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一个地区的气温高于周围地区的现象。用两个代表性测点的气温差值(即热岛强度)表示。主要有两种:城市热岛效应 城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因。热岛强度有明显的日变化和季节变化。日变化表现为夜晚强、白天弱,最大值出现在晴朗无风的夜晚,上海观测到的最大热岛强度达6℃以上。季节分布还与城市特点和气候条件有关,北京是冬季最强,夏季最弱,春秋居中,上海和广州以10月最强。年均气温的城乡差值约1℃左右,如北京为0.7~1.0℃,上海为0.5~1.4℃,洛杉矶为0.5~1.5℃。城市热岛可影响近地层温度层结,并达到一定高度。城市全天以不稳定层结为主,而乡村夜晚多逆温。水平温差的存在使城市暖空气上升,到一定高度向四周辐散,而附近乡村气流下沉,并沿地面向城市辐合,形成热岛环流,称为“乡村风”,这种流场在夜间尤为明显。城市热岛还在一定程度上影响城市空气湿度、云量和降水。对植物的影响则表现为提早发芽和开花、推迟落叶和休眠。 城市热岛效应是城市气候中典型的特征之一。它是城市气温比郊区气温高的现象。城市热岛的形成一方面是在现代化大城市中,人们的日常生活所发出的热量;另一方面,城市中建筑群密集,沥青和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量(可吸收更多的热量),而反射率小,使得城市白天吸收储存太阳能比郊区多,夜晚城市降温缓慢仍比郊区气温高。城市热岛是以市中心为热岛中心,有一股较强的暖气流在此上升,而郊外上空为相对冷的空气下沉,这样便形成了城郊环流,空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下,聚集在城市上空,如果没有很强的冷空气,城市空气污染将加重,人类生存的环境被破坏,导致人类发生各种疾病,甚至造成死亡。青藏高原的“热岛效应” 近代地理学的开创者之一、德国科学家洪堡1799-1804年间在南美洲安第斯山脉考察时发现,赤道附近的高山雪线,比中纬度的青藏高原许多高山的雪线低200米左右。例如:贡嘎山西坡雪线高5100米左右,而靠近赤道的厄瓜多尔基多附近的高山雪线仅约4800米多一些。这不符合常理:由于赤道地区热量较高,高山雪线通常应该从赤道向两极递降,到极地附近降至海平面。 据此,洪堡提出了青藏高原的“热岛效应”理论:对流层大气的主要直接热源是地面,或称“下垫面”,青藏高原由于下垫面大面积抬升,(相当于把“火炉”升高),故其热量较同纬度、同海拔高度的其它地区高得多,甚至比赤道附近的同海拔地区也要高得多。 青藏高原的“热岛效应”对环境的多要素影响极大,如冰川、生物等。例如,贡嘎山南坡的垂直自然带和纬度相当的峨眉山相比丰富得多,许多树木的分布界线也设于峨眉山,就是这个原理。 城市热岛在近地面等温线图上,郊区气温相对较低,而市区则形成一个明显的高温区,如同出露水面的岛屿,被形象的称之为“城市热岛”。城市热岛中心,气温一般比周围郊区高1℃左右,最高可达6℃以上。在城市热岛作用下,近地面产生由郊区吹向城市的热岛环流。城市热岛增强空气对流,空气中的烟尘提供了充足的水汽凝结核,故城市降水比较去多。对欧美许多大城市研究发现,城市降水量一般比郊区多5%~10%。太阳能热岛效应 单片太阳能电池一般是不能使用的,实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成,用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中,如果有一片太阳能电池单独被遮挡,例如树叶鸟粪等,单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏,于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应,一般是将太阳能电池倾斜放置,使树叶等不能附着,同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。
二氧化碳增多形成温室效应。由于工厂、交通运输以及家庭等大量燃烧煤、石油等化工燃料,再加上滥伐森林,使大气中的二氧化碳浓度逐年增加。二氧化碳能够透过太阳短波辐射,使到达地表增加温度;同时它又能吸收地面长波辐射后使气温升高,再以逆辐射形式射向地面,如同温室玻璃一样,起保温作用。温室效应的产生,使全球气温逐渐升高,两极冰川部分融化,全球海平面升高,危及部分岛屿和大洲沿海低地的安全。 大城市产生热岛效应。大城市中密集的人口和众多的工厂每天产生大量的热,使气温升高;同时,晚间工厂排出的大量烟尖微粒和二氧化碳,如同被子一样阻止城市热量的扩散,致使城市比郊区气温高,如同一个“热岛”矗立在农村较凉的“海洋”上。热岛效应的产生,不仅使人们工作效率降低,而且中暑人数增加,夏季高温导致火灾多发,加剧光化学烟雾的危害。 烟尖增多形成阳伞效应。人类的生产与生活活动,导致大气中的烟尖越来越多。悬浮在大气中的烟尘,一方面将部分太阳辐射反射回宇宙空间,削弱了到达地面的太阳辐射能,使地面接受的太阳能减少;另一方面吸湿性的微尘又作为凝结核,促使周围水汽在它上面凝结,导致低云、雾增多。这种现象类似于遮阳伞,因而称“阳伞效应”。阳伞效应的产生使地面接受太阳辐射能减少且阴、雾天气增多,影响城市交通等。 海洋石油污染形成的油膜效应。人类每年有意或无意将许多石油倾注到海洋里,一方面会沾附在海岸,破坏沿海环境;另一方面会形成油膜漂浮在海面上。油膜,特别是大面积的油膜,把海水与空气隔开,如同塑料薄膜一样,抑制了膜下海水的蒸发,使“污区”上空空气干燥;同时导致海洋潜热转移量减少,使海水温度及“污区”上空大气年、日差别变大。油膜效应的产生,使海洋失去调节作用,导致“污区”及周围地区降水减少,“污区”及周围地区天气异常。
城市中由于热岛效应,上升气流比郊外强,城市大气中吸湿性污染微粒又是良好的水汽凝结核,因此城市云量一般比郊外多。但因热岛效应造成的上升气流所达到的高度不高,因此所增加的云主要是低云。以上海为例,市区龙华1960-1979年20年平均低云量3.4成(即天空平均有34%被云所遮),比郊区5县多0.4成。1980-1989年因城市发展,差值从0.4成上升到1.1成,主要就是因为龙华的低云量增加到了4成。具体还有两个例子,美国圣路易斯市积云常首先在城市中心和城北炼油厂上空生成,那里积云出现的频率比周围高3倍。根据德国汉堡地区的观测,夏季150-200米高(指云底高度)的分散的积云区的东南边缘往往和城区东南部边缘大体重合。云多是增加城市降水的有利条件。不过,城市对增加降水也有一些不利条件。