城市热岛效应的地理成因与环境影响

装 备 环 境 工 程 第16卷 第6期 ·78· EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 2019年6月

收稿日期：2019-03-19；修订日期：2019-05-12 基金项目：公益性行业（气象）科研专项（GYHY201206024）；中国气象局关键技术集成与应用项目（CMGJ2013M11）。 作者简介：马林（1987—），女，辽宁铁岭人，研究生，工程师，主要研究方向为城市气象学。 通讯作者：孙艳云（1972—），女，辽宁朝阳人，高级工程师，主要研究方向为气象科学。

城市热岛效应增温对环境气温的影响

马林1，孙艳云1，张钰祺2，王帅3，于文博1，王若男1，

韩冰4，刘振宏1，李东宇1

（1.辽宁省气象装备保障中心，沈阳 110116；2.辽宁省气象服务中心，沈阳 110116；

3.辽宁省气象信息中心，沈阳 110116；4.大连市气象局，辽宁大连116011）

摘要：目的 研究城市热岛效应对环境气温的影响。方法 选用辽宁中西部地区中小城市及农村（CK）基准

气候站1960—2015年的气温资料，采用数理统计学对照分析方法，对中小城市中气温年际变化特征及其城

市热岛增温进行量化研究。结果 城市气温在20世纪80年代后期存在明显的气候“突变”特征，气温的“突变”

主要来自于城市化热岛的影响。对照农村气温变化，城市热岛使年平均气温增高0.65 ℃，城市热岛效应为

147.7%。城市热岛使春、夏、秋、冬四季平均气温分别增高0.41、0.41、0.72、0.80 ℃，四季城市热岛效应

分别为59.4%、256.3%、450.0%和106.7%。在年变化中，城市热岛效应增温最大值在1月份，9月至翌年3

月对热岛增温贡献最大。结论 气象监测站居于城市内，所测试的气温资料受城市热岛现象的影响，掩盖了

自然气候变化的实际情况，造成气温监测结果偏高，致使农业及农业科研、土木建筑、桥涵建设在温度指

. .

页脚 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

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内因。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。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。

第１６卷第６期　

２０１１年ｌ１月　气候与环境研究　Ｃｌｉｍａｔｉｃ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．６　

ＮＯＶ．　２０１１　

霍飞，陈海山．２０１ｉ．大尺度环境风场对城市热岛效应影响的数值模拟试验ＥＪ］．气候与环境研究，１６（６）：６７９—６８９．Ｈｕｏ　Ｆｅｉ，Ｃｈｅｎ　Ｈａｌ　

ｓｈｍ￣．２０１１．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｗｉｎｄ　ｏｎ　ｕｒｂａｎ　ｈｅａｔ　ｉｓｌａｎｄ　ｒＪ］．Ｃｌｉｍａｔｉｃ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ（ｉｎ　Ｃｈｉ　

ｎｅｓｅ），１６（６）：６７９—６８９．　

大尺度环境风场对城市热岛效应影响的数值模拟试验　

霍飞　陈海山　

１南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室，南京２１００４４　

２南京信息工程大学大气科学学院，南京２１００４４　

摘要　利用耦合模式ＷＲＦ－ＵＣＭ模拟了上海、南京两个地区４次城市热岛现象，发现城市热岛效应高温　

的水平分布与大尺度环境风场之间有着：密切的联系：城市热岛的高温带在地面风的影响下，向下风方平移，导　

致城市下游郊区的气温明显上升。从气温垂直剖面图上可以看出，在地面风的作用下，低层大气都出现了一个　

水平方向上的高温带，从城区一直延伸到下游郊区。气温差异的垂直剖面图表明：城市化过程使城市以及城郊　

过渡带上空大气获得更多的热量，气温明显上升。在计算城郊过渡带的平流加热率后发现，大尺度环境风场下　

城市对下风方郊区大气的平流加热作用不可忽视。　

关键词　城市热岛效应（ＵＨＩ）　数值模拟城市化大尺度环境风场　

文章编号１００６—９５８５（２０１１）０６—０６７９—１１　中图分类号Ｐ４０４　文献标识码Ａ　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ　

Ｗｉｎｄ　ｏｎ　Ｕｒｂａｎ　Ｈｅａｔ　Ｉｓｌａｎｄ