气象科技成果转化优秀气象科普文章二等奖
城市和岛有什么关联呢？说起城市与岛的关联，想必大家最先想到的就是“城市热岛”。早在十九世纪初，英国气象学家卢克就发现，在近地面气温图上，郊区气温较低，而城区则是一个高温区，就像海面上凸出的岛屿，所以这种现象就被形象地称为城市“热岛”。
那城市热岛是如何形成的呢？我们想象一下，城市的建造免不了路面的硬化，农田树木变成了钢筋混凝土。植被被移除后，地面失去了保护和缓冲，直接暴露在太阳辐射下。就这样，城市内人工地面快速吸收太阳辐射并增温，因此其表面温度明显高于绿地等自然下垫面。此外，城市人口集中，工业和交通向外排放大量的热量，城市内产生的热量多了，气温自然比郊区更高。还有一个原因，城市中密集且高耸的建筑导致近地面风速减小，这样不利于热量扩散。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、工业和生活的排放的大气污染物会吸收下垫面热辐射，在一定程度上起了保温作用。在这些因素的共同作用下，就形成了城市气温明显高于郊区的热岛效应。其实，除了耳熟能详的城市热岛，城市还产生了其他几个影响城市天气的岛屿效应，比如城市干岛、城市湿岛、城市浑浊岛、城市雨岛等。其中，对我们城市生活影响最大的就是浑浊岛和雨岛效应。自19世纪末的工业革命之后，城市中的工业燃烧和交通排放的颗粒物造成了严重污染，作为工业时代的城市之殇，霾伴随着工业化的脚步进入人们的生活。霾的出现导致城区空气浑浊程度大大高于周边地区，这种城市能见度远低于乡村的现象就称之为城市浑浊岛。能见度降低意味着城市大气环境中污染物浓度的增加，而这些人为排放的污染物对居民的健康产生了极大的威胁。自改革开放以来，我国经历了快速的城市化进程。城市浑浊岛屡见不鲜。国际癌症研究机构将室外空气污染，尤其是颗粒物污染归为人类肺癌1类致癌物，家庭燃烧煤炭也被列为1类致癌物。在霾频发的地区，居民肺癌死亡风险也会比其他地区更高。在我国北方，度过漫长的冬季主要通过烧煤取暖，燃煤排放的污染物显著高于南方。在这样的背景下，2023年的中国疾控中心数据显示，中国东北地区的肺癌死亡风险相较其他地区也会更高。浑浊岛对我们生活和健康的影响不容小觑，但是经过多年的努力，目前我国的大气污染治理成效显著，因人为排放颗粒物导致的霾天气明显减少。然而，造成浑浊岛的颗粒物还有其他作用：它们会随气流升降，到了高空摇身一变，成为云层中水汽凝结形成降雨最需要的“凝结核”，于是产生了这样的效应：城市上空的凝结核越多，水汽就越容易在此凝结，形成降水，从而可能增加雨量。这种城市中降水多于周边地区的现象就是我们前面说到的城市雨岛效应。其实，雨岛效应的产生除了刚才提到的凝结核原因。还有其他两个重要因素：第一，城市内贮存大量热量，使城市近地面气流上升，容易产生对流性降水；第二，城市的高楼大厦使下垫面粗糙度大，减缓了降水系统的移动速度，延长城区降水时间。在这些因素的共同作用下，小雨可能变成中雨，中雨可能变成大雨，大雨可能变成暴雨……近年来，城市中的极端降水事件频繁发生，无论是北京721暴雨还是716极端降水事件的成因分析中，都能看到城市在其中的影响。为了应对城市雨岛，不仅需要更精准的天气预报，防患于未然，也需要其他部门的通力合作，比如“海绵城市”的建设：通过增加城市水域、湿地等手段，让城市像海绵一样，在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，减轻“雨岛效应”的危害，并在需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。上面的例子也可以看出，城市的岛屿效应并非无解难题，气象+城建就是很好的解决方案。相信在气象人攻坚克难下，在可持续发展理念的指引下，城市这座岛会循着更加绿色健康的方向稳步前行。
作者：
丁乙 北京城市气象研究院
窦晶晶 北京城市气象研究院
