城市人为热排放分类研究及其对气温的影响

摘　要：随着城市化进程日益加速，城市热岛现象愈发严重。利用上海市近５０ａ各区县月均温数据，统计分析了各区与崇明夏季每５ａ均温差，发现热岛效应由市区中心向郊区延伸，范围越来越大，特别是２０世纪８０年代开始温差呈较大幅增加，城市热岛现象显著；在前人工作的基础上，分析热岛产生机制中的主要原因之一：城市中人为热排。绘制人为热排放流程图，并将城市人为热源进行分类，分析所有可能成为人为热排放源的设施以便定性及控制研究；对供给，消费和排出３种阶段的计算方法进行对比归纳，根据目的不同分别使用；分别计算燃油排热和燃煤排热以估算上海市人为热排放总量，统计上海市区和郊区的年均温及年均温差随时间变化及其与人为热排放之间的关系，发现两者之间有很好的相关性；最后就上海市夏季空调使用排热对上海市温度影响进行了定性研究，数字化上海市航片得到上海市建筑物分布图，假设楼层和空调密度之间存在相关性，发现空调排热与地面温度反演有着非常良好的一致性，同时也是造成上海城市高温的主要因素之一。

    人类活动对气候的影响在城市气候中表现最为突出。城市热岛效应指城市比周围地区温度高，是在城市化的人为因素（以下垫面性质的改变、过量温室气体等人为热的排放和大气污染等为主），以及局地天气气象条件共同作用下形成的［１］。从２０世纪７０年代开始，国内很多学者开始关注城市化进程带来的一系列城市现象，王传琛［２］，张景哲［３］，陈沈斌［４］，王今殊［５］等对城市热岛效应及形成机制进行了多方面研究；张穗等［６］利用武汉市的ＬＡＮＤＳＡ１７ＴＭ 图像对热红外波段遥感图像灰度值和地面温度之间的关系进行了定量的解译；周淑贞［７］，束炯［８］，江田汉和孙娟［９，１０］等利用卫星气象资料、统计分析、系统聚类和Ｍｏｒｌｅｔ小波变换等方法阐明了上海城市气候中五岛效应的形成过程和特征，对城市热岛日变化进行分类，总结得到了主要的两类变化规律，发现了热岛日变化的时间多尺度特征；刘玲、吴坤
悌［１１］等以合肥市为研究对象，利用趋势分析、主成分分析等方法系统分析了合肥城市热岛变化及与城市发展的关系。在温室效应和全球变暖的背景下，上海的城市热岛现象从２０世纪８０年代开始迅速扩展和增强，这与上海城市建设有明显的对应关系［１２］。随着近年来上海改革开放步伐加快，工业及服务业快速发展，全市陆域土地资源已几乎全部利用，导致土地供求矛盾日趋尖锐；农业用地迅速萎缩，耕地环境质量下降，建设用地规模不断增加，不仅用地结构发生了重大变化，热岛效应、土壤、水体、大气污染等一系列城市生态环境问题也凸现出来。
    严重的城市热岛效应不但影响人们正常生活工作，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。本文着重研究了城市中所有可能热源，估算了人为热排放总量，并定性研究了建筑物空调排热对城市气温的影响，发现在人为热排放呈现逐年上升的趋势下，市区、郊区的年平均温度和年均温差从１９８３到２００９年显著上升，可见人为热排放对于城市增温效应有着不可忽视的作用；２００３年以来，由于人为热排放量急剧增加，年均温总体呈波动中上升，但城郊温差呈现出减小趋势，说明不仅是市区，郊区受人为热排放影响也越加明显。