城市熱島效應(yīng)的產(chǎn)生及研討方法

1、城市熱島效應(yīng)的產(chǎn)生及研討方法文章標(biāo)題：城市熱島效應(yīng)的產(chǎn)生及研討方法工摘要：本文在簡述城市化進(jìn)程中城市熱島效應(yīng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，分析了城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生的原因和熱島效應(yīng)給人們的工作、生活帶來的不利影響，介紹了城市熱島效應(yīng)研究的幾種方法，探討了遙感技術(shù)應(yīng)用于城市熱島效應(yīng)的前景及進(jìn)一步研究的意義。關(guān)鍵詞：城市化熱島效應(yīng)遙感前景1熱島效應(yīng)產(chǎn)生的原因熱島效應(yīng)是由多方面的原因造成的，主要原因是城市規(guī)模不斷擴大和城市迅速發(fā)展,城市中高樓林立,建筑物高度集中。城市地面導(dǎo)熱性比松土或濕土高出數(shù)倍,并且熱容量很高，散熱速度快,大量接受太陽輻射，并積蓄能量，吸收和反射、輻射的熱量大量被積聚、截留在不太流通的城市街道空間，

2、從而產(chǎn)生熱島效應(yīng)。熱島的產(chǎn)生還受到地理條件和自然條件的影響，街道的走向?qū)Τ鞘型L(fēng)的影響也是熱島產(chǎn)生的原因。城市人口集中，空調(diào)的密集使用排出熱氣，進(jìn)入空氣，形成一個惡性循環(huán)。垃圾廢棄物集中,汽車尾氣排放的CO2也是城市熱島產(chǎn)生的原因之一。同時有利于減少熱島強度的因素在城市中又被削弱，首先,在城市中缺乏高大的樹木以及灌木和草地，特別是高大的喬木,因為植物能有效地阻擋、吸收太陽輻射、凈化空氣、減輕熱島強度；其次，建筑物阻礙空氣流通，風(fēng)速減小。另外，城市中水體缺乏，蒸發(fā)量少，植被缺乏，蒸騰量也少，也增加了熱島強度。2熱島效應(yīng)的危害2.1夏季發(fā)病率提高。夏季中暑與高溫關(guān)系十分密切，每年都有因高溫而中暑甚

3、至引發(fā)死亡的事情發(fā)生，尤其在日最高溫度超過37時，中暑病人、患腸胃疾病病人和高血壓、冠心病發(fā)作的病人明顯增加，由于高溫導(dǎo)致死亡的人數(shù)也明顯增加，溫度升高與中暑的死亡率成正比關(guān)系。2.2光化學(xué)污染加劇。在高溫季節(jié)，汽車尾氣和工廠排放的廢氣中的氮氧化物和碳?xì)浠铮?jīng)光化學(xué)反應(yīng)形成一種淺藍(lán)色的煙霧，在熱島的影響下，形成二次污染物，不易沉降，空氣混濁，造成散射光，顯著降低能見度，水平視程縮短，不利于車輛的行駛安全，對人的眼睛有強烈的刺激作用，也容易引發(fā)呼吸道感染。城市熱島強度越大，太陽輻射強度越大，這種光化學(xué)煙霧濃度就越大，危害性就越強。2.3熱島效應(yīng)加重了污染。由于有熱島的存在，城市中盛行上升氣流。

4、城市空氣中懸浮著大量的煙塵等微粒,因而城市上空便易形成以這些微粒為團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的云團(tuán)。造成城市地區(qū)的近地層空氣污染嚴(yán)重。3城市熱島效應(yīng)的研究方法3.1測試點法。測試點法是指根據(jù)熱力學(xué)定律和城市熱島效應(yīng)的分布狀況，從水平和垂直方向進(jìn)行觀測的方法。城市熱島效應(yīng)由于受多種復(fù)雜因素的影響，因時因地因氣候條件的不同，在不斷的發(fā)生變化，根據(jù)其變化的多樣性，可以采取固定位置、定點觀測的方法，了解同一地區(qū)不同時間的氣溫變化和同一時間不同測試點的氣溫變化，測試點法可以從水平和垂直兩個方向進(jìn)行城市熱島的觀測。在水平方向?qū)Τ鞘袩釐u效應(yīng)進(jìn)行觀測，研究熱島水平分布特征，一般選擇城市和郊區(qū)若干個典型的觀測位置，進(jìn)行多項溫度氣

5、候指標(biāo)的測定比較，也可以利用橫穿城市剖線進(jìn)行觀測研究。李有等在2001年11月7日到8日同時對鄭州市的氣溫、溫度、風(fēng)速進(jìn)行觀測，把鄭州市及其近郊劃分為30個等網(wǎng)絡(luò)點，選取有代表性的24個網(wǎng)絡(luò)點，繪制了信息豐富的鄭州市秋季城市熱島效應(yīng)的日變化圖。測試點法在垂直方向一般采用在不同垂直高度安放鐵塔或在氣球上懸掛溫度傳感器的方法。張一平等利用這一方法，對昆明城市熱島進(jìn)行研究，獲得了昆明城市熱島效應(yīng)的垂直分布特征圖。測試點法發(fā)展至今更多的采用的是水平與垂直相結(jié)合的方法，這兩種方法的有機結(jié)合更能準(zhǔn)確的測定城市中熱島效應(yīng)的變化情況，為全面監(jiān)測熱島效應(yīng)的變化提供了更為豐富的數(shù)據(jù)。3.2遙感測定分析法。遙感測定

6、分析法是指不同地物對太陽長波輻射的吸收情況不同，形成不同波段輻射值，運用熱紅外傳感器對城市地表溫度進(jìn)行大范圍的觀測，再通過計算機技術(shù)，進(jìn)行室內(nèi)解譯，分析得到地物的熱量空間分布的方法。遙感技術(shù)應(yīng)用于城市熱場分析能夠大面積、同步和動態(tài)地監(jiān)測地面熱場的分布和變化情況。趙云升等利用LANDSAT圖像，采用TM6圖像增強和密度分割的方法獲得了長春市地面熱場等級圖，獲得模擬圖像；方圣輝和劉俊怡則結(jié)合2000年9月21日的LANDSAT7ETM 數(shù)據(jù)和1997年9月21日的LANDSAT5數(shù)據(jù)，利用LANDSAT圖像對武漢市城市進(jìn)行熱島效應(yīng)分析，得出武漢市城市熱島效應(yīng)不斷增強的結(jié)果。遙感測定分析法研究城市熱

7、島的變化，包括四個步驟：首先，對研究城市地理條件、溫度、氣候特征進(jìn)行概括分析。其次，應(yīng)用圖像處理的方法，進(jìn)行灰度拉伸和密度分割，利用亮溫計算模式，獲得亮溫數(shù)據(jù)。再次，進(jìn)行幾何糾正、配準(zhǔn)與鑲嵌，并進(jìn)行剪切與密度分割。最后得出熱場中心分布區(qū)與熱場結(jié)構(gòu)特征。3.3氣溫對比分析法。氣溫對比分析法是指對某地區(qū)城市與鄉(xiāng)村的觀測站一定年份內(nèi)季、年平均溫度資料進(jìn)行對比分析，得出城市熱島效應(yīng)變化趨勢的方法。地面溫度觀測表明，近100年來全球的溫度有明顯的增暖趨勢，在這100年間全球平均地表溫度上升了0.30.6。運用氣象站提供的氣象數(shù)據(jù)可以詳細(xì)的描述城市熱島效應(yīng)的歷史演變過程。郭家林和王永波利用1960年到20

8、00年哈爾濱地區(qū)近40年的地面觀測資料，分析了各縣市的平均氣溫和最高、最低氣溫的變化規(guī)律及其差異。結(jié)果顯示哈爾濱自20世紀(jì)80年代后，城市氣溫有增暖的趨勢。氣溫對比分析法的過程：首先，利用各類城區(qū)觀測站與鄉(xiāng)村站的氣溫紀(jì)錄對比分析，確定研究年份內(nèi)歷年氣溫城鄉(xiāng)變化結(jié)果。然后，按四季劃分，計算春、夏、秋、冬年平均溫度變化的線性趨勢。最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出歷年氣溫的變化，分析熱島效應(yīng)的增強趨勢。白虎志等在2004年對甘肅省熱島效應(yīng)的研究中選取甘肅省1961年到2002年間38個觀測站的數(shù)據(jù)對甘肅省城區(qū)和鄉(xiāng)村氣溫進(jìn)行了分析，得出了“近40多年來城市熱島效應(yīng)對基本/基準(zhǔn)站年平均溫度的增溫貢獻(xiàn)率為18.5

9、，對城市站年平均溫度的增溫貢獻(xiàn)率為37.6，季節(jié)增溫率冬季最大，秋季次之，春夏季最小，城市熱島效應(yīng)對季節(jié)增暖的貢獻(xiàn)率則為春季最大，夏季次之，秋冬季最小”的結(jié)論。3.4模擬預(yù)測法。模擬預(yù)測法是在城市熱島效應(yīng)研究中應(yīng)用計算機技術(shù)運用的統(tǒng)計模型、數(shù)值模型、解析模型和物理模型四種模型模擬城市熱島效應(yīng)變化的方法。這四種模型已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于理論和實踐研究，其中物理模型是有多種云物理和邊界層的物理過程和四維固化功能。實驗室模擬最有代表性的是Streutker的高斯模型、Mihalakakou等人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，這些模型為城市熱島研究提供了好的預(yù)測方法。模擬預(yù)測法以理論分析為主，減少了現(xiàn)場觀測，實驗室模擬有一

10、定的通用性而現(xiàn)實情況則復(fù)雜多變，這一方法應(yīng)該在針對不同城市的環(huán)境差異進(jìn)行模型校正提高預(yù)測準(zhǔn)確度上進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。4遙感技術(shù)在城市熱島效應(yīng)研究中的應(yīng)用前景4.1地面實測與遙感圖像相結(jié)合的熱島數(shù)據(jù)源。根據(jù)溫度數(shù)據(jù)源而獲得的熱島分布圖可分為兩種，一種是對1.5m高的氣象變化監(jiān)測所得溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行選值得到的空氣溫度熱島分布圖，而這種方法由于受到監(jiān)測點數(shù)量的限制，一般是對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得出空氣溫度熱島分布圖。二是通過對遙感的熱紅外圖像進(jìn)行溫度反演，獲得地表輻射溫度，最終從遙感圖像的熱紅外波段獲得地表輻射溫度熱島分布圖。這兩種熱島分布圖中，第一種方法的分布圖是選用1.5m高的空氣溫度作為熱島數(shù)據(jù)源，相比遙

11、感技術(shù)獲得的地表輻射溫度更能直接的表達(dá)人體所感受到的熱島信息，但這一方法是建立在大量數(shù)據(jù)監(jiān)測點上的，目前我國所擁有的數(shù)據(jù)量還達(dá)不到這一要求，往往地表熱量分布圖更符合實際發(fā)展的需要。遙感圖像具備易獲得、范圍廣、數(shù)據(jù)豐富的特點，不受監(jiān)測范圍的限制，所以應(yīng)該把地表溫度熱島圖和通過遙感圖像獲得的地表輻射溫度圖結(jié)合起來。4.2熱紅外遙感技術(shù)更廣泛的應(yīng)用到熱島效應(yīng)研究。近年來隨著高空間分辨率、高光譜分辨率和高時間分辨率傳感器的發(fā)展，利用熱紅外遙感技術(shù)進(jìn)行城市熱島研究是一種趨勢，衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)的發(fā)展與完善為監(jiān)測城市熱場提供了可靠、全面的手段，通過熱紅外遙感技術(shù)可以了解城區(qū)的內(nèi)部構(gòu)造，有助于全面的了解城市

12、的熱島效應(yīng)的發(fā)展趨勢，但地表熱紅外輻射及比輻射率的方向性問題、非同溫混合像元的分解以及多平臺、多尺度數(shù)據(jù)之間的整合等遙感理論問題急需解決，應(yīng)綜合運用多種測定技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、測試精度提高。參考文獻(xiàn)：1張貢生，王廷科，鄭俊義.與城市化進(jìn)程高度相關(guān)的因素解讀J.蘭州商學(xué)院學(xué)報，2006，1(22):31.2陳雨軍，陳愛民.中國城市化:實證分析與對策研究C.廈門:廈門大學(xué)出版社，2002.3孫颯梅，盧昌義.遙感監(jiān)測城市熱島強度及其作為生態(tài)監(jiān)測指標(biāo)的探討J.廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002，41(1):66-70.4HowardL.ClimateofLondonDeducedfromMetro

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