浅析海绵城市对热岛效应的缓解作用

1 引言

城市热岛效应是指随着城镇化的加速，城市区域内的气温高于郊区气温的现象。热岛效应是城市化的结果，使得城区年平均气温与郊区相差较大。随着城市化进程的加快，以及全球变暖的影响，城市热岛效应越来越强烈，对人们的生产生活产生的影响也越来越大。因此，加大城市热岛效应研究，对改善人民居住环境，改善城市生态系统，实现城市可持续发展等具有十分重要的意义。

2 热岛效应的影响因素

2.1 城市下垫面的影响

在城市发展过程中，下垫面以混凝土、沥青等物质代替了原有的水体、绿地，而不断增加的城市硬化地面存在较小的反射率和较高的热导率与热容量，使得下垫面吸收了更多的太阳辐射。同时，硬质地面使地表水的蒸腾量极剧减少，地表热量难以散发，长期累积，导致地表温度上升，热岛效应明显。

2.2 人为活动的影响

城市人口增多，人为活动增加，使得城市中因日常生活、工业生产、商业及交通运输排放大量热量。与郊区相比，城市在较小的面积上聚集较多的热量，城市热量难以及时散发，造成城市温度持续上升。人类活动在排放热量的同时也向空气中排放了大量的污染物，污染物的增加也加剧了城市热岛效应。恰萨里卡（Czarneeka）等[1] 研究也发现，主要污染物的排放使得城市热量增加，热岛效应增强。

2.3 城市高密度建筑物的影响

一方面高楼大厦等建筑物使城市通风廊道被阻塞，外部的自然冷风受到高密度建筑物的阻挡，使得城区风速减小，热量难以散失。另一方面，城区中的建筑物大多呈立体状，地表发射的热红外经过地面、建筑物多次反射，再次吸收大部分热量，导致热红外难以穿透大气层，增强了城市热岛效应。

3 海绵城市的重要性

海绵城市建设目标采用低影响开发的建设技术，建设具有“吸”“放”功能的城市，海绵城市建设对于改善城市热环境有着重大的意义[2]。刘增超等人通过采用遥感解译的方式开展海绵城市热岛效应监测，结果表明：3 年建设期内，沣西新城海绵城市建设区域热岛效应缓解作用明显，同时也佐证了海绵城市建设对城市热岛效应的缓解作用[3]。

海绵城市建设，通过提高城市绿化面积及改变传绿地结构，减小地表雨水径流、降低城市综合径流系数，同时。生物滞留设施等绿色海绵设施可吸收空气中的二氧化碳，植物利用自身的蒸腾作用降低周边的温度，提高空气的湿度，使得空气的质量得到有效的改善，从而达到空气净化的目的。一旦城市中心的温度降低，相应地就会降低城市的热岛高压，出现气压的差异，使得局边的空气逐渐向着城市中心流动，最终形成循环风，减缓城市的热岛效应。

从海绵设施层面来看，一方面，用透水砖铺装、透水混凝土路面来替代不透水的柏油路面，可以很大程度地减弱由下垫面结构变化引起的城市热岛。另一方面，生物滞留设施、下沉式绿地及绿色屋顶等绿色设施的应用增加了城市的绿化覆盖率，从而减弱热岛强度。

4 海绵城市对热岛效应的缓解作用

4.1 透水铺装对热岛效应的缓解作用

透水铺装（如图1 所示）相较于混凝土沥青路面，减少了城市硬化地面比例，透水铺装中的水分在蒸发过程中带走了空气中的大量热量。蒸发的水蒸气还增加了空气湿度，进一步降低热量，缓解了城市热岛效应。朱玲等人利用热岛强度评估指标，对比传统模式与海绵规划方案在热岛强度上的差异，研究发现海绵城市措施中的绿色屋顶、下凹绿地和透水铺装能够在一定程度上缓解热岛强度[4]。图2 中展示了传统模式与海绵规划模式对比值，可以看出，透水铺装可以在一定程度上减缓热岛效应（数据引自阮胜，海绵城市建设技术降低城市热岛效应的研究—以湿热地区南宁市第三实验小学为例）。

海绵城市通过透水铺装代替混凝土沥青等硬化铺装，可以减少城市硬质下垫面的比例，同时海绵城市建设模式中的水体、绿地等冷源面积的比例增加共同缓解了热岛效应。

4.2 海绵城市绿色设施对热岛效应的缓解作用

绿色设施（如图3 所示）不仅影响城市区域尺度气候条件，而且直接影响到周边的热环境条件，通过改善城市下垫面的热属性，从而达到缓解热岛效应的效果。研究表明植被覆盖度与温度存在明显的负相关关系，即植被覆盖程度越低，温度越高，反之亦然[5]。

图1 海绵城市透水铺装意向图

图2 传统设计模式与海绵城市模式下热岛强度对比

图3 海绵城市生物支流设施意向图

海绵城市的绿色设施通过生态滞留设施、下凹式绿地、绿色屋顶等技术手段，可以大大增加绿化面积，而绿化率的提高可以明显改善城市热环境。首先，植物可以通过蒸腾作用吸收大量的热，还可以通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，抑制温室效应，释放氧气，从而达到降温的效果。其次，绿地中的水体比热容较大，可以控制温度快速升高。最后，植物可以滞留大气中的粉尘，减少太阳辐射热的吸收，进一步发挥削减热岛效应的作用。因此，绿地的温度比其他表面的温度低。另外，城市绿地的类型分为多种，大体上分为乔木林、乔灌林、灌丛和草地四种。不同绿地类型对城市热环境的缓解效果有明显差异。通过实地观测获取温度和湿度数据，用温度变化指数和湿度变化指数计算公式等方法可以得出最后结论：无论降温效应还是增湿效应，乔木林 > 乔灌林 > 灌丛 > 草地。因此，为了减缓城市热岛效应的影响，在绿地建设中，城市应增加乔木林、乔灌林建设的面积，减少灌丛和草地建设面积。

4.3 海绵城市专项规划对热岛效应的缓解作用

城市结构布局是影响城市生态环境质量的最重要的因素之一，合理规划城市下垫面结构，不仅增加城市绿地面积，降低地表热量，还可以将外围的风源引入城市，提高城市生态系统的自我调节能力。研究表明，城市绿地调节功能不仅与绿地面积有关，还与绿地类型、绿地群落结构有关[6]。

海绵规划强调在保证绿地率的基础上，优化绿地、河道等布局，形成区域性的排水、防洪等廊道，保证绿地冷源效应的同时，增强空气对流对热岛的缓解作用。

因此，在海绵城市理念的指导下，应当合理规划调整城市结构布局，调整城市建筑密度，保证城市开发前与后的水文特征不变，保护城市生态绿地不被侵蚀，改变传统城市格局，通过规划绿线、蓝线的方式保护城市生态空间，与绿地公园一道形成控制城市热岛的绿化体系。

5 结语

综上所述，随着我国城镇化的加速，生态治理与防护已成为城市规划的主要研究内容之一。其中，城市热岛效应是目前面临较为严峻的问题之一。海绵城市通过一系列的园林绿化工程，提高了城市绿化面积覆盖率，能够有效地降低城市温度，调节城市微循环，缓解城市热岛效应。

参考文献

[1] Czarnecka M，Nidzgorska L J. Intensity of urban heat island and air quality in Gdańsk during 2010 heat wave[J]. Polish Journal of Environmental Studies, 2014, 23 (2): 329-340．

[2] Dietz M E．Low impact development practices：A review of current research and recommendations for future directions[J]．Water air and soil pollution, 2007, 186(1-41): 351-363.

[3] 刘增超，李家科，蒋丹烈. 基于URI 指数的海绵城市热岛效应评价方法构建与应用[J]. 水资源与水工程学报，2018, 29（4）：53-58.

[4] 朱玲, 由阳, 程鹏飞, 等. 海绵建设模式对城市热岛缓解效果研究[J]. 给水排水，2018，44（1）：65-69.