9.3　热岛效应及其观测

　　现代城市的居民所面临的重大环境问题之一就是以“热岛效应”为代表的所谓“五岛效应”——城市高密度的人口、高密度的建筑群、高水准的能量消耗导致了城市气温的反常上升，干、湿状况大反差更替，酸雨，以及空气透明度急剧下降，有人形象地说，城市成为气象学中的“热岛”、“干岛”、“湿岛”、“酸雨岛”、“混浊岛”。

　　不言而喻，“五岛效应”是城市气候环境恶化的重要标志，也是城市居民和全社会关注的重大问题。具体到某个城市，则又因其规模大小的不同，城市职能的差异，以及城市布局的特色等，“五岛效应”有着不同的特色和规律性。显然，组织尽可多的力量 进行热岛效应等的观测，取得丰富的第一手资料，无论是对于城市环境问题的理论研究，还是对于改善城市环境的具体实践，都有重要意义。

一、观测的准备

作为教师组织学生进行的课外科技活动，一般可将观测点的选择、观测计划的拟订、组织的建立、观测必须品的购置都列为准备工作的内容。

1.观测点的选择

任何气象观测，都是以定点观测为基础的，气象台站那些“以点代面”的常规观测，经过多年实践，都已有了行之有效的规范。而城市热岛效应的观测，对所有的气象工作者来说，则还是一个比较新颖的课题，因此观测地点的选择，尚缺少实例作参照，一般可请当地气象部门的专家协助选定。不管是请专家协助选点，还是由教师为主组织学生骨干一起选点，都应遵循下面的几项基本原则。

（1）典型性原则为了贯彻这一原则，首先要把调研的城市范围进行区域划分，如：住宅区，企事业单位密集区、绿地区等等。然后，对每个区，选定有代表性、区别于其他区的观测点位。不难看出，随着划区的细致程度，典型观测点的数量也会迅速增多。一般地讲，宜先粗略划区，少几个点位，待观测实施后，逐步取得经验，再加密观测。

（2）相似性原则显而易见的问题是，所谓“五岛”效应，均是比较城市的背景环境而说的。因此，要选择城市的观测点，同时就要选择与之对应的“比较观测点”，或叫“背景观测点”。这些观测点的选定，就必须遵循相似性的原则。

简单地说，比较观测点的现代自然环境，要大体类似于城市内对应观测点的原始自然环境。举例讲，城市选定了较干燥的楼群区的一个观测点，对应的比较观测点则应选在旱田为主的平坦郊区住宅区，而不能选在湖边、河畔或水田为主的地区。

（3）可比性原则这是可行性原则在该项活动中的运用。前两项原则实际上就是为了对观测资料进行比较而设立的选点原则，只是因为气象观测有极强的即时性限定，所以在执行观测时，为了做到切实可比，就必须同步观测。

接下去的道理很明显，为了执行、或说落实可比性原则，在选点时，典型性、相似性两个原则都是相对的。例如，为了保证中学生能不太困难地完成同步观测，所选各类观测点都必须位于学生常住点的一定半径范围之内。舍此，再典型、再标准的点位，都失去了现实的意义。

选点时，要在充分顾及可行性的前提下，去选典型的观测点位和对应的背景点位。选定点位后，应把点位标在较大比例尺的工作底图（一般可选用城市交通图等作为工作底图）上。

2.制定观测计划

制定计划的第一步是确定观测目的：接受有关气象部门的委托任务时，要按委托单位的具体要求拟定计划。属于课外科技活动，在确立观测目的时，应本着由粗到细的原则，由简单到复杂。例如，可将最热月、最冷月，春季增温、秋季降温中的任意一项的观测比较作为目标。

第二步，就要拟定观测日程、每天观测的次数一般以一天三次为宜，并设计好观测用的记录表。

3.组建观测小组

热岛效应的观测是细致的、分散的活动。教师既要切实放手让学生去学习和锻炼，又要领导学生作好切实的组织准备。

一般要以小组负责制进行组织，每组以三～五人为宜，以便使大家既有互相商讨的余地，又能使每个人有足够的实践机会。

选定或由教师指定一位认真、负责的小组长，是使观测资料准确可信的重要保证之一。

4.仪器和其他物品的准备

热岛效应观测最基本的仪器和仪表就是气温表和地温表。条件较好的学校还可酌情准备手持风速表、较精确的高度表，以及配备手提式简易仪器箱等。有条件时可在适当的地方建立较固定的简易观测点。

5.资料的收集

一般必备的有大比例尺的地形图，其他和气候有关的资料应尽可能多找些，以备分析问题时作为参照。 

二、热岛效应的观测和记录

一般情况下，可选择城市热岛效应反映最突出的冬、夏两个季节中的典型时段，组织学生实施观测。

1.热岛效应的观测

在把观测的意义和准备工作的一些基本原则和概况向学生介绍之后，就应着手安排下述各项任务。

（1）建立观测点档案为了使对每个观测点的基本情况的记录至少在一次研究中有良好的可比性，应领着所有参加工作的同学踏查每个点位，组织他们把点位落实到工作底图上，引导他们对点位的情况进行简要分析和记录，并建立编号。为了将来查阅及分析问题方便，可考虑建立复合式编号系统，如1—8，前面的罗马数字表示观测点的类型，后面的阿拉伯数字则从1开始，各类连排，表示在图上的从西向东、从北向南的顺序位置。当然，同样的原理下，还可采用邮政编码式的编号方式。

（2）确定观测时间课外活动性质的观测，一天可进行三次，能与气象站的观测时间（8时、14时、20时）相吻合最好。如有实际困难亦可酌情调整观测时间。不管如何调整，一天观测次数不应少于三次，全活动小组必须坚持同步观测。

（3）观测的组织对于课外活动小组人员较少的学校，校际协作是非常有益的。在这种协作观测过程中，教师要帮助和指导学生加强互相联系的工作，以确保观测的同步性、描述和记录的可比性、档案的不重复性。同时，又要特别组织好档案的保管和资料的交流工作。

（4）观测的一般方法和步骤在没有固定观测设备的地点，应提前15～20分钟到达观测位置、选定观测高度，放好温度计，以保证到观测开始时，温度表能较精确显示测点的实际状况。

一般气温观测多选用距地面0.2米、0.5米和1.5米的三个观测高度。

具备地温观测条件的地方，应先观测气温，后观测地温。所有的观测，都应要求学生按正规的气象观测办法执行，使测得数据少受观测者的影响，有更高的可信度。同时，也使学生受到严肃的科研工作的训练。

2.观测记录

准确、易查是对观测记录的最基本的要求。为了达到这一要求，应切实做到以下两点。

（1）使用专门设计的记录簿每个测点使用一本，每本都必须认真填好所在的行政区、测点的编号，以及测点附近环境状况。记录薄上的记录表格不得缺页，要按计划的观测日期逐日顺序填写。缺、漏侧时要空页，并在备注栏内注明原因。

（2）在现场坚持双人观测、双人记录制度观测小组成员最少不能少于3人。其中有一名主测、一名主记。只有3人时，另一人同时复测读数和监督记录。这样，才能把误测、错报和误记的可能性降到最小的限度。

一般气温观测使用的记录表格式如表9-3：
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