根據(jù)我國新版的《城市規(guī)劃編制辦法》, 城市規(guī)劃是政府調(diào)控城市空間資源、指導(dǎo)城鄉(xiāng)發(fā)展與建設(shè)、維護(hù)社會公平、保障公共安全和公眾利益的重要公共政策之一?！恫涣蓄嵃倏迫珪芬仓赋? 城市規(guī)劃是一項(xiàng)政府職能, 是一種職業(yè)實(shí)踐, 也是一項(xiàng)社會運(yùn)動。城市規(guī)劃具有政策性、綜合性、長期性、地方性、可操作性等特點(diǎn)。城市規(guī)劃基本上是脫胎于建筑學(xué)和工程學(xué), 因此, 城市規(guī)劃還具有研究起點(diǎn)高的特點(diǎn)。迄今為止, 我國學(xué)者在城市規(guī)劃的如下幾個(gè)方面作了大量的研究, 如城市規(guī)劃理論、數(shù)字化對城市規(guī)劃的影響、景觀規(guī)劃、園林綠化規(guī)劃、生態(tài)城市規(guī)劃、多元空間特色規(guī)劃、能源戰(zhàn)略規(guī)劃、交通規(guī)劃、色彩規(guī)劃、城市規(guī)模以及水環(huán)境規(guī)劃等[ 1 -8] 。也有一些學(xué)者認(rèn)為, 可持續(xù)的人居環(huán)境研究是城市規(guī)劃的發(fā)展方向之一 , 要從多學(xué)科或跨學(xué)科角度來研究城市規(guī)劃[ 10] 。我國學(xué)者對城市規(guī)劃的研究是廣泛的, 然而, 很少有學(xué)者從城市熱島效應(yīng)角度來研究城市規(guī)劃。雖然有學(xué)者對城市規(guī)劃的存在問題與對策進(jìn)行了分析, 但他們也忽略了城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響。作為城市的一種普遍氣候現(xiàn)象, 城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃具有極大的影響。正確認(rèn)識城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響, 對合理管理城市具有積極的意義。

 

  因此, 本文擬對城市熱島效應(yīng)進(jìn)行綜合論述后, 探討城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響。

 

  1 城市熱島效應(yīng)的時(shí)空分布特征及成因分析

 

  城市熱島效應(yīng)是指當(dāng)城市發(fā)展到一定規(guī)模, 由于城市下墊面性質(zhì)的改變、大氣污染以及人工廢熱的排放等使城市溫度明顯高于郊區(qū), 形成類似高溫孤島的現(xiàn)象。城市熱島效應(yīng)提高了城市溫度,降低了城市舒適度, 影響了城市居民的健康, 也增加了居民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

 

  1.1 城市熱島效應(yīng)的分布特征

 

  城市熱島效應(yīng)是一種典型的城市氣候, 它具有明顯的時(shí)空分布特征。在時(shí)間上, 它表現(xiàn)出明顯的周期變化, 即年變化、季節(jié)變化和日變化。國外研究表明城市熱島效應(yīng)正以每年0.01 ℃的速度上升,我國珠江三角洲地區(qū)熱島效應(yīng)的增幅更大, 近10年來以平均每年0.04 ℃的幅度上升。多數(shù)研究表明秋冬季熱島效應(yīng)強(qiáng), 夏季熱島效應(yīng)弱;晴朗無風(fēng)條件下表現(xiàn)出夜間熱島強(qiáng), 午間熱島弱。在空間上, 城市熱島效應(yīng)主要表現(xiàn)為水平變化和垂直梯度變化。城市熱島效應(yīng)在人口密集、經(jīng)濟(jì)活動強(qiáng)度大和建筑物密集的地區(qū)表現(xiàn)明顯, 并呈現(xiàn)熱島效應(yīng)強(qiáng)度沿市中心向郊區(qū)遞減的趨勢, 有的地區(qū)因市區(qū)環(huán)境改善也出現(xiàn)市中心熱島緩解, 熱島效應(yīng)從市中心向城郊轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。白天熱島效應(yīng)垂直變化不明顯, 夜間熱島效應(yīng)隨高度的增加而降低, 并在一定的高度出現(xiàn)“交叉”。

 

  1.2 城市熱島效應(yīng)的成因分析

 

  城市熱島效應(yīng)的形成與許多因子有關(guān)。綜合國內(nèi)外文獻(xiàn), 城市熱島效應(yīng)主要與如下因子有關(guān):

 

  ①城市下墊面。城市熱島效應(yīng)隨城市下墊面性質(zhì)的變化而變化。植被覆蓋率高, 濕地面積大, 熱島效應(yīng)強(qiáng)度小或熱島效應(yīng)不明顯;混凝土覆蓋率高, 大量太陽輻射被吸收, 熱島效應(yīng)增強(qiáng)。②城市建筑物密度和負(fù)荷。高密度的建筑物增加了太陽輻射的直接吸收和太陽輻射反彈吸收, 增強(qiáng)了熱島效應(yīng);建筑負(fù)荷與城市熱島效應(yīng)呈正相關(guān)。③城市能耗。城市大量的能耗增加了表面大氣的溫度, 也使熱島效應(yīng)增強(qiáng)。④城市空氣動力學(xué)。大量研究表明,城市空氣動力學(xué)與城市熱島效應(yīng)緊密相關(guān)。當(dāng)表面大氣風(fēng)速較小或靜風(fēng)時(shí), 熱島效應(yīng)明顯且有加強(qiáng)的趨勢, 典型的熱島環(huán)流也發(fā)生在弱風(fēng)或靜風(fēng),有強(qiáng)逆溫的晴夜[ 20] 。⑤城市熱島效應(yīng)與大氣懸浮顆粒物、城市水循環(huán)、城市立體綠化以及城市大氣污染也存在一定的關(guān)系。此外, 城市建成率、幾何形狀、城市規(guī)模和城市地理位置也與熱島效應(yīng)存在明顯的相關(guān)關(guān)系。

 

  2 城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響

 

  城市熱島效應(yīng)的形成給城市規(guī)劃部門提出了新的挑戰(zhàn)。為了建立一個(gè)人與自然協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展的宜居城市, 如何消除城市熱島效應(yīng)是城市規(guī)劃者應(yīng)考慮的一個(gè)重要內(nèi)容。城市熱島效應(yīng)的時(shí)空分布特征及其成因分析為城市規(guī)劃提供了參考依據(jù)。下面從城市空氣動力學(xué)、城市色彩、城市森林、城市能源和城市規(guī)模五個(gè)方面論述城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響。

 

  2.1 城市熱島效應(yīng)對城市空氣動力學(xué)的影響

 

  這里所討論的城市空氣動力學(xué)是指在大氣邊界

 

  層中風(fēng)的流動特性尤其是湍流擴(kuò)散規(guī)律、各種顆粒物在大氣中的擴(kuò)散規(guī)律、風(fēng)與各種結(jié)構(gòu)物和人類活動間的相互作用以及由風(fēng)引起的物質(zhì)和能量的遷移等。

 

  城市熱島效應(yīng)與城市空氣動力學(xué)的相關(guān)關(guān)系主

 

  要表現(xiàn)為:城市風(fēng)速小, 大氣層結(jié)穩(wěn)定, 不利于熱量的散發(fā), 有利于熱島效應(yīng)的形成[ 26 -28] ;不利于通風(fēng)的城市地貌、不合理的城市布局、高密度和高負(fù)荷的建筑導(dǎo)致通風(fēng)不良, 熱量難以擴(kuò)散, 也有利于熱島效應(yīng)的形成

 

  [ 29 -30] ;不合理的道路設(shè)置和粗

 

  糙的下墊面導(dǎo)致渦流加劇, 廢熱迂回環(huán)流, 熱島加強(qiáng)[ 25] 。根據(jù)城市熱島效應(yīng)與城市空氣動力學(xué)的關(guān)系, 城市布局規(guī)劃應(yīng)在如下幾個(gè)方面加強(qiáng)規(guī)劃:

 

  選擇通氣流暢的地形進(jìn)行城市建設(shè);因地制

 

  宜, 對城市的各個(gè)功能區(qū)進(jìn)行合理布局, 尤其是工業(yè)園區(qū)和商業(yè)帶的布局;調(diào)整和完善舊城區(qū)的建設(shè)與布局;控制建筑物的高度和密度, 尤其是在城市的順風(fēng)口和逆風(fēng)口, 應(yīng)避免高大建筑物和高密度建筑物對風(fēng)的阻擋而導(dǎo)致大量熱量和溫室氣體滯留;有江、河、湖、海分布的城市, 要充分利用江河湖海的風(fēng)以及水能降溫增濕特點(diǎn), 在它們的沿岸留出足夠的空間, 讓風(fēng)和水汽能進(jìn)入城市;主干道路的走向應(yīng)與城市主導(dǎo)風(fēng)向一致, 同時(shí)還應(yīng)對大量交通進(jìn)行有層次的劃分, 對車輛進(jìn)行分流, 這樣風(fēng)可以迅速將城市大量集聚的熱量、溫室氣體以及懸浮顆粒物分散, 減少塵罩作用, 降低熱島效應(yīng)。

 

  2.2 城市熱島效應(yīng)對城市色彩規(guī)劃的影響

 

  城市色彩, 是指城市公共空間中所有裸露物體

 

  外部被感知的色彩總和, 由自然色和人工色兩部分構(gòu)成。早在19世紀(jì)70年代, “城市” 作為色彩載體的問題就引起了國際學(xué)術(shù)界的關(guān)注。但是, 由于長期以來在城市色彩領(lǐng)域觀念上的滯后和研究水平上的差距, 城市色彩處于隨意的狀態(tài), 造成了

 

  “色彩” 在城市景觀中的缺失[ 31] 。近年來, 城市色彩規(guī)劃引起了城市規(guī)劃部門及學(xué)者們的重視, 然而在確定城市的主色調(diào)中, 專家們主要考慮的是城市色彩是否繼承了歷史文脈, 是否和諧美觀[ 32 -33] ,幾乎沒有考慮色彩對城市熱島效應(yīng)的影響, 在部分地區(qū)的色彩規(guī)劃中體現(xiàn)的更是長官的意志。

 

  城市熱島效應(yīng)與城市色彩的相互關(guān)系主要通過

 

  色彩的反射率來體現(xiàn), 這是因?yàn)椴煌伾奈矬w對光的反射率不一致, 從而導(dǎo)致城市的熱平衡不一致。一般認(rèn)為, 白色物體的反射率為64% ～

 

  92.3%, 灰色物體的反射率為10% ～ 64%, 黑色物體的反射率不足10%。研究表明, 不同顏色的水泥的反射率也不一致, 深灰色水泥對太陽光的反射率是13.23%, 淺灰色水泥的反射率是32.76%,褐色水泥的反射率是30.06%, 石棉水泥的反射率是39.35%[ 34] 。城市下墊面顏色深, 反射率低, 吸收的太陽輻射熱大, 吸收的太陽輻射能又通過長波輻射的形式釋放到表面大氣, 使表面大氣升溫, 熱島效應(yīng)增強(qiáng)[ 35] 。

 

  集聚的城市混凝土建筑物和瀝青柏油路面具有

 

  明顯的增溫效應(yīng), 淺色的建筑材料和地面鋪張材料能夠有效的降低熱島效應(yīng)。深色的建筑物吸收大量熱量的同時(shí), 增加了室內(nèi)空調(diào)的能耗, 也導(dǎo)致熱島效應(yīng)加劇。因此, 在城市色彩規(guī)劃中, 除了考慮城市的文脈與和諧美觀外, 還應(yīng)考慮色彩與城市熱島效應(yīng)的關(guān)系, 盡量用淺色的材料和涂料。

 

  2.3 城市熱島效應(yīng)對城市森林規(guī)劃的影響

 

  這里沿用彭鎮(zhèn)華[ 36] 關(guān)于城市森林的定義, 即城市森林是指城市地域內(nèi)改善城市生態(tài)環(huán)境為主,促進(jìn)人與自然協(xié)調(diào), 滿足社會發(fā)展需求, 由以樹木為主體的植被及其所在的環(huán)境所構(gòu)成的森林生態(tài)系統(tǒng), 是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。城市森林的組成成分包括全部的綠地和各種水體, 郊區(qū)的片林, 護(hù)路林、河道林、農(nóng)田防護(hù)林、水體等。

 

  城市熱島效應(yīng)與城市森林的相互關(guān)系主要體現(xiàn)

 

  在兩個(gè)方面:城市森林能夠有效的截留太陽輻射,降低大氣表面溫度, 緩解熱島效應(yīng)(包括因減少空調(diào)能耗引起的熱島下降)[ 37] ;城市森林通過蒸散能夠增加大氣水汽, 從而降低熱島效應(yīng)。國內(nèi)外學(xué)者對城市森林做了大量研究[ 38 -40] , 但是城市森林規(guī)劃仍然處于被動的“填空狀態(tài)”, 通常是犧牲森林來滿足建設(shè)。同時(shí), 森林比重小、結(jié)構(gòu)不合理、立體綠化不足以及濕地環(huán)境被破壞等問題依然存在。因此在城市規(guī)劃中, 應(yīng)充分認(rèn)識城市森林的重要性, 加強(qiáng)城市規(guī)劃中的森林規(guī)劃。城市森林應(yīng)從如下幾個(gè)方面進(jìn)行規(guī)劃:

 

  增加城市森林的比重, 使其覆蓋率達(dá)到30%

 

  ～ 50%。研究表明, 當(dāng)一個(gè)區(qū)域的綠化覆蓋率達(dá)到30%, 熱島強(qiáng)度明顯減弱;綠化覆蓋率大于50%,

 

  熱島緩解現(xiàn)象極其明顯[ 41] 。另有研究也表明, 城市森林覆蓋率每增加10%, 氣溫降低的理論最高值為2.6%, 當(dāng)覆蓋率達(dá)到50%時(shí), 氣溫降低的理論最高值可達(dá)13%, 若夏季最高日氣溫為38 ℃,可降低氣溫5 ℃, 基本可以消除“城市熱島效

 

  應(yīng)”[ 42] 。與30% ～ 50%的城市森林覆蓋率相比,我國的森林規(guī)劃面積還相差很遠(yuǎn), 因此在城市規(guī)劃中, 應(yīng)增加城市森林的比重, 使其覆蓋率達(dá)到

 

  30% ～ 50%。

 

  進(jìn)行合理的城市森林結(jié)構(gòu)搭配。目前盛行草坪

 

  熱, 種植名貴樹種。草坪遮蔭效應(yīng)差, 不能大幅度減少太陽的直接輻射熱, 草坪的葉面積較林木小,蒸騰小, 其環(huán)境效應(yīng)較差[ 36, 43] , 不能有效的緩解或消除熱島效應(yīng)[ 18] 。種植名貴樹種需要高的成本投入, 而且難以養(yǎng)活, 其降溫致濕的效果也不太理想。因此在城市森林規(guī)劃中應(yīng)舍棄大量種植草坪和一味攀比種植名貴大樹的不合理做法, 進(jìn)行合理的喬灌草搭配, 尤其是鄉(xiāng)土樹種的種植。

 

  加強(qiáng)立體綠化。由于城市用地緊張, 城市森林

 

  規(guī)劃中除了進(jìn)行水平方向森林規(guī)劃外, 同時(shí)應(yīng)向城市立體綠化方向發(fā)展。城市有大量的水泥或混凝土屋頂、墻體、立交和邊坡, 這些裸露表面為立體綠化提供了可能。發(fā)展立體綠化是緩解城市熱島效應(yīng)的重要方法, 也是增加綠化面積和綠化總量較為有效的方法。

 

  最大限度保護(hù)自然濕地, 努力構(gòu)建人工濕地。

 

  城市化導(dǎo)致大量的城市農(nóng)田、水塘、湖泊、內(nèi)河、沼澤等濕地減少或消失, 從而使城市蓄存降水的濕地減少, 也使?jié)竦嘏c空氣的接觸面積和降溫范圍減小或消失?；炷炼哑龅牟煌杆ㄖ?、道路和廣場, 使大量的降水直接通過排水網(wǎng)流失。濕地的減少或消失, 天然降水的白白流失, 致使城市失去了通過蒸發(fā)帶走城市熱量, 降低熱島效應(yīng)的機(jī)會及水通過促進(jìn)林木生長, 間接降低熱島效應(yīng)的可能性。

 

  雖然城市管理者在這方面做了一些補(bǔ)救措施, 如建立保護(hù)區(qū)、公園或在社區(qū)建立噴泉、人工小溪或人工瀑布, 但這些措施能夠落實(shí)的極其有限, 其影響范圍也比較小。因此有學(xué)者認(rèn)為, 在城市建設(shè)中將原來的濕地進(jìn)行改造、鋪換, 無益于城市熱島效應(yīng)的緩解[ 38] 。相反, 要在大力保護(hù)原有濕地的基礎(chǔ)上(包括城郊濕地的保護(hù)), 在城市進(jìn)行人工濕地的構(gòu)建, 這是降低熱島效應(yīng)的有效方法[ 11] 。

 

  2.4 城市熱島效應(yīng)對城市能源規(guī)劃的影響

 

  城市大量的能耗對城市熱島的形成起十分重要

 

  的作用, 是導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)的主要原因[ 31, 45] 。

 

  因此, 有必要通過加強(qiáng)城市能源規(guī)劃來調(diào)節(jié)能源消耗, 降低熱島效應(yīng)。這里以降低空調(diào)能耗為例, 探討城市應(yīng)如何通過能源規(guī)劃來緩解熱島效應(yīng)。

 

  城市空調(diào)能耗是城市能耗的重要組成部分, 有

 

  學(xué)者認(rèn)為降低空調(diào)耗能是降低城市熱島效應(yīng)的重要途徑[ 44] 。目前, 空調(diào)直接節(jié)能技術(shù)仍然較落后,需要不斷的改進(jìn);間接節(jié)能技術(shù)沒有相應(yīng)政策的支持?，F(xiàn)代城市規(guī)劃可以從如下幾個(gè)方面來降低空調(diào)能耗:①改進(jìn)建筑空調(diào)技術(shù)。有學(xué)者認(rèn)為可以通過改進(jìn)空調(diào)設(shè)備來達(dá)到降低能耗, 如制定更好的制冷能效標(biāo)準(zhǔn), 改進(jìn)空調(diào)的零件, 提高空調(diào)節(jié)能[ 38] 。

 

  ②積極探索和推廣新能源利于技術(shù), 如地源熱泵技術(shù), 它通過循環(huán)液在封閉地下埋管中流動, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱, 它是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。1998年美國能源部頒布法規(guī), 要求在全國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)的建筑中推廣應(yīng)用地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)。為了表示支持這種節(jié)能環(huán)保的新技術(shù), 美國總統(tǒng)布什在他的得克薩斯州的宅邸中也安裝了這種地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)(見2001年5月18日

 

  《參考消息》)。③在城市大力構(gòu)建城市森林, 在建筑的外圍進(jìn)行立體綠化。Kikegawa等

 

  [ 40]

 

  的研究表

 

  明, 在建筑周圍種樹可以節(jié)省因制冷而消耗的能源的4% ～ 40%。④在屋頂及墻體加蓋鋪裝材料或?yàn)V光遮陽的“雙層表皮” 來降低建筑物溫度, 從而減少空調(diào)能耗。⑤使用淺色的建筑材料或涂料。采用高反射率的淺色屋頂可比暗色屋頂減少40%的空調(diào)用電量, 其降溫效果十分明顯[ 24] 。⑥制定相應(yīng)的政策法規(guī), 推動降低空調(diào)能耗措施的落實(shí)。

 

  空調(diào)能耗只是城市能耗的一方面, 城市規(guī)劃中

 

  應(yīng)改進(jìn)能源消耗設(shè)備如機(jī)動車輛和鍋爐等的構(gòu)件,更新能源使用方法, 提高能源使用效率, 減少能源損耗。在條件允許的城市, 應(yīng)推廣和普及使用太陽能和生物能, 減少煤和石油等不可再生能源的消耗, 降低熱島效應(yīng)。

 

  2.5 城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)模規(guī)劃的影響

 

  城市熱島效應(yīng)與城市規(guī)模有一定的相關(guān)性。有

 

  學(xué)者認(rèn)為城市擴(kuò)展是城市熱島效應(yīng)形成的主要原因[ 24] 。據(jù)研究, 1 萬人口城市的熱島強(qiáng)度可達(dá)0.11 ℃, 10萬人口的城市熱島效應(yīng)可達(dá)0.32 ℃,100萬人口的城市熱島效應(yīng)可達(dá)0.91 ℃[ 23] 。丁金才等[ 27]在上海的研究結(jié)果也表明, 熱島強(qiáng)度與城市規(guī)模相關(guān)性明顯。因此, 城市規(guī)劃中, 必須對城市規(guī)模進(jìn)行規(guī)劃, 將城市的人口數(shù)量控制在一定范圍之內(nèi)。

 

  3 討 論

 

  城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響是多方面的,

 

  上面論述的只是其中的幾個(gè)重要方面。為了消除或緩解城市熱島效應(yīng), 減少這種潛在的危害, 城市規(guī)劃部門和有關(guān)專家應(yīng)根據(jù)城市熱島效應(yīng)形成的原因及其分布的時(shí)空特點(diǎn), 在尊重城市歷史文脈的基礎(chǔ)上, 充分考慮城市熱島效應(yīng)對城市規(guī)劃的影響, 制定合理的城市規(guī)劃, 以期最大限度地消除或緩解城市熱島效應(yīng), 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會的和自然的和諧發(fā)展。