人类活动对气候的影响,在城市气候中表现最为突出。城市人口密集,高楼林立,工厂、汽车、空调及家庭炉灶和饭店等大量消耗能源,除造成大气污染外,还是放出大量热气,是成交温度差高达5~6摄氏度,甚至更多。在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿。城市密集高大的建筑物,是气流通行的障碍物,使城市风速减小,会造成空气混浊、能见度差,甚至工业区下风处会降有害的酸雨,时间长了就会对健康构成危害。
什么是热岛效应?城市“热岛效应”是只城市气温高于郊区现象。随着城市规模的迅速扩大,城市的热岛效应越来越明显。而它的形成,一方面是在现代化的大城市中,除了数百万人日常生活所发出的热量,还有工业生产、交通工具散发的大量热量。另一方面,城市的建筑群和柏油路面热容量大,反射率小,能有效地存储太阳辐射热。据估算,城市白天吸收存储的太阳能比乡村多80%。到了晚上,城市降温缓慢,因此夏季前半夜便仍感闷热。可见,城市热岛反映的是一个温差的概念,只要城市与郊区有明显差别,就可以说存在了城市热岛。因此,一年四季都可能出现城市热岛。
热岛效应示意图(图片来自互联网)
北京,五大热岛“烧烤”市区
借助卫星遥感等高科技手段,专家们发现,城市热岛效应已经成为北京越变越热的诱因。最新公开的一项科研成果显示,在北京1040平方千米的规划市区内,热岛面积已占到五分之一。15年来,北京规划市区内共形成了5个强热岛和6个次强热岛,这使得纬度并不低的北京在夏季总是高温不断。值得关注的是北京热岛环流在增加城市降水的同时,还使大气污染进一步恶化。北京三面环山,在白天,同等高度的市郊西北的山区接受的能量比平原地区多,温度升高快,在其上空会形成一股上升气流,继而带动平原气流形成南风,然后在影响到山区。到了夜间,同高度的山区热量损失要比平原快,再加上人为热岛效应,到晚上9点以后就转成北风,先从山区生成,逐渐影响到城市。所以,北京一年四季都是晚上北风,白天日出以后逐渐转成南风,晚上再逐渐转成北风。这样,在深秋及冬季,白天污染物被送到山区存起来,一般情况下,到了晚上10点会再被环流送回。在深秋和冬季,如此连续五天后北京的污染指数就达到五级了。
上海,热岛范围已超过800平方千米
尽管自1950年以来就出现了以南京路和西藏路交叉口为中心的城市热岛,但在1980年以前,城市热岛主要集中于市区100平方千米范围内。然而,从1980年起,热岛开始迅速扩大至400平方千米。特别是自20世纪90年代上海城市建设步入新一轮的全面发展时期以来,城市热岛已经扩张至近郊区,热岛控制面积已超过800平方千米。
南京,冬季也有热岛
最近20年,南京的城市化速度越来越快,城市热岛效应也越来越显著。热岛效应除了给南京的夏季高温“火上浇油”外,也给南京冬季各个街区的气温带来了广发的影响,但却常常被忽略了。2006年2月底至3月初,南京大学就冬季热岛进行了调查,结果发现,南京冬季“城郊”的温度差异达0.6摄氏度。这样的温差在冬天里显现,可见南京的热岛效应已绝对不可忽略。
热岛效应与疾病
在热岛效应的影响下,城市上空的云、雾会增加,使有害气体、烟尘在市区上空累积,形成大气污染。
人类有许多疾病就是在热岛效应下引发的。医学研究表明,环境温度与人体的生理活动密切相关。环境温度高于28摄氏度时,人们就会有不舒适感;温度再高就易导致烦躁、中暑、精神紊乱;气温高于34摄氏度,并伴有频繁的热浪冲击,还可引发一系列疾病,特别是心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升,死亡明显增加。
此外,高温还可加快光化学反应速率,从而提高大气中有害气体的浓度,进一步危害人体健康。
城市热岛效应作用下,城市中每一个地方的温度并不是一样的,而是呈现出一个个闭合的高温中心。在高温区域内,空气密度小,气压低,产生气旋式上升气流。由于大气是连续不断的,周围的各种废气、化学有害气体不断地进入高温区进行补充。在这些有害气体的作用下,高温区居民易患消化系统疾病,表现为食欲减退、消化不良、胃肠道和溃疡性疾病增多;神经系统算还严重,表现为失眠、烦躁不安、记忆力下降,易患抑郁症和精神委靡症;呼吸道疾病,如支气管炎、肺气肿、哮喘、鼻窦炎、咽炎人数也有所增加。大气污染物会刺激皮肤,导致皮炎,甚至引起皮肤癌。
通过观测还发现,在高温严重的夏季,在汞、铬含量高的城市里的居民,肾脏易受到伤害,并伴有腹痛、呕吐及中暑症状。当铬进入眼睛时,可以引起结膜炎,甚至导致失明。