城市化对大气环境的影响与修复

根据众多的研究表明，城市化进程对城市大气环境造成的影响主要存在这样几个方面。

（1）产生城市热岛效应和城市增温现象。城市人工地表面积的下垫面热力学性质的不同于乡村；空气中由燃料产生的二氧化碳等较多；加上人为的热源因子，城市气温明显高于郊区，产生城市热岛效应。据研究，北京热岛效应的加剧与近些年周边城市群的快速发展有关[5]；多年来北京热岛强度的增温率为0.23℃/10a，而城市中心区域的增温率为郊区的8倍[6]；南京市城市热岛强度晴天大于阴雨与多云的天气，晴天则是夜间大于白天，日落以后城郊温差迅速增大，口出以后又明显减小；阴雨天热岛强度的口变化不是很明显[7]。城市化进程对城市历年气温显著的增温影响，对城市最低气温，城市最高气温以及城市平均气温都有明显的影响。

（2）对城市大气环境造成污染。城市中由于大量使用能源，向大气中排放许多二氧化碳和氮氧化物等有害气体，对城市区域大气环境造成污染。另外，由于建筑施工，道路交通等产生的城市扬尘和悬浮颗粒物也对使城市大气环境恶化造成一些影响。城市区域由于工业生产的集中，产生大量的污染排放物，与郊县相比，城区大气的二氧化硫和氮碳化物的含量要远高于郊县地区，大约为郊县地区的2倍左右。

（3）产生“干岛—湿岛”现象。城市中由于下垫面多为建筑物和不透水的路面，蒸发量、蒸腾量小，所以城市空气的平均绝对湿度和相对湿度都较小。但由于城市下垫面热力特性，边界层湍流交换以及人为因素均存在日变化，因此，城市绝对湿度的日振幅比郊区高，白天城区绝对湿度比郊区低，形成“干岛”，夜间城市绝对湿度比郊区大，形成“湿岛”。

此外，城市化进程发展对城市雾的产生，城市降水量，城郊局地环流都有很重大的影响。甚至，它对城市区域气候造成更严重的影响，产生诸如沙尘暴、城市毒雾、光化学污染等一系列的气候灾害。

（一）对城市增温/热岛效应的影响

针对全球许多城市和地区的普遍增温现象，大部分增暖现象都可以归咎于人类活动，全球变暖主要来自自然因素和人类活动的加剧，对城市增温的研究也常集中在这两个影响因素上，然而城市增温和全球气候变化的影响机理并非完全相同。实际上，人类在工业时代排放的大量温室气体是造成近100年来全球变暖的主要因素，而城市化则是造成城市增温和城市热岛效应的主要原因。尽管IPCC已经认定：相对于气候的自然变化而言，城市化对区域和全球气候变化的影响是次要的，但是仍然在一些地区发现了城市化影响地区增温和区域气候变化的重要证据。[8]在对城市增温与城市热岛的研究目的有所不同，城市增温的影响因素来自气候背景的变化和城市化的双重影响，而城市热岛则主要是人为因素所致。由于城市化往往也是许多大城市气温升高的主要成因，因而我们在分析中将城市化对两者的影响同时考虑在内。

近些年来，由于我国城市化进程加快，城市人口迅速增加，城市基础设施和住宅建设发展很快，与此同时，随着经济增长和居民收入水平提高，生产和生活用能也在不断增加，各种污染物和温室气体排放也随之增加，这些因素都在促使城市增温和城市热岛效应在范围上不断扩大和强度上不断增加。土地利用方式的改变和人类社会经济活动对城市增温和热岛效应具有显著的影响。热岛多发生在人口和建筑物密集的地区，人口密度过大、房屋建筑与住宅面积增长较快和人均消耗能源水平较高是近些年来我国许多大城市形成城市增温/热岛的主要原因。

根据大量的研究，下面对影响城市增温和热岛效应以及城市增温的最主要的城市化因子进行分析。

1.人口因素

人口城市化主要表现为人口向城市的集中和农业人口向非农业人口的转换。在这一过程中，城市化地区的人口密度不断增大，人们的消费水平不断提高，资源消耗加速增长。人类活动的不断增加，导致城区内大量热量的释放产生。(www.xing528.com)

城市人口密集是造成城市热量集中的重要原因，除了人们在生产和生活中所产生的各种热量排放，人体自身也是稳定的热源。一个成年人即便在静坐状态下也会与周围环境产生一定的热量交换，大约会以116.3w的功率向外界散发热量。根据测算，一个600万人口的中等规模城市，在一天之内仅人体所释放出的热量就相当于60颗1.5万吨级原子弹在空中缓慢释放的热量；而人类每天因生产生活向自然环境中所释放的全部热能，则相当于城市接受太阳辐射能量的3～4倍。[9]因此，城市热岛效应与城市人口密度、人口在不同城市区域的分布状况都有着密切的联系。

2.经济因素

经济城市化的进行给环境带来最直接的影响就是能源消费和温室气体排放。经济增长与能源需求有着密不可分的联系。

由于我国的能源结构一直以煤炭为主，因此二氧化硫、二氧化碳、烟尘和粉尘的排放量都很大，同时能源消耗的增加也导致城市所释放的热能不断增加，近些年来，许多城市的热岛效应显著增强，与能源消耗因素也有着密切的关系。

与运输部门和工业部门耗能相比，城市建筑（居民住宅和商业建筑）耗能与气候因素关系较大。住宅耗能中至少有一半以上的能源被用于制冷和供热，因此住宅能耗也已经成为气候变化战略的重要内容之一。

（二）对城市大气环境质量的影响

自产业革命和第二次世界大战以来，城市工业的迅猛发展使农村人口大量涌入城市，世界人口构成的城市化特点使大气污染的受害对象大为增加，公害事件频繁发生。这使得由于城市化进程导致的城市区域大气环境污染问题得到了全人类的关注和各国政府的高度重视。

城市化进程导致的城市区域大气环境质量下降主要使人为因素。人为因素导致的大气污染的过程由污染物排放、大气传播、人与物受害这三个环节构成。一般城市中大气污染物的来源分为固定源（如各类工厂等）和流动源（如各类交通工具）两种。根据对主要大气污染物的统计分析，其主要来源为：工业生产、交通运输、生活炉灶与采暖锅炉等。城市化进程导致的城市区域大气污染物按其存在状态可分为两类：气溶胶状态和气体状态污染物。主要包括：烟尘、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、多环芳烃、氟化物、硫酸气溶胶和重金属等。

在城市中，对大气环境的影响主是以废气的排放为主要方式。城市通过大量的二氧化硫、臭氧气体和温室气体的排放造成环境问题。二氧化硫的排放通常是由于燃烧含硫量高的煤而导致的，目前，这类环境问题大多出现在发展中国家。大多数发达国家在20世纪50年代就已经制定了严格的污染控制和新技术，对硫化物的排放进行了限制，而发展中国家由于能源结构、技术限制以及管理等原因，二氧化硫的排放还呈升高趋势。例如在中国的大多数城市，含硫量较高的煤还是发电、家庭取暖的主要能源，因此，很多城市的下风地区都出现水生和陆地生态系统受到酸雨破坏的现象。汽车尾气排放、有机化合物的生产和使用、天然气的使用、城市废物处置和废水处理厂，是产生臭氧污染物的主要来源。臭氧浓度在40ppb的时候，会对植物的叶子造成伤害。而植物、树木和庄稼如果暴露在浓度为60～100ppb的臭氧中几个小时，就会受到严重损害，而城市臭氧往往带给离城市本身许多公里远处的生态系统危害最大。例如，北美洲大城市下风方向地区的臭氧浓度为70～200ppb，而且常常远出几百公里，从而导致严重的庄稼减产。