绿地对改善城区“热岛效应”的研究和分析

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简介： 本文阐述了城市热岛遥感研究工作的原理和现状，以及武汉市城区热岛的分布规律和特征。通过对前（1988年）后（2000年）两次航空红外遥感的热岛分布状况进行比较和分析，论述了城市绿地对改善城区“热岛效应”的作用，探讨了武汉市如何更好地利用绿色植物减缓“城市热岛效应”及规划实施建议。
关键字：热岛效应 航空红外遥感技术 城市绿化 绿廊 绿心 屋顶绿化

　　城市是人口、商业、工业、交通高度集中的区域，由于人类的活动和工业生产排放出大量的热量，使城市气温比周围郊区气温高，这一新现象就称为“城市热岛效应”。我国曾观测到的最大城乡温差（城市热岛强度），上海是6.8℃（1979年11月13日20时），北京是9.0℃（1966年2月22日清晨）。城市热岛最早见之于科学记载的，可能是1818年英国出版《伦敦气候》。作者L·赫华德对城市气候的两大发现，就是伦敦市中心气温比郊外高（各月平均分别高0.5℃—1.2℃），以及城乡温差夜间比白天大。随着世界各地城市的发展和人口的稠密化，“城市热岛效应”变得日益突出。

城市热岛效应的产生因素及危害

　　城市热岛主要是由以下几种因素综合形成：①人口高度密集、工业集中，大量人为热量喷发。②高耸入云的建筑物是气流通行的障碍物，造成的地表风速小且通风不良。③城市绿地的缺少。④人类活动释放的废气排入大气，改变了城市上空的大气组成，使其吸收太阳辐射的能力及对地面长波辐射的吸收增强。据统计，热岛的80%归咎于绿地的减少，20%才是城市热量的排放。由此可见绿地对城市的重要性。

　　城市热岛的危害主要表现在：①“热岛效应”引起自然环境和植物生态发生变化，夏季城市更加闷热，“热岛效应”使大气中的粉尘增多，威胁市民的健康。②“热岛效应”的产生不仅使人们工作效率降低，而且中暑人数增加，夏季高温导致火灾多发，加剧光化学烟雾的危害。③产生热岛效应后，阻碍城乡空气交流，新鲜空气进不来，有害气体排不出去，烟尘、二氧化碳、汽车尾气等污染物便会在地表空气磨擦层长时间滞留，形成灰蒙蒙的大气状态，诱发多种疾病。

武汉市热岛遥感成果

　　应用遥感技术，特别是应用卫星遥感资料TM6热图象研究城市热岛，在国内外都有过报导。武汉市曾于1988年、2000年分别利用遥感技术对武汉市冬季和夏季的热岛效应做了研究，初步掌握了武汉市热环境的空间和变化规律。其对武汉市环境质量的改善和规划都有十分重要的科学价值和现实意义。

城区热岛分布规律和特征（1988年的分布状况）

（一）城区热岛的水平结构

　　根据白天（12-15时）和夜间（0-3时）热环境资料的分析，武汉市区热岛日周期水平变化较大，白天构成以市区为主、面积大、分布集中的多中心城市热岛为主要特征，市区被长江、汉江分割形成三镇（汉口、汉阳、武昌）四片（汉口、汉阳、武昌、青山）的多中心热岛结构，其中汉口有三个强热岛中心（以0.9 ℃）为界：一是从武胜路—三阳路，从中山大道—建设大道呈“凸”字形，范围最大，强度最高，基本分布在人口稠密区；二是堤角工业区，从黄浦路沿工农兵路到新村街，为一直径2公里的圆形；三是易家墩工业区，从汉宜路南端沿解放大道到古田一路呈南北宽1公里的东西向带状，与工业区的分布位置吻合。

　　青山区有两个强热岛中心：一是武钢厂区，呈北西向排列长约2.5公里，宽1公里的平行四边形；二是生活区，以红卫路街和新沟桥街为中心两个相邻的小热岛，直径小于1公里。

　　武昌有两个弱热岛中心，分别位于武昌老城区沿江呈岛带状 和四美塘的两端，面积较小。

　　夜间城市热岛范围较小，强度较弱，以工业热源和水体效应为主构成热岛呈零散分布为主要特征，青山武钢为热岛最强，以炼铁厂为中心呈同心圆向外扩散，直径为1公里。汉阳汉钢为一弱热岛中心，汉口城区温度略高于背景温度（0.1℃）强度极弱，而大面积的水体都表现出较市区更高的温度，形成与水体形状相类似的热岛和热带，分布于市区外围或横穿市区。

（二）城区热岛的强度分布

　　总的来说，武汉市在温差较小的秋未季节（11月份）整个城市热岛强度较小，特别是在午后和午夜时，最大强度仅有1.1℃。并且汉口几个热岛中心的强度均大于武钢热岛中心强度，白天市区均呈不同强度的热岛，热岛边界出现的范围基本上与建城区吻合，只有在大的水体附近和广埠屯以东没有热岛出现，呈“冷湖”特征。

　　夜间热岛强度大小主要与工业热源有关，武钢最强，达1.1℃。汉阳的七里庙工业区次之，达0.3℃，汉口人口稠密区为0.1℃。并且汉口几个热岛中心的强度均大于武钢热岛中心强度，白天市区均呈不同强度的热岛，热岛边界出现的范围基本上与建城区吻合，只有在大的水体附近和广埠屯以东没有热岛出现，呈“冷湖”特征。

　　白天热岛强度除与下垫面类型有关外，各具特色的工业区对热岛形成起了重要作用，如易家墩工业区，堤角工业区，七里庙工业区，青山工业区等，绿化较好的地区（解放公园）和较大水体对气温具有一定调节作用，形成市区内的低温区。

　　总之，城市热岛强度夜间大于白天，上半夜大于下半夜，具有热源的工业区大于一般市区，人口密集，建筑密度大的城区高于稀疏区，白天水体植被具有调节气温作用，削弱了热岛强度；夜间水体具有保温作用，形成热岛。不同季节的城市热岛心基本不变，热岛强度差别较大。

利用2000年遥感温度片对城区热岛效应综合分析

　　中国共产党武汉市第九次代表大会，武汉市第十届人民代表大会和97年市政府第112次常务会议决定，用五年时间把我市初步建成“山水园林城市”，这是我市园林绿化事业一个难得的历史发展机遇。经过这几年大力度的绿化建设，一大批环境创新工程相继竣工，江城面貌发生了前所未有的改观。截至2000年，武汉市城区公园由25座增至33座，绿化广场由2个增至12个，街头游园由232个增至254个，绿地覆盖面积已达到6981公顷，绿地覆盖率达33.24%，人均公共绿地7.44平方米，武汉市市容环境正日新月异地改变着。

　　根据ETM+传感器于2000年9月21日上午10:00～10:15获取的第6波段的高增益影像资料分析，武汉市热岛的白天构成仍以市区为主，市中心并不存在一个明显的热岛中心，而是呈现一种复杂的镶嵌式结构，呈多中心分布模式。但比照88年的热岛分布状况，大片的热岛被瓦解或已成点状分布，较明显的例证有以下几处：

　　其中，原汉口从武胜路——三阳路，从中山大道——建设大道呈“凸”字形，范围最大，强度度最高的区域，已明显在菱角湖、机器荡子湖等五湖组成的“绿心”周围挖空，这同近几年通过水体保护和环湖绿化将这“五湖”建成汉口中部的湖泊公园是分不开的。这里已形成绿色空间相对集中的汉口中心区“绿心”，再加上这里旧城区改造，增加绿化量，都大大降低了周围温度。据估算，一公顷绿地昼夜蒸发水的调温效果相当于500台空调连续工作20小时的制冷效果。可见，多植树、多植草给整个城市居民带来的益处多多。

　　其次是青山区，根据96年普查资料统计，绿地面积为1012.07公顷，99年普查资料统计，绿地面积为1238.70公顷，增加226.63公顷，单位附属绿地面积96年普查资料为537.12公顷，99年普查资料为730.44公顷，增加193.32公顷，88年热岛较集中的武钢厂区、生活区热岛范围明显减少，红色（温度最高位置）区域基本上由88年片状打散成局部、点状，面积大大减少。这同近几年武钢以加入WTO为契机力求创建具有国际一流企业水准的环境容貌，掀起大规模的拆除闲置房植树造林的活动密不可分。武钢仅从1998年～2000年就投资将近四千万兴建绿化工程，而且力度逐年加大。仅2001年就拆除各类闲置房等建筑23.5万平方米，建成绿地9万平方米。武钢的居住区还被评为全国绿量最大的工业人口居住区.

　　武昌区在96年普查资料中绿地面积是906.13公顷，99年普查资料绿化面积是1136.66公顷，增加了230.53公顷，比较 显著减少的是长江大桥沿武珞路与中南路附近，这同近几年这里大型广场红楼广场、洪山广场的建成密不可分，红楼广场由1.2万平方米的小游园改建成5.42万平方米的大型绿化广场，拆除1.2万平方米的建筑及商业门面，搬迁了阅马场小学，使南北两个广场连成整体，基本上保留了原有的大树，体现了“绿色广场”的新概念，洪山广场将原东、西广场贯通形成10.8万平方米的绿化广场，新建公共绿地2万平方米。大型绿地带给我们最大的生态效应——减缓城市热岛效应，其降温效应主要归功于它能对水分进行吸收和蒸腾，清洁空气中的毒气。

　　以上是从三处较大变化的面的角度作以概述，从点上说，最明显的例证是位于两江交汇处的半岛型地域——南岸嘴，南岸嘴地理位置非常重要，东临长江，北依汉水，南枕龟山，西接月湖，南岸嘴地区总用地面积为172公顷。一直以来，这里民居稠密，街道纵横，解放后，由于交通、防洪等方面的因素限制了该地区的发展，这里的面貌较为破旧。从88年热岛分布图上，可看到此处正是热岛明显集中的区域，由于近几年市政府重视对其的改造和绿化，这里的面貌发生巨大变化，从2000年热岛分布图上可以看到这里核心区的热岛已基本消失。随着改造力度的加大，这里将逐渐形成武汉市的一颗璀璨的“明珠”。

　　从2000年热岛分布状况中，仍可见许多热岛区域的存在，并有新的热岛中心产生，较大的区域如武汉沌口经济开发区工业密集区，这是整个城市发展、延伸、新工业园产生的过程中不可避免的，关键在于如何最大限度地降低热源的危害，这就给整个绿地系统规划工作带来新的课题，怎样更好地利用绿色植物减缓城区热岛效应。

利用绿色植物，减缓城区热岛效应的方法和措施。

　　武汉市绿化建设应遵循科学合理，因地制宜的原则，绿化、规划、环保、城建部门联手，使过去的“见缝插绿”变成今天的“规划建绿”。在规划建绿中，依据生态学理论，结合大型城市的特点，逐步形成平面绿化和空间绿化相结合，公共绿地、居住区绿地、单位绿化同步发展，城乡一体化的大型城市绿化发展特色，具体方法和措施如下：

（1）加强绿廊建设　由于道路处于交通污染严重的环境下，更应进一步加强对道路绿化的建设，道路绿化带及河流绿化带属于人类塑造的一种特殊的绿廊，直观地看，廊道（绿化带）的树冠阻挡了阳光和风，达成了微环境条件，除改变小气候外，还起分割屏障，连通的作用，在规划市区外缘，根据地形和可能条件，设置营造宽展的城市防护林带，并和邻县的农田防护林网相联结，在规划市区内，要在居住区、集团之间营造隔离林带，特别是工业区和居住区必须尽可能设置一定宽度的卫生防护林带。在这方面，上海市已做了不少努力，提出并着手建设长97km，宽500km的外环线绿化带，并且注意绿色廊道的相互连通。这样，夏季就可以利用绿色廊道引凉风入城，消除一部分热岛，而冬季，大片树林可以减低风速，发挥防风作用。

（2）在市中心创建大型绿地——“绿心”　大型绿色地带给我们最大的生态效应——减缓城市热岛效应，气象专家认为，绿地是城市的天然的“空调”和“空气清洁器”，夏季林区的太阳辐射量为非林区的66%，平均辐射温度可降低14.1%。赤裸的街道气温如40℃的话，公园林地可降低5.64℃，仅为34.36℃。例如，在上海市中心的黄浦区、卢湾区、静安区是上海“热岛效应”最强的地区，而三区的交汇处更是一直受到气象部门关注的“特高温区”，在此规划建设延安中路大型公共绿地等于为城市打开一扇“天窗”。一期工程竣工后，市气象局对该地块测试表明，在7、8、9三个月间，白天气温与同期相比，平均下降0.6℃,晚上气温平均下降1℃多。有专家推算，面积7万平方米的延中绿地一期工程在每小时吸收的热量相当于1385台两匹空调的工作量。目前，面积23万平方米的延中绿地已经建成，缓解“热岛效应”的范围达到4.5平方公里。可见，延中绿地的建设对缓解上海市中心“热岛效应”已经起到了有效的作用。并且在上海建成的和在建的绿地中，面积过万的信手拈来，7万平方米的徐家汇公园，10万平方米的陆家嘴中心绿地，13万平方米的虹桥花园，23万平方米的延中绿地，140万平方米的浦东世纪公园……这些都是上海对改善城市生态环境，缓解中心城区热岛效应，提高市民生活质量所作出的重大措施，

（3）加强屋顶绿化　对城市屋顶进行绿化是美化城市环境，削减城市“热岛效应”的有力措施。如果从空中向下俯视江城武汉，大都是“素面朝天”的水泥屋顶，很少见绿。这样的屋顶对光热日储夜放，不仅使江城夏季燥热难当，而且空中俯瞰，更是有碍观瞻。截至2001年底，武汉市建成区面积约 211.88 平方公里，其中已建房屋占地面积约70平方公里，并且每年还以一定的速度增长，如果将已建成的房屋中的半数屋顶用来绿化,可增加绿地 35平方公里，相当于106个中山公园的面积。屋顶绿化还大大可以降低绿化成本，据市园林局统计,在市中心建造绿地，绿化、养护，连同拆迁费等成本一起计算在内，每平方米绿化成本在1万元以上，而屋顶绿化的成本每平方米在200—500元左右。很显然，屋顶绿化潜力巨大，可以成为城市绿地的重要增长点。其对改善市民的居住条件，提高生活质量，降低城区热岛效应以及美化城市的环境景观，改善生态效应都有着重要意义。目前，屋顶花园在国外已不再是“空中楼阁”，美国芝加哥为减轻城市热岛效应，正推动一项屋顶花园工程来为城市降温，日本东京明文规定：新建筑与地面面积只要超过1000平方米，屋顶的1/5必须有绿色植物覆盖，否则开发商就得接受罚款。国内深圳、长沙、兰州等城市也把城市楼群的屋顶作为新的绿源，武汉市应根据本市的实际情况，研究制定一些相应的政策和规定，鼓励相关企业，房地产开发企业和建设业主单位绿化建筑屋顶。让武汉的上空绿来、美起来，必将成为人们的共识！

（4）发展针对性强的垂直绿化　凡有条件的地方，都要下大力度继续拆墙透绿，把绿色亮出来。广泛栽种爬墙虎、常青藤等攀援植物，研究材料表明，有垂直绿化的墙面表面温度比清水红砖表面温度低5.5℃～14℃,并且可减少墙面热辐射1464千卡/平方米·小时。

　　充分利用绿色植物来减缓城区热岛效应较典型的例证就是广州市。广州城外远郊森林围城，市区绿化遥相呼应。从“一年一小变”开始规划建绿、动迁造绿、见缝插绿、破墙透绿、环城围绿……地面绿化的同时，空中也建设立体性绿化。技术人员根据对遥感影象图和城市气象观测数据综合分析发现，近几年来，广州城区“热岛效应”已有减弱迹象，温差大于1.2℃的热岛面积已停止扩大，温差大于1.6℃的热岛面积已有缩小趋势，闹市区的“热岛效应”明显降低，特高温区减少。

　　总之，武汉市应当应用“生态系法”，以减缓热温为主，规划生态轴、生态绿心、生态环和放射生态走廊相互联系的“环状——放射”型框架结构，创造新的城市绿地体系。并运用航空红外遥感技术资料的热岛分布，因害设防，在中心城区按照服务半径和防灾、消防功能要求布局绿地；按城市组团要求设置结构性绿地；在主城外围造人工森林、绿色廊道 、楔形绿地成为新鲜空气的库地和通道，走社会、经济与生态环境相协调的持续发展的绿色道路，形成树木成荫、成林、成片、成景，碧水蓝天的空间绿色城市。从而有效地缓解城市热岛的影响。

参考资料：

【1】 卢大远,万远翔等著.城区热环境污染.武汉市环境质量报告书(一九八六年～一九九零年度)

【2】 缪义民，赖宝清著. 对屋顶绿化中几个常见问题的认识与探讨. 中国园林.2001(4)

【3】 中国环境在线日本城市楼高 市区绿化招多

【4】 大洋网讯森林围城

【5】 千龙新闻网绿色住宅闪亮登场