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与自然环境不同,城市是一个人工环境,是人类在开发利用、干预改造自然环境的过程中构造出来的有别于原有自然环境的新环境,。中由于人口密度远超过自然中的生物密度,因而城市环境的特点发生了很大的变化。
一 城市气候特点
由于城市化使得城市区域形成一种特殊的局地气候状况和特点。城市的发展,改变和破坏了原来的自然条件。如绝大部分的自然植被被建筑物、沥青或水泥马路所代替;人们的生产活动和生活活动增加了额外的热源;城市工业排放出的大量烟尘和气溶胶等。气候发生了一些微小的变化。呈现出了城市气候。
城市气候是城市地理环境的重要组成要素。在生产力水平还十分低下的时代,农业文明基础上的城市与自然环境基本保持和谐共生的状态,城市气候未表现出受人类活动影响的明显特殊性。工业革命后,城市工业的发展以及规模的扩张,造成原有的城市空间结构解体。城市下垫面的改变、人为热的释放以及大气污染都是特殊城市气候产生的条件与根本原因。现代城市环境和原始状态的自然环境与古代城市环境相比发生了巨大的改变,使得城市内部的风、气温等方面的特性都发生了巨大的改变。具有以下几个特征:
1 气温高
由于城区地面反射率小于农村,以水泥、砖石、沥青为主的下垫面具有较大的导热率和热容量,房屋等建筑物又增大了受热面积,这样,在白天使城区比农村吸收并积蓄了更多的太阳辐射能;城市排水好,下垫面大都不吸水、不透水,地面含水量小,这使城市的蒸发耗热小;城市风速小;城市生产和生活排放热量等。这些因素,超过了由于城市上空烟尘较多使太阳辐射减弱的效应,使城市气温比周围农村高,形成了"城市热岛"。一般大城市年平均气温比郊区高0.5~1.0℃,冬季平均最低气温高出1~2℃,尤其在晴夜小风的天气条件下,一般可以高出6℃,个别情况下,可高出12~13℃。所以城区的严寒日数和霜冻比郊区少,无霜期比郊区长10%左右,有时还发生市区降雨而郊区降雪的情况。
2 白天湿度低,夜晚湿度大
城市中由于下垫面多为建筑物和不透水的路面,蒸发量、蒸腾量小,所以城市空气的平均绝对湿度和相对湿度都较小。但由于城市下垫面热力特性,边界层湍流交换以及人为因素均存在日变化,因此,城市绝对湿度的日振幅比郊区大,白天城区绝对湿度比郊区低,形成“干岛”,夜间城市绝对湿度比郊区大,形成“湿岛”。
3 风速小
城市的建筑群增大了地面粗糙度,因此风速一般小于郊区。例如年平均风速一般比郊区小20~30%,最大阵性风速减少10~20%,静风频率则增加5~20%。此外,由于热岛效应,市区的气压比郊区低,因而在没有其它天气系统的影响下,一般大城市周围多出现由郊区向市区辐合的特殊风系,称热岛环流,又称城乡风。热岛环流的风速一般不大。以北京地区为例,如果冬春季风速达5~6m/s、夏季达2~3m/s时,则热岛环流被淹没而不明显。
4 太阳辐射弱
由于城市上空烟尘杂质较多,使年平均太阳辐射总量大约比郊区减少10~15%,在太阳高度角较低的情况下,大城市市区的紫外线甚至可减少30%,日照时数大约减少5~15%。
5 能见度差
城市大气中由于大量烟尘粒子对光线的散射和吸收,以及城区大气凝结核浓度大,雾日多,均使大气能见度降低。城市多雾,虽然雾中的相对湿度偏低,但因为城市大气中含有较多的吸湿性微粒,所以甚至在70%左右的相对湿度下,也能使水汽在其上发生凝结。据上海市的统计,市区的雾中相对湿度只有80~86%,甚至有时低达67%,而郊区的相对湿度一般在98%以上。但有些观测证明,因为城区相对湿度低,凝结核多,不易形成大雾滴,因此浓雾日数反而有所减少。
6 降水多
城市的热岛效应增强了空气的热对流,城市的粗糙地面增强了大气湍流,它们都使城市空气的上升运动加强;城市大气中具有较多的能起冰核作用的凝结核;这些都是增加城市降水的有利条件。但是,也有人认为,城市大气中一般的凝结核和起冰核作用的凝结核太多时,水汽过于分散,云内只能形成大量的小云滴,使形成大雨滴的碰并作用削弱,不利于形成足以降到地面的大雨滴,这是降水的不利条件。不过,多数人认为,总的说来,城市是增加降水量的。例如:根据欧洲和北美洲的研究结果,许多大城市的雨量,约比郊区多5~10%,小于5mm的降水日数增加10%。而由于城市气温较高,降雪比郊区少5~10%。城市雨量最多的地区,常常发生在盛行气流的下风方向。
城市气候条件的变化,使得自然生长的部分植物不能在城市环境中生长。因而在城市园林绿地中的植物必需进行驯化和实验,才能在园林绿地中推广和应用。
二 城市土壤特点
城市土壤的形成是人类长期活动的结果,主要分布在公园、道路、体育场馆、城市河道、郊区、企事业和厂矿周围,或者简单地成为建筑、街道、铁路等城市和工业设施的“基础”而处于埋藏状态。城市土壤与自然土壤、农业土壤相比,既继承了原有自然土壤的某些特征,又由于人为干扰活动的影响,使得土壤的自然属性、物理属性、化学属性遭到破坏,原来的微生物区系发生改变,同时使一些人为污染物进入土壤,从而形成不同于自然土壤和耕作土壤的特殊土壤,具有以下特征:
1城市土壤结构凌乱
城市土壤土层变异性大,呈现出不连续特性,这导致不同土层的结构、质地、有机质含量、pH值、容重及与其有关的通气性、排水性、持水量和肥力状况有显著差异。城市土壤土层变异性大,土层排列凌乱,许多土层之间没有发生联系。此外城市生产和生活中常产生一些废物,如建筑和家庭废弃物、碎砖块、沥青碎块、混凝土块等,需要进行处理,其中填埋是处理废物的常用方法,其和自然土壤发生层的土壤碎块混合在一起,改变了土层次序和土壤组成,也影响了土壤的渗透性和生物化学功能。
2城市土壤紧实度大,通透性差
紧实度大是城市土壤的重要特征。城市中由于人口密度大,人流量大,人踩车压,以及各种机械的频繁使用,土壤密度逐渐增大,特别是公园、道路等人为活动频繁的区域,土壤容重很高,土壤的孔隙度很低,在一些紧实的心土或底土层中,孔隙度可降至20%~30%,有的甚至小于10%。压实导致土壤结构体破坏、容重增加、孔隙度降低、紧实度增加,持水量减少。
此外,土壤紧实度大还会对溶质移动过程和生物活动等产生影响,从而对城市的环境产生显著的影响。如城市公园游人较多,地面受到践踏,土壤板结,透气性降低,有的树干周围铺装面积过大,仅留下很小的树盘,影响了地上与地下的气体交换,使植物生长环境恶化。城市土壤容重大、硬度高、透气性差,在这样的土壤中根系生长严重受阻,根系发育不良甚至死亡,使园林植物地上部分得不到足够的水分和养分,长期这样下去,必然导致树木长势衰弱,甚至枯死。
城市地面硬化造成城市土壤与外界水分、气体的交换受到阻碍,使土壤的通透性下降,大大减少了水分的积蓄,造成土壤中有机质分解减慢,加剧土壤的贫瘠化;根系处于透气、营养及水分极差的环境中,严重影响了植物根系的生长,园林植物生长衰弱,抗逆性降低,甚至有可能导致其死亡。
3城市土壤pH值偏高
城市土壤向碱性的方向演变,pH值比城市周围的自然土壤高,并以中性和碱性土壤所占比例较大。土壤反应多呈中性到弱碱性,弱碱性土不仅降低了土壤中铁、磷等元素的有效性,而且也抑制了土壤中微生物的活动及其对其他养分的分解。例如河南太昊陵内由于土壤中含有石灰及香灰等侵入物,许多古柏根部土壤的pH值在8.5左右,使古柏长势衰弱。而某些工业区附近可出现土壤的强酸性反应。
4城市土壤固体入侵物多,有机质含量低,矿质元素缺乏
由于城市土壤很多是建筑垃圾土,建筑土壤中含有大量建筑后留下的砖瓦块、砂石、煤屑、碎木、灰渣和灰槽等建筑垃圾,它们常会使植物的根无法穿越而限制其分布的深度和广度。土壤中固体类夹杂物含量适当时,能在一定程度上提高土壤(尤其是粘重土壤)的通气透水能力,促进根系生长;但含量过多,会使土壤持水能力下降,缺少有机质。例如卓文珊等对广州市7个功能区绿地土壤肥力进行了研究,结果表明与自然土壤相比,城市土壤有机质和全氮含量偏低,磷含量则略高,土壤肥力以新居住区为最好,其次为公园,其后依次为老工业区、新开发区、老居住区、交通区,商业区。
5城市土壤生物减少
城市化的发展使得原有自然生境消失,取而代之的是沥青、混凝土地面和建筑物等人工景观。城市土壤表面的硬化、生物栖息地的孤立、人为干扰与土壤污染的加重等,造成城市土壤生物群落结构单一,多样性水平降低,生物的种类、数量远比农业土壤、自然土壤少,且受到病原生物的浸染,危害人体健康。其中大的野生动物基本没有,只有少量小型动物。
6城市土壤污染严重
工业废气、废液、废渣的排放,人们乱排污水,乱倒垃圾,乱堆水泥、石灰、炉渣等废物残渣,导致土壤酸化、盐碱化,理化性质变坏,土壤污染日益严重,直接影响土壤的组分和性质。城市污染物主要有污水、污泥和固体废物等。污水成分复杂,其含有的悬浮物、有机物、可溶性盐类、合成洗涤剂、有机毒物、无机毒物、病原菌、病毒、寄生虫等成分,进入土壤后可以改变土壤水的性质或成为土壤的组分,影响土壤水分功能的发挥,抑制生物种群数量和生物活性及物质循环。固体废弃物大都含有重金属,甚至含有放射性物质,这些物质经过长期暴露,被雨水冲洗和淋溶后,溶入水中,通过地表径流进入水体从而对土壤造成污染,长期以往将导致城市土壤污染日益严重。
城市土壤环境决定了城市中植物的生长更艰难,城市园林绿地中除了筛选一些适应性的植物种类外,有时还需要在局部对土壤进行改良,使其更适合植物的生长。
四 城市的大气污染
我国是一个发展中国家,城市化正在加快发展,由于过去对环境保护认识不足,城市大气污染还十分突出。
1 大气污染特点
(1) 城市废气中总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物含量高。现阶段,我国城市空气中主要污染物虽然减排增速加快,空气质量恶化趋势有所减缓,但总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物称为影响
城市空气质量的主要污染物,部分地区尤其是西部地区二氧化硫污染严重,少数大城市氮氧化物浓度较高。
(2) 煤烟型城市大气污染严重。我国能源结构中煤炭占76.12%,工业能源结构中燃煤占73.9%,在工业燃煤的设备中又以中小型为主。据预测表明:我国国内生产总值每增加1%,废气排放量即增加0.55%。
(3) 大气含菌量大,城市人均绿地面积小,人口密度大,大气中细菌含量高。个别城市街道每立方米空气中含菌量达数十万个,商场每立方米空气中含菌量数达到百万个。
(4) 新兴城市和小城市大气污染也日益严重 由于前几年一些小城市和新兴城市,在追求经济增长速度的同时,没有把环境保护放在同等重要的地位。搞粗放经营,浪费资源,耗能过大,污染严重。尤其是二氧化硫和悬浮颗粒物严重超标,甚至出现了酸雨情况。
(5) 部分城市污染转型 随着城市机动车辆的迅猛增加,我国一些大城市的大气污染正在由煤烟型向汽车尾气型转变。有资料报导,我国多数大城市中,机动车排放造成的污染已占城市大气污染的60%以上。以上海和广州为例上海机动车排放污染分担率CO为86%。NOx为56%;广州CO为89%,NOx为79%。以上资料表明,机动车排放污染已成为部分大气染的主要来源。
此外,我国城市大气污染还具有北方比南方严重;冬季重于夏季且差距正在缩小;产煤区重于非产煤区;大城市污染最严重,特大城市次之,中等城市和小城市再次之的特点。
2 造成我国城市大气污染的主要原因
(1) 能源结构和工业布局不合理 由于我国大多城市工业布局、工业结构、能源结构不合理,技术水准落后,导致大量烟尘粉尘、二氧化硫、氮氧化物进入大气。目前,我国的能源结构主要以煤炭为主,能源的总消耗量中煤炭占72%。
(2) 机动车尾气排放管理滞后 近几年我国主要大城市机动车的数量大幅度增长,而道路建设相对滞后,导致交通拥挤机动车辆尾气污染程度加大,成为城市大气污染的主要来源。
(3) 环境监督管理没有完全到位 一些地方政府变相干预环保部门执法,批准建设短期经济效益好但能源资源消耗大,大气污染严重的工业项目。不执行国家环境影响评价制度和建设项目环境管理“三同时”制度,盲目建设了一些布局不合理、污染物超标排放的项目。受到执法机构、人员不全和执法经费不足的限制,环境执法机构不能很好的开展对污染点源污染物的监测及排污单位的监理,从而削弱了环保部门对排污单位和污染源的正常监督管理,导致没有污染治理设施的单位长期无污染治理设施,有治污设施的单位污染物处理设施运行率低,污染物超标排放。
3 城市的大气污染对园林植物的影响
城市的大气污染使得植物种类的选择更加严格,特别是污染较重的地段植物的选择要求更难。也正因为这样,人们通过筛选一些植物吸收大气污染物质,从而净化城市大气环境。
五 城市光环境
1 城市光环境的特点
随着城市化和人口的大量聚集,城市的夜生活更加丰富,因而城市中夜晚照明增加,并成为了城市景观之一,相对地,增加城市光照时间和光照强度。光照时间和强度的增加引起整个城市光环境发生了变化。
灯光为夜晚空间环境提供所需的必备机能,如:商业机能、娱乐机能、休闲机能、交通机能等等,并通过各种高科技演光手段对城市夜间景观环境进行二次审美创造,为市民夜生活提供必要、舒适的休闲、娱乐、购物及交往的人工照明环境。
城市夜晚景观可以表现自我,也可以通过城市夜间的各种物质组成要素间接展现出来,如:建筑、广告、橱窗、小品、绿化等。如果说城市夜晚景观的灯光塑造是舞台背景,那么社会文化活动则是夜晚景观的主题,背景始终是为了主题的展现而烘托气氛,并随着主题的展开而不断变换。它通过人的各种夜生活行为来展现,如:商业活动、娱乐活动、交通活动、节日活动等等。高质量的城市夜景观环境可以通过它的夜间照明水平来体现,但现代城市夜景观环境不仅仅包括高质量的城市照明体系,它更与城市居民的活动体系交融在一起。
2 城市人工光照的作用
(1) 提高夜晚环境质量
城市的夜晚因天然照明不足,一切陷于黑暗中,人们的活动受到限制。路灯创造了人工的照明环境,满足了市民活动的需要,使城市的夜晚因此而活跃起来。首先,增加了人们夜晚的能见度,提高安全感,创造夜晚舒适怡人的社会活动、交往空间。其次,保证车辆和行人夜晚活动的安全,减少夜间交通事故和犯罪、暴力事件的发生。最后,满足城市不同区域的功能需要,为各分区的活动和相互间的交通、联系提供照明条件。
(2) 美化城市形象
道路照明能明晰城市结构,将城市亮点有机联系在一起,表现城市夜晚整体格局,勾勒出城市夜晚的轮廓线,产生良好的艺术效果。
(3) 促进经济繁荣
城市照明使城市经济活动时间增长,促进了旅游与消费,对比北京王府井、上海南京路、广州上下九等商业街照明所带来的经济效益就可知道。
3 城市光照对植物的影响
除了自然条件下光照对植物的影响,由于增加了光照和光强,城市中光对植物的影响更加明显,主要体现在作为信号影响植物。由于增加了光照,因而部分路段植物不能及时进入休眠状态,当寒流来时植物容易受害。