綠地對改善城區(qū)“熱島效應(yīng)”的研究和分析

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簡介： 本文闡述了城市熱島遙感研究工作的原理和現(xiàn)狀，以及武漢市城區(qū)熱島的分布規(guī)律和特征。通過對前（1988年）后（2000年）兩次航空紅外遙感的熱島分布狀況進行比較和分析，論述了城市綠地對改善城區(qū)“熱島效應(yīng)”的作用，探討了武漢市如何更好地利用綠色植物減緩“城市熱島效應(yīng)”及規(guī)劃實施建議。
關(guān)鍵字：熱島效應(yīng) 航空紅外遙感技術(shù) 城市綠化 綠廊 綠心 屋頂綠化

　　城市是人口、商業(yè)、工業(yè)、交通高度集中的區(qū)域，由于人類的活動和工業(yè)生產(chǎn)排放出大量的熱量，使城市氣溫比周圍郊區(qū)氣溫高，這一新現(xiàn)象就稱為“城市熱島效應(yīng)”。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）。城市熱島最早見之于科學(xué)記載的，可能是1818年英國出版《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℃—1.2℃），以及城鄉(xiāng)溫差夜間比白天大。隨著世界各地城市的發(fā)展和人口的稠密化，“城市熱島效應(yīng)”變得日益突出。

城市熱島效應(yīng)的產(chǎn)生因素及危害

　　城市熱島主要是由以下幾種因素綜合形成：①人口高度密集、工業(yè)集中，大量人為熱量噴發(fā)。②高聳入云的建筑物是氣流通行的障礙物，造成的地表風(fēng)速小且通風(fēng)不良。③城市綠地的缺少。④人類活動釋放的廢氣排入大氣，改變了城市上空的大氣組成，使其吸收太陽輻射的能力及對地面長波輻射的吸收增強。據(jù)統(tǒng)計，熱島的80%歸咎于綠地的減少，20%才是城市熱量的排放。由此可見綠地對城市的重要性。

　　城市熱島的危害主要表現(xiàn)在：①“熱島效應(yīng)”引起自然環(huán)境和植物生態(tài)發(fā)生變化，夏季城市更加悶熱，“熱島效應(yīng)”使大氣中的粉塵增多，威脅市民的健康。②“熱島效應(yīng)”的產(chǎn)生不僅使人們工作效率降低，而且中暑人數(shù)增加，夏季高溫導(dǎo)致火災(zāi)多發(fā)，加劇光化學(xué)煙霧的危害。③產(chǎn)生熱島效應(yīng)后，阻礙城鄉(xiāng)空氣交流，新鮮空氣進不來，有害氣體排不出去，煙塵、二氧化碳、汽車尾氣等污染物便會在地表空氣磨擦層長時間滯留，形成灰蒙蒙的大氣狀態(tài)，誘發(fā)多種疾病。

武漢市熱島遙感成果

　　應(yīng)用遙感技術(shù)，特別是應(yīng)用衛(wèi)星遙感資料TM6熱圖象研究城市熱島，在國內(nèi)外都有過報導(dǎo)。武漢市曾于1988年、2000年分別利用遙感技術(shù)對武漢市冬季和夏季的熱島效應(yīng)做了研究，初步掌握了武漢市熱環(huán)境的空間和變化規(guī)律。其對武漢市環(huán)境質(zhì)量的改善和規(guī)劃都有十分重要的科學(xué)價值和現(xiàn)實意義。

城區(qū)熱島分布規(guī)律和特征（1988年的分布狀況）

（一）城區(qū)熱島的水平結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)白天（12-15時）和夜間（0-3時）熱環(huán)境資料的分析，武漢市區(qū)熱島日周期水平變化較大，白天構(gòu)成以市區(qū)為主、面積大、分布集中的多中心城市熱島為主要特征，市區(qū)被長江、漢江分割形成三鎮(zhèn)（漢口、漢陽、武昌）四片（漢口、漢陽、武昌、青山）的多中心熱島結(jié)構(gòu)，其中漢口有三個強熱島中心（以0.9 ℃）為界：一是從武勝路—三陽路，從中山大道—建設(shè)大道呈“凸”字形，范圍最大，強度最高，基本分布在人口稠密區(qū)；二是堤角工業(yè)區(qū)，從黃浦路沿工農(nóng)兵路到新村街，為一直徑2公里的圓形；三是易家墩工業(yè)區(qū)，從漢宜路南端沿解放大道到古田一路呈南北寬1公里的東西向帶狀，與工業(yè)區(qū)的分布位置吻合。

　　青山區(qū)有兩個強熱島中心：一是武鋼廠區(qū)，呈北西向排列長約2.5公里，寬1公里的平行四邊形；二是生活區(qū)，以紅衛(wèi)路街和新溝橋街為中心兩個相鄰的小熱島，直徑小于1公里。

　　武昌有兩個弱熱島中心，分別位于武昌老城區(qū)沿江呈島帶狀 和四美塘的兩端，面積較小。

　　夜間城市熱島范圍較小，強度較弱，以工業(yè)熱源和水體效應(yīng)為主構(gòu)成熱島呈零散分布為主要特征，青山武鋼為熱島最強，以煉鐵廠為中心呈同心圓向外擴散，直徑為1公里。漢陽漢鋼為一弱熱島中心，漢口城區(qū)溫度略高于背景溫度（0.1℃）強度極弱，而大面積的水體都表現(xiàn)出較市區(qū)更高的溫度，形成與水體形狀相類似的熱島和熱帶，分布于市區(qū)外圍或橫穿市區(qū)。

（二）城區(qū)熱島的強度分布

　　總的來說，武漢市在溫差較小的秋未季節(jié)（11月份）整個城市熱島強度較小，特別是在午后和午夜時，最大強度僅有1.1℃。并且漢口幾個熱島中心的強度均大于武鋼熱島中心強度，白天市區(qū)均呈不同強度的熱島，熱島邊界出現(xiàn)的范圍基本上與建城區(qū)吻合，只有在大的水體附近和廣埠屯以東沒有熱島出現(xiàn)，呈“冷湖”特征。

　　夜間熱島強度大小主要與工業(yè)熱源有關(guān)，武鋼最強，達(dá)1.1℃。漢陽的七里廟工業(yè)區(qū)次之，達(dá)0.3℃，漢口人口稠密區(qū)為0.1℃。并且漢口幾個熱島中心的強度均大于武鋼熱島中心強度，白天市區(qū)均呈不同強度的熱島，熱島邊界出現(xiàn)的范圍基本上與建城區(qū)吻合，只有在大的水體附近和廣埠屯以東沒有熱島出現(xiàn)，呈“冷湖”特征。

　　白天熱島強度除與下墊面類型有關(guān)外，各具特色的工業(yè)區(qū)對熱島形成起了重要作用，如易家墩工業(yè)區(qū)，堤角工業(yè)區(qū)，七里廟工業(yè)區(qū)，青山工業(yè)區(qū)等，綠化較好的地區(qū)（解放公園）和較大水體對氣溫具有一定調(diào)節(jié)作用，形成市區(qū)內(nèi)的低溫區(qū)。

　　總之，城市熱島強度夜間大于白天，上半夜大于下半夜，具有熱源的工業(yè)區(qū)大于一般市區(qū)，人口密集，建筑密度大的城區(qū)高于稀疏區(qū)，白天水體植被具有調(diào)節(jié)氣溫作用，削弱了熱島強度；夜間水體具有保溫作用，形成熱島。不同季節(jié)的城市熱島心基本不變，熱島強度差別較大。

利用2000年遙感溫度片對城區(qū)熱島效應(yīng)綜合分析

　　中國共產(chǎn)黨武漢市第九次代表大會，武漢市第十屆人民代表大會和97年市政府第112次常務(wù)會議決定，用五年時間把我市初步建成“山水園林城市”，這是我市園林綠化事業(yè)一個難得的歷史發(fā)展機遇。經(jīng)過這幾年大力度的綠化建設(shè)，一大批環(huán)境創(chuàng)新工程相繼竣工，江城面貌發(fā)生了前所未有的改觀。截至2000年，武漢市城區(qū)公園由25座增至33座，綠化廣場由2個增至12個，街頭游園由232個增至254個，綠地覆蓋面積已達(dá)到6981公頃，綠地覆蓋率達(dá)33.24%，人均公共綠地7.44平方米，武漢市市容環(huán)境正日新月異地改變著。

　　根據(jù)ETM+傳感器于2000年9月21日上午10:00～10:15獲取的第6波段的高增益影像資料分析，武漢市熱島的白天構(gòu)成仍以市區(qū)為主，市中心并不存在一個明顯的熱島中心，而是呈現(xiàn)一種復(fù)雜的鑲嵌式結(jié)構(gòu)，呈多中心分布模式。但比照88年的熱島分布狀況，大片的熱島被瓦解或已成點狀分布，較明顯的例證有以下幾處：

　　其中，原漢口從武勝路——三陽路，從中山大道——建設(shè)大道呈“凸”字形，范圍最大，強度度最高的區(qū)域，已明顯在菱角湖、機器蕩子湖等五湖組成的“綠心”周圍挖空，這同近幾年通過水體保護和環(huán)湖綠化將這“五湖”建成漢口中部的湖泊公園是分不開的。這里已形成綠色空間相對集中的漢口中心區(qū)“綠心”，再加上這里舊城區(qū)改造，增加綠化量，都大大降低了周圍溫度。據(jù)估算，一公頃綠地晝夜蒸發(fā)水的調(diào)溫效果相當(dāng)于500臺空調(diào)連續(xù)工作20小時的制冷效果?？梢?，多植樹、多植草給整個城市居民帶來的益處多多。

　　其次是青山區(qū)，根據(jù)96年普查資料統(tǒng)計，綠地面積為1012.07公頃，99年普查資料統(tǒng)計，綠地面積為1238.70公頃，增加226.63公頃，單位附屬綠地面積96年普查資料為537.12公頃，99年普查資料為730.44公頃，增加193.32公頃，88年熱島較集中的武鋼廠區(qū)、生活區(qū)熱島范圍明顯減少，紅色（溫度最高位置）區(qū)域基本上由88年片狀打散成局部、點狀，面積大大減少。這同近幾年武鋼以加入WTO為契機力求創(chuàng)建具有國際一流企業(yè)水準(zhǔn)的環(huán)境容貌，掀起大規(guī)模的拆除閑置房植樹造林的活動密不可分。武鋼僅從1998年～2000年就投資將近四千萬興建綠化工程，而且力度逐年加大。僅2001年就拆除各類閑置房等建筑23.5萬平方米，建成綠地9萬平方米。武鋼的居住區(qū)還被評為全國綠量最大的工業(yè)人口居住區(qū).

　　武昌區(qū)在96年普查資料中綠地面積是906.13公頃，99年普查資料綠化面積是1136.66公頃，增加了230.53公頃，比較 顯著減少的是長江大橋沿武珞路與中南路附近，這同近幾年這里大型廣場紅樓廣場、洪山廣場的建成密不可分，紅樓廣場由1.2萬平方米的小游園改建成5.42萬平方米的大型綠化廣場，拆除1.2萬平方米的建筑及商業(yè)門面，搬遷了閱馬場小學(xué)，使南北兩個廣場連成整體，基本上保留了原有的大樹，體現(xiàn)了“綠色廣場”的新概念，洪山廣場將原東、西廣場貫通形成10.8萬平方米的綠化廣場，新建公共綠地2萬平方米。大型綠地帶給我們最大的生態(tài)效應(yīng)——減緩城市熱島效應(yīng)，其降溫效應(yīng)主要歸功于它能對水分進行吸收和蒸騰，清潔空氣中的毒氣。

　　以上是從三處較大變化的面的角度作以概述，從點上說，最明顯的例證是位于兩江交匯處的半島型地域——南岸嘴，南岸嘴地理位置非常重要，東臨長江，北依漢水，南枕龜山，西接月湖，南岸嘴地區(qū)總用地面積為172公頃。一直以來，這里民居稠密，街道縱橫，解放后，由于交通、防洪等方面的因素限制了該地區(qū)的發(fā)展，這里的面貌較為破舊。從88年熱島分布圖上，可看到此處正是熱島明顯集中的區(qū)域，由于近幾年市政府重視對其的改造和綠化，這里的面貌發(fā)生巨大變化，從2000年熱島分布圖上可以看到這里核心區(qū)的熱島已基本消失。隨著改造力度的加大，這里將逐漸形成武漢市的一顆璀璨的“明珠”。

　　從2000年熱島分布狀況中，仍可見許多熱島區(qū)域的存在，并有新的熱島中心產(chǎn)生，較大的區(qū)域如武漢沌口經(jīng)濟開發(fā)區(qū)工業(yè)密集區(qū)，這是整個城市發(fā)展、延伸、新工業(yè)園產(chǎn)生的過程中不可避免的，關(guān)鍵在于如何最大限度地降低熱源的危害，這就給整個綠地系統(tǒng)規(guī)劃工作帶來新的課題，怎樣更好地利用綠色植物減緩城區(qū)熱島效應(yīng)。

利用綠色植物，減緩城區(qū)熱島效應(yīng)的方法和措施。

　　武漢市綠化建設(shè)應(yīng)遵循科學(xué)合理，因地制宜的原則，綠化、規(guī)劃、環(huán)保、城建部門聯(lián)手，使過去的“見縫插綠”變成今天的“規(guī)劃建綠”。在規(guī)劃建綠中，依據(jù)生態(tài)學(xué)理論，結(jié)合大型城市的特點，逐步形成平面綠化和空間綠化相結(jié)合，公共綠地、居住區(qū)綠地、單位綠化同步發(fā)展，城鄉(xiāng)一體化的大型城市綠化發(fā)展特色，具體方法和措施如下：

（1）加強綠廊建設(shè)　由于道路處于交通污染嚴(yán)重的環(huán)境下，更應(yīng)進一步加強對道路綠化的建設(shè)，道路綠化帶及河流綠化帶屬于人類塑造的一種特殊的綠廊，直觀地看，廊道（綠化帶）的樹冠阻擋了陽光和風(fēng)，達(dá)成了微環(huán)境條件，除改變小氣候外，還起分割屏障，連通的作用，在規(guī)劃市區(qū)外緣，根據(jù)地形和可能條件，設(shè)置營造寬展的城市防護林帶，并和鄰縣的農(nóng)田防護林網(wǎng)相聯(lián)結(jié)，在規(guī)劃市區(qū)內(nèi)，要在居住區(qū)、集團之間營造隔離林帶，特別是工業(yè)區(qū)和居住區(qū)必須盡可能設(shè)置一定寬度的衛(wèi)生防護林帶。在這方面，上海市已做了不少努力，提出并著手建設(shè)長97km，寬500km的外環(huán)線綠化帶，并且注意綠色廊道的相互連通。這樣，夏季就可以利用綠色廊道引涼風(fēng)入城，消除一部分熱島，而冬季，大片樹林可以減低風(fēng)速，發(fā)揮防風(fēng)作用。

（2）在市中心創(chuàng)建大型綠地——“綠心”　大型綠色地帶給我們最大的生態(tài)效應(yīng)——減緩城市熱島效應(yīng)，氣象專家認(rèn)為，綠地是城市的天然的“空調(diào)”和“空氣清潔器”，夏季林區(qū)的太陽輻射量為非林區(qū)的66%，平均輻射溫度可降低14.1%。赤裸的街道氣溫如40℃的話，公園林地可降低5.64℃，僅為34.36℃。例如，在上海市中心的黃浦區(qū)、盧灣區(qū)、靜安區(qū)是上?！盁釐u效應(yīng)”最強的地區(qū)，而三區(qū)的交匯處更是一直受到氣象部門關(guān)注的“特高溫區(qū)”，在此規(guī)劃建設(shè)延安中路大型公共綠地等于為城市打開一扇“天窗”。一期工程竣工后，市氣象局對該地塊測試表明，在7、8、9三個月間，白天氣溫與同期相比，平均下降0.6℃,晚上氣溫平均下降1℃多。有專家推算，面積7萬平方米的延中綠地一期工程在每小時吸收的熱量相當(dāng)于1385臺兩匹空調(diào)的工作量。目前，面積23萬平方米的延中綠地已經(jīng)建成，緩解“熱島效應(yīng)”的范圍達(dá)到4.5平方公里?？梢?，延中綠地的建設(shè)對緩解上海市中心“熱島效應(yīng)”已經(jīng)起到了有效的作用。并且在上海建成的和在建的綠地中，面積過萬的信手拈來，7萬平方米的徐家匯公園，10萬平方米的陸家嘴中心綠地，13萬平方米的虹橋花園，23萬平方米的延中綠地，140萬平方米的浦東世紀(jì)公園……這些都是上海對改善城市生態(tài)環(huán)境，緩解中心城區(qū)熱島效應(yīng)，提高市民生活質(zhì)量所作出的重大措施，

（3）加強屋頂綠化　對城市屋頂進行綠化是美化城市環(huán)境，削減城市“熱島效應(yīng)”的有力措施。如果從空中向下俯視江城武漢，大都是“素面朝天”的水泥屋頂，很少見綠。這樣的屋頂對光熱日儲夜放，不僅使江城夏季燥熱難當(dāng)，而且空中俯瞰，更是有礙觀瞻。截至2001年底，武漢市建成區(qū)面積約 211.88 平方公里，其中已建房屋占地面積約70平方公里，并且每年還以一定的速度增長，如果將已建成的房屋中的半數(shù)屋頂用來綠化,可增加綠地 35平方公里，相當(dāng)于106個中山公園的面積。屋頂綠化還大大可以降低綠化成本，據(jù)市園林局統(tǒng)計,在市中心建造綠地，綠化、養(yǎng)護，連同拆遷費等成本一起計算在內(nèi)，每平方米綠化成本在1萬元以上，而屋頂綠化的成本每平方米在200—500元左右。很顯然，屋頂綠化潛力巨大，可以成為城市綠地的重要增長點。其對改善市民的居住條件，提高生活質(zhì)量，降低城區(qū)熱島效應(yīng)以及美化城市的環(huán)境景觀，改善生態(tài)效應(yīng)都有著重要意義。目前，屋頂花園在國外已不再是“空中樓閣”，美國芝加哥為減輕城市熱島效應(yīng)，正推動一項屋頂花園工程來為城市降溫，日本東京明文規(guī)定：新建筑與地面面積只要超過1000平方米，屋頂?shù)?/5必須有綠色植物覆蓋，否則開發(fā)商就得接受罰款。國內(nèi)深圳、長沙、蘭州等城市也把城市樓群的屋頂作為新的綠源，武漢市應(yīng)根據(jù)本市的實際情況，研究制定一些相應(yīng)的政策和規(guī)定，鼓勵相關(guān)企業(yè)，房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)和建設(shè)業(yè)主單位綠化建筑屋頂。讓武漢的上空綠來、美起來，必將成為人們的共識！

（4）發(fā)展針對性強的垂直綠化　凡有條件的地方，都要下大力度繼續(xù)拆墻透綠，把綠色亮出來。廣泛栽種爬墻虎、常青藤等攀援植物，研究材料表明，有垂直綠化的墻面表面溫度比清水紅磚表面溫度低5.5℃～14℃,并且可減少墻面熱輻射1464千卡/平方米·小時。

　　充分利用綠色植物來減緩城區(qū)熱島效應(yīng)較典型的例證就是廣州市。廣州城外遠(yuǎn)郊森林圍城，市區(qū)綠化遙相呼應(yīng)。從“一年一小變”開始規(guī)劃建綠、動遷造綠、見縫插綠、破墻透綠、環(huán)城圍綠……地面綠化的同時，空中也建設(shè)立體性綠化。技術(shù)人員根據(jù)對遙感影象圖和城市氣象觀測數(shù)據(jù)綜合分析發(fā)現(xiàn)，近幾年來，廣州城區(qū)“熱島效應(yīng)”已有減弱跡象，溫差大于1.2℃的熱島面積已停止擴大，溫差大于1.6℃的熱島面積已有縮小趨勢，鬧市區(qū)的“熱島效應(yīng)”明顯降低，特高溫區(qū)減少。

　　總之，武漢市應(yīng)當(dāng)應(yīng)用“生態(tài)系法”，以減緩熱溫為主，規(guī)劃生態(tài)軸、生態(tài)綠心、生態(tài)環(huán)和放射生態(tài)走廊相互聯(lián)系的“環(huán)狀——放射”型框架結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新的城市綠地體系。并運用航空紅外遙感技術(shù)資料的熱島分布，因害設(shè)防，在中心城區(qū)按照服務(wù)半徑和防災(zāi)、消防功能要求布局綠地；按城市組團要求設(shè)置結(jié)構(gòu)性綠地；在主城外圍造人工森林、綠色廊道 、楔形綠地成為新鮮空氣的庫地和通道，走社會、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的持續(xù)發(fā)展的綠色道路，形成樹木成蔭、成林、成片、成景，碧水藍(lán)天的空間綠色城市。從而有效地緩解城市熱島的影響。

參考資料：

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【2】 繆義民，賴寶清著. 對屋頂綠化中幾個常見問題的認(rèn)識與探討. 中國園林.2001(4)

【3】 中國環(huán)境在線日本城市樓高 市區(qū)綠化招多

【4】 大洋網(wǎng)訊森林圍城

【5】 千龍新聞網(wǎng)綠色住宅閃亮登場