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城市热岛效应对城市热浪事件的响应机制1

城市热岛效应对城市热浪事件的响应机制

摘要

城市热岛效应与热浪事件的相互作用机制已成为城市气候研究领域的核心议题。本

报告系统探讨了城市热岛效应对热浪事件的响应机制，通过多源数据融合、数值模拟和

案例分析等方法，揭示了二者之间的复杂耦合关系。研究表明，城市热岛效应在热浪期

间会显著增强，其增幅可达正常时期的1.53倍，这种增强效应与城市下垫面性质、建

筑密度、人为热源等因素密切相关。报告提出了基于”源汇流”理论的分析框架，构建了

城市热岛热浪耦合响应模型，并设计了多尺度评估指标体系。研究发现，通过优化城市

空间布局、增加绿地水体覆盖率、改善建筑材料热性能等措施，可有效缓解热岛效应与

热浪的协同增强作用。本报告为城市规划、气候适应和公共健康防护提供了科学依据，

对建设韧性城市具有重要意义。

引言与背景

1.1研究背景与意义

随着全球气候变化和城市化进程加速，城市热岛效应与热浪事件的相互作用已成

为影响城市可持续发展的关键环境问题。根据联合国《2022年世界城市化展望》数据，

全球超过56%的人口居住在城市，预计到2050年这一比例将增至68%。中国作为世界

上城市化速度最快的国家之一，城市人口占比已从1978年的17.9%增长至2022年的

65.2%。这种快速城市化进程导致城市下垫面性质发生根本改变，自然植被被不透水表

面替代，城市热岛效应日益显著。

城市热岛效应是指城市区域温度显著高于周边郊区的现象，其强度差可达110℃。

而热浪事件则是指持续数日的高温天气过程，近年来其频率、强度和持续时间均呈增加

趋势。当这两种现象同时发生时，会产生协同增强效应，导致城市面临更严峻的高温胁

迫。例如，2003年欧洲热浪期间，巴黎市中心温度比郊区高出810℃，热相关死亡人数

超过14,000人。2013年中国长江中下游地区持续高温过程中，上海、南京等大城市热

岛强度比常年同期增加约23℃。

深入研究城市热岛效应对热浪事件的响应机制，对于制定有效的城市气候适应策

略、保障公共健康、优化城市规划设计具有重要意义。这不仅是应对气候变化的迫切需

求，也是实现联合国可持续发展目标（SDGs）中”可持续城市和社区”目标的关键科学问

题。

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1.2国内外研究进展

国际上对城市热岛效应的研究始于19世纪，LukeHoward在1833年首次系统描

述了伦敦城市温度高于郊区的现象。20世纪70年代后，随着卫星遥感技术的发展，城

市热岛研究进入定量分析阶段。Oke(1973)提出的城市能量平衡模型为理解城市热岛形

成机制奠定了理论基础。近年来，学者们开始关注城市热岛与极端天气事件的相互作

用，如FoundaSantamouris(2017)研究了雅典热岛效应对热浪的放大作用，发现城

市区域高温持续时间比郊区延长23天。

中国学者自20世纪80年代开始系统研究城市热岛效应。周淑贞等(1985)首次对

中国主要城市热岛特征进行了全面分析。近年来，随着城市化进程加速，相关研究呈现

爆发式增长。王自发等(2020)利用WRFChem模型模拟了京津冀地区城市热岛对热浪

的影响，发现城市群区域热浪强度比周边农村地区高35℃。李响等(2022)通过多源遥

感数据分析了中国31个大城市热岛效应的时空变化特征，发现热岛强度与城市建成区

面积呈显著正相关。

尽管已有研究取得了重要进展，但在城市热岛与热浪的耦合机制、多尺度相互作

用、人为热源贡献等方面仍存在知识空白。特别是缺乏针对不同气候区、不同规模城市

的系统性比较研究，以及城市热岛对热浪响应的定量化评估方法。本研究旨在填补这些

研究空白，为城市气候适应提供更全面的理论支撑。

1.3研究问题与目标

本报告聚焦以下核心科学问题：(1)城市热岛效应在热浪期间如何响应变化？其时

空演变特征是什么？(2)影响城市热岛对热浪响应的关键驱动因素有哪些？(3)如何定量

评估城市热岛与热浪的协同增强效应？(4)缓解这种协同效应的有效途径是什么？

为回答这些问题，本研究设定以下具体目标：首先，构建城市热岛热浪耦合响应的

理论框架，阐明二者相互作