浅谈杭州市热岛效应的成因与缓解对策_开题报告

（一）国外研究现状

早在19世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中将伦敦城的市区气温比周围相邻的农村气温高的现象称之为城市热岛和热岛效应。它是人类首次关注和研究城市热岛效应的开端。

城市热岛的形状自从1972年，Rao首先证实了城市区域可以通过分析卫星热红外数据而区分出来，并使用ITOS-1卫星数据制作了美国大西洋中部沿海城市的地面热场分布图[1]。此后，国内外许多研究者利用热红外遥感数据进行城市热岛的研究，并取得了一系列成果。Carlson等分析了美国洛杉矶地区昼夜热场分布情况[2]，Matson等利用NOAA数据研究了美国西海岸几个城市的夜间城乡辐射温度差异[3]，虽然他们的研究区域不同，但是却有着共同的发现，那便是城市热场的分布结构同土地覆盖特征密切相关，低植被的工业区和人口密集的商业区呈现出明显的高温中心，植被覆盖密度大的乡村则为低温区域。

随着计算机技术的不断发展，国外学者开始对城市热岛进行了大量的数值模拟研究。例如Gallo等[4]研究了全球农村的气温变化趋势，以区别城市热岛效应对全球增温的影响。Robert等[5]研究了城市对南非气温变化趋势的影响。另外，Lee于1992年运用远测技术进行韩国主要都会区汉城及其邻近卫星城市的都市热岛研究。日本学者Fukuoka在1983年针对日本都市人口与热岛强度进行了相关分析。许多国外学者经过对城市热岛效应的研究，开始把城市生态学理念引入到城市的规划、设计与建设的过程中，并取得了好的效果，为人类提供了认识规律、解决办法的新思维。国外许多国家颁布了一些城市建设绿化覆盖法规和条款，规定在城市建设中必须将绿化面积达到一定的比例等，从而改善城市环境质量、减弱城市热岛效应。

（二）国内研究现状

我国相比国外的热岛效应研究相对起步较晚，直到1980年后，热岛效应的研究才逐渐开展，到90年代后，我国的热岛效应研究才逐步壮大和成熟，那段时期的研究成果为近年来的研究尊定了坚实的基础，对现在热岛效应的研究有着不可磨灭的影响。

在80年代初，气候学研究者周淑贞先生所著的我国首部关于城市气候方面的专著——《城市气候学导论》[6]，为后面的热岛效应的研究提供了很多有价值的思路。周淑贞先生以上海为重点研究城市，她于上世纪五十年代末，在上海发现了城市发展进程中的城市热岛现象，她所著作的《上海城市气候的五岛效应》[7]中研究了上海市的城市热岛效应，探讨了上海城市发展对太阳辐射、风、雾、气温等各种气象要素所产生的影响，并率先在我国提出城市气候的五岛效应（热岛效应、湿岛效应、干岛效应、雨岛效应和混浊岛效应），开创了我国城市气候研究的先河。

近些年来中国城市热岛效应的研究成果在吸收国内外研究成果的基础上，同时有了先进的空间技术和方法作为支撑，近年来，我国在城市热岛效应的研究上取得了可喜的研究成果，无论在研究手段研究对象、研究手段还是研究技术方面，都有很多突破性的成果，在这里，仅从几个方面进行举例说明。

对城市热岛效应基本事实进行分析 

对城市热岛效应基本事实进行分析是最常用也是最传统的研究方法。利用观测得来的资料进行城郊的热岛强度的对比，是该研究的基本检测思路。 其中选点观查是最常用的研究方法之一。例如，张景哲等[8]人在1981年的1月、4月和7月三个月在北京市区及郊区布置了110多个观测点，每个月连续观测5～10天，共进行64次定时观测，同时采用市郊6个气象站资料进行研究,将北京城市热岛分为强热岛型、中热岛型、晴天弱热岛型和阴天弱热岛型这四种类型，分别对这四种热岛类型进行了详细的分析和讨论。此外，还研究了北京城市气温与下垫面结构关系的时相变化，发现城市气温与城市下垫面结构中绿地、建筑物、水域三要素的相关程度，随着季节和昼夜的变化而变化[9]。季崇萍等[10]利用1971~2000年北京20个气象观测站逐日4个时次(02:00、08:00、14:00、20:00)的温度资料，选取具有代表性的城区和郊区多个站点的平均值，对北京城市化进程对城市热岛效应的影响、城市热岛强度的日变化和长期变化进行了研究,分析结果指出:(1)北京城市热岛强度和总人口对数呈线性相关关系,其长期变化相关系数为0176;(2)北京城市建成区的范围与城市热岛影响范围呈同步变化趋势;(3)不同时次城市热岛强度的长期变化指出,北京城市热岛强度以平均每10年0122e的速率加剧,其中1999年北京热岛强度达1113e(夜间,02:00);(4)夜间热岛强度明显大于日间.就10年平均而言,20世纪80年代和90年代夜戒热岛强度均超过015e;(5)一天4个时次热岛强度的季节变化趋势基本一致,均表现为冬季强、夏季弱.并且,夜间02:00时热岛最强,中午14:00时热岛最弱.；孙继松等[11]利用北京地区20个气象观测站最近30年(1975~2004年)冬季(12~2月)、夏季(6~8月)平均气温、降水量和降水日数资料,研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响,。结果表明(1)最近30年来,北京城区与北部山区之间的温度梯度在明显加大,其中,冬季温度梯度的平均增幅为0.6℃/10a,夏季约为0.2℃/10a。(2)在北京城区南北两侧,冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同相对区域平均而言,在城区及南部近郊区,冬季降水日数和降水量都在明显增加;夏季,城区北侧的降水日数呈加速增长趋势,尽管南部平原郊区的相对降水日数变化不大,但降水量在相对减少。(3)城市热岛效应对不同季节降水分布的影响,可能是城乡温度梯度与盛行风相互作用的结果,就北京地区而言,地形的存在,强化了城区与北部郊区之间的温度梯度冬季盛行北风气流,在北部郊区,热岛效应强迫产生的边界层下沉运动有可能造成局地降水天气过程相对减少,城区及其南侧则相反;夏季盛行南风气流,随着城市热岛效应的增强,发生在北部近郊区的弱降水天气过程趋于增多；对此不再一一举例。 近几年中，利用流动站进行观测的研究也在逐步流行。流动观测法是对局部小型气候研究的有效工具。使用该方法研究可以弥补固定观测站点数量不足的缺陷，灵活机动地观测到城市不同区域小气候的特征，对监测局部地区的环境变化有着明显的优势。在国内，有运用流动观测方法辅助进行城市热岛强度与绿化效应的研究[12]，还有研究利用流动观测分析不同城市地表覆盖物对城市局部小气候和气象要素分布的影响[13] 。从这些研究可以看到，用流动站进行观测研究的方法是对固定站点观测研究的有效补充，此方法对研究城市热岛效应具有非常重要的意义。

数值模拟和遥感技术的定量研究 

随着科技的发展，遥感技术和数值模拟的定量化研究成为城市气候理论研究中重要的研究方向，近年来，中国有很多这方面的研究。例如，王文杰等[14]利用1978年以来不同时段的遥感影像对北京城市用地、绿地、归一化植被指数、城市热岛区面积进行了监测,分析了北京市20余年来城市规模的变化及空间布局特征、城市绿地变化、城市热岛效应及其相关关系,旨在为城市合理布局,改善环境状况提供基本信息.结果表明,北京市20余年来城市热岛区面积增长明显,2000年以来四环内由于绿地面积增长、城市结构日趋合理,城市热岛有减缓的趋势；周荣卫等[15]在城市边界层预报模式中耦合了一个单层冠层模式,此模式能够体现城市冠层结构和人为热源对城市热岛的共同作用，并以北京为例进行了具体模拟结果的分析,针对模拟区域较小的理想算例模拟结果分析表明,城市冠层模式能够很好地模拟城市地区地表能量平衡关系,体现城市冠层对长短波辐射的封截以及热量存储能力,全天平均净辐射通量由传统模式的43.38W/m2变为84.19W/m2,热存储通量白天最大值为278.04W/m2,夜晚最大释放热存储通量为160.35W/m2.冠层建筑物和人为热源对夜间城市热岛强度的贡献分别为70.65%和29.35%.城市冠层建筑物对夜间城市热岛的形成起决定性作用。从这些研究可以看出，虽然中国在城市热岛效应研究的定量分析上起步较晚，但在研究工作上还是取得了很大进展。

我国虽然在城市热岛效应上取得了一些成绩，但在研究城市热岛效应的方法以及模型上还存在一定的局限性：而且我国对城市热岛效应的研究也缺乏系统性，虽然我国已对20多个城市的热岛效应进行了研究，但是研究的对象只限于主要城市，而且对不同城市类型热岛效应的对比研究很少。另外在对城市热岛效应的数值模拟上存在局限性，所模拟的垂直高度都在数百米至数千米，而对城市天气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。在观测方法上也有不足，如观测大多采用温度低空探空、小球测风，且测点较少。由于探空仪在近地面层（高度100m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天气的立体特征带来影响[16-20]。因此，如何科学性和正确性的研究是我国学者进行研究确当务之急，从而为创建良好的生态城市、营造更加美好的生活环境奠定基础。

^范文提纲

“城市热岛”成因分析及研究现状

国外研究现状

国内研究现状

杭州城市热岛效应

杭州夏季温度发展趋势

杭州热岛形成的主要原因分析

热源分析

环境污染的影响

地面硬化产生的后果

杭州热岛效应的缓解对策浅析

对城市进行整体合理规划

对未建区域进行合理规划

对老城区进行合理调整

引入海绵城市理念，选用环保材料

促进雨水资源的收集与利用

道路采用透水性铺装

减少人工热源的生产及排放

调整产业结构

绿色出行

重视城市绿化，提高绿化覆盖率

增加绿地系统

建设林荫道路

重视垂直绿化

保护杭城河道水系

四、结语

参考文献

[1]Rao P k.Remote sensing of urban heat islands from and environmentdl satellite[J].Bulletin of the American Meteorological Society. 1972.647-648.

[2]CarlsonTN etc.Renote estimation of soil moisture availability and fractional vegetation cover for agricultural fields [J].Agricultural and ForestMeteo]b]bgy. 1990.45-69.

[3]MatsonMEP etc.Mcginnis Satellite Detection of Urban Heat Islands [ J].Monthly Weather Review. 1978（12）.1725-1734.

[4]Gallo etc.Global rural temperature trends[J].Geophysical research letters. 1999（3）.

[5]Robert etc.Urban influences on South African temperature trends International[J].Climatology. 1996（4）.

[6]周淑贞.城市气候学导论[M].上海：华东师范大学出版社. 1985.

[7]周淑贞.上海城市气候的五岛效应[M].中国科学B辑. 1988（11）

[8]张景哲等.北京城市热岛的几种类型[J].地理学报. 1984（4）.428-435.

[9]张景哲, 刘启明. 北京城市气温与下垫面结果关系的时相变化.地理学报, 1988（2）.159-168.

[10]季崇萍等.北京城市化进程对城市热岛的影响研究[J].地球物理学报. 2006（1）.69-77.

[11]孙继松等.北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究[ J].大气科学. 2007（2）.311-320.

[12]杨书运等.合肥城市热岛强度及绿化效应[J].合肥工业大学学报. 2000（3）.348-352.

[13]刘伟东等.北京城市热岛效应的流动观测和初步研究[J].气象科技. 2006（6）.656-661.

[14]王文杰等.基于遥感的北京市城市化发展与城市热岛效应变化关系研究[ J].环境科学研究. 2006（2）.44-48.

[15]周荣卫等.城市冠层结构热力效应对城市热岛形成及强度影响的模拟研究[ J].地球物理学报. 2008（3）.715-726.

[16] 黄逸生，王霞斐，陈明森等.昆明城市热岛及大气质量探测报告[R].滇池地区生态环境与经济综合报告，昆明:云南科技出版社，1988,131-149.

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[18] 桑建国，刘万军.冬季城市边界层风场和温度场结构分析[J].气象学报.1990（4）.459-468.

[19] 李子华，唐斌，等.重庆市区冬季热岛和湿岛效应的研究[J].地理学报.1993（4）.358-366.

[20] 苏红兵，洪钟祥.北京城郊近地层湍流实验观测[J].大气科学.1994（6）.739-750.