城市熱污染

　　城市所發(fā)出的巨大熱量，使得城區(qū)成為好比在冷涼郊區(qū)農(nóng)村包圍中的溫暖島嶼，因此得名“城市熱島”。城市熱島最早見之于科學記載的，可能是1818年英國出版的《倫敦氣候》。作者L·赫華德對城市氣候的兩大發(fā)現(xiàn)，就是倫敦市中心氣溫比郊外高(各月平均分別高0.5℃一1.2℃)，以及城鄉(xiāng)溫差夜間比白天大。我國曾觀測到的最大城鄉(xiāng)溫差(城市熱島強度)，上海是6.8℃(1979年11月13日20時)，北京是9.0℃(1966年2月22日清晨)。

　　世界上熱島最強的是中高緯度的大中城市，如加拿大的溫哥華11℃(1972年7月4日)，德國柏林13.3℃。位于北極圈附近的美國阿拉斯加首府費爾班克斯市曾達14℃。城市中人為熱源的比例，據(jù)對美國一些大城市的調(diào)查估計，來自工廠、家庭爐灶、冷氣、采暖等固定熱源約占3／4，而汽車、摩托、電車等移動熱源約占1／4。人體和家畜等新陳代謝熱量一般還不到1％。城鄉(xiāng)溫差一般是隨緯度的升高而增大的。因為人為熱量和太陽輻射熱量余額(太陽短波熱量收入減去地面長波輻射支出熱量)的比值，是從赤道向高緯度迅速增加的。例如，赤道和熱帶的新加坡和香港僅為3％一4％，而北極圈附近的費爾班克斯高達105％，也就是人為熱量已比太陽熱量余額還多!在一年四季之中，太陽輻射熱量和余額以冬季最小，加上冬季中中高緯度還有取暖熱量，因此熱島效應以冬季最強。同樣道理，一天之中熱島以夜間比白天為強，尤其是日落后3-5小時內(nèi)為最強。因為這時城區(qū)降溫速度比農(nóng)村慢得多。但是，在中高緯度城市的冬季情況有所不同，因為城市還有早晚兩個取暖時段的大量人為熱量。例如，加拿大卡爾加里市冬季在早08時和晚20時附近有兩個煤氣消耗高峰(取暖和做飯)，從而城市熱島強度在09時和21時也各出現(xiàn)一個高峰。此外，城鄉(xiāng)溫差還有周變化，這是因為有不少國家統(tǒng)一規(guī)定星期日是休息日，絕大多數(shù)工廠停工，街上機動車流量也比平時少得多。例如，美國康涅狄格州紐黑文市1939-1943年5年平均，周一至周六城鄉(xiāng)溫差高達1.2℃，而星期日只有0.6℃。后因美國把星期六也定為休息日后，馬里蘭州巴爾的摩市觀測到冬季中星期一至五城鄉(xiāng)溫差平均0.82℃，而星期六、星期日兩天平均溫差僅為0.30℃。

　　但是，人為熱量還并不是城市熱島的唯一熱源，因為城鄉(xiāng)地表吸收和儲存太陽熱量性能有不小差異。例如，城市下墊面對陽光熱量的反射率比鄉(xiāng)村小(一般小10％一30％)，而且城市下墊面的混凝土、磚瓦、石料及鋼材的熱容量大，導熱率也高，大量儲存了白天豐富的太陽熱量。另外，城市下墊面建筑密集，街道和庭院中的"天穹可見度"比開曠郊外小得多，地面長波輻射熱量在墻壁地面間多次反射，從而使得地面向宇宙空間散失的熱量大大減少。這兩種原因都造成日落后降溫緩慢，使城區(qū)夏季中傍晚和上半夜顯得特別炎熱。城鄉(xiāng)溫差除了上述年變化、周變化、日變化等周期性變化外，還有非周期性變化。這主要是由風速和云量變化引起的。風速大小對熱島強度極為重要。因為大風不僅造成上下對流，把城市中熱空氣吹到城外，而且直接把郊區(qū)冷涼新鮮空氣迅速源源輸進城區(qū)。有文章研究了韓國四個不同規(guī)模城市的城鄉(xiāng)溫差和風速的關(guān)系，得出了風速能明顯減小城鄉(xiāng)溫差的結(jié)果。而且，如果把城鄉(xiāng)溫差小于0.5℃作為熱島消失的指標，那么840萬人口的漢城在11.1米／秒時熱島才開始消失，廣陽等13-15萬人口城市在4-5米／秒時熱島消失，人口6萬的薪島在3.9米／秒時熱島已經(jīng)不存在了。陰天或多云天氣時城鄉(xiāng)白天陽光短波輻射熱量收入和地面長波輻射熱量支出都減小，因而也使城鄉(xiāng)溫差減小。例如，上海1984年進行過4次對比觀測，在風速大體相同的情況下，兩次晴天(5月8日和10月20日)城鄉(xiāng)溫差分別為2.5℃和2.2℃。而多云和陰天(5月28日和11月28日)城鄉(xiāng)溫差分別只有0.4℃和0.7℃。所以上海以10-11月為全年中城鄉(xiāng)溫差最大月份的原因是因為它們正是上海全年云量最少的季節(jié)。

　　城市熱島的存在，使城區(qū)冬季縮短，霜雪減少，有時甚至發(fā)生郊外降雪而城內(nèi)降雨的情況(如上海1996年1月17一18日)。城市熱島也使城區(qū)冬季中取暖能耗減少。但城市熱島在夏季中中、低緯度城市造成的高溫，不僅使人的工作效率降低，而且造成中暑和死亡人數(shù)的增加。例如，美國圣路易斯市1966年7月9-14日，最高氣溫38.1℃一41.1℃，比熱浪前后高出5.0℃一7.5℃。此時城區(qū)死亡人數(shù)由原來正常情況的35人／日陡增到152人／日。1980年7月熱浪再襲圣路易斯市和堪薩斯市，兩市商業(yè)區(qū)死亡率分別增高57％和64％，而附近郊區(qū)只增加約10％。有人研究了美國洛杉礬市，指出幾十年來城鄉(xiāng)溫差增加了2.8℃，全市因空調(diào)降溫多耗10億瓦電能，每小時約合15萬美元。據(jù)此推算全美國夏季因熱島效應每小時多耗空調(diào)電費數(shù)達百萬美元之巨。此外，夏季高溫還會加重城市供水緊張，火災多發(fā)，以及加劇光化學煙霧災害，等等。所以城市熱島本身也是一種污染，稱為熱污染。

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