王曉瑩 李應(yīng)真 呂冰潔

摘 要：以資興市為例，對(duì)城市熱島形成和影響因素進(jìn)行分析，得出城市下墊面、城市大氣污染、人工熱源、自然下墊面減少4個(gè)因素是其主要原因，重點(diǎn)分析了城市綠化對(duì)城市熱島的影響。

關(guān)鍵詞：城市熱島；遙感；分析

0 引言

城市熱島（Urban Thermal Island）是城市氣候中的一個(gè)顯著特征，其成因在于人類(lèi)對(duì)原有自然下墊面的人為改造。以沙石、混凝土、磚瓦、瀝青為主的建筑所構(gòu)成的城市工廠林立、人口擁擠、交通繁忙等，人為熱的釋放量大大增加，加上通風(fēng)條件較差，熱量擴(kuò)散慢，造成城市氣溫高于四周郊區(qū)氣溫。這種現(xiàn)象稱(chēng)為“城市熱島效應(yīng)”，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為城市熱島。隨著資興市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市人口不斷增加，城市規(guī)模也迅速擴(kuò)展，城市熱島效應(yīng)比較突出。

城市熱島效應(yīng)雖然以城區(qū)溫度明顯增高為主要標(biāo)志，但城市熱島這一現(xiàn)象的產(chǎn)生實(shí)際上表明自然環(huán)境的人為改變。它的出現(xiàn)往往同時(shí)伴隨有植被覆蓋空洞、城市干島（濕度小于郊區(qū)）、城市霾島（城區(qū)廢氣、尾氣形成的煙霧所籠罩），甚至由于近年流行玻璃幕墻建筑材料，城市也出現(xiàn)污染現(xiàn)象。因此，利用衛(wèi)星多通道遙感資料進(jìn)行綜合調(diào)查，有利于對(duì)城市熱島產(chǎn)生的環(huán)境影響有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)。

1 遙感信息源與數(shù)據(jù)處理

1.1 城市“熱島”分布調(diào)查遙感信息源

資興市城市“熱島”分布遙感調(diào)查采用的遙感信息源為美國(guó)Landsat-5號(hào)衛(wèi)星2006年底的TM6數(shù)據(jù)。

1.2 城市“熱島”分布調(diào)查遙感信息源處理

本次調(diào)查所用遙感數(shù)據(jù)處理軟件仍然為ENVI，遙感數(shù)據(jù)為T(mén)M數(shù)據(jù)中的第6波段，其波長(zhǎng)為10400—12500nm（熱紅外），其空間分辨率為120m。TM6最適于用來(lái)解譯中小比例尺的熱場(chǎng)分布及熱量資源。

TM6接收的是與地表溫度的高低相對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度不等的熱紅外輻射。因此通過(guò)TM6所接收到的地面各處熱輻射值大小可以反映出地表溫度的相對(duì)高低。通過(guò)研究表明，TM6的數(shù)據(jù)（探測(cè)到的地表物體的熱紅外輻射值）可還原成輻射亮度，再換算成輻射亮度溫度，進(jìn)而通過(guò)進(jìn)行大氣訂正求出地表真實(shí)溫度，并與常規(guī)氣象資料結(jié)合，最后分析出反映氣候資源分布以及月、季、年熱量資源變化。

2 資興市“熱島”分布調(diào)查與分析

2.1 資興市“熱島”空間分布概況

資興市城區(qū)遙感熱紅外數(shù)據(jù)從182到195。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，遙感熱紅外數(shù)據(jù)，一個(gè)亮度值代表地面0.2℃的溫差，圖像內(nèi)DN數(shù)據(jù)值共相差7個(gè)亮度值，說(shuō)明資興市城區(qū)最熱的地方與城區(qū)周?chē)顩隹斓牡胤较嗖?℃左右，城市熱島效應(yīng)相對(duì)較明顯。

資興市城區(qū)熱島效應(yīng)分布影像圖表明，資興市城區(qū)整體溫度偏高，呈現(xiàn)高溫區(qū)。城區(qū)內(nèi)溫度水平梯度較大，城區(qū)邊緣氣溫水平梯度較小。資興市城區(qū)是一個(gè)由眾多熱島組成的大熱島，但強(qiáng)熱島（影像中紅色區(qū)域）和二級(jí)熱島（影像中橙色區(qū)域）占整個(gè)城區(qū)面積的比例比較低。中心城區(qū)綠化狀態(tài)好，普遍呈現(xiàn)中溫；秀流公園及城市里風(fēng)景林地周?chē)汲尸F(xiàn)低溫區(qū)；其他人口密集或綠化較低的區(qū)呈現(xiàn)小范圍二級(jí)高溫。資興市熱島主要分布在鯉魚(yú)江區(qū)和東江區(qū)，如圖1、圖2。這兩個(gè)老城區(qū)，工礦企業(yè)比較多，也是交通集中地段，而且以前綠化重視不夠。鯉魚(yú)江區(qū)，鐵路沿線周邊、湖南華潤(rùn)電力鯉魚(yú)江公司和東江金磊水泥廠，他們都有不同程度的強(qiáng)熱島區(qū)域；以及鯉魚(yú)江商業(yè)區(qū)和人口密集老居民區(qū)地帶也呈現(xiàn)強(qiáng)熱島區(qū)。東江區(qū)，紅熱島區(qū)主要分布在青島啤酒廠和郴豐鞋業(yè)公司周邊，其中地處交通密集地段的明珠廣場(chǎng)及周邊老居民區(qū)也體現(xiàn)強(qiáng)熱島現(xiàn)象。

2.2 城市熱島形成和影響因素分析

2.2.1 城市下墊面（大氣底部與地表的接觸面）特性的影響

城市內(nèi)大量人工構(gòu)筑物如鋪裝地面、各種建筑墻面等，改變了下墊面的熱屬性。這些人工構(gòu)筑物吸熱快而熱容量小，在相同的太陽(yáng)輻射條件下，它們比自然下墊面（綠地、水面等）升溫快，因而其表面的溫度明顯高于自然下墊面。比如夏天里，草坪溫度32℃、樹(shù)冠溫度30℃的時(shí)候，水泥地面的溫度可以達(dá)到57℃，柏油馬路的溫度更高達(dá)63℃。這些高溫物體形成巨大的熱源，烘烤著周?chē)拇髿夂臀覀兊纳瞽h(huán)境，形成熱島。

2.2.2 城市大氣污染

城市中的機(jī)動(dòng)車(chē)輛、工業(yè)生產(chǎn)以及大量的人群活動(dòng)，產(chǎn)生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉塵等。這些物質(zhì)可以大量地吸收環(huán)境中熱輻射的能量，產(chǎn)生眾所周知的溫室效應(yīng)，引起大氣的進(jìn)一步升溫。

2.2.3 人工熱源的影響

工廠、機(jī)動(dòng)車(chē)、居民生活等，燃燒各種燃料、消耗大量能源，無(wú)數(shù)個(gè)火爐在燃燒，都在排放熱量。

2.2.4 城市里的自然下墊面減少

城市的建筑、廣場(chǎng)、道路等大量增加，綠地、水體等自然因素相應(yīng)減少，放熱的多了，吸熱的少了，緩解熱島效應(yīng)的能力就被削弱了。

2.3 城市綠化對(duì)城市熱島的影響

2.3.1 城市綠地對(duì)下墊面熱特性的影響

不同性質(zhì)的下墊面，具有不同的熱屬性，因此升、降溫的速率也各不相同。柏油馬路、水泥路面等鋪裝地面升溫速率大（分別為4.9℃和4.0℃，綠地類(lèi)下墊面的升溫速率最低為0.9℃和0.7℃；且柏油、水泥的升溫速率高于降溫速率，熱量容易積累，綠地的降溫速率低于升溫速率，熱量容易擴(kuò)散。可見(jiàn)，綠地下墊面緩解熱島的作用最好，瀝青、水泥等其他下墊面則不僅不利于熱島效應(yīng)的削減，而且是增強(qiáng)熱島效應(yīng)的重要因素。這在資興市熱島分布圖上體現(xiàn)明顯。高強(qiáng)度熱島基本上分布于綠地分布稀少且又有人工熱源的地區(qū)，例如東江金磊水泥的廠區(qū)中綠化稀疏地區(qū)，以及城區(qū)邊緣在建工地和建筑物密集且綠化較差的地區(qū)。

2.3.2 熱島強(qiáng)度與城市綠化覆蓋率的關(guān)系

研究表明，綠化覆蓋率與熱島強(qiáng)度成反比，綠化覆蓋率越高，則熱島強(qiáng)度越低。當(dāng)覆蓋率達(dá)到大于30%后，綠地對(duì)熱島有較明顯的削弱作用；覆蓋率大于50%，綠地對(duì)熱島的削減作用極其明顯，且達(dá)到在其中生活舒適度令人滿意的程度；綠化覆蓋率高達(dá)70%以上，整個(gè)地域呈現(xiàn)綠色、淡藍(lán)色，消除了熱島現(xiàn)象。沿江風(fēng)光帶和文化廣場(chǎng)綠化覆蓋率在50%以上，綠化狀況較好，由于綠地對(duì)熱島有明顯的削弱作用，區(qū)域內(nèi)無(wú)大范圍的熱島。而城區(qū)東江金磊水泥廠、郴豐鞋業(yè)公司等單位，以及城區(qū)外的圍沙庫(kù)等地方，綠化植物少，熱量集聚，形成高強(qiáng)熱島區(qū)。

2.3.3 城市大范圍綠地對(duì)熱島強(qiáng)度的輻射削減作用

綠化覆蓋率達(dá)到一定程度后，綠地因蒸騰作用散失的熱量高于所得到的太陽(yáng)輻射能，溫度降低，空氣冷卻收縮下沉，地面氣壓升高，氣流從綠地吹向非綠地，形成局部環(huán)流，在地面導(dǎo)致綠地的“可透性現(xiàn)象”，客觀上起到了降低周?chē)h(huán)境氣溫的作用。研究表明，規(guī)模大于3公頃而且綠化覆蓋率達(dá)到60%以上的集中綠地，其內(nèi)部的熱輻射強(qiáng)度有明顯的降低（熱輻射強(qiáng)度為四級(jí)），基本上與郊區(qū)的熱輻射強(qiáng)度相當(dāng)，即可以形成城市中心綠地為中心的低溫區(qū)域。 資興市城區(qū)內(nèi)金磊水泥廠生活區(qū)和小游園的大片綠地，緩解了城市熱島效應(yīng)；秀流公園以及其周邊的大片綠地，使得該區(qū)域內(nèi)無(wú)城市熱島出現(xiàn)。

2.3.4 綠化結(jié)構(gòu)對(duì)單位面積綠地削減熱島作用的影響

喬灌草復(fù)層種植結(jié)構(gòu)的綠地降溫效果最好，其次為喬草型和灌草型綠地，草坪型綠地最低。資興市華潤(rùn)電力鯉魚(yú)江公司，其廠區(qū)綠化較好，也較美觀，但其綠化植物結(jié)構(gòu)全部為草坪，所以降溫效果不好，圖像上呈現(xiàn)部分強(qiáng)熱島區(qū)，部分二級(jí)熱島區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

城市熱島效應(yīng)危害很大。熱島現(xiàn)象可加劇大氣污染，同時(shí)，可能造成一些地質(zhì)災(zāi)害。另外，酷熱的天氣給人們生活造成嚴(yán)重的影響。通過(guò)對(duì)城市熱島形成和影響因素分析，認(rèn)為城市綠化、水面和城市風(fēng)是削減城市熱島效應(yīng)的有效因素。通過(guò)增加城市綠地，改善城市下墊面的熱特性，是消減城市熱島效應(yīng)有效和切實(shí)可行的途徑。

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