-
远程教育学院
本<
/p>
科
生
毕
业
论
文
（
设
计
）
题目
论
“
城市热导效应
”
对人在城市生活的影响及缓
解对策
姓名与学号
年级与专业
土木工
程
(
工程管理
)(
专本
2(
业余
))
学习中心
合肥中心
指导教师
浙江大学远程教育学院本科生毕业论文（设计）诚信承诺书
<
/p>
1.
本人郑重地承诺所呈交的毕业论文
（
设计）
，
是在指导教
师的指导下严格按
照学校和学院有关规定完成的。
2.
本人在毕业论文
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中引用他人的观点和参考资料均
加以注释和说明。
3.
< br>本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究内容过程中没
有抄袭他人研究成果和伪造
相关数据等行为。
4.
在毕业论文
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毕业论文（设计）作者：
2015
年
11
月
8
日
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毕业论文（设计）作者签名：
2015
年
11
月
8
日
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
摘要
摘要
<
/p>
城市热岛效应
,
就是因城市化的发展
,
导致城市中气温高于外围郊区的现
象。在
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
,
能比郊区高出
6
℃甚至更高
,
形成高强度的热岛。城市热岛影响着各个城市。
尤其是大城市比如北京等。第一：城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人
群活动
,
产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等
< br>,
这些物质能大量吸收环境
中的热辐射能量
,
并增加大气对地面的长波逆辐射
,
产生众所周知的温室效应
,
引起了气温的进一步升温。
第二：城市建成区、几何形状
,
与热岛强度存在着明
显的关联。如果城市建筑走向设计、或几何形状不合理
,
< br>则不易通风
,
造成因风
速小而热
量不易散发
,
导致局部气温过高。和一些别的因素叠加产生这种
效应，
将危害人体健康，加剧大气污染，会造成局部地区的自然灾害，导致气候与物
候失常等危害，最终影响了人类和生物的发生发展。
关键词
城市热岛；温差；人体影响；
I
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
目录
目录
摘要
.........................
...............................................
错误！未定义书签。
第
1
章、
城市热岛效应现状
.
...........................
.........
错误！未定义书签。
1.1
国内外研究现状
......
..................................................
............
错误！未定义书签。
1.1.1
国外研究现状
.....
..................................................
..............
错误！未定义书签。
1.1.2
国内研究现状
.........
..................................................
..........................................2
第
2
章、
城市热岛效应形成
的原因及对人们生活的影响
..........
错误！未定义
书签。
2.1
城市热岛效应的形成原因
............................................
错误！未定义书签。
2.2
城市热岛效应对人们生活的影响
.
...........................
.............
错误！未定义书签。
第
3
章、
研究缓解城市热
岛效应的方法与概要
.........
错误！未定义书签。
3.1
研究的方法与概要
.....
..................................................
.
错误！未定义书签。
参考文献
.......................
.........................................
错误！未定义书签。
致谢
.........................
...............................................
错误！未定义书签。
2
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
第
1
章城市热岛效应现状
< br>
第
1
章
城市热岛效应现状
1.1
国内外研究概况
1.1.1
国外研究现状
城市热岛现象是人类活动对气候系统产生的最显著的影响之一。城市地表
土地
覆盖类型的改变使得城市局部大气和地表温度比周围的郊区温度高出好几
度。城市热岛现
象已经出现并被研究了一个多世纪。
Howard
的观测到伦敦
城区
平均温度比郊区高
1.1
℃，城区
与郊区温差最高值出现在晚上，温差最高值为
2.l
℃，总体上
，城市热岛效应在冬季最明显，而在春季最不明显。城市热岛在
世界很多城市都已形成并
被研究，
大部分作者的结果与
Howard
的观测结果一致。
Duckworth
和
< br>Sandberg
在
San Francisco
的大公园与市中心之间观测到
10
℃的
温差。城市热岛的产生原因各不一样。大部分城市在夏季出现最明显的城市热
< br>岛，而不是冬季。分析了影响城市热岛的气象条件，发现风速是影响城市热岛
的主
要因素，风速越大，城市与郊区的温差越小，城市热岛的强度与城市的大
小正相关。
Rao
首先利用热红外遥感来研
究城市热岛，他利用
ITOS
一
1
热红外数据
(10
．
2
～
12
．
5)
研究美国大西洋中部沿海城市地表温度分布模式。
Carl
son
利用
AVHRR
热红外
(10
．
5
一
12
．
5um)
白天和
夜间的数据研究了
Los Angeles
地区地
表温度分布模式，城市工业和商业区日夜温差大于植被覆盖度高的郊区。
Pr
ice
利用
HCMM(Heat Capacity
Mapping Mission)
数据
(10
．
5
～
12
．
5m)
估算了美
国西北部城
市热岛效应的范围和强度。
Byrne
训发现气候相似区域的平
均最小气
温与
HCMM
估算出的夜间地
表温度线性相关。
Kidder
利用
A
VHRR
研究了
St
．
Louis
地区雪分布模式。
Bailing&Bra
ze
利用
AVHRR
热红外数据
(10
．
3
—
11
．
3p,m)
研究了美国
Phoenix
地区的地表辐射温度，发现地表温度
与土地覆盖类型相关，
重工业区的地表温
度比空地地表温度高
5
度，
Car
nahan&Larsonu
副利用
TM
热
红外数据
(10
．
4
～
12
．
< br>5p,m)
发现印第安纳波利斯
城市地表温度比周围的乡村
地表温度低。
Roth
利用
AVHRR<
/p>
热红外数据
(10
．
5
一
11
．
5pLm)
评估了美国西海岸几个城
市的城市热岛强度，并发
现白天地表温度与土地利用类型相关，工业区地表温
度高于植被覆盖地区，而夜间城市与郊区的地表温度差
异小。利用热红外遥感
观测到的西班牙
Valenci
a
夜间地表温度分布模式与汽车观测到的气温剖面相
似。
3
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
第
1
章城市热岛效应现状
< br>
Gallo
利用卫星数据计算了美国西雅图地区夏季植
被指数和地表辐射温度，
并与最小气温做了对比，发现
NDVI
与地表温度呈反比关系，尽管
NDVI
与地表
辐射温度都与最小气温显著相关，但
NDVI
鸯最小气
温相关性更好。，
Gallo
进
一步对比了
37
个城市及其周围乡村地区的
NDVI
、
地表辐射温度和最小气温，
发
现
NDVI
与观测到的城乡温度差异线性相关，地
表辐射温度与城乡温差相关性略
小些。
NDVI
指示了城乡地
表性质的差异
(
蒸发量和热容量
)
，
地表性质差异导致
了城乡间最小气温的不同。但在冬季
NDVI
并不能很
好的反映地表性质
，因为
冬季植被叶子不一定是绿色的，而且光合作用活动弱。
1.1.2
国内研究现状
近
20
多年来各国学者围绕风速、云量、天气背景、城市规模等影响城市热
岛的因子做了大量
的研究，还对城市热岛的垂直结构进行了观察研究。城市热
岛研究的区域也有一定拓展：
早期城市热岛的研究多侧重于温带地区，现在对
热带、副热带以及高纬寒带地区的城市也
有了细致的研究工作。随着计算机技
术的高速发展，国外学者还对城市热岛进行了大量的
数值模拟研究。
在诸多人类
活动研究中，城市热岛效应就成为气候研究中的一个新热点，
例如
Peterson
等研究了全球农村气温变化趋势，以区别城市热岛效应对全球增
温的影响。
Hughes
等研究了城市对南
非气温变化趋势的影响。
Jones
等评估了
< br>城市化对大陆气温序列的影响。
Weng
等根据城郊温度
历史性的差异，分析了城
市发展对城市热岛效应的影响，认为城市下垫面的扩张对城市热
岛强度和地表
温度变化具有巨大的影响。以
Duckworth
F S.
等的城市上空出现郊外气温高于
城区的“交叉效应”（
Cross-over
effect
）为代表，也开展了大量研究。另外，
Lee
于
1992
年运用遥测技术进行韩国主要都会区汉城（先首尔）及其邻近卫星
城市的都市热岛研究。日本学者
Fukuoka
于
1983
年针对日本都市人口与热岛强
< br>度进行了相关分析。
我国对热岛效应的研究早已开始，并取得了许多成果。对城市气候研究起
步于
20
世纪
80
年代初，在
上海、北京等大中城市已开展研究，并取得了不少
研究成果。从大气环境角度先后开展了
城市热岛强度、水平分布、垂直结构和
影响因子的试验研究。我国学者在北京、上海、广
州、南京、太原、沈阳、昆
明等大中城市对城市热岛进行了观测和分析研究。迄今至少已
有
20
多个城市开
展过城市热岛效应研
究，到
80
年代后对国内城市气候立体构造和数值模式的研
究也逐步开展，但所模拟的垂直高度都在数百米至数千米，而对城市气候环境
影响程度较大的、高度在
100m
以下的城市覆盖层和
城市边界层下部的分析研究
较少。另外，由于可供模拟起始边界条件和模拟验证的实际观
测资料较少，给
数值模拟研究带来了一定的局限性。另一方面，许多学者对城市大气立体
分布
4
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
第
1
章城市热岛效应现状
< br>
进行了实际观测，但在观测方法上却存在一些不足。如观测大多采用温度低空<
/p>
探空、小球测风，且测点较少。由于探空仪在近地面层（高度
10
0m
以下）观测
精度较差，测点较少（如
1-2
个测点），使数据的代表性减弱，为正确分析城
市近地
层气候的立体特征带来影响。
5
第
1
章
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
第
2
章城市
热岛效应形成的原因及对人们生活的影响
第
2
章
城市热岛效应形成的原因及对人们生活的影响
2.1
城市热岛效应形成的原因及对人们生活的影响
由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水
泥路面比郊区的土
壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城市地区储存了较多的热量
，并向
四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，
高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现
象称之为城市热岛效应。大城市散发的热量可以达到所接收的太阳能的
2/5.
从
而使城市的温度升高，这就是常说的热岛效应。
城市白天和黑夜的热岛效应，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。
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。为了降低室内
气温和使室内空气
流通，人们使用空调、电扇等电器，而这些都需要消耗大量的电力。如
目前美
国
1/6
的电力消费用于降温目
的，为此每年需付电费
400
亿美元。高温天气对
人体健康也有不利影响。有关研究表明，环境温度高于
28
< br>°
C
时，人们就会有
不适感
;
温度再高还容易导致烦躁、
中暑、
精神紊乱等症状
;
气温持续高于
34
°
C
，
还可导致一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，
死
亡率明显增加。此外，气温升高还会加快光化学反应速度，使近地面大气中
臭氧浓度增加
，影响人体健康。
2.1.1
城市热岛效应形成的原因
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：
6
第
1
章
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
第
2
章城市
热岛效应形成的原因及对人们生活的影响
2.1.1.1
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
< br>CO
2
、
SO
< br>2
、
NO
x
< br>等有毒气体浓度大
,
总悬浮颗粒物密集
< br>,
温室气体的含
量高。其中对城市热岛效应影响最显著的
是城市大气总悬浮颗粒物与温室气体
的影响。来自工业生产的废气、汽车尾气以及日常生
活中的大气污染物，有效
增加了城市空气中
CO
2
、
NO
x
、
SO
2
、气溶胶粒等有害物
质的浓度，这些污染物
善于吸收长波辐射能，尤以
CO
2
吸收长波辐射的能力更强；且城市上空的污染
物层如同保温层一样包围在城市上空，有效阻止长波辐射的逸出，增加大气逆
辐射，使热
岛效应在夜间尤为突出。
2.1.1.2
城市下垫面性质变化
市区人口密度、
建筑物密度远比郊区高，建筑物、构筑物和铺砌的道路等
所占的面积约在
70
％
～
80
％
<
/p>
以上，绿地相对较少，而郊区则农田密布，其中
80
％
以上为水田，城乡下垫面性质的差异十分明显，
这就导致城市与郊区在热
量平衡各分量上差异，首先表现在城市下垫面的反射率比郊区小
，其次是城区
下垫面温度在晴天都显著高于郊区，城区的绿地和水域面积小，蒸发蒸腾所
消
耗的热能比郊区小，下垫面温度又比郊区高，因此，通过湍流交换而提供给空
气的显热比郊区大，使城市空气的增温大于郊区。城市热岛的形成还与天穹可
见度有关，城市建筑物鳞次栉比，天穹可见度远小于郊区，这对地面长波辐射
散热影
响很大，使城市覆盖层内气温不易降低。从而促使热岛形成。
城市内有大量的人工建筑物
,
如混凝土、柏油路面、各种建筑墙
面等
,
这些人
工构筑物吸热快而热容量
小
,
改变了下垫面的热力属性。如夏天里
,
草坪温度
32
℃、树冠温度
30
℃的时候
,
水泥
地面的温度可以达到
57
℃
,
柏油马路的温度更
高达
63
℃。这样的路面强烈地吸收太阳辐射能量
,
然后再将其中的
大部分以辐射
的方式传送给大气
,
使空
气得到过多的热量
,
气温急剧升高。
白
天
,
在相同的太阳辐
射条件下
,
它们对太阳光的吸收率比自然下垫面
(
绿地、水面等
)
高
,
升温快
,
因而其
表面温度明显高于自然下垫面。到了晚上
,
大气又发挥其保温
的效应
,
使得城市与
郊区的温差更加明
显（见图
1
）。分析上图可以看出
,<
/p>
塑胶地面对太阳辐射的影
响反应最快且最剧烈
,
地表温度最高。其余各材质的下垫面
,
< br>都有明显的延迟作
用。水体的热容量大
,
蓄热效果好
,
测试期间温度波动小于
< br>3
℃
,
并且平均温度也明
显低于塑胶地面。对太阳辐射影响反应由弱到强依次是
:
水体、草地、泥地、混
凝。
2.1.1.3
人工热源的增加
工厂生产、交通运输以及居民生活都需要消耗各种燃料
,
把大量的废热排放
到城市大气中。随着经济快速发展
,
城市化进程的加快、人口、生产、交通集中
,
在工业生产、家庭炉灶、内燃机等方面消耗能源的同时
,
废热排放增多
,
使城市区
域增加许
多额外的热量输入。而大城市里面高楼鳞次栉比，商业建筑与日增多，
7
第
1
章
浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计）
第
2
章城市
热岛效应形成的原因及对人们生活的影响
这些地方热量不易于
散发，人口集中，风扇，空调的耗能更是惊人。据调查，
城市内人为释放的热量，在美国
一般相当于地表所吸收的太阳净辐射热的
10
％～
15
％
。城市内大量的人
为释放引起城市地区局部升温，从而在温度空间
分布图上出现一个个高温中心。
据
1984
年统计。上海城区耗煤量为
36874 6t
／
a
km
，是近郊的
1
704
倍，市区的耗油量为
11533
6t
／
a
km
，相当于郊区的
1 .508
倍。
仅就此两项而论，
市区每平方公里上空所获得的人为热相当于郊
区的
3.2
倍
强，如果再加上空凋排热
等其他的人为热，市区与郊区人为热的差异更大。都
市越大，现代化程度越高，热岛效应
就越明显。可以说，城市热岛效应是城市
化进程的副产物。
2.1.1.4
城市建筑规模膨胀
<
/p>
城市化的发展，使城内建筑的密度和高度都在不断增加。大量的高层建筑
< br>减低了风速，增加了热量水平交换难度。城市建筑密度越大，热岛强度愈大
[3]
。
建筑物高度对地表温度有着至关重要的影响，一方面高大建筑
物的巨大阴影可
降低地表温度，另一方面建筑物的每一个表面都能吸收太阳辐射和长波辐
射，
且高大建筑物有效阻止了太阳热辐射的逸出。研究者通过对城市表层气温的空
间分区特点分析了热岛效应的成因，认为城市热岛形成的原因主要是各个区域
< br>不同的建筑结构（几何结构）和建筑材料所引起，城市中温度最高的区域往往
与最
深的城市街谷相对应，即通常分布在市中心。
2.2
城市热岛效应对人们生活的影响
城市热岛效应
,
就是因城市化的发展<
/p>
,
导致城市中气温高于外围郊区的现
象。
在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
,
能比郊区高出
6
度甚至更高
,
形成高强度的热岛
.
城市热岛影响着各个城市。
尤其是大城市比如北京等。第一：城市中的机动车辆、工
业生产以及大量的人
群活动
,
产生了大
量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等
,
这些物质能大量吸收环境<
/p>
中的热辐射能量
,
并增加大气对地面的长
波逆辐射
,
产生众所周知的温室效应
,
引起了气温的进一步升温。第二：城市建成区、几何形状
,
与热岛强度存在着明
显的关联。如果城市建筑走向设计、或几何形状
不合理
,
则不易通风
,
造成因风
速小而热量不易散发
,
导致局部气温过高。和一些别的因素产生这种效应，危害
人体健康，加剧大气污染，造
成局部地区的自然灾害，导致气候与物候失常等
危害！最终影响了人类和生物的发生发展
。
8