能功率为100万kw，1000平方公里的太阳能功率为10亿kw，一天晒10小时，可形成100亿kwh热量。 从总热量来说，人体和汽车释放的热量加在一起，也仅相当于太阳辐照热量的1/50，太阳辐照地面形成的热量，远高于城市汽车、人体释放的热量。 一般认为是城市下垫面变化造成了“城市热岛效应”，太阳辐照地面形成的热量是如何因城市下垫面变化导致“城市热岛效应”的呢？ 本课题人员在进行建筑隔热等建筑热工学原理研究过程中，发现：以一般日照每天所能达到的传热厚度计算，不同材料单位面积的蓄热量相差几十倍、上百倍。
首先通过在BEED建筑热工节能软件的传热延迟时间计算，得到在同样的日照条件下，不同材料的传热厚度，在此基础上，根据所得到的传热系数，计算同样时间内的传热量，就可以得到不同材料在达到同样传热量时的各自厚度，在此基础上计算蓄热量，见下表： 材料在日光照射下的传热时间和传热厚度计算 日光照射墙体，按表面升温20℃计算传热，在延迟时间之前，传热被墙体吸收形成为蓄热，墙体传热量计作零。超过延迟时间后，并且达
第21讲乡村和城镇空间结构 一、聚落的外部形态 1．聚落 聚落人类聚居的乡村和城市的统称从宏观来看聚落的分布与人口分布基本一致 从微观来看聚落一般建在有充足水源和地形相对平坦的地区 定义聚落在空间分布的平面形态影响因素(自然因素) 水源、地形 形态团块状 在地形比较完整、平坦和开阔的平原地区，如 成都市 条带状 在地形起伏较大的山区，受水源和地形的综合 影响，聚落沿河谷伸展呈条带状，如兰州市 1．城市土地利用类型 一般分为商业用地、工业用地、政府机关用地、住宅用地、休憩及绿化用地、交通用地和农业用地等不同类型。 2．城市功能分区 (1)形成：因同一种土地利用方式对用地空间和位置需求相同，同一类活动在城市空间上集聚。 (2)主要类型及其分布 类型分布 住宅区城市中最广泛的土地利用方式 商业区多位于市中心、交通干线两侧或街角路口 工业区靠近河流、铁路、公路等交通比较便捷的地带
①无明确的界线。 ②某一种功能区以某种土地利用方式为主，可能兼有其他类型的用地。 三、城市内部空间结构的形成及影响因素 1．含义 城市中不同功能区的分布和组合构成了城市内部的空间结构，也叫作城市地域结构。 2．城市地域结构模式 同心圆模式、扇形模式、多核心模式。 3．影响因素 (1)经济因素 ? ? ?地租的高低 ?? ? ??交通便捷程度 距离市中心远近 不同功能活动的付租能力 (2)社会因素 ?? ? ?? ?? ? ?? 收入 知名度 种族或宗教 导致住宅区的分化 (3)历史因素：早期的土地利用方式对日后功能分区有深远影响。 四、不同等级城市的服务功能 1．城市等级与城市服务范围、服务功能等的关系 城市 等级 城市 规模 职能 级别 职能 种类 服务 范围 城市 数目 相互 距离高大高多大少远低小低少小多近 (1)等级高的城市，数目少，相距较远；等级低的城市，数目多，相距较近。 (2)不同等级城市的服务范围是层层嵌套的。 3．城市区位因素 (1)自然因素：河流、地形、气候、矿产资源等。 (2)社会经济因素：交通、政治、宗教、经济基础等。 4．影响城市等级及服务范围的因素 城市的等级并不是一成不变的，随着城市的发展，有的城市等级会逐渐升高。城市能够发展到一定的规模或达到一定等级，与城市所处的地理位置密切相关。 微点1 乡村的分布、形态、规模和建筑等受当地水源、气候、地形及建筑材料等地理条件，以及社会经济条件和风俗习惯等社会文化因素的影响，反映出人类对周围环境的某种适应和利用。
城市热岛效应成因及改善措施 摘要：在全球气候变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，城市热环境质量日趋恶化。分析和评价城市热岛效应已成为当前城市气候与环境研究的重要内容之一，也是全球变化研究的重要方面。本文剖析了城市热岛效应的成因及危害，并从当前城市热岛效应的现状出发探讨了改善城市生态环境，减低热岛强度的对策。 关健词：城市热岛效应成因措施 0 引言 城市热岛效应也称“大气热污染现象”,是指当城市发展到一定规模,由于城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等因素使城市温度明显高于郊区,形成类似高温孤岛的现象,在气象学上被形象地称为城市热岛。可见,城市热岛反映的是一个温差的概念,只要城市与郊区有明显的温差,就可以说存在了城市热岛。 近年来,我国城市夏季伏天日气温在35℃以上的天数逐渐增多。据报道，2005年夏季，我国中东部和内蒙古中西部、新疆大部日最高气温高于或等于35度的日数一般在5天以上，其中华北南部、黄淮中西部、长江中下游大部及新疆东部、内蒙古西部、福建大部、广东北部、广西东部等地普遍持续高温10-15天，河北南部、山西南部、河南北部、安徽西北部、浙江大部、江西中北部等地达16-25天，很多城市日气温频频刷新当地气象纪录［1］。城区高温化得背后就是越来越严重的城市热岛现象。针对上述现象，本文就以城市热岛产生的原因和改善措施作初步探讨。 1 城市热岛效应的成因 全球变暖的气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成的： 1.1城市污染物增加 正常的空气中含21%氧气和78%氮气,还有1%是其他物质。随着城市化发展，城市中由于大量的机动车、工业生产以及居民生活等人为因素的影响,城区大气中CO、SO2、NO x等有毒气体浓度大,总悬浮颗粒物密集,温室气体的含量高。其