熱島效應(yīng)（熱學(xué) Island Effect），通常也稱作“城市熱島效應(yīng)”（Urban Heat Island effeet，UHI effect），主要是指因城市化引起城市區(qū)域氣候因子變化，造成城市氣溫明顯高于周邊郊區(qū)的客觀現(xiàn)象，通常用兩個代表性測點(diǎn)的氣溫差值（熱島強(qiáng)度）表示，是城市氣候最明顯的特征之一。
熱島效應(yīng)是由于人為原因改變了城市地表的局部溫度、濕度、空氣對流等因素，進(jìn)而引起的城市小氣候產(chǎn)生變化的現(xiàn)象，其強(qiáng)度受到下墊面、人為熱源、大氣污染物、天氣形勢與氣象條件以及城市規(guī)模、形狀和所處的地理位置等因素影響。熱島效應(yīng)的本質(zhì)是城市氣溫高于郊區(qū)氣溫，容易形成一個以市區(qū)為中心的低壓系統(tǒng)以及指向市中心的氣壓梯度力，同時水平溫差的存在使會形成熱島環(huán)流，這種流場在夜間尤為明顯。熱島效應(yīng)的強(qiáng)度隨時間變化而變化，主要表現(xiàn)為日變化和年變化兩個維度。在晴朗無風(fēng)的天氣下，日變化表現(xiàn)為夜晚強(qiáng)、白晝午間弱，尤其是日落后3-5小時內(nèi)為最強(qiáng)；年變化表現(xiàn)為秋冬季強(qiáng)、春夏季弱。世界上熱島最強(qiáng)的是中高緯度的大中城市，如加拿大的溫哥華、德國的柏林、中國的北京、上海市等。
隨著熱島效應(yīng)越來越明顯，熱島已經(jīng)從一般的局地氣候現(xiàn)象演變?yōu)槌鞘猩鷳B(tài)環(huán)境發(fā)展的不利因素，對城市、人類、動植物、環(huán)境都產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。熱島效應(yīng)改變了城市內(nèi)部氣候條件，帶來各種異常的城市氣象；嚴(yán)重影響人們的日常生活和工作，損害人體健康；此外，熱島效應(yīng)還破壞了城市的生態(tài)平衡，使得生物物候、生理活動、區(qū)系組成、種群結(jié)構(gòu)、分布范圍以及繁殖活動等發(fā)生改變。
為了緩解熱島效應(yīng)的不良影響，世界各地的主要城市都采取了一系列應(yīng)對措施，例如合理控制城市規(guī)模、調(diào)整城市下墊面結(jié)構(gòu)、減少人為熱源、限制大氣污染物的排放等。各國學(xué)者采取了不同方法如地面氣象資料觀測法、邊界層數(shù)值模擬法和遙感監(jiān)測法等對熱島效應(yīng)進(jìn)行觀測研究。
定義
城市熱島（Urban 熱學(xué) lsland，UHI）——在近地面氣溫圖上，郊區(qū)溫度較低且變化不大，城市區(qū)域則溫度高且變化明顯，城市中心區(qū)域的高溫區(qū)如同立于海面的島嶼，故稱為“城市熱島”。
熱島效應(yīng)（Urban Heat Island effeet，UHI effect）——或稱“城市熱島效應(yīng)”，主要是指因城市化引起城市區(qū)域氣候因子變化，造成城市氣溫明顯高于周邊郊區(qū)的客觀現(xiàn)象，是城市化的必然產(chǎn)物。
中國氣象局對“熱島效應(yīng)”定義——在城市的上空，相同高度（例如50米、 100米或400米）的各位置的溫度是不同的。把同一高度各位置的溫度標(biāo)繪在一張圖上，把同一溫度的各點(diǎn)連成一條封閉曲線，就會得到“等溫線”，其中溫度最高的等溫線所包圍的區(qū)域，就像大海中的的島嶼一樣，這種由最高的等溫線包圍起來的區(qū)域，稱作“熱島”；一座城市各點(diǎn)溫度不同的現(xiàn)象就是“熱島效應(yīng)”。
發(fā)現(xiàn)歷程及命名
1799至1804年間，近代地理學(xué)的開創(chuàng)者之一、德國科學(xué)家亞歷山大·馮·洪堡（Alexander von Humboldt）在南美洲安第斯山脈考察時，發(fā)現(xiàn)赤道附近的高山雪線比中緯度的青藏高原許多高山的雪線低200米左右。據(jù)此，他提出了青藏高原的“熱島效應(yīng)”理論——對流層大氣的主要直接熱源是地面（或稱“下墊面”），青藏高原由于下墊面大面積抬升（相當(dāng)于把“火爐”升高），故其熱量較同緯度、同平均海拔的其他地區(qū)更高，甚至比赤道附近的同海拔地區(qū)也要更高。
1833年，英國氣候?qū)W家賴克·霍華德（Lake Howard）在對倫敦城區(qū)和郊區(qū)的氣溫進(jìn)行了同時間的對比觀測后，發(fā)現(xiàn)了城區(qū)氣溫比郊區(qū)氣溫高的現(xiàn)象，并且首次在《倫敦的氣候》（The Climate of London）一書中記載了“熱島效應(yīng)”氣候特征，這是人類真正有文字記錄的研究城市熱島效應(yīng)的開始，也是人類關(guān)注城市氣象研究的開端。
1958年，曼利（Manley）首次提出“城市熱島”這一概念。
1969年，麥若浦（Myrup）根據(jù)能量交換方程，建立了描述城市熱島的靜力學(xué)方程，其基本出發(fā)點(diǎn)是利用能量平衡模式計算城市地表熱通量的日變化。
形成
隨著世界性城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市不斷的蔓延擴(kuò)大及農(nóng)村人口進(jìn)一步向城市集中，城市熱島現(xiàn)象變得越來越嚴(yán)重。由于這些人為原因，改變了城市地表的局部溫度、濕度、空氣對流等因素，進(jìn)而引起的城市小氣候產(chǎn)生變化，使得熱島效應(yīng)成為城市氣候最明顯的特征之一。
形成原理
城市的不斷發(fā)展，建筑物密度、高度不斷增大，人工鋪裝的路面、廣場越來越多，此立體化的下墊面層能夠比郊區(qū)吸收更多的太陽輻射能，這是形成熱島效應(yīng)的基本條件。
城市中心地區(qū)的人口集中，人們的生產(chǎn)生活釋放出大量人為熱量，各種能量使用之后，最后都轉(zhuǎn)變成為“低溫熱能”散放給環(huán)境，因此城市中心地區(qū)有大量的低溫?zé)崮苌⒎庞诃h(huán)境，使得城市中心地區(qū)溫度高于其他地區(qū)。城市局部的溫差引起了城區(qū)與郊區(qū)之間形成小型的熱力循環(huán)不均，城市區(qū)中心空氣受熱不斷上升，周圍郊區(qū)的冷空氣向市區(qū)匯流補(bǔ)充，城鄉(xiāng)間空氣的這種對流運(yùn)動，被稱為“城市風(fēng)”（Urban Wind），在夜間尤為明顯。在城市熱島中心上升的空氣又在一定高度向四周郊區(qū)冷卻擴(kuò)散下沉以補(bǔ)償郊區(qū)低空的空缺，由此形成了一種局地環(huán)流，稱為“城市熱島環(huán)流”，具體表現(xiàn)為城市中心地面空氣受熱上升在城市上空形成高壓，高空氣團(tuán)向周圍低壓區(qū)運(yùn)動冷卻下降落入郊區(qū)，郊區(qū)近地面氣壓升高促使空氣流回城市中心并開始新一輪環(huán)流，從而形成城市與周圍郊區(qū)的封閉環(huán)流。這樣，就使擴(kuò)散到郊區(qū)的廢氣、煙塵等污染物質(zhì)重新聚集到市區(qū)的上空難于向下風(fēng)向擴(kuò)散稀釋，加劇城市污染。同時城市風(fēng)的風(fēng)場形成對流的天氣，對降雨和干濕分布都有影響。
影響因素
下墊面指大氣底部與地表的接觸面，是底層大氣的主要熱量來源。城市下墊面主要為人工鋪砌的道路（如混凝土或柏油路面）、廣場建筑物和構(gòu)筑物，而郊區(qū)則以綠野、水面等自然下墊面為主。相比較而言，城市下墊面不透水面積遠(yuǎn)比郊區(qū)自然下墊面大，降雨后雨水很快從排水管道流失，因此其可供蒸發(fā)的水分比郊區(qū)少。同時城市的這些人工構(gòu)筑物吸熱快且比熱容小，在相同的太陽輻射條件下，它們比自然下墊面升溫快，吸收熱量多，蒸發(fā)耗熱少，散失熱量較慢，因而其表面溫度明顯高于自然下墊面。
植被是城市生態(tài)系統(tǒng)中的重要組分，其可減緩城市的環(huán)境壓力，減輕熱島效應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。城市植被通過蒸騰作用，從環(huán)境中吸收大量的熱量，降低環(huán)境空氣溫度，增加空氣濕度；同時大量吸收空氣中的Co2，抑制溫室效應(yīng)。另外，植物還能滯留大氣中的粉塵，減少城市大氣中總懸浮顆粒物的濃度。當(dāng)一個區(qū)域的植被覆蓋率達(dá)到30%時，城市綠地即對熱島效應(yīng)有較明顯的削弱作用；相反，植被減少則是城市熱島形成的首要貢獻(xiàn)因子。
同時，城市森林在調(diào)節(jié)城市小氣候中具有明顯的效果，而草地效果不明顯。因此，城市應(yīng)保持合理的喬、灌、草比率，如綠地中保持喬灌木覆蓋率不低于70%，有利于發(fā)揮綠地更高的生態(tài)作用。
人為熱源是指人類生產(chǎn)和生活中大量消費(fèi)各類能源并排出熱量，如工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及居民生活燃燒各種燃料并排放的大量熱量。在中高緯度城市，特別是在冬季，城市中排放的大量人為熱是熱島形成的一個重要因素。許多城市冬季熱島強(qiáng)度大于夏季，周一至周五熱島強(qiáng)度大于周末，即受此影響。
大氣污染物是指城市中的機(jī)動車、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活，產(chǎn)生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉塵等排放物。這些大氣污染物濃度大，氣溶膠微粒多，會吸收下墊面熱輻射，在一定程度上起了保溫作用，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，從而引起大氣進(jìn)一步升溫。白天大氣污染物削弱了太陽的直接輻射，城區(qū)升溫減緩，有時可在城市產(chǎn)生“冷島”效應(yīng)。夜間大氣污染物將減少城區(qū)地表有效長波輻射所造成的熱量損耗，起到保溫作用，使城市比郊區(qū)“冷卻”得慢，形成夜間熱島現(xiàn)象。
穩(wěn)定和氣壓梯度小的天氣形勢有利于城市熱島的形成。在強(qiáng)冷鋒過境時，即無熱島現(xiàn)象。當(dāng)風(fēng)速大、空氣層結(jié)不穩(wěn)定時，城郊之間空氣的水平方向和垂直方向的混合作用強(qiáng)，城區(qū)與郊區(qū)間的溫差不明顯。一般情況是夜晚風(fēng)速小，空氣穩(wěn)定度增大，熱島強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)晴天無云時，城郊之間的反射率差異和長波輻射差異明顯，有利于熱島的形成。
熱島效應(yīng)主要是各個區(qū)域不同的建筑結(jié)構(gòu)（幾何結(jié)構(gòu)）和建筑材料所引起的，城市中溫度最高的區(qū)域往往與最深的城市街道相對應(yīng)，即通常分布在市中心。如果街道走向設(shè)計或幾何形狀不合理，則密不通風(fēng)，風(fēng)速小，熱量不易散發(fā)，溫室氣體也難于迅速擴(kuò)散，導(dǎo)致局部氣溫過高。即使是1000人的小城鎮(zhèn)也能在長時間溫度記錄中觀測到熱島效應(yīng)的存在。
城市人口越多規(guī)模越大，熱島效應(yīng)越明顯。據(jù)研究，1萬人口城市的熱島強(qiáng)度達(dá)到0.11℃，10萬人口0.32℃，100萬人口0.91℃。
不同地理位置城市（包括沿海和復(fù)雜地形）的熱島效應(yīng)不同，如沿海（或湖、江、河）城市的空氣運(yùn)動除了受熱島環(huán)流的影響，還不可避免地受到海陸風(fēng)的影響，兩種環(huán)流的相互作用，可能改變城市能量平衡，并對氣候變化極端天氣、污染物傳播產(chǎn)生重要影響。
主要特征
氣溫
城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致建筑物最為密集的市中心區(qū)閉合等溫線溫度最高，然后逐漸向外降低，郊區(qū)溫度最低，城區(qū)溫度高出郊區(qū)農(nóng)村0.5~1.5℃（年平均值）左右，城市熱島中心氣溫一般比周圍郊區(qū)高1℃左右，在夏季城市局部地區(qū)的氣溫有時甚至比郊區(qū)高出6℃以上。
熱島強(qiáng)度是指熱島中心氣溫減去同時間、同高度近郊的氣溫差值，差值愈大表示熱島發(fā)展愈強(qiáng)。所以熱島強(qiáng)度的強(qiáng)弱只與二者差值有關(guān)，而與氣溫絕對值非線性相關(guān)。
氣壓
由于熱島中心區(qū)域近地面氣溫高，大氣做上升運(yùn)動，與周圍地區(qū)形成氣壓差異，周圍地區(qū)近地面大氣向中心區(qū)輻合，從而在城市中心區(qū)域形成一個低壓旋渦，從而產(chǎn)生一個以市區(qū)為中心的低壓系統(tǒng)以及指向市中心的氣壓梯度力。
氣流運(yùn)動
城市熱島可影響近地層溫度層結(jié)，并達(dá)到一定高度。城市全天以不穩(wěn)定層結(jié)為主，而鄉(xiāng)村夜晚多逆溫。水平溫差的存在使城市暖空氣上升，到一定高度向四周輻散，而附近鄉(xiāng)村氣流下沉，并沿地面向城市輻合，近地面產(chǎn)生由郊區(qū)吹向城市的熱島環(huán)流，這種流場在夜間尤為明顯。同時熱島效應(yīng)會增強(qiáng)空氣對流，空氣中的煙塵提供了充足的水汽凝結(jié)核，對歐美許多大城市研究發(fā)現(xiàn)，城市降水比郊區(qū)多（一般多5%~10%）。
強(qiáng)度變化
城市熱島強(qiáng)度隨時間的變化主要表現(xiàn)出兩種周期性的變化，即日變化和年變化。在晴朗無風(fēng)的天氣下，日變化表現(xiàn)為夜晚強(qiáng)，白晝午間弱，尤其是日落后3-5小時內(nèi)為最強(qiáng)；年變化表現(xiàn)為秋冬季強(qiáng)，春夏季弱。太陽輻射熱量和余額以冬季最小，加上冬季時中高緯度還有取暖熱量，因此熱島效應(yīng)以冬季最強(qiáng)。不同地區(qū)城市的熱島效應(yīng)在各個季節(jié)的強(qiáng)弱變化是不同的。對于中高緯度地區(qū)，城市熱島強(qiáng)度的表現(xiàn)為冬季最強(qiáng)，夏季較弱，春秋季介于冬夏之間。對于低緯度地區(qū)，熱島效應(yīng)在各個季度相差不大。
城市熱島強(qiáng)度不但有周期性變化，而且還有明顯的非周期性變化。引起熱島強(qiáng)度非周期性變化的原因主要與當(dāng)時的風(fēng)速、云量、天氣形勢和低空氣溫直減率有關(guān)，主要表現(xiàn)為風(fēng)速越大，云量越多，天氣形勢越不穩(wěn)定，低空氣溫直減率越大，熱島強(qiáng)度就越小，甚至不存在熱島；反之，熱島強(qiáng)度就越大。
世界上熱島最強(qiáng)的是中高緯度的大中城市，如加拿大的溫哥華11℃(1972年7月4日)，德國柏林13.3℃。中國曾觀測到的最大城鄉(xiāng)溫差（城市熱島強(qiáng)度），上海市是6.8℃（1979年11月13日20時），北京是9.0℃（1966年2月22日清晨）。城鄉(xiāng)溫差一般是隨緯度的升高而增大的。因為人為熱量和太陽輻射熱量余額（太陽短波熱量收入減去地面長波輻射支出熱量）的比值，是從赤道向高緯度迅速增加的。
城市熱島的水平分布表現(xiàn)為熱島出現(xiàn)在人口密集，建筑物密度大，工商業(yè)最集中的地區(qū)，而郊區(qū)則有較好的植被覆蓋或者農(nóng)田密布，熱島強(qiáng)度小。熱島的空間分布因高度的不同而有所差別，表現(xiàn)在白天城郊熱島強(qiáng)度差別不明顯；夜晚城郊熱島強(qiáng)度差別大，并且強(qiáng)度的這種差別隨高度的升高而下降，到一定的高度還會出現(xiàn)“交叉”現(xiàn)象。
主要影響
對城市的影響
城市熱島效應(yīng)會顯著增強(qiáng)氣候變化的影響，并且這種額外的升溫效應(yīng)在超大城市中更突出，會加劇城市熱風(fēng)險和人口的脆弱性。2020年，中國約有1.45萬人因熱浪過早死亡，高溫造成的勞動時間損失約為315億小時，造成的經(jīng)濟(jì)損失約占全年國民生產(chǎn)總值GDP的1.4%。
“氣滯效應(yīng)”是指城市的空氣很難擴(kuò)散更新，城市產(chǎn)生的有害氣體長期在城市內(nèi)循環(huán)流動，使得城市居民都會吸入有害氣體，這是“熱島效應(yīng)”的最主要危害。城市熱島形成了一個“氣包袱”包裹著整個城市，城市任何角落排放的有害氣體，經(jīng)過往復(fù)循環(huán)流動之后會散發(fā)到各處，每一個人都會吸入這種有害氣體。比如居住在距離道路比較遠(yuǎn)的地方人們，也同樣會吸入汽車尾氣等有害氣體。
熱島效應(yīng)對年平均溫度的影響主要包括三個方面，即年平均溫度值升高、年際間溫度差異下降和氣候趨勢的改變。小行星3789熱島的平均強(qiáng)度不到0.06℃，與全球的0.05℃接近；也有研究認(rèn)為，從20世紀(jì)70年代到90年代的20年里，熱島強(qiáng)度以每10年0.1℃的速度上升，而珠江三角洲都市群熱島強(qiáng)度由1983年前的0.1℃上升到1993年的0.5℃；還有人估計城市化和土地利用性質(zhì)的改變會使熱島強(qiáng)度以每個世紀(jì)0.27℃的幅度上升。
夏季熱島效應(yīng)加劇了酷熱，應(yīng)用空調(diào)制冷所消耗的能量十分巨大，據(jù)美國能源部的估計，美國為緩解熱島效應(yīng)每年要多花費(fèi)高達(dá)100億美元的能源成本支出。另一方面熱島效應(yīng)促使城市用于空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的耗能量（包括建筑物內(nèi)、交通工具內(nèi)等）上升，從而導(dǎo)致溫室氣體排放大量增加，溫室氣體排放又直接加速全球變暖，氣溫進(jìn)一步上升，反過來又加重?zé)釐u效應(yīng)，這兩者之間已經(jīng)形成了惡性循環(huán)。
熱島效應(yīng)也會加劇發(fā)生熱浪的危險，使一些地區(qū)夏季高溫天氣持續(xù)時間增長，高溫日出現(xiàn)頻繁，增加火災(zāi)發(fā)生頻率。
對人的影響
夏季時本就較高的氣溫加上熱島效應(yīng)影響，可以直接影響人們的日常生活和工作，損害人體健康。在熱島效應(yīng)作用下，周圍各類廢氣和有害化學(xué)氣體隨上升氣流擴(kuò)散，使區(qū)內(nèi)的居民極易患上消化系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)等的疾病，還行引發(fā)各種“城市病”和多發(fā)性流行病。醫(yī)學(xué)研究表明，環(huán)境溫度與人體的生理活動密切相關(guān)，當(dāng)溫度高于28℃時，人會有不舒適感；溫度再高就易導(dǎo)致煩躁、中暑和精神紊亂等；氣溫高于34℃并加以熱浪侵襲還可引發(fā)一系列疾病特別是心臟病、腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病，使死亡率顯著增加。
對環(huán)境的影響
熱島效應(yīng)會帶來各種異常的城市氣象，如暖冬、風(fēng)及暴雨、夏季城市區(qū)域酷熱天氣日數(shù)量（35.1~40℃）多于郊區(qū)等。城市熱島效應(yīng)會引起局地環(huán)流，使得城市風(fēng)場特征極為復(fù)雜。熱島的存在使得城區(qū)凝露量、結(jié)霜量、霜凍日數(shù)、下雪頻率和積雪時間都小于郊區(qū)。熱島效應(yīng)還改變著其他城市氣象，例如云和霧的發(fā)展、閃電的頻率等。
熱島效應(yīng)的出現(xiàn)，加強(qiáng)了城市區(qū)域大氣的熱力對流，再加上城市大氣中的許多污染物本身就是凝結(jié)核，同時城市集中的建筑物使風(fēng)速減小，強(qiáng)雨帶等天氣系統(tǒng)在城市上空停留的時間比空曠的郊區(qū)長，總降水量增多，這被稱之為“雨島效應(yīng)”。“雨島效應(yīng)”會使城市降雨的次數(shù)比城市化前增加10%到20%，城市降水量一般比郊區(qū)多5%~10%，另外暴雨和冰雹的次數(shù)也會大幅增加。
城市區(qū)域的降水量雖比郊區(qū)多，但市區(qū)空氣的相對濕度卻比郊區(qū)低。其原因除了市區(qū)大部分降水被排走，市區(qū)蒸發(fā)到空氣中的水分少外，熱島效應(yīng)也是主要原因之一。
由于熱島效應(yīng)的存在，城市中盛行上升氣流，上升的氣流中含有大量的煙塵等微粒，因而城市上空容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)近地層空氣污染嚴(yán)重。在高溫季節(jié)，城市排放的廢氣中，例如氮氧化合物、碳?xì)浠衔?，?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，其危害性更大。城市里持續(xù)的高溫可以加速某些特定的大氣化學(xué)循環(huán)，從而導(dǎo)致地表臭氧的提高。
熱島效應(yīng)使得生物物候、生理活動、區(qū)系組成、種群結(jié)構(gòu)、分布范圍以及繁殖活動等發(fā)生改變。由于市中心溫度提高，植物發(fā)芽、開花時間提前，落葉時間延遲，例如日本大城市出現(xiàn)櫻花早開、紅葉遲紅等現(xiàn)象。溫度提升促進(jìn)近地層臭氧形成，導(dǎo)致近郊農(nóng)作物減產(chǎn)5%~10%。由于市區(qū)溫度的提高，無霜期延長，極端低溫趨向緩和，使得本不屬于該區(qū)系的植物經(jīng)過人類馴化，在城市得以繁殖生長。另一方面，由于溫度的提高，尤其是極端高溫，又限制了一些植物的生長。
城市產(chǎn)生的上升熱氣流，與潮濕的海陸氣流相遇，會在局部地區(qū)上空形成亂積云，引起暴雨，造成洪水、山體滑坡和道路塌陷等災(zāi)害。
應(yīng)對措施
控制城市規(guī)模
城市規(guī)模越大、人口越多，熱島效應(yīng)越強(qiáng)。中國城市熱島效應(yīng)以北京、上海市、廣州市等城市較強(qiáng)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市基本建設(shè)加快，使得城市的規(guī)模普遍越來越大，這需要城市建設(shè)管理部門防止“一邊建設(shè)一邊污染”。
在控制城市規(guī)模的同時，還應(yīng)防止人口密度和建筑密度過高。局部的高密度會因大量消耗能源而釋放高強(qiáng)度的人為熱，加上其他形式凈得熱量，產(chǎn)生很強(qiáng)的局部地區(qū)熱島效應(yīng)，惡化市區(qū)熱環(huán)境，故在城市規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)盡量避免將人口密度與建筑物密度較高的功能區(qū)連片布置。
增加自然下墊面的比例
在城市建設(shè)中，在城市中心區(qū)域規(guī)劃出足夠的水面和綠地，而且應(yīng)該分布合理。增加自然下墊面的比例，大力發(fā)展城市綠化，營造各種“城市綠島”是防治熱島效應(yīng)的有效措施。城市綠地是城市中的主要自然因素，因此大力發(fā)展城市綠化，是減輕熱島影響的關(guān)鍵措施。
研究表明城市綠化覆蓋率與熱島強(qiáng)度成反比，綠化覆蓋率越高，則熱島強(qiáng)度越低，覆蓋率大于50%，綠地對熱島的削減作用極其明顯。規(guī)模大于30000m2且綠化覆蓋率達(dá)到60%以上的集中綠地，基本上與郊區(qū)自然下墊面的溫度相當(dāng)，即消除了熱島現(xiàn)象，在城市中形成了以綠地為中心的低溫區(qū)域，成為人們戶外游憩活動的優(yōu)良環(huán)境。
除了綠地能夠有效緩解熱島效應(yīng)之外，水面也是緩解熱島效應(yīng)的有效因素水的熱容量大，在吸收相同熱量的情況下，升溫值最小，表現(xiàn)出比其他下墊面的溫度低；水面蒸發(fā)吸熱，也可降低水體的溫度。
合理使用人工鋪裝
在城市區(qū)域，由于道路、橋梁等功能要求的需要，必須采用水泥、瀝青等人工鋪裝。但長期以來，在各種路面、廣場以及內(nèi)部庭院盲目使用瀝青、混凝土等硬質(zhì)鋪裝的現(xiàn)象，是造成夏季嚴(yán)重干熱的主要原因之一。故應(yīng)合理使用人工鋪裝，使之不超過功能所必需的面積。
改變城市規(guī)劃與設(shè)計理念
應(yīng)啟用生態(tài)合理的能源規(guī)劃、城市開發(fā)、交通、綠地生態(tài)規(guī)劃模式。建筑物是城市下墊面的重要組成部分，它對城市氣溫的影響很大，要合理布局城市建筑物，根據(jù)城市地理環(huán)境（包括緯度、地形、風(fēng)向、風(fēng)速、日照、輻射條件等）確定道路網(wǎng)的方位、寬度，建筑物朝向、間距以及建筑物的形體等。
狹窄的街道、建筑密集的里弄或胡同不利于空氣的流通，不利于市區(qū)的熱空氣散失到郊外，也不利于空氣中污染物向城外擴(kuò)散。因此，在城市新建和改建時，在總體規(guī)劃中，要設(shè)計有一定數(shù)量、一定寬度，且與夏季感行風(fēng)向相近的街道，以加強(qiáng)市區(qū)與郊區(qū)之間機(jī)械紊流熱交換，使得城市的多余熱量較快地轉(zhuǎn)移到郊區(qū)。
合適的建筑材料可以有效提高反射率，降低吸收率，對緩解熱島效應(yīng)具有明顯的作用。使用能降溫節(jié)能、緩解熱島強(qiáng)度的戶外建筑材料，提倡滲透性的地面鋪裝材料，通過在建筑物屋頂上涂淺色的涂料，垂直墻面上貼白色墻面磚等均可提高城市下墊面對太陽輻射熱的反射率，降低吸收率。另外，在城市區(qū)域建筑設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)推行屋頂栽植、墻面立體綠化等設(shè)計措施，對改善城市熱環(huán)境起著良好的作用。
減少人為熱的排放量
由于在城市工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中釋放了大量的熱，促成了熱島的形成。因此，減少人為熱的排放量已經(jīng)顯得極其必要。應(yīng)該合理地控制市區(qū)的人口規(guī)模和密度，改善能源配置和使用條件，采取工業(yè)集中采熱，集中供熱，發(fā)展民用煤氣，以電代煤；通過發(fā)展清潔燃料開發(fā)利用太陽能等新能源，減少向環(huán)境中排放人為熱。同時需要向城市居民灌輸環(huán)保生活理念，提倡每個人、每戶家庭都要將環(huán)保的生活理念貫穿于日常生活的方方面面，變成自覺行為。大量降低交通運(yùn)輸、空調(diào)、烹飪[rèn]及工業(yè)生產(chǎn)過程的廢熱，提高能源利用效率，實(shí)行清潔生產(chǎn)，或者開發(fā)利用新型高效環(huán)保能源。
預(yù)防和治理大氣污染
根據(jù)城市的性質(zhì)及其定位確定合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展少污染、無污染的工業(yè)，特別要加快第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時加強(qiáng)工業(yè)整治及機(jī)動車尾氣治理，限制大氣污染物的排放，減少對城市大氣組成的影響。搞好消煙防塵，積極創(chuàng)建煙塵控制區(qū)，減少CO等大氣污染物的排放量，提高大氣質(zhì)量。
利用人工蒸發(fā)補(bǔ)償
采用噴霧系統(tǒng)是一種高效且經(jīng)濟(jì)的辦法。蒸發(fā)量在0.05g/sm時（白天噴霧11小時相當(dāng)于2mm降雨量），大氣平均降溫達(dá)7℃。
相關(guān)研究
熱島效應(yīng)包括三個層次，分別為城市邊界層熱島（BLHI）、城市冠層熱島（CLHI）和城市地表熱島（SUHI）。城市邊界層處于最上層，日間厚度大約為1km，夜間通常會縮減到幾百米，城市邊界層熱島是城市邊界層與郊區(qū)邊界層之間的溫度差異。城市冠層處于城市邊界層之下，指緊鄰城市地表的大氣層，其厚度基本等價于城市建筑的平均高度。城市冠層溫度與郊區(qū)冠層溫度的差異被稱為城市冠層熱島效應(yīng)。上面兩層一般用來描述城市大氣的熱島效應(yīng)，數(shù)據(jù)多由實(shí)際測量得到。
城市地表熱島是用來描述城市地面的熱島效應(yīng)，它代表了地表附近的熱環(huán)境狀況，影響生態(tài)系統(tǒng)的能量交換與物質(zhì)流動，與人體的舒適度感受緊密相關(guān)，此類數(shù)據(jù)主要通過遙感技術(shù)獲取。由于研究目的、范圍以及對象的不同，對于城市熱島現(xiàn)象的研究方法可分為地面氣象資料觀測法、邊界層數(shù)值模擬法和遙感監(jiān)測法。
地面觀測法主要以城郊固定氣象臺資料為基礎(chǔ)，與流動觀測資料配合進(jìn)行城郊?xì)鉁貙Ρ妊芯?。城郊地面觀測氣象數(shù)據(jù)對比法是最早的城市熱島研究方法，這種方法使用統(tǒng)計學(xué)方法等對城區(qū)和郊區(qū)的氣象資料進(jìn)行分析，得到該區(qū)域熱島強(qiáng)度。
地面氣象資料觀測法在城市熱島的最初發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識階段發(fā)揮了重要的作用。但是由于氣象站點(diǎn)分布較為稀疏，點(diǎn)尺度上的研究很難真實(shí)、有效地擴(kuò)展到城市熱島平面布局、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等面尺度研究上，難以滿足城市尺度各類熱島問題的研究需要，僅依賴地面?zhèn)鹘y(tǒng)觀測手段的城市熱島研究越來越少。
邊界層數(shù)值模擬則是利用從一維到三維中尺度模式對特定高度下的空間區(qū)域的溫度、濕度和風(fēng)場進(jìn)行空間數(shù)值模擬。以熱力學(xué)和動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，研究地球與大氣之間的熱力交換過程，對城市下墊面能量平衡與能量交換及溫度場的基本特征進(jìn)行定量分析。
邊界層數(shù)值模擬較多側(cè)重于研究單純的城市大氣環(huán)境問題，內(nèi)容局限于對城市內(nèi)外近地層氣象要素的比較分析，模擬的尺度范圍局限于數(shù)百米至數(shù)千米，另外下墊面復(fù)雜性和資料的不完整性也限制了邊層數(shù)值模擬法的發(fā)展。
遙感監(jiān)測根據(jù)不同地物吸收太陽長波輻射特性，形成各自不同的波段輻射值，使用熱紅外傳感器對下墊面地表溫度進(jìn)行觀測，再通過計算機(jī)進(jìn)行處理得到地表溫度圖像。遙感監(jiān)測方法主要有基于地表溫度反演的熱島監(jiān)測方法、基于植被指數(shù)的熱島監(jiān)測方法、基于熱力景觀的熱島監(jiān)測方法和基于降尺度的高分辨率熱島反演方法等。
通過遙感手段獲取的數(shù)據(jù)具有時間同步性好、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在局限性。由于遙感傳感器獲取的是下墊面地表溫度，而非近地面空氣溫度，不能體現(xiàn)真實(shí)的城郊?xì)鉁夭町?。已有相關(guān)研究將地表溫度轉(zhuǎn)換為空氣溫度，但這種方法的誤差較大。遙感數(shù)據(jù)獲取受多方面條件限制，如大氣條件、云層遮蓋程度等，遙感數(shù)據(jù)分辨率不高對熱島效應(yīng)的研究也有影響。
參考資料 >
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建成區(qū)綠化覆蓋面積中喬、灌木所占比率.深圳政府在線.2024-05-04
人為熱釋放全球氣候效應(yīng)及氣候反饋機(jī)理的研究.云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院.2024-05-04
城市“雨島”.中國氣象局.2024-05-04