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摘要：随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，城市的规模不断扩张，人口急剧增加，建筑物越来越高大密集，加上工业生产带来的污染等，导致许多城市都不同程度地受到了城市热岛效应的威胁。本文采用回归分析的方法，针对 “白屋顶”计划，对北京城市热岛效应的影响进行了分析。
关键词： 热岛效应，回归，“白屋顶”计划
【中图分类号】X16
1. 城市热岛效应
所谓城市热岛效应，就是城市中的气温高于周边郊区的现象，它反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在城市热岛效应。城市热岛效应的危害主要体现如下四个方面：第一，酷热的天气给人们的生活和工作带来严重影响，损害人类身体健康；第二，加剧了大气污染，城市地面散发的热气形成近地面暖气团，使城市烟尘流通受阻；第三，热岛效应带来的高温加快了光化学反应速率，加剧了大气污染；第四，造成局部地区水灾，城市产生的上升热气流与潮湿的海陆气流相遇，从而在某些地区引发洪水，造成地质灾害等。
城市热岛现象是多种因子综合作用的结果。造成热岛效应的原因主要有以下三个方面：
第一，城市下垫面特性的影响。城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，比自然下垫面升温快。同时，城市地表对太阳辐射的吸收率较自然地表高，且近地面空气温度的变化取决于地面温度，进而使空气得到的热量也更多，温度升高。
第二，大气污染物的影响。城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动，都会产生了大量的氮氧化物、粉尘等大气污染物，这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量，产生强烈的温室效应。
第三，人工热源的影响。工厂、机动车、居民生活等都会燃烧各种燃料，都在排放热量。大城市里商场林立，商业街越来越多，这些地方建筑密集，热量不易散发。城市的交通工具都是大的散热器。都市越大、现代化程度越高，热岛效应就越明显。可以说，城市热岛效应是城市化进程的副产物。
就这个问题，美国能源部长朱棣文提出了个绝非高科技，但有充分科学理据的建议：全球大范围把屋顶变白，可显着提高地球折射太阳光的能力，热力进入大气层后，大部分会被反射回外层空间，“这是一个简单且我们马上可办到的方法”。计划如在热带与温带100座大城市推行，其效用等于全球停用汽车10年。
2. “白屋顶”计划
在城市，深色屋顶和沥青、焦油路面等构成暗色地带，吸收太阳能量，使城市温度平均高出农村1-3℃，形成热岛效应。太阳反射指数（SRI）或反射率可以解释白屋顶的降温效果。白屋顶的反射率一般在40%-60%之间，意味着，100平方米的面积可以抵消10吨二氧化碳造成的气温增量。地球能反射29%的太阳光；如果把所有屋顶漆成白色，地球的反射率将是30%，几乎可以抵消自工业革命以来全球变暖的影响。奥尔森及其团队新开发了一种计算机模型，该模型能模拟现实城市，预见到，若所有屋顶刷成白色，将能减少三分之一的城市热岛效应，平均降低城市气温约0.4℃。也针对具体大城市进行了独立研究，比如纽约，将在夏季降温1.1℃。但给城市降温还不是白屋顶的全部贡献。更大的作用应该在室内它将在夏季用电高峰发挥作用，减少空调使用，降低化石能源消耗。
本文主要以北京市为例分析“白屋顶”对热岛效应的影响，主要考虑城市下垫面的影响.采用净辐射量来表示辐射强度的大小。由于城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。
3.“白屋顶”计划对北京市影响研究
从上世纪80年代以来，北京市的城市化速度日益加快，城市发展的同时也改变了以往原有的自然条件，不断增加的高楼大厦以及水泥等不透水鋪装代替了原本是果园或农田的土地，特殊的城市下垫面和密集人群的活动，对城市的生态环境造成了影响。城市热岛效应就是这种环境变化的负面影响之一。太阳净辐射量的计算公式如下：
Rn——净辐射量——太阳直接辐射 ——太阳间接辐射——表面反射率
Iout——向上的红外热通量Iin——向下的红外热通量
采用2009北京市的气象数据，分别计算Q、 q、Iout、Iin。太阳辐射中可分为紫外光区，可见光区，红外光区。根据各区域的能量分布比例来求出太阳的辐射强度。取可见光区能量占总辐射能量的43%，取近红外光区能量占总辐射能的52%，可计算得到Q、Iin。通过查找可以得到q，地表向上的热通量Iout，可算得到。α=，表示吸收率，根据下表查得的材料吸收率，并且依据北京市城区建筑密度等数据取加权平均值，得出Q、q、Iin、Iout、。最终得到净辐射量：Rn。同时通过2009的北京气象资料可知，北京城区七月份的日平均温度T，将Rn和T进行回归分析。可知，日平均温度随净辐射强度线性增加的变化趋势。
表1 几种下垫面的吸收率
沥青混凝土 砖石土壤（黑湿）沙漠草水
0.8-0.95 0.65-0.9 0.6-0.8 0.65-0.8 0.6-0.95 0.55-0.8 0.74-0.84 0.9-0.97
由于加装白屋顶，可以改变地表反射率，本文将建筑区的反射率改变，其它区域的反射率保持不变，然后将这些地区的反射率根据面积比加权求平均，可得新的地表反射率=0.3175。通过计算得一组新的净辐射量，将这组数据带入拟合关系式，得城区温度的估计值。将温度变化取平均值可得：。
4.结论
本文以北京市为例重点分析了太阳辐射对城市温度的影响和加装“白屋顶”之后的变化。并且，弱化其它因素对城市温度的影响，得出在加装“白屋顶”城市温度会平均降低0.3度。可知“白屋顶”计划的确可以降低城市温度，缩短与郊区的温度差，减轻城市热岛效应。
参考文献：
[1]卢曦，城市热岛效应的研究模型，环境技术，第5期：43-46，2003。
[2]王菲，肖勇全，太阳辐射引起建筑群温升的探讨，暖通空调，第35卷第4期：9-12，2005。
[3]张光智，徐祥德，王继志，杨元琴，北京及周边地区城市尺度热岛特征及其演变，应用气象学报，第13卷特刊：43-49，2002。
关键词： 热岛效应，回归，“白屋顶”计划
【中图分类号】X16
1. 城市热岛效应
所谓城市热岛效应，就是城市中的气温高于周边郊区的现象，它反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在城市热岛效应。城市热岛效应的危害主要体现如下四个方面：第一，酷热的天气给人们的生活和工作带来严重影响，损害人类身体健康；第二，加剧了大气污染，城市地面散发的热气形成近地面暖气团，使城市烟尘流通受阻；第三，热岛效应带来的高温加快了光化学反应速率，加剧了大气污染；第四，造成局部地区水灾，城市产生的上升热气流与潮湿的海陆气流相遇，从而在某些地区引发洪水，造成地质灾害等。
城市热岛现象是多种因子综合作用的结果。造成热岛效应的原因主要有以下三个方面：
第一，城市下垫面特性的影响。城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，比自然下垫面升温快。同时，城市地表对太阳辐射的吸收率较自然地表高，且近地面空气温度的变化取决于地面温度，进而使空气得到的热量也更多，温度升高。
第二，大气污染物的影响。城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动，都会产生了大量的氮氧化物、粉尘等大气污染物，这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量，产生强烈的温室效应。
第三，人工热源的影响。工厂、机动车、居民生活等都会燃烧各种燃料，都在排放热量。大城市里商场林立，商业街越来越多，这些地方建筑密集，热量不易散发。城市的交通工具都是大的散热器。都市越大、现代化程度越高，热岛效应就越明显。可以说，城市热岛效应是城市化进程的副产物。
就这个问题，美国能源部长朱棣文提出了个绝非高科技，但有充分科学理据的建议：全球大范围把屋顶变白，可显着提高地球折射太阳光的能力，热力进入大气层后，大部分会被反射回外层空间，“这是一个简单且我们马上可办到的方法”。计划如在热带与温带100座大城市推行，其效用等于全球停用汽车10年。
2. “白屋顶”计划
在城市，深色屋顶和沥青、焦油路面等构成暗色地带，吸收太阳能量，使城市温度平均高出农村1-3℃，形成热岛效应。太阳反射指数（SRI）或反射率可以解释白屋顶的降温效果。白屋顶的反射率一般在40%-60%之间，意味着，100平方米的面积可以抵消10吨二氧化碳造成的气温增量。地球能反射29%的太阳光；如果把所有屋顶漆成白色，地球的反射率将是30%，几乎可以抵消自工业革命以来全球变暖的影响。奥尔森及其团队新开发了一种计算机模型，该模型能模拟现实城市，预见到，若所有屋顶刷成白色，将能减少三分之一的城市热岛效应，平均降低城市气温约0.4℃。也针对具体大城市进行了独立研究，比如纽约，将在夏季降温1.1℃。但给城市降温还不是白屋顶的全部贡献。更大的作用应该在室内它将在夏季用电高峰发挥作用，减少空调使用，降低化石能源消耗。
本文主要以北京市为例分析“白屋顶”对热岛效应的影响，主要考虑城市下垫面的影响.采用净辐射量来表示辐射强度的大小。由于城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。
3.“白屋顶”计划对北京市影响研究
从上世纪80年代以来，北京市的城市化速度日益加快，城市发展的同时也改变了以往原有的自然条件，不断增加的高楼大厦以及水泥等不透水鋪装代替了原本是果园或农田的土地，特殊的城市下垫面和密集人群的活动，对城市的生态环境造成了影响。城市热岛效应就是这种环境变化的负面影响之一。太阳净辐射量的计算公式如下：
Rn——净辐射量——太阳直接辐射 ——太阳间接辐射——表面反射率
Iout——向上的红外热通量Iin——向下的红外热通量
采用2009北京市的气象数据，分别计算Q、 q、Iout、Iin。太阳辐射中可分为紫外光区，可见光区，红外光区。根据各区域的能量分布比例来求出太阳的辐射强度。取可见光区能量占总辐射能量的43%，取近红外光区能量占总辐射能的52%，可计算得到Q、Iin。通过查找可以得到q，地表向上的热通量Iout，可算得到。α=，表示吸收率，根据下表查得的材料吸收率，并且依据北京市城区建筑密度等数据取加权平均值，得出Q、q、Iin、Iout、。最终得到净辐射量：Rn。同时通过2009的北京气象资料可知，北京城区七月份的日平均温度T，将Rn和T进行回归分析。可知，日平均温度随净辐射强度线性增加的变化趋势。
表1 几种下垫面的吸收率
沥青混凝土 砖石土壤（黑湿）沙漠草水
0.8-0.95 0.65-0.9 0.6-0.8 0.65-0.8 0.6-0.95 0.55-0.8 0.74-0.84 0.9-0.97
由于加装白屋顶，可以改变地表反射率，本文将建筑区的反射率改变，其它区域的反射率保持不变，然后将这些地区的反射率根据面积比加权求平均，可得新的地表反射率=0.3175。通过计算得一组新的净辐射量，将这组数据带入拟合关系式，得城区温度的估计值。将温度变化取平均值可得：。
4.结论
本文以北京市为例重点分析了太阳辐射对城市温度的影响和加装“白屋顶”之后的变化。并且，弱化其它因素对城市温度的影响，得出在加装“白屋顶”城市温度会平均降低0.3度。可知“白屋顶”计划的确可以降低城市温度，缩短与郊区的温度差，减轻城市热岛效应。
参考文献：
[1]卢曦，城市热岛效应的研究模型，环境技术，第5期：43-46，2003。
[2]王菲，肖勇全，太阳辐射引起建筑群温升的探讨，暖通空调，第35卷第4期：9-12，2005。
[3]张光智，徐祥德，王继志，杨元琴，北京及周边地区城市尺度热岛特征及其演变，应用气象学报，第13卷特刊：43-49，2002。