城市裏的風——熱島環流

央視國際 2003年09月09日 15:09

　　高空大氣環流，直接影響著生活在陸地上的人們，他們時而感覺到臨風撲面，時而又是在無風和微風的天氣中渡過。

	城市上空冷空氣和熱空氣交換示意圖

　　儘管有時候風的作用在減少，但氣流還是在不停地循環流動，這裡的助推劑是：熱量。一般來説：凡是太陽光照射的地方，溫度就會慢慢地上升。氣流在上升的溫度中烘烤加熱後，形成垂直的流動。熱空氣比重小，輕，它會往上升；冷空氣比重大，沉，它往下降，填補熱空氣上升留下的空缺，形成氣流的循環運動，這就是熱力環流。

　　熱力環流不同於水平流動的風，它是空氣上下垂直的對流運動，冷與熱激發出氣流緩慢的運動，它跟風不一樣，風能夠改造局地環境的氣候，而熱力環流是氣流運動的原始動力。

　　換句話説凡是高低錯落的或者是冷熱分佈不均地方就存在著熱力環流。城市裏參差不齊的樓群、房屋、道路，都為熱力環流創造了良好的形成條件，白天屋頂受熱最強，熱空氣從屋頂上升，與屋頂同一高度上比較涼的空氣就會流向屋頂，這樣屋頂上空就形成了一個小規模的冷熱空氣的循環；街道兩邊背陰面與向陽面也一樣産生這樣的熱力環流，向陽的一面暖空氣上升，背陰面冷空氣下沉，它們之間通過穿行的風來貫通熱力循環。

　　城市聚熱能力，來自於建設城市的鋼筋水泥、土木磚瓦以及縱橫交織的道路網，它們取代了原本能降低城市溫度的樹木和草地，這些密集的建造物，讓城市接受更多太陽的熱量，同時這些吸熱面又散發和反射出巨大的輻射熱能，城市的氣溫，在太陽能和各種輻射熱能的烘烤下越來越高。據氣象專家長期的觀測：柏油路面能夠吸收80%以上的的熱量，尤其是中午，馬路表面的溫度比百葉箱氣溫高出17.4℃。

　　城市的現代生活製造出巨大熱量，工業生産的晝夜運轉，家庭爐灶的明火烹飪，這些固定的熱源每天排放的廢氣熱量就佔了全天熱能的66.6%，柏油馬路上的滾滾車輪，這些移動熱源每天也釋放著33.1%的熱量，稠密人口釋放出的生物熱量佔1%左右，種種熱源像火爐一樣直接烘烤大氣，與此同時空氣中CO2對某些輻射波段有著強烈的吸收，也使得大氣的溫度上升很快。貼近地面的空氣被加速烘熱，整個城市宛如一個“熱的島嶼”矗立在周圍鄉村較涼的“海洋”之上。

　　受熱的空氣膨脹起來, 密度變小，輕盈得往上升，在城市上空形成了一個低壓中心，同時産生了指向城市的氣壓梯度力，使得周圍低層較冷的空氣——鄉村風，從四面八方，源源不斷地涌向城市，填補進來的冷空氣遇熱又會上升，這樣城市和周圍鄉村之間的冷熱空氣就流動起來，形成一個冷熱交換的環流系統，這是氣象學上的“中尺度”運動，專家叫它 “熱島效應”或“城市熱島”。

　　氣象專家們將多次觀測到的城市熱島，繪成一幅城鄉氣溫圖，高峰值與鄉村氣溫的懸差，就是城市熱島的強度。熱島強度是衡量鄉村風涌入城市的指標，差值大涌入城市的鄉村風就大，差值小吹進城市的鄉村風就會很小。

　　“城市熱島”的變化還是有一定的規律。一天中變化最大的時候在夜間，到了白天和午後反而差異不明顯。這是因為午後城市和鄉村的氣溫差別不大；日落以後，空曠的鄉村讓大氣散熱很快，而城市裏蓄積了白天大量熱能的建築物，散發出大量的輻射熱，烘烤著大氣，形成了夜間城市熱島，尤其在日落以後的3-5小時裏表現的最強。

　　“城市熱島”的季節變化並沒有一定的模式，對於我國來説，副熱帶和溫帶的氣候條件，城市熱島表現為冬季和秋季最強，夏季和晚春最弱。

　　處在南副熱帶上的廣州，春、夏風速大，熱島強度弱不説，甚至還會出現涼島。北副熱帶上的上海，秋季雲量最少，秋高氣爽，風速也小，熱島效應表現強。冬季的北京，溫帶的氣候條件本身就非常有利於城市熱島效應的發展，再加上人工取暖的增多，12月和1月的熱島效應表現特別明顯。

　　城市熱島當然並非一無是處，在冬季對於居民生活的影響是非常有利的，具體表現在凝結露、霜的機會比郊區小，下雪天比郊區少。春秋季節熱島中心上升氣溫的大幅度衰減，有利於形成對流雲和降雨，降低城市的高溫。可是夏季，城市熱島這個低壓中心，加強了高溫酷熱的程度，煩躁的熱氣塞進鼻腔、喉嚨，使人們的呼吸變得不暢和困難，還會造成體質虛弱人群的休克甚至是死亡。如何降低酷暑季節城市的熱島強度是城市規劃中的重要舉措之一。

	擴大綠化面積是減少城市熱島效應的好方法

　　對於城市來説，高樓、房屋、道路這些不透水面積的不斷擴大，不利於城市降溫，只有科學地增加綠化帶和水面，增加透水面積，才能實現城市的防暑降溫。北京市對居住密集區域進行了局地改造，拆除一部分危舊房屋，規劃建設出大面積的綠化帶和水面，改善城市熱島的強度。新建的皇城根遺址公園坐落在紫禁城的東邊，全長3.4公里，佔地面積7.5萬平方米，其中90%的土地被綠地覆蓋，10個造型各異的噴泉點綴其間,整個公園如同一個巨大的氧吧，清洗著紫禁城周圍的空氣。有效地降低了天安門周邊的溫度，使這一帶的居民和遊客感受到這未有過的清爽和舒適。

　　為了增加城市的綠地面積，各行各業都展現出各自的絕招，有些環抱意識前衛的企業，索性把綠地搬到自己的屋頂上，花園屋頂、森林屋頂層出不窮。這樣即美化了城市，增加了綠地，又有利於城市的防暑降溫。

　　一座城市是一個“活”的系統，“熱島”是其中不可或缺的一環，它與城市環境和城市未來的發展密切相關。科學地處理“熱島效應”將有利於生活在城市裏的人們，處理不好既影響城市的生活質量，又不利於污染物的驅散。

　　北京氣象局的研究人員，利用先進的氣球探空技術和數值模擬分析，對北京市進行了城市尺度的探測，專家對2000年和未來的2010年進行了量化分析：自1980年以來，經過20年的飛速發展，到了2000年，建築物不斷地升高，熱島面積明顯擴大，驅散污染物需要36分鐘；對未來的2010年，依據北京市的總體規劃，增加環城綠化帶的建設，熱島面積縮小到接近於1980年的面積，而自身凈化的能力也縮短在30分鐘以內完成。

　　這樣對未來的10年，尤其是2008年奧運會的北京，不管是生活在這裡的人們，還是來這裡參加世紀盛會的運動員和各國賓客，將會在這座美麗的古都盡情地渡過碧水、藍天、清風撲面的日子。再也感受布道城市熱島帶來的負面效果。

　　實際上城市熱島還遭遇一個夜間殺手——逆溫層。它往往出現在日落之後，消失在日出之前那些大多數的無風日子裏。這個無色透明的大氣罩將污染物籠罩在城市的上空，久久不能散去，直接影響大氣質量。

	熱島環流就像鍋蓋一樣將城市罩住，使城市悶熱

　　白天，城市的氣溫被太陽和熱島環流的“加熱”升高，日落以後，城市失去了太陽烘烤，地表空氣也會迅速地降下溫度，那些白天蓄了熱的“加熱爐”們還繼續散發著剩餘的熱量，這些餘熱以極其緩慢的速度加熱著冷空氣，通過分子之間的相互接觸，一個一個地傳送著熱量，這種分子間加熱的地表氣溫比起200-300米高的氣溫還是涼了很多，因此出現的上升氣流不是釋放熱量，逐漸降溫，而是逐漸的升溫，於是形成了逆溫層。逆溫層如同一床巨大的被子懸浮在城市和郊區的上空，它抑制著空氣的上下流動，也阻擋了鄉村風的涌入。在這個穹頂形的溫蓋下面，那些本該被稀釋的污染物越來越多地堆積在我們的周圍。

　　在我國遼闊的版圖上，身受“逆溫層”之苦的城市不乏其例。甘肅省蘭州市被群山環抱著，這裡是一個幾乎封閉的河谷盆地，東西狹長，南北較窄，黃河從中間穿過。受蒙古高壓的控制，蘭州市區風速小，天氣穩定。特別是冬季，無風天出現的頻率很高，降水量又少，幹、熱尤為突出，市區的熱島效應表現極強；厚厚的逆溫層，如同鍋蓋一般，嚴嚴實實地罩在蘭州城的上空，流通不起來的空氣，沒有能力稀釋擴散被污染的大氣。為此蘭州市政府把“藍天工程”放在城市規劃建設的首位，加強城市綠化的建設，改變燃料構成和供熱方式，用電、液化石油氣、天然氣等取代煙煤，大力開發利用以太陽能為主的新能源，減少不必要的人為污染。

　　針對蘭州市常年刮東風的特點，有專家大膽提議：通過改變這裡的地形，增加通風量。將東部峽口附近的山頭削平，並填入溝內，這樣不足1公里的東部峽口被拓寬為4公里左右的平坦地區，盛行的東風被引進了市區，大大地改善市區的通風條件，降低熱島效應，改善逆溫層的持續時間，減少大氣污染。

　　對於城市熱島，只有當鄉村風大範圍的風速達到3米/秒以上時，才能加速城鄉的熱力環流，減輕城市空氣的混濁程度，給城市不斷注入清新涼爽的清風。要實現這個目標，大面積的設置綠地，不斷地增加城市的透水面積，才能改善城市局部區域氣候環境，減緩城市的“熱島效應”。（編導：程 曄）