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高温高湿地区城市热岛效应的形成机制与下垫面优化路径
文章字数：2507
随着城市化进程持续推进，道路、建筑、广场和停车场等硬质空间不断增加，土壤、植被和水体被不同程度替代，城市地表吸热、储热和散热过程随之改变。城市建成区温度高于周边郊区或自然地表形成城市热岛；在高温高湿地区，这一现象还会加剧人体热不适、制冷能耗和热健康风险。《国家适应气候变化战略2035》已将提升城市气候韧性、完善蓝绿生态网络和缓解热岛效应纳入重点任务。随着遥感、物联网传感器和人工智能分析的发展，城市热环境治理也开始由经验判断转向动态识别和精细调控。本文从下垫面热响应特征出发，分析热岛形成机制并提出优化路径。
一、高温高湿地区城市热岛效应成因分析
（一）城市典型下垫面的热响应特征。城市下垫面的热响应主要受材料颜色、反照率、热容量、导热性能、含水量和遮阴条件影响。沥青路面颜色较深，通常吸收太阳辐射较多，白天升温快，傍晚仍会释放储存的热量。混凝土、石材和瓷砖等硬质材料虽然表面特性不同，但大面积连续铺设会削弱土壤蒸发和植物蒸腾，使更多能量以显热形式进入近地面空气，形成局部高温区域。
草地和土壤可通过水分蒸发与植物蒸腾调节热量，但遮阴效果通常弱于乔木。树木冠层能够减少太阳辐射直接到达地面，并通过蒸腾改善局地微气候，因此连续树荫往往比单纯增加低矮草坪更能缓解白天高温。透水铺装在含水充足、孔隙畅通时可发挥一定蒸发降温作用，但其效果受天气和维护状态限制。由此可见，下垫面的硬化程度、材料性质、植被覆盖和遮阴条件共同决定地表热量的吸收、储存与释放。
（二）高温高湿地区城市热岛效应成因分析。高温高湿地区城市热岛效应并非由单一因素造成，而是城市空间形态、下垫面变化、人为活动和区域气候共同作用的结果。首先，自然地表被硬质不透水面替代后，土壤蒸发和植物蒸腾能力下降，更多太阳能量转化为显热。道路、建筑屋面和广场白天持续储热、夜间缓慢放热，容易延长城区高温持续时间。
其次，高密度建筑会形成城市街谷，降低近地面风速并阻碍热量扩散。建筑墙面与地面之间的多次辐射反射会增加热量滞留，夜间长波辐射也不易快速散失。若建筑布局连续阻挡主导风向，公园、河道和开放空间之间缺乏联系，局部区域的通风与降温能力会进一步下降。
再次，交通运输、商业设备、工业生产和居民生活会持续释放人为热。特别是在高密度城区，空调系统虽然降低室内温度，但室外机排出的热量会进入街道和建筑间隙，形成“室内降温、室外增热”的局部循环。高湿度不一定直接导致所有地表温度升高，却会限制汗液蒸发，使人体在相同气温下感到更闷热。当高温、高湿、弱风和强太阳辐射叠加时，公共空间的热不适和热健康风险会明显增加。
二、高温高湿地区城市下垫面优化路径
《关于推动城乡建设绿色发展的意见》提出提高城乡基础设施绿色、智能、协同水平，并加强城市规划、建设和管理统筹。因此，下垫面优化不应局限于单一铺装或零散绿化，而应与城市更新、生态修复和公共空间改善协同推进。
（一）合理增加城市绿地面积，恢复自然地面。缓解城市热岛不能只追求绿地面积，还应关注绿地结构、连续性和实际遮阴效果。城市更新中可优先在学校、医院、公交站、步行道路和居住区等热暴露较高的场所增加乔木，通过连续树冠形成稳定遮荫。街头绿地、公园和社区绿地之间应尽量保持联系，避免零散景观绿化难以发挥整体调节作用。
同时，应减少不必要的大面积硬化，保留土壤、植草区域和自然渗透空间，在停车场边缘、道路隔离带和社区公共空间恢复生态化地表。既有河道、湖泊和城市水面可与周边绿地共同规划，形成蓝绿空间网络；但水体降温效果受规模、水质、通风和周边湿度影响，不能将增加水面简单等同于全面改善热环境。
（二）对城市下垫面材料进行合理选择。在城市建设和老旧空间改造中，可根据道路功能和使用强度选择高反照率、低蓄热、透水或保水材料。浅色铺装可减少部分太阳辐射吸收，适用于人行道、广场和部分建筑屋面；透水铺装则适合人行道、停车场和低荷载道路，可促进雨水下渗和暂存，并在保持一定水分时发挥蒸发降温作用。
材料选择还应与道路承载、安全、排水、耐久和维护条件相适应，不能用同一种技术简单替代所有硬质地面。在满足工程功能的前提下，可综合优化材料颜色、表面结构、孔隙率和保水性能，使热环境改善与实际使用需求相协调。
（三）合理推动立体绿化覆盖。在地面空间有限的高密度城区，可通过屋顶绿化和垂直绿化拓展生态空间。屋顶绿化可减少屋面直接受到太阳辐射，通过植物、土壤和基质层提高隔热能力；垂直绿化则可利用建筑墙面、围墙、桥体和挡墙等空间，通过遮阴和蒸腾降低建筑表面温度。
立体绿化实施前需综合评估建筑承重、防水、排水、灌溉和长期养护条件，并优先服务于遮阴、隔热和公共空间改善，避免只追求短期景观效果。对不适宜大规模绿化的建筑，也可采用遮阳构件、隔热材料等替代方案。
（四）运用透水铺装、通风廊道与智能监测协同控温。透水铺装、植草沟和下沉式绿地可增加雨水滞蓄，改善地表水分条件，并兼顾雨洪管理与局部降温，但其效果受天气、含水状态和维护水平影响，应与乔木遮阴、自然地表恢复协同使用。城市规划还应根据主导风向、地形和建筑布局保留通风廊道，连通公园、水体、河道和开放空间，避免高密度建筑连续阻挡空气流动。
国家气候适应型城市建设试点要求建设高精度城市气候数据集，开展热岛效应综合分析和精细化风险评估；《深化智慧城市发展 推进全域数字化转型行动计划》进一步提出完善城市监测预警、决策支持和生态环境监测网络数智化转型。基于此，可融合卫星遥感、无人机热红外影像、地面温湿度传感器和城市空间数据，利用人工智能识别高温斑块、分析热环境变化并辅助预测风险区域。该模式能够扩大监测范围、提高数据处理效率，为乔木补植、遮阳设施设置和铺装改造提供依据，但模型结果仍须经过现场调查和人工复核。
三、总结
高温高湿地区城市热岛是自然地表硬化、建筑密集、通风受阻、人为热排放与区域气候共同作用的结果。治理中应统筹自然地表恢复、乔木遮阴、材料优化、立体绿化和通风廊道，并借助遥感、传感器和人工智能开展动态监测。不同功能区域还应根据热暴露、人群活动和维护能力实施差异化改造，使下垫面优化与城市更新、气候适应和智慧治理相衔接。
作者单位：香港城市大学
一、高温高湿地区城市热岛效应成因分析
（一）城市典型下垫面的热响应特征。城市下垫面的热响应主要受材料颜色、反照率、热容量、导热性能、含水量和遮阴条件影响。沥青路面颜色较深，通常吸收太阳辐射较多，白天升温快，傍晚仍会释放储存的热量。混凝土、石材和瓷砖等硬质材料虽然表面特性不同，但大面积连续铺设会削弱土壤蒸发和植物蒸腾，使更多能量以显热形式进入近地面空气，形成局部高温区域。
草地和土壤可通过水分蒸发与植物蒸腾调节热量，但遮阴效果通常弱于乔木。树木冠层能够减少太阳辐射直接到达地面，并通过蒸腾改善局地微气候，因此连续树荫往往比单纯增加低矮草坪更能缓解白天高温。透水铺装在含水充足、孔隙畅通时可发挥一定蒸发降温作用，但其效果受天气和维护状态限制。由此可见，下垫面的硬化程度、材料性质、植被覆盖和遮阴条件共同决定地表热量的吸收、储存与释放。
（二）高温高湿地区城市热岛效应成因分析。高温高湿地区城市热岛效应并非由单一因素造成，而是城市空间形态、下垫面变化、人为活动和区域气候共同作用的结果。首先，自然地表被硬质不透水面替代后，土壤蒸发和植物蒸腾能力下降，更多太阳能量转化为显热。道路、建筑屋面和广场白天持续储热、夜间缓慢放热，容易延长城区高温持续时间。
其次，高密度建筑会形成城市街谷，降低近地面风速并阻碍热量扩散。建筑墙面与地面之间的多次辐射反射会增加热量滞留，夜间长波辐射也不易快速散失。若建筑布局连续阻挡主导风向，公园、河道和开放空间之间缺乏联系，局部区域的通风与降温能力会进一步下降。
再次，交通运输、商业设备、工业生产和居民生活会持续释放人为热。特别是在高密度城区，空调系统虽然降低室内温度，但室外机排出的热量会进入街道和建筑间隙，形成“室内降温、室外增热”的局部循环。高湿度不一定直接导致所有地表温度升高，却会限制汗液蒸发，使人体在相同气温下感到更闷热。当高温、高湿、弱风和强太阳辐射叠加时，公共空间的热不适和热健康风险会明显增加。
二、高温高湿地区城市下垫面优化路径
《关于推动城乡建设绿色发展的意见》提出提高城乡基础设施绿色、智能、协同水平，并加强城市规划、建设和管理统筹。因此，下垫面优化不应局限于单一铺装或零散绿化，而应与城市更新、生态修复和公共空间改善协同推进。
（一）合理增加城市绿地面积，恢复自然地面。缓解城市热岛不能只追求绿地面积，还应关注绿地结构、连续性和实际遮阴效果。城市更新中可优先在学校、医院、公交站、步行道路和居住区等热暴露较高的场所增加乔木，通过连续树冠形成稳定遮荫。街头绿地、公园和社区绿地之间应尽量保持联系，避免零散景观绿化难以发挥整体调节作用。
同时，应减少不必要的大面积硬化，保留土壤、植草区域和自然渗透空间，在停车场边缘、道路隔离带和社区公共空间恢复生态化地表。既有河道、湖泊和城市水面可与周边绿地共同规划，形成蓝绿空间网络；但水体降温效果受规模、水质、通风和周边湿度影响，不能将增加水面简单等同于全面改善热环境。
（二）对城市下垫面材料进行合理选择。在城市建设和老旧空间改造中，可根据道路功能和使用强度选择高反照率、低蓄热、透水或保水材料。浅色铺装可减少部分太阳辐射吸收，适用于人行道、广场和部分建筑屋面；透水铺装则适合人行道、停车场和低荷载道路，可促进雨水下渗和暂存，并在保持一定水分时发挥蒸发降温作用。
材料选择还应与道路承载、安全、排水、耐久和维护条件相适应，不能用同一种技术简单替代所有硬质地面。在满足工程功能的前提下，可综合优化材料颜色、表面结构、孔隙率和保水性能，使热环境改善与实际使用需求相协调。
（三）合理推动立体绿化覆盖。在地面空间有限的高密度城区，可通过屋顶绿化和垂直绿化拓展生态空间。屋顶绿化可减少屋面直接受到太阳辐射，通过植物、土壤和基质层提高隔热能力；垂直绿化则可利用建筑墙面、围墙、桥体和挡墙等空间，通过遮阴和蒸腾降低建筑表面温度。
立体绿化实施前需综合评估建筑承重、防水、排水、灌溉和长期养护条件，并优先服务于遮阴、隔热和公共空间改善，避免只追求短期景观效果。对不适宜大规模绿化的建筑，也可采用遮阳构件、隔热材料等替代方案。
（四）运用透水铺装、通风廊道与智能监测协同控温。透水铺装、植草沟和下沉式绿地可增加雨水滞蓄，改善地表水分条件，并兼顾雨洪管理与局部降温，但其效果受天气、含水状态和维护水平影响，应与乔木遮阴、自然地表恢复协同使用。城市规划还应根据主导风向、地形和建筑布局保留通风廊道，连通公园、水体、河道和开放空间，避免高密度建筑连续阻挡空气流动。
国家气候适应型城市建设试点要求建设高精度城市气候数据集，开展热岛效应综合分析和精细化风险评估；《深化智慧城市发展 推进全域数字化转型行动计划》进一步提出完善城市监测预警、决策支持和生态环境监测网络数智化转型。基于此，可融合卫星遥感、无人机热红外影像、地面温湿度传感器和城市空间数据，利用人工智能识别高温斑块、分析热环境变化并辅助预测风险区域。该模式能够扩大监测范围、提高数据处理效率，为乔木补植、遮阳设施设置和铺装改造提供依据，但模型结果仍须经过现场调查和人工复核。
三、总结
高温高湿地区城市热岛是自然地表硬化、建筑密集、通风受阻、人为热排放与区域气候共同作用的结果。治理中应统筹自然地表恢复、乔木遮阴、材料优化、立体绿化和通风廊道，并借助遥感、传感器和人工智能开展动态监测。不同功能区域还应根据热暴露、人群活动和维护能力实施差异化改造，使下垫面优化与城市更新、气候适应和智慧治理相衔接。
作者单位：香港城市大学