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(jiàn)之于科學(xué)記載的，可能是1818年英國(guó)出版的《倫敦氣候》。作者L·赫華德對(duì)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(guó)曾觀測(cè)到的最大城鄉(xiāng)溫差(城市熱島強(qiáng)度)，上海是6.8℃(1979年11月13日20時(shí))，北京是9.0℃(1966年2月22日清晨)。
世界上熱島最強(qiáng)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(guó)柏林13.3℃。位于北極圈附近的美國(guó)阿拉斯加首府費(fèi)爾班克斯市曾達(dá)14℃。城市中人為熱源的比例，據(jù)對(duì)美國(guó)一些大城市的調(diào)查估計(jì)，來(lái)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(dòng)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?yàn)槿藶闊崃亢吞?yáng)輻射熱量余額(太陽(yáng)短波熱量收入減去地面長(zhǎng)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(fèi)爾班克斯高達(dá)105％，也就是人為熱量已比太陽(yáng)熱量余額還多!在一年四季之中，太陽(yáng)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(yīng)以冬季最強(qiáng)。同樣道理，一天之中熱島以夜間比白天為強(qiáng)，尤其是日落后3-5小時(shí)內(nèi)為最強(qiáng)。因?yàn)檫@時(shí)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?yàn)槌鞘羞�有早晚兩個(gè)取暖時(shí)段的大量人為熱量。例如，加拿大卡爾加里市冬季在早08時(shí)和晚20時(shí)附近有兩個(gè)煤氣消耗高峰(取暖和做飯)，從而城市熱島強(qiáng)度在09時(shí)和21時(shí)也各出現(xiàn)一個(gè)高峰。此外，城鄉(xiāng)溫差還有周變化，這是因?yàn)橛胁簧賴?guó)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(jī)動(dòng)車流量也比平時(shí)少得多。例如，美國(guó)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(dá)1.2℃，而星期日只有0.6℃。后因美國(guó)把星期六也定為休息日后，馬里蘭州巴爾的摩市觀測(cè)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?yàn)槌青l(xiāng)地表吸收和儲(chǔ)存太陽(yáng)熱量性能有不小差異。例如，城市下墊面對(duì)陽(yáng)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(dǎo)熱率也高，大量?jī)?chǔ)存了白天豐富的太陽(yáng)熱量。另外，城市下墊面建筑密集，街道和庭院中的"天穹可見(jiàn)度"比開(kāi)曠郊外小得多，地面長(zhǎng)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(fēng)速和云量變化引起的。風(fēng)速大小對(duì)熱島強(qiáng)度極為重要。因?yàn)榇箫L(fēng)不僅造成上下對(duì)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(jìn)城區(qū)。有文章研究了韓國(guó)四個(gè)不同規(guī)模城市的城鄉(xiāng)溫差和風(fēng)速的關(guān)系，得出了風(fēng)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(biāo)，那么840萬(wàn)人口的漢城在11.1米／秒時(shí)熱島才開(kāi)始消失，廣陽(yáng)等13-15萬(wàn)人口城市在4-5米／秒時(shí)熱島消失，人口6萬(wàn)的薪島在3.9米／秒時(shí)熱島已經(jīng)不存在了。陰天或多云天氣時(shí)城鄉(xiāng)白天陽(yáng)光短波輻射熱量收入和地面長(zhǎng)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(jìn)行過(guò)4次對(duì)比觀測(cè)，在風(fēng)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?yàn)樗鼈冋巧虾Ｈ暝屏孔钌俚募竟?jié)。
城市熱島的存在，使城區(qū)冬季縮短，霜雪減少，有時(shí)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(guó)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(shí)城區(qū)死亡人數(shù)由原來(lái)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(guó)洛杉礬市，指出幾十年來(lái)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(shí)約合15萬(wàn)美元。據(jù)此推算全美國(guó)夏季因熱島效應(yīng)每小時(shí)多耗空調(diào)電費(fèi)數(shù)達(dá)百萬(wàn)美元之巨。此外，夏季高溫還會(huì)加重城市供水緊張，火災(zāi)多發(fā)，以及加劇光化學(xué)煙霧災(zāi)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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