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一、槪述
气象上一般以日最高气温≥35℃作为高温天气的标准,“高温热浪”通常指持续多天35℃以上的高温天气.高温热浪会给工农业生产和人民生活带来严重影响,尤其是对人体健康、交通、用水用电、农作物生长等方面的影响更为严重.
2018年7月,京津冀大部、山东西北部、河南中部、山西西南部等地最高气温均超过了35℃,其中北京、天津、河北中部出现大范围38℃以上天气,北京局地甚至突破了40℃,天津也达到40.1℃.北京不仅刷新了今年以来的气温新高,而且还逼近了同期的历史极值纪录.
夏季城市高温除特定的气象条件,“城市热岛效应”是引发高温天气的主要原因之一.
“城市热岛效应”是指在同一时间内,城市城区的气温明显高于城市郊区气温的现象.在气象学近地面等温线图上,城市郊区广阔地区的气温变化很小,如同平静的海面,而城区则是明显高温,如同突出海面的岛屿,所以形象地称之为热岛效应.因城市热岛效应,北京最大城乡温差为9℃,柏林最高城乡温差为13.3℃.
城市热岛效应不但影响了人们正常的生活和工作,还成为人们生活质量进一步提高和城市进一步发展的制约因素.连续高温热浪会引发疾病甚至死亡.世界卫生组织预计,到2020年全球死于高温热浪的人将增加1倍.
二、国外防治城市高温天气的经验
（一）日本
近年来,夏季酷热高温严重影响日本城市居民的生活和健康.城市的酷热日数呈逐年增加趋势,50年前的酷热日数年平均为5天,20世纪90年代增加到23.8天,2000年以后增加到约40天.其主要原因之一是源于城市热岛现象.
日本的主要防治对策：
1.加强城市绿化,改善城区下垫面性质
1991年颁布了城市绿化法律,规定在兴建大型办公和住宅建筑物时,必须有一定比例的绿化面积.屋顶面积超过1000平方米的房屋必须种植不少于其屋顶面积20%的屋顶植物,否则处以20万日元的罚款.
城区和城市郊区下垫面性质不同也是形成城市热岛现象的主要原因.伴随城市化不断扩大,城区的绿地、水面不断减少,混凝土建筑和柏油路面不断增加,使地表蒸散作用减少,造成城区高温.日本政府大力提高城市绿化率等措施改变下垫面的性质.绿地能充分吸收太阳的辐射能量,所吸收的辐射能量又有大部分在光合作用中转化为化学能,可以大大减弱热岛效应.每公顷绿地平均每天可从周围环境中吸收81.8兆焦耳的热量,这相当于189台空调的制冷作用.研究还表明,城市绿化覆盖率与热岛效应强度成反比,当覆盖率大于30%,热岛效应得到明显的削弱；覆盖率大于50%,绿地对热岛的削减作用极其明显.规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地,基本上可与郊区自然下垫面的温度相当.
2.加强观测、预报体制
准确预报城市热岛现象,首先要调查城市土地的地形和用途,然后计算出房屋的排热数据和风向等的变化,进而研究城市热岛现象的成因、机制及其影响.日本政府有关部门制定城市环境气候图,以便及时把握城市热岛现象实况,为减轻城市热岛效应,给政府相关决策提供建议,日本工业大学在收集了国内外有关建筑、道路材料特性的数据,日光反射率、导热率及绿化降温等大量数据的基础上,建立了“热岛模拟系统”.只要把城市立体设计图上的建筑结构、建筑材料、地面绿化数据等输入电脑,“热岛模拟系统”就可快速地算出这一地区热岛效应的具体数据,并可以在屏幕上用不同颜色表示出不同地区的温度,这样人们足不出户,就可以知道所在城市哪里最炎热；同时,气象预报部门还可以利用这一系统来发布区域高温预警,帮助老年人和孩子顺利地度过夏天.
3.合理规划城市建筑布局,改善城区生态环境
日本合理规划城市中的生活区、办公区、商业区和工业区的布局,以减少资源和能源的浪费,减少工业废气、废物的产生.在城市规划中考虑城市热岛现象,充分考虑道路、公园、水面等布局的设计.在城市建设中注意城市“通风道”的预留.城区道路宽敞,建筑尽量低层,高楼大厦不过于集中.建筑物做隔热和遮光处理,尽量提高墙面反光率,多采用淡颜色喷漆墙面,以降低其吸热率.
4.减少城区人为热量排放
城区人为热量排放过多是形成城市热岛现象的主要原因之一.日本尽量减少空调系统、家用电器、汽车等人为热量的排放.大力开发新技术,推广节能住宅,普及推广无污染、少污染的汽车,开发清洁能源.提倡缓解城市热岛现象的生活、生产方式.日本提倡尽量购买和使用节能产品,工厂注重提高能源利用率和研究排放热量的循环使用.
5.利用城市水体,扩大城区水面面积,有效利用水资源
水面可通过蒸发吸热,以降低空气的温度.如果水体流动,则还可带走城市的大量热量.此外,水中的生物吸收了太阳能,将其转换成生物能,又带走了大量的热量,以降低周边的温度.因此,日本注重维系城市中己有的湖泊和河流,充分利用这些资源来改善城市热环境,降低城市热岛效应.在城市热岛效应明显的闹市区采用人工水体,如喷泉来降低地面温度.
6.研制新的路面铺设材料
城区的道路路面尽量采用保水性、透水性铺装.港区虎门的一条道路全部采用了保水性、透水性材料铺设,其夏天的路面温度要比其他道路低10℃左右,取得了很好的降温效果.日本研制出一种可以降低沥青路面温度的新型建筑材料.这种特殊的铺路材料具有很强的反射阳光的能力,只要将其直接喷涂到路面上,就可使道路的热量被大量反射出去.实验表明,在炎热的夏季,一般沥青路面的温度可达60℃,而采用这种特殊铺路材料铺设的路面温度要比普通路面至少低15℃.
7.建立地下管道冷却系统
在建筑群、繁华街道,建立地下管道冷却系统,利用地下管道冷水循环,降低大楼排出的热气.当冷却水经过多次循环水温升高时,可通过热交换器利用海水冷却循环水.日本国土交通厅计划投资400亿日元,铺设贯穿银座、丸之内等地的地下管道.施工采用隧道法,无须挖开地面,对建筑群没有任何影响.据初步估算,建立地下管道冷却系统,将使夏季最高气温下降0.7℃.
8.利用自然风、海风为热岛降温
要在城市中形成一个有利于风的循环环境,因为降低城市热岛效应最有效的就是风.当风刮起来的时候,通过大气环流,热岛与周围地区的空气进行交换,可以降低城市的温度.因此,城市建筑物平面和立面的有效设置,体量和高度的有机结合,使风流能够在一定的范围内形成一个环流.日本大城市大多临海,为此,日本正在研究利用凉爽的海风为“热岛”降温.在、名古屋等紧邻太平洋的城市,夏天有凉爽的海风,冬天有从山上吹来的冷风,如果从海一侧来看,两岸的建筑建成“八”字形,就可以做到夏天海风送爽,冬天防止冷风.
总之,为了防治城市热岛现象给市民带来的各种危害,日本政府采取了一系列综合防治政策、措施,效果显著.
（二）美国
据统计,在美国因极端天气灾害引起的人员死亡中,高温位居首位.1992年至2001年,全美因高温死亡人数达2190人.美国国家大气研究中心的报告警告说,如果美国不采取有效措施,在未来几十年里,高温天数还会大幅增多.
为了减轻城市热岛效应,美国的环保部门成立了“减少城市热岛效应小组”,制定了一个长期减轻城市热岛效应的对策.主要内容如下：
1.屋顶种植树木和植被
以芝加哥为试点,美国推动屋顶花园工程来缓解城市热岛效应,在建筑物周边和屋顶上种植花草树木及其他种类的植物,以使建筑物减少阳光直晒,并减少吸热总量.树木、灌木和其他植物可以通过“蒸散”来降低环流温度.私人住宅屋顶绿化可获政府5000美元补贴,每栋商业大楼屋顶绿化可获政府10000美元补贴.
2.建筑物涂白色涂料
美国一项最新的研究显示,白色涂料或可缓解城市热岛效应,如果把房顶粉刷成白色,升温幅度会降低一半.
3.路面改为亮色缓解城市热岛效应
一般城市地表有35%至50%是道路,通常为灰色或黑色的柏油路面,黑色柏油路面几乎把阳光中的热能完全吸收,使路面和四周空气升温,加剧城市热岛效应.美国研究人员建议把灰色、黑色路面改为亮色以减少路面吸收的太阳热能,减缓都市的热岛效应.
4.控制城市人口数量
在美国77个城市中,城市最大热岛效应强度与城市人口呈正相关关系.因此,限制城市人口数量也是缓解城市热岛效应的有效措施之一.
（三）德国
德国是世界上屋顶绿化发展最早、屋顶绿化技术领先的国家,屋顶绿化率14%以上.从20世纪50年代,德国就开始推广屋顶绿化,德国政府立法要求新建筑平顶必须做屋顶绿化,否则不准建设；老建筑屋顶进行绿化,会得到政府补助金.德国屋顶绿化分为三种类型：开敞型屋顶绿化、半密集型屋顶绿化和密集型屋顶绿化.开敞型屋顶绿化是屋顶绿化中最简单的一种形式,适合荷载有限以及后期养护投资有限的建筑屋顶.德国多采用耐干旱、生命力强、低养护的景天科植物,往往不需单独设置灌溉系统,主要依靠自然降水,且建造速度快、成本低、重量轻,几乎不用特殊维护,只需每年检查1到2次即可,但人不能在上面活动.德国80%的屋顶都是开敞型的粗放式绿化.半密集型屋顶绿化是介于开敞型屋顶绿化和密集型屋顶绿化之间的一种绿化形式,植物选择趋于复杂,效果也更加美观,需要定期养护和灌溉,植被选择更为多样化.半密集型屋顶绿化在开敞型屋顶绿化的基础上,添加了人工雕琢的元素,将低矮灌木和彩色花朵结合,设计更加自由,一些人工造景也可融入其中,兼备观赏性.密集型屋顶绿化是名副其实的屋顶“空中花园”,通常可以加入草、树、亭、池等各种设计元素,将植被绿化与人工造景进行组合,形成高低错落、疏密有致的植物景观与亭台水榭的人文景观,为人们提供空中乐园般的休闲活动场所,但需经常养护和灌溉.德国为提高居民进行屋顶绿化的积极性,通常每绿化1平方米面积将得到政府10-20欧元的补助.在城市重点地区内,为确保屋顶绿化,德国对建筑所有权者实行5年内固定资产减税50%的特例措施.屋顶绿化是缓解城市热岛效应最有效的手段.联合国环境规划署的研究结果表明,城市屋顶绿化70%以上,热岛效应会彻底消失.近20年来,德国通过立法强制推广屋顶绿化,使一些城市基本消除了热岛效应.1982年,德国立法强制推行屋顶绿化.该法律给任何新建筑的业主三种选择：第一,在其他地方新建一片与屋顶面积等同的绿地；第二,交罚款；第三,进行屋顶绿化.德国从20世纪80年代起就致力路面的改造,全国城市90%的路面改造为透水路面.
（四）其他国家的屋顶绿化
屋顶绿化防治城市热岛效应在其他国家也盛行.例如,加拿大立法规定,超过6层的建筑屋顶绿化覆盖率须多达50%；韩国对绿化屋顶的民间建筑物,政府支付绿化费用的50%；瑞士日内瓦有7%的食品来自屋顶种植.
综上所述,国家缓减城市热岛效应措施大致分为四类：增加表面反照率（屋顶、路面等）；增加植被覆盖（屋顶绿化、城市公园、街道绿化等）；减少人为热量的释放（空调、汽车等）；规化城市结构和土地利用（城市规划和城市设计、建筑设计等）.
三、防治中国城市高温天气若干建议
缓解中国城市高温是一项综合性的工程,需要各方面的配合和努力.借鉴上述国家的做法,结合国情,在现阶段建议从以下方面做起.
从改变城区下垫面入手,加强人工生态建设,加快城区绿化工作,加快屋顶绿化.在旧城区改造规划中,要留出充足的绿地.城区屋顶和路面尽量用淡色反光材料,进行保水性、透水性铺装,增大下垫面反射率.中国现有可绿化屋顶73亿平方米.其中,北京中心城区可进行绿化的平屋顶约有6979万平方米,但在1983-2007年,北京屋顶绿化总面积不到应绿化面积的1%.研究表明如果北京市植被面积增加30%,温度要降低2-3℃.
要控制城市人口密度、建筑物密度.城市热岛强度随着城市发展而加强,因此在控制城市发展的同时,要控制城市人口密度、建筑物密度.因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区,常形成气温的高值区.限制城市人口数量,发展中等城市是缓解城市热岛效应的措施之一.
另外,应加强城区自然通风,如北京市位于平原中部,三面环山.由于山谷风的影响,盛行南、北转换的风向.夜间多偏北风,白天多偏南风.因此,在扩建新市区或改建旧城区时,应适当拓宽南北走向街道,以加强城区通风；尽量将民用煤改为液化气,扩大城区集中供热面积；开发利用太阳能等新能源,减少人为热的释放；增强城区水域面积、喷水、洒水设施,加大力度保护被称为“城市之肾”的湿地资源和城市水域.目前,中国还没有推出一部针对屋顶绿化制定的法律,应建立健全缓解城市热岛效应的法律、法规.
高温天气关系到国家发展的大局,也关系到每一个人的切身利益,我们要从自身做起,尽自己最大的力量来减缓热岛效应.如：乘坐公共交通出行,短距离的出行最好骑自行车；夏天,空调温度最好要调高一点.
作者单位：中国气象局
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参考文献：
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