由于地表结构和建筑物材料的不同，城市与其周围的乡村之间在物理特性上存在着值得注意的差异。结果是城市的气温、湿度、降水状况、起雾频率和空气污染程度等都受到影响。本文主要以西柏林为例加以说明，尤其是所谓“城市热岛”的效应。

人类的一切活动都在与其周围自然环境的相互作用中得以实现。如果说古时候的人们以烧林开荒、过度牧放、滥砍乱伐等方式影响了局地与区域的大气状况的话，那么，随着近代城市化和工业化的进展，新的人为因素的影响则更是有增无已。据T. K. 奥基（Oke）预计，到2000年全世界60亿人口之中将会有60%居住在城市里。再者，大城市的数目也将越来越多。考虑到上述趋势，这种砖石、混凝土、沥青等建筑材料的大量堆积对城市气候状况的影响就很值得人们予以重视了。

城市热岛

J.哈恩（Hann）早在1885年就已经指出过，“几乎所有城市的平均气温整年都较其周围的乡村为高”。当时他给出的两者的平均差别仅为0.6°K，而A. 克拉策尔（Kratzer）在1936年所给出的这种年平均温差数据已达1.5°K。如果以西柏林为例，那么就是在城市中心区和近郊区之间的温差亦已达到此值。

最近数十年间，为得到有关置于较冷的郊区包围之中的所谓“城市热岛”的深入知识，人们进行了大量的研究工作，尤其是有关最大温差的问题。

这种热岛的垂直方向上的厚度，也就是对周围环境保持温差的城市上方这片空气层的高度，有的是很可观的 · 比如拿纽约来说，按R · D · 博恩施泰因（Bornstein）在1968年给出的这一高度即已达300米！

产生热岛效应的影响因素主要有以下两个。

第一，城市和乡村的表面覆盖物的物理特性，比如：比热、密度和导热率等，差异很大。由于城市的高导热性使地表吸收的太阳辐射能量迅速地向地起内部传导，从而使热能在一个相对来说较大的实体范围内储存起来。相反，对有植被覆盖的乡村来说，由于导热率较低，热能只是停留在近表层处而已。这一不同的特性导致温度昼夜变化的偏移。日出之后，尽管空旷的乡村比城市升温快，但由于刮风及湍流的作用，白天的城乡温差并不大。入夜，乡村很快地失去储存在近表层的热能，然而城市的降温却较慢，这是由于其储存的热量多并且散热过程中热流要在建筑物的墙面之间多次折转、反射的缘故。同时晚上一般风力减弱、气流平稳，这样尤其是在宁静的夏日可能导致晚间及上半夜的城乡温差很大。下半夜城市降温较快，而乡村的降温却慢起来了。

第二，人为产生并向空气中传递的热能。这种影响在寒冷的季节尤为明显，冬季所形成的稳定的近地大气层结非常有助于促进市中心和郊区之间温差的形成。

热岛效应也影响其它的气象参数。比如，市中心的相对湿度就比空旷的乡村要低。另外，城市中起雾、下雪以及积雪的天数也比乡村少。还有，一天之中的最高与最低气温之间的差别亦较小。

降水状况的变化

城市对降水状况的影响与对温度的影响相比起来要复杂得多了。一方面，降水状况是气象因素中变动性最大的一个因素；另一方面，地形因素始终影响着降水过程，所以要想从降水状况的观察结果中把城市影响作用这一部分给分离出来是十分困难的。

P ·施拉克（Schlaak）在1972年公布了他对于西柏林年平均降水量分布情况的研究结果。首先值得注意的是，在仅仅10公里距离范围内的降水量的差值可接近100毫米之多。其次，降水量的分布沿东西方向明显地分为三个部分，城东和城西各有一个超过620毫米的最大降水区，两者中间夹有一条狭长的低于540毫米的最小降水地带，而这里恰好就是城市的中心区。

是什么因素导致降水量这样地分布呢？人们不禁首先会想起城市暖岛的影响。然而，笔者本人与B · 林顿拜因（Lindenbein）一起对于阵雨所进行过的一项研究表明，热效应不可能是导致城市降水量特定分布的原因。我们所观察的主要是4 ~ 10月期间降水量为5毫米或更大的对流雨，从全部13个观察站上所测量到的这类阵雨的降水量平均每次为11毫米左右。市中心的每次阵雨下的时间较短但强度较大，而近郊区的每次阵雨则时间较长但强度较小。

城市热岛除了对这种对流雨的强度有影响之外，对其发生的时间也有影响。市中心地带大约45%的这类降雨发生在晚间（18 ~ 24点），而近郊区在此时间区段内的降雨次数则不到30%。

如果说在降水问题上，城市的热影响仅仅局限于强度和发生的时间上的话，那么城市的表面粗糙度和地形地貌就应当用来解释降水量的差别了。由于整个西柏林的地形差别较小，所以为弄清这个问题提供了有利的前提条件，沿着柏林市区中间的施普雷河（Spree）两岸是一条宽5 ~ 15公里的人口稠密的地带，这一带就地质上来说属于华沙 - 柏林冰蚀谷，其海拔高度仅为30 ~ 35米。从这儿的河谷开始，两边地势逐渐升高，向所谓的基底冰碛高原过渡，但东北方向到巴尔尼姆（Barnim）、西南方向到特尔托（Teltow）均只升高20 ~ 25米左右。仅在城市的西郊有座哈韦尔山（Havelberge）较之哈韦尔河谷（Haveltal）高出70米而已。

为了把地形的影响与城市的影响分开，在11个观察站对降水状况与迎风气流方向的关系作了为时7年的研究。研究时，用不受摩擦约束的地转风代替了受地形地貌影响较大的近地面风。因为与近地面风相比，地转风同降水场转移的关系更为密切。

空气污染

城市与乡村相比其不同之处还在于空气污染较严重。除了二氧化硫（SO₂）以外，还有氧化氮、碳氢化合物以及灰尘等，这些杂质是在发电厂与其它工厂、民用加温设施以及机动车辆运行时产生出来的。比如西柏林的SO₂的平均含量就显示了城市空气污染的一些基本特征。

SO₂通常是经地层裂缝和火山口向大气中散发的，不过它在天然空气中的含量很小，体积百分比仅0.0001而已。在人口稠密地区因人为燃烧煤与石油等燃料而产生的SO₂可能使其含量达到相当惊人的程度。褐煤以及重油中的SO₂含量的重量百分比可达3%之高，在烟煤与焦炭之中约占1%，在轻油中则为0.3 ~ 0.5%。

从西柏林城区1981~1985年期间SO₂平均含量的分布情况可以看出，SO₂含量从市中心开始大体上以同心圆的形式向近郊区方向逐渐减少。这些数据清楚地表明，居民密度每平方公里8000 ~ 12000人的市中心的空气污染程度为居民密度相对较低（每平方公里2000 ~ 3000人）的近郊区的2倍。无论在何种气象条件下，郊区的空气质量总是比市区的要好。在空旷的乡村上空的SO₂含量则可降到北德低地的特征值（约20微克/米³）的量级。

为什么空气中的SO₂含量在夏季仅为冬季时的一小部分呢？原因有两个：其一，冬季与夏季的大气状况大不一样，这里主要指垂直方向上的空气交换、亦即湍流和逆温的状况。从气象学角度来看，冬季的大气分层比夏季稳定。其结果使得空气中的杂质净化速度减慢。其二，冬季的低温导致建筑物需要加温。越冷的话，加温越厉害，释放出来的SO₂就越多。此外，大工业集中区的生产活动也影响上述SO₂含量的月度变化，而这种变化是中欧城市特征的典型表现。

结论

城市的热岛效应是随着它自身的不断发展即面积增大、人口致密而越演越烈的。其结果首先是冬季的平均气温显著提高。柏林市中心的冬季平均气温在上一世纪初还是-1°C，而150年之后此值已变为+1.5°C左右了。与此相对，同一期间夏季的温度上升幅度仅为0.5°C而已。

影响城市气候的另一个重要因素是风情。因此在制定市政建设规划时必须考虑到城市应有理想的通风。绝不可以随意加建、搭建而堵塞通风道口，因为只有这样才能使温度和湿度效应稳定在一个可以承受的水平上。此外，每一个空气静滞地带都将不可避免地导致该处污染程度的上升。

实践也表明，城市之中的绿化地带具有十分重要的意义，因为它有利于产生凉爽和湿润的空气，并可以因此而缓和城市热岛效应。此外，花草、丛林和树木对于城市空气中的灰尘来说是自然的过滤器，通过它们的作用可以使空气流动速度减慢，从而促使空气中的灰尘沉积下来。

[Naturwissenschaften，1990年9月号］