城市热岛业务探索

张行清
（广西壮族自治区气象减灾研究所 南宁 530022）

【摘　要】　目前气象部门对城市热岛业务尚未完全归口管理，还停留在城市热岛传统的业务研究、监测和预报服务上。本文试图对城市热岛业务创新展开深入探讨。在城市热岛业务化推进过程中，要像防雷业务那样坚定走气象认证的路子。在城市热岛创新业务中有9种气象强制认证或者气象权威认证值得谋求合法化，促成城市热岛气象业务创新。气象部门作为城市热岛专业管理部门有必要联合其他相关部门设立相应的地方城市热岛协会，组织和协调做好城市热岛相关业务，扩大气象部门在城市热岛区域的影响。
【关键词】　城市热岛 业务创新 气象强制认证 气象权威认证 城市热岛协会

　　1 引言
　　城市热岛效应是城市气象最明显的特征之一。1820年，英国化学家Lake Howard（1772年～1864年）发现城市中心区气温比临近地区城镇热而提出了城市热岛效应（Urban heat island effect）的概念。从温度场上看，城市城区犹如海上岛屿，被形象称为城市热岛。一年四季都可表现为城市热岛，城市热岛效应强度大的多见3℃～4℃，少见6℃～7℃，个别达11℃。
　　在同一片蓝天下，城市被改写为城市热岛，其形成因素有多种，主要是城市下垫面、城市人为热和温室效应。在城市热岛效应被发现的185年里，国内外专家包括气象专家、城市规划专家、环境保护专家、园林专家和医学专家等不懈努力，从各个角度研究城市热岛取得了大量的研究成果。气象专家从正面研究，研究手段不断改进，从地面定点观测和线路观测到航空遥感，再到卫星遥感，以及近年来分布密集的城市自动气象站观测。研究角度从“城市气温热岛”研究到“城市亮温热岛”研究，再到城市热岛综合研究。而更多专家对城市热岛开展更为具体的专题研究。除了研究城市下垫面、城市人为热和温室效应以外，还有研究城郊空气环流和城市逆温层对空气污染的影响，研究城市热岛引起的城市雾岛、雨岛、干岛和混浊岛效应，研究地形和城市风对城市热岛的作用，研究城市热岛对生态环境的影响，研究城市热岛对居民健康的影响，研究城市热岛对经济发展和城市发展的影响，等等。总之，专家在城市热岛各个方面研究已经取得了丰硕成果，同时也为城市热岛各个症状开出了医治良方。
　　但是，目前气象部门在城市热岛区域仍停留在传统的业务研究、监测和预报服务上，对城市热岛业务尚未完全归口管理。本文试图从城市热岛业务现状、行业责任、创业得失、业务介入和组织等多方面对城市热岛业务创新展开深入探讨。
　　2 城市热岛业务呼唤管理
　　2.1 城市热岛业务现状
　　在一些省级气象台网站环境气象栏目里，可看到城市热岛效应强度预报。举一个例子，南宁市城市热岛效应强度预报：发布日期05-08-05，预计05-08-05晚间到05-08-06白天，夜间城市热岛4级，强；午后城市热岛4级，强；平均城市热岛4级，强。附：城市热岛强度共考虑了最高、最低、平均气温3种情况，城市热岛强度从弱到强共分为微弱、弱、中、强、极强5级。城市热岛强度划分表（略）。有的省级气象台还报出城市热岛效应指数，可以看出其预报内容基本类似。不管怎样，这些城市热岛效应强度预报值得肯定，毕竟向城市热岛业务化迈出了勇敢的第一步。但是，我认为像这样的城市热岛效应强度预报值得商榷，对城市热岛效应预报却没有把握好要点，反而引起人们以篇概全，对城市热岛效应产生错误认识。看多这样的城市热岛效应强度预报会得出这样的结论，气温低的日子则城市热岛效应强，而气温高的日子则城市热岛效应弱。因为这样预报仅仅宣传了城市热岛的保暖作用。此外，一个行人走在大街上除了遮挡太阳的直接辐射外，街道等地表辐射又有谁会去遮挡呢？走在大街上的人们实际上更加关心的是室外气温、地表辐射温度和太阳辐射温度。大热天里人们其实更加关心地表吸热后辐射热量导致午后和晚上持续又难熬的高温。虽然炎热夏天城市热岛效应强度比寒冷冬天稍偏弱，但是炎热夏天受到城市热岛效应的推波助澜，让人们不得不面对严峻的考验，制约居民活动减少，直接威胁居民的生命和财产安全。像这样的城市热岛效应预报与人们需要相差甚远。我认为，城市热岛效应预报服务要有三方面内容：⑴城市热岛效应强度。需要提供城市气温预报。没有城市气温预报，城市热岛效应强度预报就悬空了。⑵增加城市气象标准路面温度预报，包括标（准）高（度）气象标准路面气温、地表辐射温度和太阳辐射温度。⑶增加城市地表辐射导致的午后和晚上持续高温的预报。总之，城市热岛效应强度是以郊区为基准对比得出与城区的气温差异，城市天气预报本来就是城市热岛天气预报，不应该回避城市热岛的称谓，城市热岛效应强度预报与天气预报不应脱节而谈。
　　城市高温天气除了城市热岛效应因素外还与当地天气系统关系非常密切。比如广西地处华南西部，位于亚热带地区，北靠云贵高原，南濒中国南海。气候因素造就了广西夏长冬短。广西夏季天气经常受到副热带高压影响，制使广西出现短期大范围闷热天气。夏季炎热加上城市热岛效应推动，城市气温居于高位徘徊。这是直接激发广西城市高温天气的导火线。广西城市高温天气在天数上与同期中国境内的台风相比要多得多。因此，城市天气预报溶入热岛相关内容后也不要与天气系统脱节而谈。
事实上，目前气象部门在城市热岛业务中仍停留在传统的业务研究、监测和预报服务上。据各方面资料分析显示，城市热岛业务在全国开展得相当低调，城市热岛业务化推进工作任重而道远。
　　2.2 气象部门责无旁贷
　　1959年国际上成立了“城市与建筑气候学研究小组”。1977年在比利时首都布鲁塞尔，由世界气象组织、国际生物气象学会及国际建筑与规划联合会组成“城市及建筑气候常设委员会”，此后，每三年举办一次讨论会。1985年12月第9次气候委员会对城市气候及其应用作了若干决议。决议认为需要把气候与人居的生活、经济和环境生态等方面联系起来，促进气候在土地利用、城市化和建设中的合理利用。关于城市气候研究工作，应该努力推进热带城市气候工作，把重点放在应用方面。在此基础上，城市气候从定性描述转而更物理化、定量化，最终达到能够预测。从1994年2月1日起，我国强制执行《建筑气候区划标准（GB50178－93）》。然而，包括我国在内，全球对城市热岛业务管理尚未进入实质阶段。
　　近100年来，全球年平均气温上升0.7℃，大城市平均气温上升2℃～3℃。全球变暖已经引起全人类的广泛关注。我国近二十年来城市化步伐加速，城市热岛效应明显增强。资料显示，中国四大火炉城市之所以这么出名，主要原因就是城市热岛效应在推波助澜。北京市和广州市等特大城市热污染和空气污染已经严重制约当地城市发展。由城市热岛引起城市雨岛效应，特大暴雨导致城市排水不畅。近年来，暴雨成灾也给北京市和广州市等城市敲响了警钟。察看北京市历史遥感分析图，可以断定首钢强大的热污染和诱发的空气污染是首钢迁出北京城的主要原因之一。总之，城市热岛效应带来的方方面面的影响弊远远大于利。结果是高温天气天数增多而强度加强，空气污染加剧，暴雨成灾增多，雾灾和干旱也增多加强。作为专业管理部门不能把城市热岛效应仅仅看作普通高温天气现象。因此，城市热岛效应关系着城市生存环境，特高温等级天气直接威胁居民的生命和财产安全。
　　目前气象部门对城市热岛效应还没有引起足够重视，就像当初人们把台风仅看作海上旋风那样。在卫星遥感出现之前看不见海上旋风，对海上旋风没有划分等级，不像现在多部门启动防台预案和多级联动抵御台风。现阶段如果出现台风，政府相关部门和相关行业单位自动围绕着气象部门团团转。城市热岛与台风一样，都是气象部门处于主导地位的行业管理范畴。在这个问题上，首先处于主导地位的气象部门应该深刻反思。近年来，虽然城市自动气象站布点增多，加大对城市热岛气温和降雨等气象因素的监测，但是气象专业服务却远远没有跟上我国城市化发展步伐。城市在国民经济建设中已经凸显出其核心作用，城市是市民生活和工作赖于生存的地方。城市热岛效应却破坏我们城市家园，人与环境又怎能和谐发展呢？近二十来我国城市化步伐加速，特别城市热岛与城市这块亮丽招牌挂靠在一起，是当今时代赋予气象部门前途无量的发展空间。
　　当前媒体和学术界对减缓城市热岛效应和改善人居环境的呼声很高。南京市一位有识之士指出，“在现今的城市规划中，气象学家暂时缺位，而有关‘热岛效应’的研究更是少之又少。”[1]由此看来，气象专家在城市规划中缺席已经受到越来越多公开的异议，气象部门作为城市热岛业务权威管理部门应该引起足够的重视。一些地方对城市热岛效应缺乏研究已经不可取，气象专家在城市规划中也缺席，这表明气象部门尚未对城市热岛业务完全归口管理，还停留在城市热岛传统的业务研究、监测和预报服务上。缺乏管理，即使有多么丰硕的城市热岛效应研究成果也很难在实际应用中有效发挥其积极作用。规范管理城市热岛业务是气象部门当前面临新的严峻的挑战。
　　3 城市热岛业务拓展
　　3.1 气象业务创新得失借鉴
　　目前气象部门在城市热岛区域仍保持在传统的业务研究、监测和预报服务上，此区域气象业务创新还没有开展的迹象。也许是跨行业的气象新业务在创立时由于部门利益问题存在协调难度大，或者根本不配合，导致困难重重，被迫落空。大气环境评价业务是气象部门跨行业业务管理失败的一个例子。大气环境评价项目属于控制污染的环境保护强制管理项目，管辖权应归属环境保护部门，环境保护部门拥有审批权，但是大气环境评价实质上是局部大气对未来项目污染源的净化能力评估，归属大气领域，业务管理权威部门是气象部门，气象部门应该分享项目实施者从业资格气象强制认证权，当然项目实施者执业资格审批权应该归属环境保护部门。项目实施质量评估气象强制认证权应该归属气象部门，而项目实施质量监督权和项目实施质量合格审批权则应该归属环境保护部门。但是，现实并非如此，此项业务一刀切归口由环境保护部门管理，气象部门失去了涉及本部门强制认证业务的管辖权。雷电业务是气象部门跨行业业务管理成功的一个例子，是气象部门跨行业业务合作的一个典范。雷电归属大气领域，防雷隶属安全生产。雷电业务由气象部门主管，为项目实施者颁发业务资格证书，项目实施质量评估和合格气象强制认证权归属气象部门，对项目申请人防雷安全监督归属安全生产管理部门。经过气象部门多年努力，防雷业务不仅写进了《气象法》，并且已经成为气象部门的支柱创收业务。从这两个一得一失例子里，气象部门应该总结经验，在《中国气象事业发展战略研究》指引下，克服麻痹思想，提高管理意识，找准角度，扮演好角色，与时俱进，谋求业务创新，积极介入到跨行业的气象新业务中去。在城市热岛业务化推进工作中，要像防雷业务那样坚定走气象认证的路子。
　　3.2 城市热岛创新业务介入
　　城市热岛归属大气领域，归口管理隶属气象部门。由于城市热岛表现出多方面的影响，涉及城市规划、环境保护、城市园林、卫生医疗和商业管理等部门。当前从政府到百姓对减缓城市热岛效应和改善城市生存环境的呼声普遍认同，这是发展城市热岛创新业务的大好时机。城市热岛气象业务创新一定要坚定走气象认证的路子。从城市热岛综合治理手段和城市热岛研究成果分析，气象部门谋求城市热岛业务创新的切入点比较多：一、介入城市热岛热污染消化能力气象强制认证，评估城市规划绿地、水面和立体绿化对城市热污染的消化能力。⑴从产热角度看，要考虑3方面因素：⒈城市人为热：①工厂、机动车、办公设备、居民生活等消耗大量煤油电等能源，排放大量热量。②城市政策由于倡导节约能源，限制私车，鼓励使用太阳能等，影响各种方式生产热量的减少。⒉城市温室效应增热：①由于机动车辆、工业生产以及居民生活和活动，产生大量的氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳等温室气体、粉尘，增加气溶胶浓度，对太阳辐射和地面辐射的吸收增强，导致产热效率高，使城市温室效应加强而增热。②城市政策由于倡导能源绿色消费，鼓励使用清洁能源，严格控制污染源，限制温室气体、粉尘排放，消弱温室效应而减热。⒊城市下垫面增热：城市大量的构筑物，其热传导强并且热容量小，在相同的太阳辐射条件下，比绿地（草地、林地等）、水面吸收热量多而升温快。有人做过监测，夏天里草坪温度32℃、树冠温度30℃的时候，水泥地面的温度可以达到57℃，柏油马路的温度更高达63℃。⑵从消热角度看，也要考虑3方面因素：⒈城市风驱散热量：合理规划城市布局，规划好“空中走廊”，限制高层建筑，引导城市风。资料显示，风速在6米/秒以下，城市热岛效应明显，风速大于11米/秒以上，城市热岛效应不明显。这表明城市风对城市热岛效应有相当强的驱散能力。⒉城市地形对城市热岛的保暖作用和城市地形对城市风的影响。⒊绿地、水面和立体绿化对城市热污染的消化能力：①绿地、水面与城市大量的构筑物如楼房、街道等对比，其热传导弱并且热容量大，在相同的太阳辐射条件下，绿化带（绿地、水面等）比构筑物产生热量小，吸收热量少，升温慢。在辐射热量时，绿化带比构筑物释放热量因此相应减少。②绿地通过植物蒸腾带走热量，通过植物光合作用把太阳能转化为化学能，减少热量的产生，水面和土面等通过水气蒸发带走热量。资料显示[2]，每公顷绿地平均每天可从周围环境中吸收81.8 兆焦耳的热量，相当于1890台1千瓦空调的制冷作用。每公顷绿地，每天平均可以吸收1.8吨的二氧化碳，削弱温室效应。每公顷绿地可以年滞留粉尘1.6吨至2.2吨，降低环境大气含尘量约50%，削弱温室效应，进一步抑制大气升温。二、介入城市热岛风路设计气象强制认证，合理布局城市高层建筑和主要街道，限制城市高层建筑，保障城市风路畅通；三、介入城市热岛城郊空气环流、逆温层对空气污染影响气象强制认证，论证城郊空气环流、逆温层对城市空气污染的影响，为环境保护部门在城市里更为严格控制污染排放提供气象专业依据；四、介入城市热岛空气污染净化能力气象强制认证，评估城市规划绿地、水面和立体绿化对城市空气污染的净化能力。从城市空气污染生消来看，要考虑4方面因素：⒈环境保护政策宽紧程度和限制污染排放执行力度。⒉城郊空气环流、逆温层对空气污染的影响。⒊城市地形和城市风对城市空气污染的驱散能力。⒋绿地、水面和立体绿化对城市空气污染的净化能力。五、介入城市热岛特殊场所空气质量合格气象强制认证，保障处于特殊场所的人员生命和财产安全免受威胁；六、介入城市热岛排水系统安全气象强制认证，论证特大暴雨免于对城市造成洪涝灾害所需要建设的城市安全排水系统；七、介入城市热岛环境空气质量验证气象权威认证，为环境空气质量认证申请人提供气象权威认证报告；八、介入城市热岛使用的建材辐射和隔热等验证气象权威认证，力争修改《建筑法》，强制建筑物使用气象特别认证建材；九、介入城市热岛使用的食品和用品用具降温防暑气象权威认证。一言以蔽之，城市热岛创新业务前途广阔，关键要把握好城市热岛业务创新的切入点和切入机会。
　　3.3 城市热岛创新业务组织
　　城市热岛创新业务由于涉及多个部门利益，要力争谋求合法化。气象强制认证或者气象权威认证首先应该谋求在本行业框架内创立，然后才是在城市规划或者环境保护框架内创立。在污染源没有具体责任人的大气领域项目，气象部门要力争自己合法管辖权。要从严管理业外大气监测和业内气象数据外流，严厉打击从事气象强制认证或者气象权威认证的越权行为。努力促成修改《气象法》，明确气象部门职责、权利和义务，得到《气象法》的明确支持。同时在“中国气象业务指引”里增加城市热岛业务章节。成立城市热岛业务创新领导小组和专家小组，组织和辅导城市热岛业务化推进工作。首例创新业务开展要力求选择一个比较理想的地方城市，当地政府、城市规划部门比较支持和配合，尽力做成一个样板项目。通过全国各地群起效仿，达到创新业务既成事实的目的。完成从部门文字合法化到实力合法化，进而敦促修改《城市规划法》和《环境保护法》，促成城市热岛气象业务创新。
　　总而言之，气象部门作为城市热岛专业管理部门应该联合城市规划部门、环境保护部门、城市园林部门、卫生医疗部门和商业管理部门设立相应的地方城市热岛协会，组织和协调做好城市热岛相关业务。比如，为相应行政部门行使城市规划、环境保护和城市绿化管理决策提供专业参谋，如果一旦发布城市高温天气预报，应根据城市热岛有关研究成果，有针对性的通知居民做好降温防暑，通知卫生医疗部门做好抢救群体性中暑病人的应急准备，通知商业管理部门做好充足降温防暑商品供应，并且组织好城市热岛论坛。展望未来，城市热岛业务极可能是扩大气象部门的影响，提高气象部门威望的的又一招牌。地方气象部门率先在城市热岛效应研究和业务化推进等各个方面做好策划和组织工作，将会在全国气象部门起到示范作用。
　　[1]郝倩.南京凸现“热岛效应”专家：立体绿化是治本之策.现代快报
　　[2]李延明等.北京城市绿化与热岛效应的关系研究.中国园林，2004，20（1）：72～75

参 考 文 献
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[5] 李延明等.北京城市绿化与热岛效应的关系研究.中国园林，2004，20（1）：72～75
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