带状城市绿地水体景观对城市热岛效应影响的实验研究

徐清浩，宋秉键，杨燕卿

XU Qing-hao1, SONG Bing-jian1, YANG Yan-qing2

（1.山西大学；2.厦门大学）

（1. Shanxi University；2. Xiamen University）

1 引言

太原市，作为山西省省会城市，是中国最重要的能源、重工业基地之一。2000年来，随着太原市经济的快速发展，城市规模扩张十分显著，由于城市的不断发展，城市下垫面发生了根本的变化，一方面城市下垫面粗糙度的改变影响了城市边界层结构，另一方面城市地表覆盖形式的改变造成了地表长波辐射状况的变化。此外城市人为热排放量较多，加之工业生产的热量排放也使得城市热环境比郊区复杂，进而导致城区温度普遍高于郊区，这便是城市热岛效应。在新时代的发展背景下，太原市为改善城市生态环境，打造生态城市做出了诸多努力。太原市汾河景观，作为本市最大绿地水系规划项目对城市气候产生了巨大影响。基于太原市目前的城市绿地规划和环境治理的现状，提出汾河滨河绿地带等绿地规划对城市热岛效应的影响状况及改善范围做出证明的研究思路。

2 热岛效应作用机理

城市热岛效应，是指由于人为原因，改变了城市地表的局部温度、湿度、空气对流等因素，进而引起的城市小气候变化现象。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得城市地区升温较快，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围 之中。

3 研究思路与方法

3.1 研究思路

热岛效应主要表现在局部温度高于周边温度，所以温度是热岛效应研究中一个很重要的评价指标。城市热岛中心，气温一般比周围郊区高1℃左右，最高可达6℃以上。由此，在研究测量过程中，我们主要对测点的温度信息进行了采集记录，并将是否产生热岛效应的热岛强度ΔT(ΔT=市区温度tc-郊区温度ta)的界限划定为1℃，即热岛强度大于等于1℃即认为产生了热岛效应。通过研究《城市环境物理》中热岛强度的日变化图表，我们发现北方城市全年中冬季夜间热岛强度最强，城市热岛效应最显著，白天热岛效应相应较弱，峰值出现在下午16：00～晚上21：00及凌晨4：00左右。因此，考虑到测量便捷性，特选取下午16：00～晚上21：00为测量时间。为了论证太原市最大的绿地水系规划项目汾河景观带对太原市热岛效应的减弱起到绝对积极的作用，我们将汾河景观带温度类比做郊区温度，将其与城市测点温度求差值来大致探究差值在1℃的区域 范围。

3.2 研究方法与小结

第一、二次的测量中，选取的范围是：东西方向从和平北路至柳巷，南北方向从迎泽大街至府西街。将此段范围划分为四个区，每个区域选取20个测点，在下16：00～21：00时间区段内，每一小时为单位（共5个时段），四人同时测量各自区域内的20个测点的温度，并将各时段内各区域的数据求平均值。分析发现：河东部分与汾河段温度平均值相差1℃左右的区域在区段3附近，且区段3后温度平均值变化趋于平缓；河西部分温度平均值与汾河段相差1℃左右的区域在两数据之间的位置。实验，汾河景观带确实对太原市城市热岛效应起到绝对积极的减弱作用，而且可将其影响范围划定在桃园路至柳巷之间，初步判断在新建路附近。数据表明在距汾河同等距离的区段内，河西的温度普遍较河东低，河西温度较低的原因为温度影响因素不唯一，除汾河景观带的影响外，还可能存在其他对其温度影响较大的因素，初步推断为太原市西山冷源的影响。

第一次采用的“环式”测量方法所划定的每个测量区域范围过大，区域内温度影响因素过多，出现了同区段内温差变化过大的现象，为了较为精确地确定出汾河景观带对太原市热岛效应减弱的影响范围，将原来的“环式”测量方式变换为“线式”测量方式，在汾河的不同位置选择东西向街道进行测量。

第三次将迎泽桥东到五一广场区段内的迎泽大街按大致均等的距离划分为三段，每段分布4个测点，由三人分段同时测量，19：00～21：00每15min完成一组，而后往复。汾河定点测量（数据由15min内4个数据平均值得到）。第四次将众纺路至并州北路区段内的南内环街从南内环桥的两侧划分为两段，每段分布8个测点，由两人同时分段测量，从17：00～21：00每30min完成一组，一人汾河定点测量（数据由30min内8个数据平均值得到），一人郊区（太原大学新校区附近）。分析发现：在迎泽街处数据，测点1至测点6范围内温度变化较大，测点6以后温度变化趋于平缓，且与测点1（汾河）处数据相差1℃的区域就在测点6附近；在南内环街处数据，河东部分测点9至测点11范围内温度变化较大，测点11后温度变化趋于平缓。在迎泽大街的测点6与南内环街的测点11正好处于新建路附近。由此可以验证，汾河景观带对太原市热岛效应的减弱起到绝对积极的作用，且其影响范围在河东部分就到达新建路附近。但在南内环街测量的12月18号是雾霾天气，加之汾河处于结冰期，其对热岛效应的影响效果变弱，因此得到的数据中，南内环街河东部分与汾河处温度相差1℃的位置处于新建路西侧。从郊区与汾河的温度差值图分析也可发现，随着入夜时间推移，郊区与汾河温度的差值不断加大，表明太阳落山后郊区温度下降很快，而处于结冰期的汾河在雾霾天气下温度下降缓慢，对城市气候调节能力减弱，热岛效应明显。在南内环街的调研中，也存在河西温度普遍比河东温度低的现象，与第一次测量得到的结果相同，由此推断河西温度的另一主要影响因素为西山冷源。

通过前四次对于实验的探究，测量方法基本维持稳定，第四次的测点划分与测量方法延续至后续四次的测量。第五次测量，选取北大街（范围由兴华街西中环路口至北大街五一路口）。分析发现，兴华街到北大街，整体温度都在一度范围内波动，河东温度变化趋势平缓，河西温度略有波动。河西部分测点7为最低点，该处为新建楼盘的工地，水泥凝结硬化过程中吸热造成温度降低。

第六次测量，选取长风街（范围由长风街西中环路口至坞城路口）。分析发现，长风桥西到西中环路口，温度持续下降。原因在于在长风街区段汾河跟西山的位置较之前为最近，由此得出，此次在河西部分西山冷源的影响能力比汾河大，成为了影响热岛效应的主导因素。根据河东的数据能大致判断出影响范围到达平阳路附近，汾河的影响范围较之前有所减少，高度集中的建筑布局和高密度人流造成的大强度人为热使得汾河对气候调节的能力进一步减弱。同时河东部分测点16后温度逐渐下降，原因在于测点16后长风街建筑密度持续减小，下垫面均匀，热岛效应逐渐减弱。

第七次测量，选取南中环街（范围由西中环路口至北张小区）。分析发现，西中环路口到汾河区段的测点的变化趋势几乎一样，证明此次河西温度变化随着时间的推移统一变低。河东温度的变化趋势差别较大，18：30～19：00整体较平缓，往后波动较明显，因为河东地区测点15与测点19附近多为写字楼，白天人口密集，夜晚人口稀少，人为放热变化较大，使得夜间写字楼附近成为温度低谷。

第八次测量，选取北中环街（范围由西中环路口至五一路口）。分析发现20：00～20：30的河西区段测点1至测点4温度比其在18：30～19：00温度值高，不符合温度随时间推移而降低的规律，原因推测为，北中环河西部分已属郊区部分，基于对之前郊区温度数据的分析发现，其温度在8：00之后会有短暂回升，造成温度略高。

4 结语

本文围绕汾河绿地带对太原市热岛效应的影响问题，通过对相关资料的研究及实地数据采集与分析，形成以下主要结论：

①汾河绿地带对太原市热岛效应的减弱起到绝对积极的作用。同时通过对太原市东西方向上几条主要街道测量数据的分析，得到了其影响效果的大致范围：即河东部分影响范围到达新建路附近（太原市南部称平阳路），河西部分的影响范围到达新晋祠路附近。

②河东部分影响范围所达在南北方向上虽为同一条路附近，但汾河在太原市南部走势向东推移，所以实质上在太原市南部汾河影响范围减小。太原市南部尤其是近汾河区段的建筑密度较北部明显增大，城市下垫面情况复杂，高度集中的建筑布局和高密度人流造成的大强度人为热使得汾河对气候调节的能力进一步减弱。

③在河西部分的测量中，从汾河向西，温度经历小幅度上升后开始明显下降。分析太原市地形图后发现，东西方向上西部地势急剧升高形成西山，河西地区距离西山较近，夜间谷风对河西部分温度形成较大冲击，所以西山冷源成为河西地区温度影响的主导因素(见 图1）。

④雾霾天气会对测量结果产生较大影响。空气中的污染物颗粒阻碍城市热量的散失，加之空气中污染物颗粒本身进行热量长波辐射，使得汾河的影响能力较晴朗天气减弱。

⑤非采暖季汾河区段与城区温度相差较小，热岛效应不明显。

⑥计算热岛强度后发现，河东（城市中心区，人口和建筑密度高）地区强度高，但河西地区由于西山冷源的控制，热岛强度低于河东地区（见表1）。

表1 汾河东西热岛强度对比

⑦在本次研究中发现，郊区（裸露地表多）的温度变化在日落之后又一个急速下降，随后温度回升，随着入夜时间的增加，温度保持下降趋势，而这一变化趋势恰与热岛强度的日变化曲线相似（见图2）。判断为地表放热引起，这一发现有助于在今后的研究中对测量时间做进一步优化。

图1 太原市东西向地势剖面图

图2 郊区地表温度变化图

5 城市人居环境视角的城市规划政策建议

①在城市规划过程中，应避免在水系及绿地附近布置过高密度的建筑物，让城市水系及绿地在起到景观休闲作用的同时，真正承担起调节城市气候的作用，改善在城市化进程不断发展的过程中造成的热岛效应。

②应降低高架桥桥幅宽度对周围环境，尤其是道路红线两侧居民的影响。建议新建高架道路时，应适当增大高架至红线两侧建筑物之间距离，或在高架下做绿化处理，从而有利于污染物扩散和道路通风。