城市“多島”效應(yīng)——城市氣候的特征

一、城市混濁島效應(yīng)

首先，城市大氣污染物比郊區(qū)多，含有大量塵粒，凝結(jié)物濃度大，霧天多，能見(jiàn)度下降；其次，大氣中凝結(jié)核多，低空的熱力湍流和機(jī)械湍流又比較強(qiáng)，陰天日數(shù)遠(yuǎn)比郊區(qū)多；第三，大氣中污染物和低云量多，使日照數(shù)減少，太陽(yáng)輻射大大削弱。市區(qū)大氣中含有大量塵粒，使年平均太陽(yáng)光輻射總量比郊區(qū)約少15%～20%，高緯度地區(qū)尤其嚴(yán)重，使市區(qū)紫外線比郊區(qū)甚至少30%，日照時(shí)數(shù)減少約15%。

二、城市熱島效應(yīng)

城市氣溫通常比郊區(qū)高，人口密集區(qū)和工廠區(qū)氣溫高，成為熱島中的“高峰”（又稱熱島中心）。城市好像一個(gè)“熱島”矗立在農(nóng)村較涼的“海洋”之上，稱為城市熱島效應(yīng)。研究表明，城市熱島強(qiáng)度是夜間大于白天，日落以后城郊溫差迅速增大，日出以后又明顯減小。世界城市，無(wú)論其緯度、海陸位置、地形起伏有何不同，都能觀測(cè)到熱島效應(yīng)，而其熱島強(qiáng)度又與城市規(guī)模、人口密度、能源消耗和建筑物密度等密切有關(guān)。

城市熱島的形成有多種因素：①下墊面因素。下墊面不透水面積大：城市中除少量綠地外，絕大部分為人工鋪就的道路、廣場(chǎng)建筑物和構(gòu)筑物，其下墊面不透水面積遠(yuǎn)比郊區(qū)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，形成“城市下墊面溫度熱島”；下墊面的熱性質(zhì)：城市多水泥和柏油路面，白天儲(chǔ)熱多，夜晚地面降溫比郊區(qū)慢，致使城市下墊面的儲(chǔ)熱量顯著高于郊區(qū)；下墊面的幾何形狀：城市中建筑物參差錯(cuò)落，形成許多高寬比不同的“城市街谷”。白天在太陽(yáng)照射下，由于街谷中墻壁與墻壁間，墻壁與地面之間，多次反射和吸收，在其它條件相同的情況下，能夠比郊區(qū)獲得較多的太陽(yáng)輻射能。如果墻壁和屋頂涂刷較深的顏色，則其反射率會(huì)更小，吸收的太陽(yáng)能將更多，并因?yàn)閴Ρ凇⑽蓓敽偷孛娴慕ㄖ牧嫌志哂休^大的導(dǎo)熱率和熱容量，“城市街谷”于日間吸收和儲(chǔ)存的熱能遠(yuǎn)比郊區(qū)多。②人為熱。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(gè)重要因素。溫室氣體：城市中因能源消耗大，排放至大氣中的CO₂等溫室氣體遠(yuǎn)比郊區(qū)多，其增溫效應(yīng)很明顯。③天氣形勢(shì)與氣象條件。在穩(wěn)定的天氣形勢(shì)下，一般情況是夜晚風(fēng)速小，空氣穩(wěn)定度增大，有利于城市熱島的形成。在強(qiáng)冷鋒過(guò)境時(shí)，無(wú)熱島現(xiàn)象；在晴天無(wú)云時(shí)，城郊之間的反射率差異和長(zhǎng)波輻射差異明顯，有利于熱島的形成。

三、城市干島和濕島效應(yīng)

城市相對(duì)濕度比郊區(qū)小，有明顯的干島效應(yīng)，是城市氣候普遍的特征。白天在太陽(yáng)照射下，對(duì)于下墊面通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程而進(jìn)入低層空氣中的水汽量，城區(qū)小于郊區(qū)；城區(qū)由于下墊面粗糙（建筑群密集、高低不齊），又有熱島效應(yīng)，城區(qū)低層水汽向上層空氣的輸送量又比郊區(qū)多，形成“城市干島”。到了夜晚，風(fēng)速減小，郊區(qū)氣溫下降快，有大量水汽在地表凝結(jié)成露水，存留于低層空氣中的水汽量少。城區(qū)因有熱島效應(yīng)，其凝露量遠(yuǎn)比郊區(qū)少，夜晚湍流弱，與上層空氣間的水汽交換量小，出現(xiàn)“城市濕島”。這種由于城郊凝露量不同而形成的城市濕島，大都在日落后若干小時(shí)內(nèi)形成，在夜間維持。日出后因郊區(qū)氣溫升高，露水蒸發(fā)，很快郊區(qū)水汽壓又高于城區(qū)，即轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘懈蓫u。在城市干島和城市濕島出現(xiàn)時(shí)，必伴有城市熱島，這是因?yàn)槌鞘懈蓫u是形成城市熱島的原因之一，而城市濕島的形成又必須先有城市熱島的存在。

四、城市雨島和霧島效應(yīng)

在熱島效應(yīng)的影響下，城市上空的云、霧會(huì)增加，城市的風(fēng)、降水等也會(huì)發(fā)生變化。這就是“熱島效應(yīng)”帶來(lái)的城市“雨島效應(yīng)”、“霧島效應(yīng)”等。如上海市區(qū)汛期雨量平均比遠(yuǎn)郊多50毫米以上，等于多下了一場(chǎng)暴雨。城市霧氣多由工業(yè)、生活排放的各種污染物形成的酸霧、油霧、煙霧、光化學(xué)霧等混合而成。霧多不僅危害動(dòng)植物，還會(huì)妨礙水陸交通和供電。

雨島形成的條件是：①在大氣環(huán)流較弱，有利于在城區(qū)產(chǎn)生降水的大尺度天氣形勢(shì)下，由于熱島環(huán)流所產(chǎn)生的局地氣流的輻合上升，有利于對(duì)流雨的發(fā)展。②城市下墊面粗糙度大，對(duì)移動(dòng)滯緩的降雨系統(tǒng)有阻障效應(yīng)，使其移速更為緩慢，延長(zhǎng)城區(qū)降雨時(shí)間。③城區(qū)空氣中凝結(jié)核多，其化學(xué)成分不同，粒徑大小不一，當(dāng)有較多大核存在時(shí)，有促進(jìn)暖云降水作用。上述種種因素的影響，會(huì)“誘導(dǎo)”暴雨最大強(qiáng)度的落點(diǎn)位于市區(qū)及其下風(fēng)方向形成雨島。

五、屏風(fēng)效應(yīng)和峽谷風(fēng)效應(yīng)

過(guò)去一些住宅舊區(qū)，大廈層數(shù)不會(huì)太高，也不會(huì)太密集，樓宇之間總會(huì)留下一些空間，常會(huì)有清風(fēng)徐來(lái)。由于城市的建設(shè)，一座座高樓大廈拔地而起，遠(yuǎn)看就如同建起了一道屏障。大自然的清風(fēng)都被屏障擋住，吹不進(jìn)屋里來(lái)。屏風(fēng)效應(yīng)式的環(huán)境，帶來(lái)的后果嚴(yán)重：住戶用空調(diào)過(guò)多，耗電量猛增，也造成溫室效應(yīng)。長(zhǎng)期關(guān)窗，呼吸系統(tǒng)毛病增加，哮喘、鼻敏感患者大增，對(duì)病毒在住戶中的傳播將會(huì)增加不少風(fēng)險(xiǎn)。

由于建筑物高大，風(fēng)力不能透過(guò)，必然繞過(guò)建筑物在其周圍形成較強(qiáng)氣流，產(chǎn)生所謂的峽谷風(fēng)效應(yīng)。它不僅使這些建筑周邊的街道風(fēng)速加大，甚至?xí)垢邩潜砻娌Ａ粔Α⒋善霈F(xiàn)“雪崩”，影響路人和行車安全。如美國(guó)曾有學(xué)者花數(shù)十年時(shí)間研究了紐約摩天大樓對(duì)城市風(fēng)向和風(fēng)力的影響，發(fā)現(xiàn)這些高樓不僅改變了城市的風(fēng)向，還使風(fēng)力有所增大，直接影響了建筑和居民的安全。