COMSOL3.5快速入门案例1——导电体的热效应

COMSOL Multiphysics快速入门实例: 导电体的热效应

导电体的热效应

该模型的目的在于给出一个多物理场模型的概念并给出采用COMSOL Multiphysics求解这类问题的方法。

该实例研究了热和电流平衡之间的耦合作用现象。装置中通有直流电流。由于装置的有限电导率，在电流流过装置的过程中会出现发热现象，装置的温度将会显著上升，从而也将改变材料的导电率。这种作用过程是双向耦合的过程；即电流平衡影响到热平衡，而热平衡又反过来影响到电流平衡。

模型的过程包含以下两个基本过程：

? 绘制装置的结构图

? 定义物理环境，设置材料属性和边界条件

? 绘制网格

? 选择一个合适的求解器并开始求解过程

? 后处理结果

COMSOL Multiphysics 包含一个非常易用的CAD工具，在该模型中将会得到介绍。你可能更习惯于采用其它的CAD工具来绘制几何图形，然后将其导入到COMSOL Multiphysics中; 如果是采用这种方式，则可以跳过下面的几何结构绘制过程介绍，而通过导入一个CAD文件到COMSOL Multiphysics 中来作为分析模型，在安装目录下有为该模型准备的分析CAD几何模型文件。

简介

图 2-1显示了装置的几何结构， 该结构实际上是IC卡的支撑结构的一部分，并被焊接到一个印刷电路板上。结构由两条腿焊接到pc电路板上，上部通过一个很薄的导电薄膜连接到IC上。

两个导体部分(腿结构)是由铜制成，焊点由 60% 锑 和 40%铅组成的合金制成.

模型假定导体部分必须将1A的电流通过焊点流入到IC电路板中，计算在这个过程中温度的变化情况。

图 2-1: 装置的几何结构

模型定义

电流平衡条件由下列方程式来描述

其中 σmetal 表示电导率(S/m), V 表示电势(V). 电导率是温度相关函数，用下列表达式来描述：

其中 ρ0 表示在参考温度T 0 (K)下的参考电阻 (?·m), a 表示温度因变量的比例系数 (K -1)。

热量平衡方程包含了导电体损失的电能转化来的热能：

其中，热源由以下表达式来表达：

在这个表达式里面， k T 表示热导率(W/m·K) Q electric 表示热源(W/m 3)。

电流平衡模式下的边界条件分为三种类型：

?

在焊点处，连接点将导体部分和电路板部分连接在一起，给定电势值为：

? 装置上表面的氧化薄膜层的边界条件设置为给定电流密度，其为薄膜中的电势差的函数

其中 n 表示指向外的法向矢量，κ 等于薄膜的电导率(S/m 2) ， V g 表示大地电势(0 V).

薄膜表面以及焊点连接处的热量平衡边界条件都设置为绝缘，如下方程式描述：

可以将所有其它表面视为和周围空气接触，并被表面和环境之间的热对流所冷却，使用下述方程进行描述：

其中 h 表示热交换系数 W/m 2

·K).

COMSOL Multiphysics 材料库中具有铜和Sn-Pb 焊锡合金的相关材料属性参数。

结果讨论

图 2-2 显示在薄膜的外表面和焊点之间有1mV 的电势差时整个结构中的电势分布情况。正如预期，热损耗

将主要集中在狭窄的两条腿中。

图 2-2: 装置表面的电势分布情况 (V)

图 2-3 显示了在总电流载荷大约为1.1A 的情况下装置中的温度分布情况，环境温度设定为343 K

。

? 所有其它别的边界都设置成电绝缘边界条件，用以下等式来描述：

图 2-3: 装置中的温度分布(K)。

图 2-4: 在电流为1.1A时的温度分布图

可以发现，由于铜和焊锡合金的高热导率系数，装置中的温度场分布几乎是一致的。但是，装置的温度要比环境温度大约高13K。

温度随装置中的电势差成指数增长。图 2-5显示温度是装置中的电势的函数。在总电势为0.4mV情况下，装置中的电流为1.1A。图 2-6比较了两种情况。

图 2-5: 装置中温度和电势差之间的关系曲线

图 2-6: 装置中总电流密度随电势差的变化趋势

在 COMSOL Multiphysics中建模

下述建模过程使用了预先建立好的模型接口（在COMSOL Multiphysics中称为应用模式），即电流和热量平衡相互作用的多物理场模式。另外，在本模型中也包含可选的采用装置中的电势差作为参数变量，选择参数求解器进行求解。

该模型在COMSOL Multiphysics模型库中可以找到现成的MPH文件。可以从模型导航视窗下的模型库标签中打开所有的模型实例文件。下列路径提供了该模型实例所在的文件路径：

模型库路径: COMSOL_Multiphysics/Multiphysics/electronic_conductor 使用图形用户界面建模

建模过程由七个主要步骤组成：

1 选择一个恰当的应用模式，即从应用模式列表中选择一个可以用来描述这种类型问题的模式。在该实例

中，所需的应用模式—可以在模型导航视窗中选定—可以模拟一个电流平衡和由导体的欧姆热引起的热平衡之间的耦合关系。

2 定义常数以及其它的模型模拟所需的数据。在该步骤中，也可以输入其它的一些设置，这些设置和建模

环境紧密相关，例如，绘图区域的尺寸以及网格。 主要在选项菜单下来设置这些参数。

3 使用绘图菜单来绘制几何模型。

4 设定属性以及发生在模型中的各种物理现象（使用求解域设定对话框）以及装置如何和其周围环境进行

交互作用（使用边界设定对话框）。这两个对话框都在物理量菜单下。

5 建立网格，在网格菜单下控制网格的尺寸和质量。

6 在求解器参数对话框中配置求解参数，可以在求解菜单下打开该对话框。在该实例中，选择静态求解

器。

7 评估仿真结果。在后处理菜单中给出了大量的评估方式。

除了上述步骤之外，也可以查看关于参数求解器的指南。

现在可以开始建模过程了。

模型导航视窗

1 双击桌面的COMSOL Multiphysics图标打开模型导航视窗。

2 进入新建页面，在空间维度列表中选择3D。

3 双击COMSOL Multiphysics打开目录。

4 双击电热交互耦合目录。

5 在应用模式列表中，选择 COMSOL Multiphysics> 电热交互耦合>焦耳热(见下图).

6 单击设置标签。在单位系统列表中，确定ＳＩ被选中。

7 单击确定。

选项设置

现在开始定义一些常数作为输入数据。

1 从选项菜单下，选择常数。

2 在打开的常数对话框中定义参考温度。在名称列下输入 Tr;在表达式列中输入 273.15[K], 其中

[K]定义了单位，在该模型中定义为开尔文温度；在描述列中，输入Reference temperature.

名称列定义了常数的名称，在模型的其它位置你可以使用名称来调用该常数；表达式列计算常数值；描述包含为该常数设置的解释。所有的常数都可以是其它常数的函数，因此表达式列并不总是数值列。数值列中的数据按照给定的基础单位系统来定义单位。例如，如果定义参考温度使用摄氏温度0[degC]或者华氏温度 32[degF]，则在数值列中将会显示273.15[K],因为在SI系统中的温度基本单位是开尔文。

3 进入第二行。在名称列中输入 Td;在表达式列中输入 Tr+70[K]; 在描述列中输入 Device

temperature.

4 继续输入下列常数：

- 名称 dv; 表达式 0.1[mV]; 描述 Voltage, soldering.

- 名称 Vg; 表达式 0[V]; 描述 Voltage, film.

- 名称 kf; 表达式 1e10[S/m^2]; 描述 Film conductance.

5 常数设置完成后，将会如下图所示：

几何模型

现在在2D 工作平面内建立模型的几何投影图，然后拉伸旋转该2D 图为3D 对象。如果你想直接载入几何图

形，并直接从物理设置开始，可以跳过该步骤并开始59页的“物理设定”.

使用快速页面定义一个工作平面

为了绘制几何图形，必须设置绘图区域的尺寸。返回选项菜单设置该选项。

设置轴线和格点线

6 单击确定。

1 从绘图菜单下，选择工作平面设定。

2 进入快速页面，然后选择y-z 选项框。

3 单击应用按钮查看坐标系统，在平面中使用。

4 单击确定。

1 从选项菜单下，选择轴/格点设定。

2 根据下图设置x 和

y 轴的最大最小值。为了输入这些数据，单击编辑框并输入相对应的数值。

3 单击格点标签，然后清除掉自动选项。

4 根据下图设置 x 间格, y 间格, 特别 x , 特别 y 。

5 单击确定。

绘制2D对象

现在要开始绘制装置的一条臂的横截面，该臂将装置和电路板链接在一起。充分使用绘图工具栏的扩展功能，即在绘图区域左边的竖条工具栏（查看下图）。为了找到合适的按钮，将光标置于任意的按钮上面（不要单击）然后按钮的名字将会自动出现。如果不知道按钮的名字，则参考说明，猜测一下，并将光标移动到该图标上，查看是否为所需的按钮，直到找到正确的按钮。

1 单击绘图工具栏中的线按钮。

2 在绘图区域，单击点（?8·10-4, ?4·10-4）和点(?4·10-4, ?4·10-4)建立第一条直线；在给定坐标的

位置单击鼠标左键。由于已经正确的设置了格点线，COMSOL Multiphysics将会在你在需要的位置附近单击鼠标时，会自动选中最近的格点。随后，如果需要，可以通过双击状态工具栏中的格点按钮（即图形交互界面最下端的水平横条）。

注意: 可以任意移动光标，同时在COMSOL Multiphysics窗口的左下角查看坐标值。

3 单击绘图工具栏中的二次贝氏曲线按钮(包含圆弧) 。

4 建立第一条圆弧。在绘图区域，单击坐标点 (0, ?4·10-4) 和 (0, 0)。

5 继续使用二次贝氏曲线按钮，然后单击坐标点(0, 2·10-4) 和 (2·10-4, 2·10-4)。

6 再次单击绘图工具栏中的线按钮。

7 单击坐标对 (8·10-4, 2·10-4), (8·10-4, 4·10-4), 和 (2·10-4, 4·10-4)。

8 再次单击绘图工具栏中的二次贝氏曲线按钮。

9 单击坐标点 (?2·10-4, 4·10-4), (?2·10-4, 0), (?2·10-4, ?2·10-4), 和 (?4·10-4, ?2·10-4)。

10 单击绘图工具栏中的线按钮。

11 单击坐标点 (?8·10-4, ?2·10-4)。

12 为了建立一个实体模型，标签为CO1,单击鼠标右键（查看如下图所示）。

13 再次单击绘图工具栏中的二次贝氏曲线按钮。

14 单击坐标点 (?8·10-4, ?2·10-4), (?9·10-4, ?2·10-4), (?9·10-4, ?3·10-4), (?9·10-

4, ?3.5·10-4), (?9.5·10-4, ?3.5·10-4), (?1.0·10-3, ?3.5·10-4), 和 (?1.0·10-3, ?4·10-4).

15 单击绘图工具栏中的线。

16 单击坐标点 (?8·10-4, ?4·10-4).

17 单击鼠标右键建立第二个复合体，标记为CO2。

18 在编辑菜单下，选择全选。

采用拉伸建立3D 对象

采用旋转来建立3D 对象

1 在绘图菜单下，选择拉伸。在距离编辑框中输入 -0.2e-3 来在垂直于工作平面的方向拉伸CO1 和

CO2。

2 单击

确定。

1 单击绘图区域上端的 Geom

2 标签，进入工作平面内。

2 单击 CO2 选中该对象。

3 从绘图菜单下，选择旋转。

4 进入旋转角度区域。在 α1 编辑框内输入0，在 α2 编辑框内输入90。.

5 进入旋转轴区域，然后在轴上的点下面，在x 中输入 -0.8e-3, 在y 中输入 0. 然后进入轴通过方向区

域，并选中第二点选项。在x 编辑框中输-0.8e-3, 在y 编辑框中输入

1。

6 单击确定，然后可以看到如下所示的几何图形：

使用面定义工作平面从已有的面拉伸得到体

1 在绘图菜单下，选择工作平面设定。

2 单击新增按钮来生成工作平面 Geom3.

3 单击面平行标签。

4 单击 REV1打开文件夹，然后在面选择列表中选择6。

5 单击确定。

6 单击主工具栏中的缩放至视窗大小按钮。

7 单击 Geom2标签，然后选择 CO2.

8 从编辑菜单下选择复制。

3D 对象在选定工作平面上的投影将会显示为蓝色结构体。需要将CO1拖放到投影图形的上面。

9 单击 Geom3 标签。

10 从编辑菜单下选择粘贴。

11 在粘贴对话框中，不要修改位移编辑框（x 和y 方向的位移设置为0），然后单击确定。

12 单击主工具栏中的

缩放至视窗大小按钮。

13 在CO1的右上角单击并保持光标，拖拽到投影图REV1上的位置。 (见下图)

。

14 单击主工具栏中的缩放至视窗大小。CO1应该以红色标示出来。

现在可以得到如下图所示的3D 图形：

使用镜像平面

对象现在将变成蓝色，暗示软件将会保存选择。当你想从3D 图形中选择多个对象时，使用这种方法来保

存选择。

15

从绘图菜单下，选择拉伸。 16

在距离编辑框中输入 0.4e-3. 17

单击确定。

1 单击鼠标右键来选定红色对象，保存先前的选择。

2 在对象REV1上单击鼠标。现在将会出现一个红色和一个蓝色对象，REV1为红色对象。

3 单击绘图工具栏中的镜像

按钮。.

4 使用如下图所示定义 面上绘点

和 法线向量：

5 单击确定。

绘图区应该按照下图装配出对象：

使用位移来复制和粘贴对象

现在绘图平面内有了两个对象，CO1和CO3。

搭接结构的两条臂

6 从编辑菜单下选择全选按钮。

7 单击绘图工具栏中的

合并按钮。

1 从编辑菜单下选择复制。

2 从编辑菜单下选择粘贴。

3 在 x 编辑框中输入 1.2e-3.

4 单击确定。

5 单击主工具栏中的缩放至视窗大小按钮。

1 在绘图菜单下，选择绘图平面设定。

2 单击新增。

3 单击边角度标签。

4 在边选择列表中选择 CO1 然后选择边36。

5 选中面选择选项，然后选择 CO1: 20。

6 单击应用来可视化工作平面的位置（和3D绘图平面之间的位置关系）。

当你从工作平面拉伸一个轮廓的时候将会需要这些信息。一个朝负向的拉伸将会生成一个位于CO1 和CO3之间的对象，即，在所选面的左边。为了使用块拉伸技术将CO1和CO3合并，必须朝x负向拉伸。

7 单击确定。

8 单击主工具栏中的缩放至视窗大小。

9 单击绘图工具栏中的 矩形/正方形 按钮。单击并保持鼠标，在你将鼠标从左上角拖拽到右下角的时候。

这样将生成如下图红色区域所示的矩形。

10 从绘图菜单下选择拉伸。

11 在距离编辑框中输入 -1.0e-3.

12 单击确定。

绘图区域现在将如下图所示：

使用布景灯可视化3D 对象

现在应该保存模型以便于后续的分析，这样也不会丢失任何数据信息。

13

从编辑菜单下选择全选按钮。 14

单击绘图工具栏中的合并按钮。 1 单击照相机工具栏中的场景灯按钮（图形用户界面左侧的竖条）来获得更好的3D

视图效果。新生成的对象将如下图所示。

2 从文件菜单下选择保存。

3 选择合适的保存路径，然后在文件名编辑框中输入electronic_conductor.

4 单击保存按钮。

现在已经完成了绘图部分的工作。下一步将继续设置模拟对象的物理属性。

物理设定

如果已经按照前述的过程建立了几何图形，继续进行求解域设定。如果没有进行几何建模，必须首先按照下列步骤载入几何图形：

1 从文件菜单下，选择导入>从文件的CAD模型。

2 在从文件中导入CAD模型对话框中，选择 COMSOL Multiphysics 文件 (*.mphtxt; *.mphbin;

…)或者所有的3D CAD 文件 类型被选中。

3 定位到electronic_conductor.mphbin (和MPH文件

electronic_conductor.mph在同一个文件夹下), 然后单击Import.

4 单击主工具栏中的缩放至视窗大小按钮。

5 单击照相机工具栏中的布景灯按钮。

求解域设定

在该步骤中，将描述装置的电的和热的属性。另外，可以引入由导电体欧姆热引起的热源。注意模型树给出了一个迅速进入常数和函数的通道，可能在设置物理环境时用到。如果不通过模型树，则需要打开相对应的菜单。可以通过单击模型树区域的详细按钮来获得相关信息。

1 从多物理场菜单下，选择1 Geom1: 籍传导的热传递 (ht).

2 从物理量菜单下，选择求解域设定。

在该多物理场应用模式下，缺省的过程是首先设置装置的热属性，然后设置电属性。

3 将求解域设定对话框从主绘图区拖拽出来。

4 在主绘图用户交互界面下，使用鼠标左键来选中求解域7（如下图所示），然后使用鼠标右键单击该选中

的对象来保存选择，随后求解域7将会变成蓝色。

5 单击求解域4（其中的一条臂），按照上述方法选中该对象。

6 同样按照上述方法选中求解域11：

7 进入求解域设定对话框，然后单击载入进入到材料库中。

注意如果你的授权包含了COMSOL 材料库 (并且可以使用温度相关的材料属性定义方式), 则拥有了搜索功能。如果使用搜索功能代替浏览器来浏览Basic Material Properties，则可以选择其他的铜材料，而不局限于该模型中使用的这种材料。基本材料属性库包含有限的材料种类。

8 在材料列表中打开 Basic Material Properties，然后选择铜。单击确定。

9 返回到求解域设定对话框，然后单击群组标签。

10 定位到群组选择区域，然后在名称编辑框中输入 connector.

11 单击求解域标签来保存组设置。

12 单击初始标签，然后在 T(t0)编辑框中输入 Tr.

13 单击物理量标签。

14 选中群体选择选项框。

这种设置方法允许通过一次选择群组中的任何一个求解域选中群组中的所有的求解域，这种过程并不是强制性的，你也可以直接采用一个一个求解域分别选择的方式来选中所需的求解域。但是采用群组选择方式，可以将具有相同属性的一组求解域捆绑在一起，这样当你要修改这个属性的时候，这些求解域的该属性都会发生改变，而不必要一个一个求解域去修改，这样可以节省不少时间。

15 在求解域选择列表中确定任何求解域编号都不是出于蓝色状态。选择完毕之后的图像将如下所示：

什么是城市热岛效应

什么是城市热岛效应 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 基本简介 城市热岛效应(The Urban Heat Island Effect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相同的热力环流。城市白天和黑夜的热岛效应[1] 晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天

明显，是城市气候最明显的特征之一。 来源与发展 20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。热岛效应近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点: 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。 另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。 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、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。 热岛效应原则上，一年四季都可能出现城市热岛效应。但是，对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应。为

城市热岛效应

城市热岛效应 科技名词定义 中文名称：城市热岛效应 英文名称：urban heat island 定义：指城市温度高于郊野温度的现象。由于城市地区水泥、沥青等所构成的下垫面导热率高，加之空气污染物多, 能吸收较多的太阳能，有大量的人为热进入空气；另一方面又因建筑物密集，不利于热量扩散，形成高温中心，并由此向外围递减。 所属学科：生态学（一级学科）；城市生态学、生态工程学和产业生态学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 简介 英文名称 The Urban Heat Island Effect 热岛效应

城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C 以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流。晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。 编辑本段来源与发展 20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。 热岛效应 近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点: 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。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、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。 热岛效应

高三地理小专题训练：城市热岛效应

2021届高三地理小专题训练：城市热岛效应 一、选择题，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合要求的。 城市热岛效应是指城市市区气温明显高于外围郊区的现象，热岛强度是用市区和郊区两个代表性观测点的气温差值来表示的。下图为北京市四季热岛强度平均一天内变化示意图。读图回答1～2题。 1. 热岛效应最强的季节是 A. 春季 B. 夏季 C. 秋季 D. 冬季 2. 减弱北京市热岛效应的主要措施有 ①增加市区绿化面积②机动车限行 ③冬季市区利用地热采暖④道路铺设渗水砖 A. ①② B. ③④ C. ①③ D. ②④ 【答案】1.D 2.A 【解析】考查热岛效应，减弱热岛效应的主要措施。 1.城市热岛效应是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象，热岛强度是用城市和郊区两个代表性观测点的气温差值来表示，由图可知，热岛效应最强的季节是冬季。故选D。 2.增加城市绿地、机动车限行都可以缓解城市热岛效应，①②正确；冬季利用地热采暖增加了城市的人工热源，会进一步加强城市热岛效应，③错误；道路铺设渗水砖可增大下渗量，但对缓解城市热岛效应效果不大，④错误。故选A。 近年来我国许多城市规模在不断扩大，为了有效缓解城市“热岛效应”，许多城市采取了一系列措施。下图为城郊间热力环流示意图。读图，完成3～4题。

3. 图中①～④处，气压最高的是 A.① B.② C.③ D.④ 4. 下列能有效缓解许多城市“热岛效应”的措施是 A.增加城市绿地面积 B.扩大中心城区面积 C.提高建筑物高度 D.增加市区道路密度 【答案】3. B 4. A 【解析】 3. 同一地点近地面的气压高于高空，故②>①，③>④；③位于城区，人口集中，工业生产、日常生活和交通工具产生的废热多，气温高，气压低，②位于郊区，相比城区气温低，气压高，因此气压最高的是②处，B项正确。 4. 城市热岛效应的形成，主要是因为城市中废热较多，应从降低城区气温，增大城市比热容等角度入手，因此A项正确。 下图示意北京市不同季节热岛强度逐时分布，读图完成5～6题。 5. 北京市热岛强度的逐时变化表明 A. 5时～8时，市区均温最高 B. 12时之后，城市热岛强度持续加强 C. 1 5时～22时，市区升温显著 D. 22时～次日7时，城市热岛环流最强 6. 影响北京市热岛强度季节变化的原因有 A. 春季丰富的降水降低了城市热岛强度 B. 夏季太阳辐射较强，城市热岛强度的日变化最大 C. 秋季多大风，城市热岛强度较小 D. 冬季低温，人为释放热造成热岛强度最强 【答案】5. D 6. D 【解析】 考查学生读图获取地理信息的能力，知识点包括：城市热岛效应原理及影响因素。

关于城市热岛效应及其现实影响研究的结题报告

关于城市热岛效应及其现实影响研究的结题报告 高一.十班 Ⅰ. 组长：李泽颢成员：李泽颢 相关学科：地理指导老师：吴新亚 Ⅱ. 背景：随着世界的发展，人口的增多，城市化的进程不断加快，一座座新城市不断被建起，人类文明因此高速发展。但是不可避免的，人类的扩建也产生了恶果。其不仅对环境造成了破坏，对自身也有不小的影响。其中，城市热岛效应是一个突出的现象。其具体表现为城市相对于周围郊区温度明显偏高，如同露出水面的岛屿。而作为中学生我们也应了解一下，来更加深刻地了解这一效应，并充分认识到事物发展的两面性。 Ⅲ.目的：了解城市热岛效应的定义，实质，表现形式，对人们日常生活的影响，对不同地区的不同效应，起因以及郑州本地的城市热岛状况。从中试图寻找解决办法。 意义：有利于加深对热岛效应的了解，增加对科学的热爱，加强实践能力和对学科的认识。 同时对论文这一文体有了更多的经验。 Ⅳ.分工：由一个人分不同阶段进行不同方式的调查。 Ⅴ.研究方法:观察，采访，网络搜索，搜寻，研究，问卷调查 Ⅵ.成果： ①城市热岛效应(Urbanheatislandeffect) 是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 ②定义 热岛是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，是城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城区储存了较多的热量，并向四周和大气中幅射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。 ③成因 近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点: 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的

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城市热岛效应的产生原因

杨巧巧环境科学2134122115 城市热岛效应的产生原因：（1），是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。 （2）人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。 （3）城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。 （4）城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温 干岛效应与湿岛效应的产生原因 城市干岛：城区由于下垫面粗糙度大（建筑群密集、高低不齐），又有热岛效应，其机械湍流和热力湍流都比郊区强，通过湍流的垂直交换，城区低层水汽向上层空气的输送量又比郊区多，这两者都导致城区近地面的水汽压小于郊区，形成“城市干岛”。 城市湿岛：到了夜晚，风速减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存留于低层空气中的水汽量少，水汽压迅速降低。城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压乃高于郊区，出现“城市湿岛”。 混浊岛效应： 它是指城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集,致使排出的污染气体和空气中的尘埃等混浊程度都大大高于周边地区,形成“混浊岛”;而尘埃等混浊物恰哈是云层中的水汽变成降雨所最需要的“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造成降水,增加了雨量。此外,由于市区建筑物集中、高大,使风速在此大为减弱,强雨带等天气系统在市区上

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城市热岛效应专题(2张)

城市热岛效应专题 城市热岛效应是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象，热岛强度是用城市和郊区两个代表性观测点的气温差值来表示。读图“北京热岛强度四季平均日变化示意图”，据此完成1 ～3题。 1．热岛效应最强的季节是 A．春季 B．夏季 C．秋季 D．冬季 2．夏季一天中热岛效应最强的时间段是 A．6：00--8：00 B．10：00--12：00 C．12：00--16：00 D．22：00--4．：00 3．减弱北京市热岛效应的主要措施有 ①增加绿化面积②机动车限行③冬季利用地热采暖④道路铺设渗水砖 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ (2016·马鞍山质检)城市热岛已成为21世纪人类面临的最重要问题之一。图甲为北京市城区与郊区地表温度的季节变化，图乙为北京市热岛效应四季的强度和空间范围遥感图像。读图完成4～5题。 4.图乙中与北京市春、夏、秋、冬四季热岛对应正确的是( ) A．a、b、d、c B．a、c、b、d C．d、c、a、b D．c、d、b、a 5.图乙d中出现低温冷岛现象的原因最有可能是( ) ①该季节郊区植被覆盖率高，白天升温慢②该季节郊区地表裸露干燥，白天升温快③该季节城区污染物多，白天对太阳辐射削弱作用强④该季节城区污染物扩散快，白天对太阳辐射削弱作用少A．①③ B．②④ C．①④ D．②③

热岛强度是指中心城区气温比郊区高出的数值，下图示意北京市不同季节热岛强度逐时分布，读图完成6-7题。 6.关于北京市热岛强度的逐时变化，说法正确的是（） A．5时～8时，市区均温最高 B．午后2时左右，气温最高，对流旺盛，热岛效应最明显 C．15时～22时，市区升温显著 D．22时～次日7时，城市热岛环流最强 7.关于北京市热岛强度季节变化的说法正确的是（） A．春季丰富的降水降低了城市热岛强度 B．受上班人流、车流影响，各季节热岛强度在早上7时前后均达到高峰值 C．秋季多大风，城市热岛强度较小 D．冬季低温，人为释放热造成热岛效应最明显 热岛强度是市中心与郊区两个代表性观测点的气温差值，能准确反映“热岛效应”的变化状况。“冷岛效应”原指干旱地区夏季时，绿洲、湖泊气温比附近沙漠低的一种局部温凉的小气候现象。目前城市也在广泛开展这方面的研究。读图，完成8-10题。 8.北京城市热岛效应最显著的季节为（） A．春季 B．夏季 C．秋季D．冬季 9.图中①处出现了北京市区夏季午后的“冷岛”现象，可能是因为此处布局了（） A．住宅区B．公园C．商业区D．农田

关于城市热岛效应及其现实影响研究的开题报告

关于城市热岛效应及其现实影响研究的开题报告 高一.十班 Ⅰ. 组长：李泽颢成员：李泽颢 相关学科：地理指导老师：吴新亚 Ⅱ. 背景：随着世界的发展，人口的增多，城市化的进程不断加快，一座座新城市不断被建起，人类文明因此高速发展。但是不可避免的，人类的扩建也产生了恶果。其不仅对环境造成了破坏，对自身也有不小的影响。其中，城市热岛效应是一个突出的现象。其具体表现为城市相对于周围郊区温度明显偏高，如同露出水面的岛屿。而作为中学生我们也应了解一下，来更加深刻地了解这一效应，并充分认识到事物发展的两面性。 Ⅲ.目的：了解城市热岛效应的定义，实质，表现形式，对人们日常生活的影响，对不同地区的不同效应，起因以及郑州本地的城市热岛状况。从中试图寻找解决办法。 意义：有利于加深对热岛效应的了解，增加对科学的热爱，加强实践能力和对学科的认识。同时对论文这一文体有了更多的经验。 Ⅳ.分工：由一个人分不同阶段进行不同方式的调查。 Ⅴ.研究方法:观察，采访，网络搜索，搜寻，研究，问卷调查 Ⅵ.计划：第一阶段：搜集资料 ①通过网上搜索，了解城市热岛效应。 ②随机采访几位市民，询问其对城市热岛效应的了解，及对其日常生 活的影响。 ③试图采访当地气象局，查看郑州近年来气温变化。 ④观察周围生活环境，试图寻找热岛效应的痕迹，可以做适当摄像。 ⑤可做一些调查问卷，了解人们对热岛效应的熟悉程度，及对其看法。 第二阶段：整理资料： ①整理采访内容，分类置放。 ②整合搜索资料，加以修改。 ③把数字数据集合起来，尽量以图表格式直观地体现。 ④筛选有用图片，整合。 ⑤意见整合，综合归纳。 第三阶段：分析资料 ①从资料中找出关键信息。 ②寻求老师指导完成分析。 ③资料分析中试图找出新信息。 ④同时分析到热岛效应的好处和坏处。 ⑤加入适当专业人士评语看法。 ⑥提出自己的观点，找出解决办法。 第四阶段：写成论文 ①布局分配 ②资料引用

城市热岛效应的成因分析及影响

城市热岛效应的成因分析及影响 改革开放以来，我国城市化进程明显加快，目前已经进入到高速城市化的起飞线上，随之而来的城市环境污染问题也日益严重，其中的城市“热岛效应”作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。 城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”城市热岛效应，通俗地讲就是城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6℃甚至更高，形成高强度的热岛。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相同的热力环流。 可见，城市热岛反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在了城市热岛。因此，一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是夏季高温天气的热岛效应。 这些年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热容量低，热传导率高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。 城市热岛效应的成因 全球变暖的气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的因。近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成的 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。城市拥有大量的人工构筑物，其道路及建筑物的成分多为水泥、柏油、钢筋混凝土、砖石和金属等，这些材料都是吸热能手，它们具有热容量大、导热率高的特点，能吸收大量的热辐射。据资料显示，它们所占的面积约为70％～80％E 。另外，这些材料大多较郊区绿地的颜色深，对太阳辐射的吸收率较大，能吸收更多的热量。郊区土地有大量植被覆盖，植物的蒸腾作用可以带走热量，使温度不会太高。例如在夏天，当草坪温度为32℃、树冠温度为3O℃左右时，水泥铺成的地面的温度就可达到57℃，而柏油铺成的马路的温度更可以高达63 度。 另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。城市人为热即人类活动产生的废热，城市大量的人为热释放引起城市地区局部升温，对城市热岛的形成起着十分重要的作用。弛等将人为热源分

热岛效应及其影响

城市热岛效应及其影响 城市热岛效应（Urbanheat island effect）是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就像突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流。 一．什么是热岛效应 所谓城市热岛效应，通俗地讲就是城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6℃甚至更高，形成高强度的热岛。20世纪初，英国气候学家赖克·霍德华在《伦敦的气候》一书中把这种气候特征称为“热岛效应”。 二．热岛效应的原因 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。 三．城市热岛效应的影响 由于热岛中心区域近地面气温高，大气做上升运动，与周围地区形成气压差异，周围地区近地面大气向中心区辐合，从而在城市中心区域形成一个低压旋涡，结果就势必造成人们生活、工业生产、交通工具运转中燃烧石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等大气污染物质在热岛中心区域聚集，危害人们的身体健康甚至生命。一方面，大量污染物在热岛中心聚集，浓度剧增，直接刺激人们的呼吸道粘膜，轻者引起咳嗽流涕，重者会诱发呼吸系统疾病，尤其是患慢性支气管炎、肺气肿、哮喘病的中老年人还会引发心脏病，死亡率高，

城市热岛效应

热岛效应 英文名称：Urban Heat Island Effect, 简称UHI 城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因。热岛强度有明显的日变化和季节变化。日变化表现为夜晚强、白天弱，最大值出现在晴朗无风的夜晚，上海观测到的最大热岛强度达6℃以上。季节分布还与城市特点和气候条件有关，北京是冬季最强，夏季最弱，春秋居中，上海和广州以 10 月最强。年均气温的城乡差值约1℃左右，如北京为0.7～1.0℃，上海为 0.5～1.4℃，洛杉矶为0.5～1.5℃。城市热岛可影响近地层温度层结， 并达到一定高度。城市全天以不稳定层结为主，而乡村夜晚多逆温。水平温差的存在使城市暖空气上升，到一定高度向四周辐散，而附近乡村气流下沉，并沿地面向城市辐合，形成热岛环流，称为“乡村风”，这种流场在夜间尤为明显。城市热岛还在一定程度上影响城市空气湿度、云量和降水。对植物的影响则表现为提早发芽和开花、推迟落叶和休眠。 城市热岛效应是城市气候中典型的特征之一。它是城市气温比郊区气温高的现象。城市热岛的形成一方面是在现代化大城市中，人们的日常生活所发出的热量；另一方面，城市中建筑群密集，沥青和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的函授比热容（可吸收更多的热量），而反射率小，使得城市白天吸收储存太阳能比郊区多，夜晚城市降温缓慢仍比郊区气温 高。城市热岛是以市中心为热岛中心，有一股较强的暖气流在此上升，而郊外上空为相对冷的空气下沉，这样便形成了城郊环流，空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下，聚集在城市上空，如果没有很强的冷空气，城市空气污染将加重，人类生存的环境被破坏，导致人类发生各种疾病，甚至造成死亡。

专题二 城市热岛效应

专题二城市热岛效应 城市是人口、商业、工业、交通高度集中的区域，由于人类的活动和工业生产排放出大量的热量，使城市气温比周围郊区气温高，这一新现象就称为“城市热岛效应”。随着世界各地城市的发展和人口的稠密化，“城市热岛效应”变得日益突出。 城市热岛效应(Urbanheat island effect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。 从城市气象规划设计出发应考虑： （1）要保护并增大城区的绿地、水体面积。因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。 （2）城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。 （3）如北京市位于平原中部，三面环山。由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。 夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。

绿岛效应及其影响

绿岛效应及其影响 绿岛效应是指在一定面积（约3公顷）绿地里气温比周边建筑聚集处气温下降0.5℃以上。森林是最高的植被。在成片的森林地区以及林冠层的下部能形成一种特殊的气候。森林可以减小气温的日变化和年变化，减低地表风速，提高相对湿度，增加降水，形成森林小气候。这就是森林的绿岛效应。 一．绿岛效应的产生原因 由于森林能改变风向，减弱风速，阻滞沙土，起着防风、固沙、保土的作用，因此，大规模的植树造林往往成为改造小气候的有效措施之一。中国三北地区，风沙大，降水少，蒸发强，大规模的植树造林，建造防风林带，对于改变这些地区的气候，促进农牧业生产，起到很大的作用。绿化可以调节气温，起到冬暖夏凉的作用。在炎热的夏季，树木和草坪庞大的叶面积可以遮阳，能有效地反射太阳辐射热，大大减少阳光对地面的直射。树木通过叶片蒸发水分，可降低自身的温度，提高附近的空气湿度。因而夏季绿地内的气温较非绿地低3～5℃，较建筑物地区可降低10℃左右。所以，在绿化好的地方，人们会感到空气清新，可为人们提供消暑纳凉、防暑降温的良好环境。在寒冷的冬季，树木较多的绿地中，由于树木能减低风速，减弱冷空气的侵入，树林内及其背向的一侧，温度可提高1～2℃。 二．绿岛效应的影响 绿地对气温产生的影响，专家称为“绿岛效应”，认为它削弱和缓解了“热岛效应”。“现在高楼越来越多地与绿地联系在一起，绿地对这部分地区的影响越来越大，绿地和树木对小气候的改善比较明显。”上海园林科学研究所博士张庆费说。“绿岛效应”是指在一定面积(约3公顷)绿地里气温比周边建筑聚集处气温下降0.5℃以上。张庆费曾就绿地、裸地温度差做过一个比较，地点选取人民公园、光启公园，时间段以11时到15时的高温时段为主，以公园的乔木林、灌木林、草坪与园内裸地的气温差做比较，发现乔木林、灌木林的温差较小，也就是说，早晚的温度和中午气温最高时的温差小于草坪和裸地，而且温度上升过程慢，高温出现的时间比较晚，高温持续时间较短;而草坪和裸地高温出现时间早，持续时间也比较长，乔木林和灌木林的最高温度出现的时间一般比草坪晚1~2小时，比裸地晚3~4小时;持续时间比草坪短1~2小时，比裸地短3~4小时。 三、绿岛效应的实际应用 1、上海大手笔造绿初现“绿岛效应”2001年07月05日上海出梅第一天就遭遇酷热，连日持续高温。但申城新建成的片片绿地，此时犹如一台台巨大的“空调”，开始发挥出宜人的

城市热岛效应研究

天津师范大学2015届本科毕业论文（设计）开题报告 学院：城市与环境科学学院专业（专业方向）：地理信息系统 论文题目 基于遥感的京津冀城市热岛效应联动效应初探 指导教师 霍红元 职称 讲师 学生姓名 邢晓瑞 学号 1130080208 一、研究目的（选题的意义和预期应用价值） 城市热岛效应(Urban Heat Island Effect, UHI),就是因城市化的发展,导致城市中气温高于外围郊区的现象。在近地面大气等温线图上,郊外的广阔地区气温变化很小,如同一个平静的海面,而城区则是一个明显的高温区,如同突出海面的岛屿,由于这种岛屿代表着高温的城市区域,所以就被形象地称为城市热岛。在夏季,城市局部地区的气温,能比郊区高出6e甚至更高,形成高强度的热岛.城市热岛影响着各个城市。尤其是大城市比如北京等。第一：城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动,产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等,这些物质能大量吸收环境中的热辐射能量,并增加大气对地面的长波逆辐射,产生众所周知的温室效应,引起了气温的进一步升温。第二：城市建成区、几何形状,与热岛强度存在着明显的关联。如果城市建筑走向设计、或几何形状不合理,则不易通风,造成因风速小而热量不易散发,导致局部气温过高。和一些别的因素产生这种效应，危害人体健康，加剧大气污染，造成局部地区的自然灾害，导致气候与物候失常等危害！最终影响了人类和生物的发生发展。 预期应用价值： 对于研究降低城市热岛效应对策、缓解热岛效应的影响、提高人民的城市生活质量和城市的可持续发展水平,具有重要的意义，为京津冀城市群的布局与合理规划提供有意义的参考。 二、与本课题相关的国内外研究现状，预计可能有所突破和创新的方面（文献综述）（一）与本课题相关的国内外研究现状 1.1城市热岛的形状 自从1972年，R a o首先证实了城市区域可以通过分析卫星热红外数据而区分出来，并使用ITOS-1卫星数据制作了美国大西洋中部沿海城市的地面热场分布图[6]。此后，国内外许多学者利用热红外遥感数据进行城市热岛的研究，取得了一系列成果。Carlson等分析了美国洛杉矶地区昼夜热场分布情况[22]，Matson等利用NOAA数据研究了美国西海岸几个城市的夜间城乡辐射温度差异[23]，Price等利用热红外制图仪数据评估了美国西北部地区城市热岛的范围和强度[24] 。 接着国内也有不少学者利用NOAA/AVHRR数据研究了北京、上海、苏州[27]、沈阳[28]等多个城市的热岛现象。虽然研究区域各不相同，但是却发现一些共同的特征：在无风或微风条件下，城市热岛的形状、走向和位置都与建成区基本一致；在城市内部，城市热场的分布结构同土地覆盖特征密切相关，低植被的工业区和商业区呈现出明显的高温中心，植被覆盖度大的乡村则显示为低温区域。然而，NOAA/AVHRR气象卫星数据1. 1 km的地面分辨率只

2020届高三一轮复习地理小专题之城市热岛效应

2020届高三一轮复习地理小专题之城市热岛效应典型例题一：阅读图文资料，完成下列要求。 湖陆风是指在沿湖地区，由于陆地和湖泊的热力性质差异引起温度差异，导致风向出现昼夜变化的一种地方性天气现象。下左图示意我国洞庭湖流域局部区域。 （1）岳阳市夏半年湖陆风比较典型，请用“→”完成该地夜晚湖陆风热力环流图（上右图）。 （2）随着岳阳城市规模的不断扩大、热岛效应的增强，分别说明沿岸地区湖风和陆风强度的变化特点。 （3）说明图中山区乱砍滥伐对图示区域雨季防洪带来的不利影响。 参考答案： （1）画图略（逆时针） （2）随着岳阳城市规模的不断扩大，城市热岛效应增强，市区气温升高；白天，岳阳与洞庭湖的温差增大，湖风增强；夜晚，岳阳与洞庭湖的温差减小，陆风减弱。 （3）水土流失加剧，河湖泥沙淤积加重，湖泊调蓄洪水功能减弱；植

被截留地表径流能力减弱，地表径流汇流速度增快，河水快速上涨，洪水的频次和强度增加。 典型例题二：阅读材料，回答下列问题。 材料一上海市快速发展的城市化，造成明显的城市热岛效应。热岛强度是表示热岛效应的重要指标，用城市和郊区的气温差值表示，图1为1961～2015年上海市热岛强度的变化图。 材料二上海市是我国著名的制造业中心，图2为该市主要制造业基地分布示意图。“1＋6”大都市圈包括上海、苏州、无锡、南通、宁波、嘉兴、舟山，总面积2.99万平方千米，总人口约5 400万，该都市圈正努力打造60～90 min交通圈，形成“同城效应”。(1)城市热岛是指____的现象，图1中1961～2015年上海热岛强度变化特征为____，____、_____是解决城市热岛的重要措施。 (2)图2中上海制造业基地分布的特点为____，目前该市正在对制造业进行转型升级，应采取的措施有____。 (3)上海与周边城市形成“同城效应”，其依据的条件是____，对人们生活带来的影响有____。

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城市热岛效应的成因分析及影响

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城市热岛效应的成因分析及影响 改革开放以来，我国城市化进程明显加快，目前已经进入到高速城市化的起飞线上，随之而来的城市环境污染问题也日益严重，其中的城市“热岛效应”作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。 城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高 温化”城市热岛效应，通俗地讲就是城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。在气象学近 地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区， 如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。在夏季，城市局 部地区的气温，能比郊区高6℃甚至更高，形成高强度的热岛。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行， 使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相同的热力环流。 可见，城市热岛反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在了城市热岛。 因此，一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是夏季高温天气的热岛效应。 这些年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混 凝土建成，它的热容量低，热传导率高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区 可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由 于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显 的特征之一。 城市热岛效应的成因 全球变暖的气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。近年来，随 着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成的 首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。城市拥有大量的人工构筑物，其道路及建筑物的成分多为水泥、柏油、钢筋混凝土、砖石和金属等，这些材料都是吸热能手，它们具有热容量大、导热率高的特点，能吸收大量的热辐射。据资料显示，它们所占的面积约为70％～80％E 。另外，这些材料大多较郊区绿地的颜色深，对太阳辐射的吸收率较大，能吸收更多的热量。郊区土地有大量植被覆盖，植物的蒸腾作用可以带走热量，使温度不会太高。例如在夏天，当草坪温度为32℃、树冠温度为3O℃左右时，水泥铺成的地面的温度就可达到57℃，而柏油铺成的马路的温度更可以高达63 度。 另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。城市人为热即人类活动产生的废热，城市内大量的人为热释放引起城市地区局部升温，对城市热岛的形成起着十分重要的作用。张弛等将人为热源分为建筑物、交通、工厂排热和其他排热四大类。其中，空调排热是建筑排热的重要部 6]。城市人为热释放量相当可怕，有时候甚至比太阳净辐射还大，美国科学家SAILOR D J的研究表明_7]，城市人口规模越大的温度就比郊区高得越多。据研究显示，如果城市拥有l万人口规模，其热岛强度可以达到0．11 OC，如果拥有1O万人口规模，热岛强度则会达到0．32℃，如果在100万人口的城市，热岛强度则高达0．91 oCt 。Mitchell通过美国77个城市的资料证明城市最大“热岛效应”