徐清浩，宋秉鍵，楊燕卿

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

（1.山西大學(xué)；2.廈門大學(xué)）

（1. Shanxi University；2. Xiamen University）

1 引言

太原市，作為山西省省會(huì)城市，是中國(guó)最重要的能源、重工業(yè)基地之一。2000年來(lái)，隨著太原市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模擴(kuò)張十分顯著，由于城市的不斷發(fā)展，城市下墊面發(fā)生了根本的變化，一方面城市下墊面粗糙度的改變影響了城市邊界層結(jié)構(gòu)，另一方面城市地表覆蓋形式的改變?cè)斐闪说乇黹L(zhǎng)波輻射狀況的變化。此外城市人為熱排放量較多，加之工業(yè)生產(chǎn)的熱量排放也使得城市熱環(huán)境比郊區(qū)復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致城區(qū)溫度普遍高于郊區(qū)，這便是城市熱島效應(yīng)。在新時(shí)代的發(fā)展背景下，太原市為改善城市生態(tài)環(huán)境，打造生態(tài)城市做出了諸多努力。太原市汾河景觀，作為本市最大綠地水系規(guī)劃項(xiàng)目對(duì)城市氣候產(chǎn)生了巨大影響。基于太原市目前的城市綠地規(guī)劃和環(huán)境治理的現(xiàn)狀，提出汾河濱河綠地帶等綠地規(guī)劃對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響狀況及改善范圍做出證明的研究思路。

2 熱島效應(yīng)作用機(jī)理

城市熱島效應(yīng)，是指由于人為原因，改變了城市地表的局部溫度、濕度、空氣對(duì)流等因素，進(jìn)而引起的城市小氣候變化現(xiàn)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區(qū)的土壤、植被具有更大的吸熱率和更小的比熱容，使得城市地區(qū)升溫較快，并向四周和大氣中大量輻射，造成了同一時(shí)間城區(qū)氣溫普遍高于周圍的郊區(qū)氣溫，高溫的城區(qū)處于低溫的郊區(qū)包圍 之中。

3 研究思路與方法

3.1 研究思路

熱島效應(yīng)主要表現(xiàn)在局部溫度高于周邊溫度，所以溫度是熱島效應(yīng)研究中一個(gè)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。城市熱島中心，氣溫一般比周圍郊區(qū)高1℃左右，最高可達(dá)6℃以上。由此，在研究測(cè)量過(guò)程中，我們主要對(duì)測(cè)點(diǎn)的溫度信息進(jìn)行了采集記錄，并將是否產(chǎn)生熱島效應(yīng)的熱島強(qiáng)度ΔT(ΔT=市區(qū)溫度tc-郊區(qū)溫度ta)的界限劃定為1℃，即熱島強(qiáng)度大于等于1℃即認(rèn)為產(chǎn)生了熱島效應(yīng)。通過(guò)研究《城市環(huán)境物理》中熱島強(qiáng)度的日變化圖表，我們發(fā)現(xiàn)北方城市全年中冬季夜間熱島強(qiáng)度最強(qiáng)，城市熱島效應(yīng)最顯著，白天熱島效應(yīng)相應(yīng)較弱，峰值出現(xiàn)在下午16：00～晚上21：00及凌晨4：00左右。因此，考慮到測(cè)量便捷性，特選取下午16：00～晚上21：00為測(cè)量時(shí)間。為了論證太原市最大的綠地水系規(guī)劃項(xiàng)目汾河景觀帶對(duì)太原市熱島效應(yīng)的減弱起到絕對(duì)積極的作用，我們將汾河景觀帶溫度類比做郊區(qū)溫度，將其與城市測(cè)點(diǎn)溫度求差值來(lái)大致探究差值在1℃的區(qū)域 范圍。

3.2 研究方法與小結(jié)

第一、二次的測(cè)量中，選取的范圍是：東西方向從和平北路至柳巷，南北方向從迎澤大街至府西街。將此段范圍劃分為四個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)域選取20個(gè)測(cè)點(diǎn)，在下16：00～21：00時(shí)間區(qū)段內(nèi)，每一小時(shí)為單位（共5個(gè)時(shí)段），四人同時(shí)測(cè)量各自區(qū)域內(nèi)的20個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度，并將各時(shí)段內(nèi)各區(qū)域的數(shù)據(jù)求平均值。分析發(fā)現(xiàn)：河?xùn)|部分與汾河段溫度平均值相差1℃左右的區(qū)域在區(qū)段3附近，且區(qū)段3后溫度平均值變化趨于平緩；河西部分溫度平均值與汾河段相差1℃左右的區(qū)域在兩數(shù)據(jù)之間的位置。實(shí)驗(yàn)，汾河景觀帶確實(shí)對(duì)太原市城市熱島效應(yīng)起到絕對(duì)積極的減弱作用，而且可將其影響范圍劃定在桃園路至柳巷之間，初步判斷在新建路附近。數(shù)據(jù)表明在距汾河同等距離的區(qū)段內(nèi)，河西的溫度普遍較河?xùn)|低，河西溫度較低的原因?yàn)闇囟扔绊懸蛩夭晃ㄒ?，除汾河景觀帶的影響外，還可能存在其他對(duì)其溫度影響較大的因素，初步推斷為太原市西山冷源的影響。

第一次采用的“環(huán)式”測(cè)量方法所劃定的每個(gè)測(cè)量區(qū)域范圍過(guò)大，區(qū)域內(nèi)溫度影響因素過(guò)多，出現(xiàn)了同區(qū)段內(nèi)溫差變化過(guò)大的現(xiàn)象，為了較為精確地確定出汾河景觀帶對(duì)太原市熱島效應(yīng)減弱的影響范圍，將原來(lái)的“環(huán)式”測(cè)量方式變換為“線式”測(cè)量方式，在汾河的不同位置選擇東西向街道進(jìn)行測(cè)量。

第三次將迎澤橋東到五一廣場(chǎng)區(qū)段內(nèi)的迎澤大街按大致均等的距離劃分為三段，每段分布4個(gè)測(cè)點(diǎn)，由三人分段同時(shí)測(cè)量，19：00～21：00每15min完成一組，而后往復(fù)。汾河定點(diǎn)測(cè)量（數(shù)據(jù)由15min內(nèi)4個(gè)數(shù)據(jù)平均值得到）。第四次將眾紡路至并州北路區(qū)段內(nèi)的南內(nèi)環(huán)街從南內(nèi)環(huán)橋的兩側(cè)劃分為兩段，每段分布8個(gè)測(cè)點(diǎn)，由兩人同時(shí)分段測(cè)量，從17：00～21：00每30min完成一組，一人汾河定點(diǎn)測(cè)量（數(shù)據(jù)由30min內(nèi)8個(gè)數(shù)據(jù)平均值得到），一人郊區(qū)（太原大學(xué)新校區(qū)附近）。分析發(fā)現(xiàn)：在迎澤街處數(shù)據(jù)，測(cè)點(diǎn)1至測(cè)點(diǎn)6范圍內(nèi)溫度變化較大，測(cè)點(diǎn)6以后溫度變化趨于平緩，且與測(cè)點(diǎn)1（汾河）處數(shù)據(jù)相差1℃的區(qū)域就在測(cè)點(diǎn)6附近；在南內(nèi)環(huán)街處數(shù)據(jù)，河?xùn)|部分測(cè)點(diǎn)9至測(cè)點(diǎn)11范圍內(nèi)溫度變化較大，測(cè)點(diǎn)11后溫度變化趨于平緩。在迎澤大街的測(cè)點(diǎn)6與南內(nèi)環(huán)街的測(cè)點(diǎn)11正好處于新建路附近。由此可以驗(yàn)證，汾河景觀帶對(duì)太原市熱島效應(yīng)的減弱起到絕對(duì)積極的作用，且其影響范圍在河?xùn)|部分就到達(dá)新建路附近。但在南內(nèi)環(huán)街測(cè)量的12月18號(hào)是霧霾天氣，加之汾河處于結(jié)冰期，其對(duì)熱島效應(yīng)的影響效果變?nèi)?，因此得到的?shù)據(jù)中，南內(nèi)環(huán)街河?xùn)|部分與汾河處溫度相差1℃的位置處于新建路西側(cè)。從郊區(qū)與汾河的溫度差值圖分析也可發(fā)現(xiàn)，隨著入夜時(shí)間推移，郊區(qū)與汾河溫度的差值不斷加大，表明太陽(yáng)落山后郊區(qū)溫度下降很快，而處于結(jié)冰期的汾河在霧霾天氣下溫度下降緩慢，對(duì)城市氣候調(diào)節(jié)能力減弱，熱島效應(yīng)明顯。在南內(nèi)環(huán)街的調(diào)研中，也存在河西溫度普遍比河?xùn)|溫度低的現(xiàn)象，與第一次測(cè)量得到的結(jié)果相同，由此推斷河西溫度的另一主要影響因素為西山冷源。

通過(guò)前四次對(duì)于實(shí)驗(yàn)的探究，測(cè)量方法基本維持穩(wěn)定，第四次的測(cè)點(diǎn)劃分與測(cè)量方法延續(xù)至后續(xù)四次的測(cè)量。第五次測(cè)量，選取北大街（范圍由興華街西中環(huán)路口至北大街五一路口）。分析發(fā)現(xiàn)，興華街到北大街，整體溫度都在一度范圍內(nèi)波動(dòng)，河?xùn)|溫度變化趨勢(shì)平緩，河西溫度略有波動(dòng)。河西部分測(cè)點(diǎn)7為最低點(diǎn)，該處為新建樓盤的工地，水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中吸熱造成溫度降低。

第六次測(cè)量，選取長(zhǎng)風(fēng)街（范圍由長(zhǎng)風(fēng)街西中環(huán)路口至塢城路口）。分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)風(fēng)橋西到西中環(huán)路口，溫度持續(xù)下降。原因在于在長(zhǎng)風(fēng)街區(qū)段汾河跟西山的位置較之前為最近，由此得出，此次在河西部分西山冷源的影響能力比汾河大，成為了影響熱島效應(yīng)的主導(dǎo)因素。根據(jù)河?xùn)|的數(shù)據(jù)能大致判斷出影響范圍到達(dá)平陽(yáng)路附近，汾河的影響范圍較之前有所減少，高度集中的建筑布局和高密度人流造成的大強(qiáng)度人為熱使得汾河對(duì)氣候調(diào)節(jié)的能力進(jìn)一步減弱。同時(shí)河?xùn)|部分測(cè)點(diǎn)16后溫度逐漸下降，原因在于測(cè)點(diǎn)16后長(zhǎng)風(fēng)街建筑密度持續(xù)減小，下墊面均勻，熱島效應(yīng)逐漸減弱。

第七次測(cè)量，選取南中環(huán)街（范圍由西中環(huán)路口至北張小區(qū)）。分析發(fā)現(xiàn)，西中環(huán)路口到汾河區(qū)段的測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)幾乎一樣，證明此次河西溫度變化隨著時(shí)間的推移統(tǒng)一變低。河?xùn)|溫度的變化趨勢(shì)差別較大，18：30～19：00整體較平緩，往后波動(dòng)較明顯，因?yàn)楹訓(xùn)|地區(qū)測(cè)點(diǎn)15與測(cè)點(diǎn)19附近多為寫字樓，白天人口密集，夜晚人口稀少，人為放熱變化較大，使得夜間寫字樓附近成為溫度低谷。

第八次測(cè)量，選取北中環(huán)街（范圍由西中環(huán)路口至五一路口）。分析發(fā)現(xiàn)20：00～20：30的河西區(qū)段測(cè)點(diǎn)1至測(cè)點(diǎn)4溫度比其在18：30～19：00溫度值高，不符合溫度隨時(shí)間推移而降低的規(guī)律，原因推測(cè)為，北中環(huán)河西部分已屬郊區(qū)部分，基于對(duì)之前郊區(qū)溫度數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，其溫度在8：00之后會(huì)有短暫回升，造成溫度略高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞汾河綠地帶對(duì)太原市熱島效應(yīng)的影響問(wèn)題，通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的研究及實(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集與分析，形成以下主要結(jié)論：

①汾河綠地帶對(duì)太原市熱島效應(yīng)的減弱起到絕對(duì)積極的作用。同時(shí)通過(guò)對(duì)太原市東西方向上幾條主要街道測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，得到了其影響效果的大致范圍：即河?xùn)|部分影響范圍到達(dá)新建路附近（太原市南部稱平陽(yáng)路），河西部分的影響范圍到達(dá)新晉祠路附近。

②河?xùn)|部分影響范圍所達(dá)在南北方向上雖為同一條路附近，但汾河在太原市南部走勢(shì)向東推移，所以實(shí)質(zhì)上在太原市南部汾河影響范圍減小。太原市南部尤其是近汾河區(qū)段的建筑密度較北部明顯增大，城市下墊面情況復(fù)雜，高度集中的建筑布局和高密度人流造成的大強(qiáng)度人為熱使得汾河對(duì)氣候調(diào)節(jié)的能力進(jìn)一步減弱。

③在河西部分的測(cè)量中，從汾河向西，溫度經(jīng)歷小幅度上升后開始明顯下降。分析太原市地形圖后發(fā)現(xiàn)，東西方向上西部地勢(shì)急劇升高形成西山，河西地區(qū)距離西山較近，夜間谷風(fēng)對(duì)河西部分溫度形成較大沖擊，所以西山冷源成為河西地區(qū)溫度影響的主導(dǎo)因素(見 圖1）。

④霧霾天氣會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響?？諝庵械奈廴疚镱w粒阻礙城市熱量的散失，加之空氣中污染物顆粒本身進(jìn)行熱量長(zhǎng)波輻射，使得汾河的影響能力較晴朗天氣減弱。

⑤非采暖季汾河區(qū)段與城區(qū)溫度相差較小，熱島效應(yīng)不明顯。

⑥計(jì)算熱島強(qiáng)度后發(fā)現(xiàn)，河?xùn)|（城市中心區(qū)，人口和建筑密度高）地區(qū)強(qiáng)度高，但河西地區(qū)由于西山冷源的控制，熱島強(qiáng)度低于河?xùn)|地區(qū)（見表1）。

表1 汾河?xùn)|西熱島強(qiáng)度對(duì)比

⑦在本次研究中發(fā)現(xiàn)，郊區(qū)（裸露地表多）的溫度變化在日落之后又一個(gè)急速下降，隨后溫度回升，隨著入夜時(shí)間的增加，溫度保持下降趨勢(shì)，而這一變化趨勢(shì)恰與熱島強(qiáng)度的日變化曲線相似（見圖2）。判斷為地表放熱引起，這一發(fā)現(xiàn)有助于在今后的研究中對(duì)測(cè)量時(shí)間做進(jìn)一步優(yōu)化。

圖1 太原市東西向地勢(shì)剖面圖

圖2 郊區(qū)地表溫度變化圖

5 城市人居環(huán)境視角的城市規(guī)劃政策建議

①在城市規(guī)劃過(guò)程中，應(yīng)避免在水系及綠地附近布置過(guò)高密度的建筑物，讓城市水系及綠地在起到景觀休閑作用的同時(shí)，真正承擔(dān)起調(diào)節(jié)城市氣候的作用，改善在城市化進(jìn)程不斷發(fā)展的過(guò)程中造成的熱島效應(yīng)。

②應(yīng)降低高架橋橋幅寬度對(duì)周圍環(huán)境，尤其是道路紅線兩側(cè)居民的影響。建議新建高架道路時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大高架至紅線兩側(cè)建筑物之間距離，或在高架下做綠化處理，從而有利于污染物擴(kuò)散和道路通風(fēng)。