【专题探究】地理效应明明那么多，热岛效应和绿洲效应有什么关系？

气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。城市热岛形成的原因主要有以下几点：

首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面，改变了下垫面的热力属性（反射率小，热量传导较快）。这些人工构筑物吸热快而比热容小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，吸收热量多，蒸发耗热少，散失热量较慢，因而其表面温度明显高于自然下垫面。

另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。

当然，城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些大气污染物浓度大，气溶胶微粒多，会吸收下垫面热辐射，在一定程度上起了保温作用，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。（白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。）

此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。

时空分布特征

1.城市热岛强度随时间的变化

热岛强度随时间主要表现出2种周期性的变化，即日变化和年变化。在晴朗无风的天气下，日变化表现为夜晚强，白昼午间弱；年变化表现为秋冬季强，夏季弱。

城市热岛强度不但有周期性变化，而且还有明显的非周期性变化。引起热岛强度非周期性变化的原因主要与当时的风速、云量、天气形势和低空气温直减率有关，主要表现为风速越大，云量越多，天气形势越不稳定，低空气温直减率越大，热岛强度就越小，甚至不存在热岛，反之“热岛”强度就越大。

2.城市热岛强度随空间的变化

城市热岛的水平分布表现在热岛出现在人口密集，建筑物密度大，工商业最集中的地区，而郊区则有较好的植被覆盖，或者农田密布，热岛强度小。热岛的空间分布因高度的不同而有所差别，表现在白天城郊差别不明显，夜晚城郊热岛强度差别大，并且强度的这种差别随高度的升高而下降，到一定的高度还会出现“交叉”现象。

主要危害

由于热岛中心区域近地面气温高，大气做上升运动，与周围地区形成气压差异，周围地区近地面大气向中心区辐合，从而在城市中心区域形成一个低压旋涡，结果就势必造成人们生活、工业生产、交通工具运转中燃烧石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等大气污染物质在热岛中心区域聚集，危害人们的身体健康甚至生命。表现在：

1）大量污染物在热岛中心聚集，浓度剧增，直接刺激人们的呼吸道粘膜，轻者引起咳嗽流涕，重者会诱发呼吸系统疾病，尤其是患慢性支气管炎、肺气肿、哮喘病的中老年人还会引发心脏病，死亡率高，如英国伦敦在1952年12月份，因为这个原因死亡4000余人。

2）大气污染物还会刺激皮肤，导致皮炎，甚而引起皮肤癌。有的物质如铬等，若进入眼内会刺激结膜，引起炎症，重者可导致失明。汞的含量较多，可损害人的肾脏，引起剧烈腹痛、呕吐。汞慢性中毒还会损害人的神经系统。

3）长期生活在热岛中心区的人们会表现为情绪烦躁不安、精神萎靡、忧郁压抑、记忆力下降、失眠、食欲减退、消化不良、溃疡增多、胃肠疾病复发等，给城市人们的工作和生活带来说不尽的烦恼。在我国素有“火炉城市”之称的南京、武汉、重庆等许多大城市在发展中都不同程度地出现了以上这些现象，所以，城市热岛效应已成为城市发展中应正确面对、亟待解决的问题。

4）对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应。为了降低室内气温和使室内空气流通，人们使用空调、电扇等电器，而这些都需要消耗大量的电力。如2012年美国1/6的电力消费用于降温目的，为此每年需付电费400亿美元。高温天气对人体健康也有不利影响。

5）有关研究表明，环境温度高于28°C时，人们就会有不适感；温度再高还容易导致烦躁、中暑、精神紊乱等症状；气温持续高于34°C，还可导致一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，死亡率明显增加。此外，气温升高还会加快光化学反应速度，使近地面大气中臭氧浓度增加，影响人体健康。

缓解对策

1） 绿化环境

研究表明：城市绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，则热岛强度越低，当覆盖率大于30%后，热岛效应得到明显的削弱；覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减作用极其明显。规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，基本上与郊区自然下垫面的温度相当，即消除了热岛现象，在城市中形成了以绿地为中心的低温区域，成为人们户外游憩活动的优良环境。

2） 减少排放

减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。提高能源的利用率，改燃煤为燃气。谭老师地理工作室综合整理控制使用空调器，提高建筑物隔热材料的质量，以减少人工热量的排放；改善市区道路的保水性性能。

3）城市规划

从城市气象规划设计出发应考虑：

①要保护并增大城区的绿地、水体面积

②城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。

③建筑物淡色化以增加热量的反射。

④此外，“透水性公路铺设计划”，即用透水性强的新型柏油铺设公路，以储存雨水，降低路面温度。

⑤形成环市水系，调节市区气候。因为水的比热大于混凝土的比热，所以在吸收相同的热量的条件下，两者升高的温度不同而形成温差，这就必然加大热力环流的循环速度， 而在大气的循环过程中，环市水系又起到了二次降温的作用，这样就可以使城区温度不致过高，就达到了防止城市热岛效应的目的。

⑥提高人工水蒸发补给，例如喷泉、喷雾、细水雾浇灌。

⑦市区人口稠密也是热岛效应形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市规划时，可以考虑，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部门，其余部门应迁往卫星城，再通过环城地铁连接各卫星城。

绿洲效应

大气圈、水圈和生物圈的互相作用

包围着地球的外部地圈包括大气圈、水圈和生物圈，它们的总质量仅占整个地球的0.024％，但是它们对于控制地球表面的环境及物质和能量的交换起着巨大的作用。

大气圈、水圈、生物圈通过彼此间相互作用及同岩石圈的物质和能量交换，不断地改变着各自的成分和状态。在各圈之间和其内部建立起物质和能量交换的动态平衡。人类依赖于这种环境而生存和发展。谭老师地理工作室综合整理

绿洲效应的定义

绿洲：指在大尺度荒漠背景基质上，以小尺度范围，但具有相当规模的生物群落为基础，构成能够相对稳定维持的、具有明显小气候效应的异质生态景观。

绿洲效应：沙漠里空气干燥，温度日较差比较大，并且降水稀少。而沙漠里的绿洲，由于土壤湿度大、蒸发和蒸腾到空气中的水比较多，空气湿度比较大，降水也比较多；由于含水量比较大的土壤的热容量比较大，并且由于蒸发和蒸腾对热量的调节，土壤温度和近地面气温的日较差比较小，这就是绿洲效应。

绿洲效应

在沙漠地区只要有水源，水分与空气混合，降低空气温度，提高相对湿度。在气象学此种空气与水混合，空气的热量使得水分自液体转变为气体(蒸发作用)，空气的热量被水分吸收因此减少。空气温度因此降低(冷却作用)。水分变成水蒸气又进入空气之内，因此空气内相对湿度增加。此种水与空气混合产生降温加湿的结果与沙漠中绿洲的形成十分相似，因此也可以称为绿洲效应。此种过程也称为蒸发冷却作业。

绿洲效应的作用条件

绿洲效应来自水与空气的混合。因此绿洲效应的作用条件在于：

1.有足够的风量与风压，

2.有足够的水量，

3.有足够的时间使水与空气得以混合。

但是绿洲效应并不是没有极限。荷兰人将空气比喻成海棉。一块海棉吸水的水量有其极限。海棉如果愈潮湿，原来已有的含水量愈多，在吸水饱和之前， 可吸水分则愈少。相反地如果海棉愈干燥，原来已有的含水量愈少，在吸水到饱和之前能够吸收的水量则愈多。和吸水同时发生的降温效果。空气吸收的水分愈多降温效果愈好。而空气吸满了水分不能再吸水，降温能力即到了极限，不能再降温。

灌溉对绿洲效应的影响

在干旱或半干旱地区，进行大面积的人工灌溉可以引起气气候变化，产生绿洲效应。经过灌溉的土地，土壤湿润，热容量增大，水份蒸发量也随之增加，土壤和近地面气温的昼夜变化趋向和缓，相对湿度加大。大面积的灌溉可使局部范围内的气候相应改变。

自20世纪30年代以来，美国在62000平方公里的土地上进行灌溉，结果使当地初夏增雨10%。有些科学家还曾设想建立半径达50米的巨型输水管道，横跨大西洋，将南美亚马逊河口的淡水输送至非洲撒哈拉沙漠灌溉，形成广阔的绿洲，以改良其极端干旱的气候状况 。

绿洲效应的特征

绿洲“冷岛效应”

绿洲效应最显著的方面是“冷岛效应”。绿洲在干旱环境的强迫下必然会有热平流水平输入,这造成白天绿洲近地面层仅存在靠近地表的很薄层层结不稳定大气和向上感热通量输送,而上层大气却为逆温和感热通量向下输送。所以白天近地层大气往往临空会出现一个“映象热中心”,大气也处于相对比较稳定的层结状态,这不仅使得绿洲地表蒸发受到一定抑制,而且使绿洲地表蒸发的水汽由于受上面逆温层的限制, 大量水汽聚集在贴地约200 m 以内,从而使水平空间靠近地表的绿洲大气会出现一个湿中心。进一步抑制绿洲地表的水汽蒸发。

绿洲的热力和动力效应

绿洲的“冷岛”结构造成了绿洲与周围荒漠非常大的热力差异,这会在绿洲和临近荒漠之间形成局地热力环流。在小风速时对绿洲和荒漠之间的能量和物质交换有重要贡献,特别是其对水汽的输送对绿洲自我维持有生态学上的意义。

同时,由于气流进入绿洲后风速的突然减弱,会在绿洲与上游荒漠的交界处形成一个气流辐合区,在绿洲上游出现上升气流,这种上升气流有可能对形成中尺度对流的产生有一定贡献

绿洲增雨效应

由于绿洲的热力和动力效应容易在干旱区诱发中尺度对流,这有利于该地区降水的产生,从而起到增雨的效果。一般比较大的绿洲才能有这种增雨效应。根据统计,新疆库车地区总云量和低云量均明显少于北京地区,但其积雨云出现次数却几乎高出北京一倍,这也许就是绿洲诱发的对流运动的贡献。还发现,由于水平风速吹斜了对流体,增雨效应主要出现在绿洲的下风区。在阿克苏绿洲,处于绿洲上风方向的阿瓦提地区降水很少,而其下游则明显多雨。

临近绿洲荒漠大气逆湿

由于来自绿洲的较强的水平水汽输送和荒漠本身地表蒸发提供的水汽极少,临近绿洲的荒漠近地面层大气时常会出现一个逆湿层和水汽通量向下输送层,并且一般白天为临空逆湿,夜间为贴地逆湿。

绿洲地表低反射率

绿洲地表平均反射率为0.15 ,远低于其周围临近荒漠的0. 25。这导致绿洲地表为高辐射能量接收区。绿洲地表吸收的短波辐射大约比其周围临近荒漠大16 % ,而地表发射的向上长波辐射却比其周围临近荒漠约低28 %(夜间) ～40 %(白天)这最终造成绿洲净辐射通量明显高于周围荒漠。

绿洲效应的利用

对绿洲系统而言,水是维持其存在和支持其发展的最关键因素. 但除此而外,绿洲效应所表现出的一系列小气候特征作为最主要的局地自然要素,也无疑对支持绿洲系统维持和发展起着极为重要的作用。

绿洲植被状况越好、土壤湿度越大越有利于绿洲小气候特征的表现,而当外部背景为强风和强的太阳辐射时,则不利于绿洲小气候特征的表现,水平尺度则以适中为最佳。由此可见,绿洲的空间尺度、绿洲的植被分布结构和土壤性质、绿洲形状和走向以及大尺度的动力和热力背景等因素,都能影响绿洲和其临近荒漠小气候特征的表现力,从而对绿洲自我维持机制发挥产生作用。这些因素在一定程度上是可以被改变的。使通过改变绿洲条件来改进绿洲自我维持机制在理论上存在着可能性。

对绿洲效应的人工影响

建设和改造绿洲：

(1) 减少绿洲上游山区的用水,尽量满足山前平原区绿洲的用水,防止绿洲由平原向山区退缩,使气候要素能达到最优化组合。

(2) 在荒漠区利用大型滴灌工程发展相对集中的人工绿洲或改造现存绿洲的面积,并使其达到能够自我维持的生态规模。

(3) 由于大尺度水平风速对绿洲系统的维持有较大影响,因此建设新绿洲或改造旧绿洲时应尽量选在背景风速较小的环境中,或顺着流性风向建造绿洲.

(4) 在光热资源与水资源结合时显得过剩的情况下,应该选择太阳辐射相对较弱的大尺度背景建设新绿洲。

(5) 在水资源相对短缺的绿洲,应大量兴建条件性气候封闭工程。所谓条件性封闭就是对自然条件的去劣从优。

(6) 作为硬技术的灌溉技术的提高和更新,仍然是最有效、最应大力推广的方法,它能使绿洲生态系统更高效地运转。

问题与建议

目前对绿洲的研究仍然主要停留在定性描述和表象认识上,而绿洲内部各要素之间及其与外部环境因子之间的定量物理关系实际上并没有建立起来。揭示绿洲的本质物理规律仍然是今后对绿洲研究的主要方面。绿洲的物理本质是绿洲所赖以维持的物质和能量基础。返回搜狐，查看更多