王耀庭，孟春雷，苗世光，鄭祚芳，李青春

(北京城市氣象研究院，北京 100089)

引 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速增長，城市化進(jìn)程加劇，加之新時(shí)代人類特有的生產(chǎn)、生活方式，向大氣中排放的熱量逐年增加，相對于自然源的比例已不可忽略。城市地區(qū)存在的這部分額外熱源，簡稱“人為熱”[1]。人為熱通常由人類在生產(chǎn)、生活過程中對能源的消耗而產(chǎn)生，如來自建筑物、交通、電力消耗、工業(yè)消耗等。人為熱會導(dǎo)致熱島現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，而且城市熱島通常比郊區(qū)更強(qiáng)，這種現(xiàn)象明顯影響城市大氣污染、城市能耗、人體舒適度甚至人體健康，如心肺疾病[2]等。另外，隨著全球人口和經(jīng)濟(jì)快速增長，城市化日益加劇，“熱島效應(yīng)”有可能從局地問題變成區(qū)域問題，進(jìn)而影響全球氣候。

當(dāng)前國內(nèi)外從能源消耗清單切入，以不同規(guī)模的研究區(qū)展開人為熱研究，如以超大城市為研究區(qū)[3-6]，詳細(xì)繪制人為熱排放圖及分析人為熱的日變化和年變化特征。其中日本東京城市中心區(qū)白天人為熱可達(dá)400 W·m-2，冬季早高峰時(shí)甚至可達(dá)1590 W·m-2[7]。另外，有研究以近郊區(qū)域[8]、城市區(qū)域[9]或在幾個(gè)不同城市[10]間對不同人為熱源在冬夏季排放的人為熱進(jìn)行調(diào)查并估算。整體上，城市、城郊和郊區(qū)人為熱依次減少，冬季能耗產(chǎn)生的人為熱大于夏季[11]。人為熱釋放到大氣中，直接效應(yīng)是影響大氣溫度，尤其是近地表大氣溫度[12]，且這種現(xiàn)象在城市區(qū)域更加明顯，因?yàn)槌鞘袇^(qū)域人類能源消耗明顯比其他地區(qū)高。因此城市行為產(chǎn)生的廢熱在城市熱島形成中起重要作用[13]，即人為熱對城市熱島有明顯貢獻(xiàn)[14]。在大氣數(shù)值模式模擬中，考慮人為熱因素，會導(dǎo)致大氣溫度升高[15]，在城市尺度上，人為熱對溫度的影響可達(dá)1 ℃左右[16]，如北京地區(qū)，市區(qū)人為熱釋放最大值接近200 W·m-2，使城區(qū)晝間氣溫升高0.5 ℃左右，夜間氣溫增加1～3 ℃[17]。對上海[18]、杭州[19-20]、南京[21]等地區(qū)不同的人為熱方案對城市熱島和城市邊界層產(chǎn)生的影響進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)引入人為熱處理方案后，能更合理地模擬城市邊界層結(jié)構(gòu)，所模擬的溫度變化與實(shí)際狀況較為一致。除了在局地尺度上定量了解人為熱對大氣的影響外，也有研究著眼于在全球尺度上定量評估人為熱的氣候效應(yīng)，如石廣玉等[22]利用能源經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有權(quán)威性的英國石油公司(BP)世界能源統(tǒng)計(jì)資料和聯(lián)合國人口統(tǒng)計(jì)資料，初步估算由于人為熱導(dǎo)致的全球氣候強(qiáng)迫，結(jié)果表明2008年全球年平均人為熱釋放引起的氣候強(qiáng)迫約為0.031 W·m-2，隨著人口及能源消費(fèi)總量的增加，未來人為熱釋放產(chǎn)生的全球年平均氣候強(qiáng)迫可能達(dá)0.30 W·m-2。能源消耗是區(qū)域和全球變暖的一個(gè)主要因素，無論是直接通過人為熱釋放還是通過人類溫室效應(yīng)間接釋放[23]。因此，研究城市人為熱的地理分布以及其與人口、能源消耗的關(guān)系，對城市熱環(huán)境、城市下墊面能量平衡、城市邊界層結(jié)構(gòu)的影響，甚至在氣候變化數(shù)值模擬中對人為熱的參數(shù)化提供重要參考，從而為更加深入的研究人為熱對城市環(huán)境、城市氣候的影響機(jī)理提供科學(xué)依據(jù)。

目前針對北京人為熱的研究相對較少，尤其是基于能源消耗、人口的人為熱排放和空間分布估算。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，以北京為研究區(qū)，通過引入1 km×1 km網(wǎng)格人口密度空間分布，在一定程度上解決人為熱在空間上的精細(xì)分布問題。對現(xiàn)有由交通產(chǎn)生的人為熱算法進(jìn)行修正，更合理、科學(xué)地反映人為熱排放。通過對北京人為熱的時(shí)空分布特征和演變趨勢的討論分析，可以提高對超大城市人為熱精細(xì)時(shí)空分布特征的認(rèn)識和提升人為熱對大氣、氣候影響的模擬精度。

1 研究區(qū)概況

北京為中國首都，位于華北平原北部，背靠燕山，毗鄰天津市和河北省，地理范圍為115.7°E—117.4°E、39.4°N—41.6°N，中心位于39°54′20″N、116°25′29″E，總面積16 410.54 km2。由16區(qū)構(gòu)成，中心城區(qū)為東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)和豐臺區(qū)，其中東城區(qū)和西城區(qū)為核心區(qū)；昌平區(qū)、順義區(qū)、通州區(qū)、門頭溝區(qū)、房山區(qū)和大興區(qū)為近郊區(qū)；密云區(qū)、延慶區(qū)、平谷區(qū)和懷柔區(qū)為遠(yuǎn)郊區(qū)。截至2016年底，北京市常住人口2172.9萬人。圖1為北京區(qū)劃及地形分布。近30 a來北京城市化進(jìn)程迅速，城市化程度較高，且屬于超大型城市，城市路網(wǎng)復(fù)雜，路網(wǎng)公里數(shù)多。

圖1 北京區(qū)劃及地形分布Fig.1 Beijing zoning and topographic distribution

2 資料與方法

2.1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

利用2002、2010、2015年《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》中的主要能耗、汽車保有量、道路面積以及空間分辨率為1 km×1 km的人口密度數(shù)據(jù)，從多要素綜合作用的角度，基于GIS計(jì)算人為熱的空間分布，根據(jù)能耗分配百分比計(jì)算人為熱時(shí)間分布和變化。

表1列出2002、2010、2015年北京主要能耗類別及能耗量?？?cè)丝跀?shù)據(jù)、道路面積和汽車保有量見表2。計(jì)算和分析人為熱時(shí)，沒有區(qū)分能源用途，只考慮由各種能源產(chǎn)生的人為熱，最后構(gòu)成總體效果。

2.2 人口數(shù)據(jù)

人口數(shù)據(jù)包含總?cè)丝诤腿丝诿芏取Ｈ丝诿芏仁欠从橙丝谠诘赜蚍植忌铣砻艹潭鹊闹笜?biāo)，能體現(xiàn)人的生產(chǎn)生活聚集度。2002年和2015年的人口密度數(shù)據(jù)來自哥倫比亞大學(xué)(http://sedac.ciesin.columbia.edu/data/set/gpw-v4-population-density/metadata)，空間分辨率為1 km×1 km；2010年人口密度數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[24]。

圖2為2002、2010、2015年北京人口密度空間分布?？梢钥闯?，北京人口密度有3大特點(diǎn)：(1)人口密度由中心向外輻射，東、西城核心區(qū)人口密度最高，外部4個(gè)城區(qū)人口密度開始遞減，各近郊、遠(yuǎn)郊區(qū)域又有獨(dú)自的高人口密度中心區(qū)。(2)北京的核心區(qū)人口密度不僅最大，且逐年增加，2002年人口密度高值區(qū)約15 000人·km2，2010年約30 000人·km2，2015年超過36 000人·km2；(3)高人口密度的覆蓋面逐漸增大，從城市核心區(qū)向外圍擴(kuò)散。2015年，城六區(qū)之外的區(qū)域也出現(xiàn)人口密度大于10 000人·km2的區(qū)域，主要出現(xiàn)在北京東部和南部的區(qū)域中心。

表1 北京2002、2010和2015年能源消耗類別及消耗量Tab.1 Energy consumption categories and consumptions in Beijing in 2002, 2010 and 2015

注：“—”表示該能源在當(dāng)年統(tǒng)計(jì)年鑒中未有消耗記錄

表2 2002、2010和2015年北京總?cè)丝?、汽車保有量和道路面積Tab.2 Total population, car ownership and road area in 2002, 2010 and 2015

圖2 2002(a)、2010(b)、2015(c)年北京人口密度空間分布(單位：人·km-2)Fig.2 Population density distribution in Beijing in 2002 (a), 2010 (b) and 2015 (c) (Unit: person per square kilometer)

2.3 模型及方法構(gòu)架

城市下墊面的能量平衡主要取決于地表類型和其所占比例，同時(shí)建筑物的高低位置也會影響地表能量。太陽短波輻射到達(dá)地面，一部分被地面吸收，另一部分被地面反射到大氣中。地面吸收的一部分輻射用于加熱地表，另一部分則通過感熱和潛熱方式加熱大氣。由地表向上發(fā)射的長波輻射同樣也對大氣加熱，由于建筑物的阻擋，一部分以儲熱的形式儲存起來。在大氣數(shù)值模式中，城市地表能量平衡可用如下公式表示：

Rn=H+L+△Qs

(1)

式中：Rn(W·m-2)為凈輻射；H、L(W·m-2)分別為感熱通量和潛熱通量；△Qs(W·m-2)為儲熱項(xiàng)。隨著城市化進(jìn)程的加速，人為熱對城市天氣的影響越來越不容忽視，上式中引入人為熱Qf(W·m-2)，城市地表能量平衡可表示為：

(2)

式中：QFV、QFB、QFM(W·m-2)分別代表汽車、能耗和人體代謝所產(chǎn)生的熱排放。特別指出，計(jì)算冬季人為熱時(shí)，增加冬季供熱貢獻(xiàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 交通人為熱排放日變化

某一時(shí)刻由交通產(chǎn)生的人為熱國外主要采取兩種算法：一種來自SAILOR等[10]提出的算法，該算法沒有考慮面積因素；另一種算法由GRIMMOND[8]提出，該算法考慮了研究區(qū)面積，這種情形對于小范圍(如一個(gè)街區(qū))可行，當(dāng)研究區(qū)較大時(shí)，算法存在缺陷。對于北京地區(qū)，如果直接用研究區(qū)面積明顯不合適，因此對其進(jìn)行改進(jìn)，將研究區(qū)面積用道路面積代替，具體公式如下：

(3)

式中：Qv(h)(W·m-2)為交通產(chǎn)生的逐時(shí)人為熱；h為某一時(shí)刻；N(輛)為機(jī)動(dòng)車總量，不是所有的機(jī)動(dòng)車都工作，所以引入折扣率Dis，2002年和2010年，Dis取值假定為0.8，北京從2011年開始機(jī)動(dòng)車尾號限行措施，因此計(jì)算2015年交通產(chǎn)生的人為熱時(shí)，Dis取值0.7；A(m2)為道路面積；pcDVD(km)為每天每輛車的行車距離，文中取北京日均45 km[25]，是東京的2倍，倫敦的1.5倍；Ft(h)是每小時(shí)車流百分比，假設(shè)全人類作息規(guī)律趨同，基于此前提，工作日交通車流隨時(shí)間分布系數(shù)采用文獻(xiàn)[10]中的分布(圖3)；EV(J·m-1)是每輛車每單位長度產(chǎn)生的熱量，具體計(jì)算公式如下：

(4)

式中：NHC(J·kg-1)是汽油燃燒產(chǎn)生的凈熱；ρfuel(kg·L-1)是燃料密度；FE(km·L-1)是燃料的經(jīng)濟(jì)性，一種假設(shè)是取平均值8.5 km·L-1。在詳細(xì)的各類數(shù)據(jù)信息無法獲得的情況下，EV可以取值3975 J·m-1。

圖4為2002、2010、2015年北京區(qū)域交通產(chǎn)生的人為熱日變化?？梢钥闯?，交通產(chǎn)生的人為熱日變化呈早晚雙峰結(jié)構(gòu)，早峰值在08:00，晚峰值在18:00。08:00—11:00，人為熱下降，之后緩慢上升，18:00達(dá)到峰值，之后大幅下降，夜間人為熱較低。同一時(shí)刻，交通人為熱逐年遞增，白天尤其明顯，2002、2010、2015年08:00的人為熱分別為62、150、220 W·m-2。佟華等[17]對2000年北京崇文區(qū)人為熱的研究表明，由交通產(chǎn)生的人為熱峰值為104.3 W·m-2，最低值為8.57 W·m-2。

圖3 工作日交通分時(shí)系數(shù)Fig.3 Representative weekday hourly fractional traffic profiles for Beijing

圖4 2002、2010、2015北京市由交通產(chǎn)生的人為熱日變化Fig.4 Diurnal variations of anthropogenic heat mission casued by transportation in Beijing in 2002, 2010 and 2015

3.2 生產(chǎn)、生活人為熱日變化

分夏季和冬季計(jì)算生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的人為熱，主要計(jì)算電力消耗和能源消耗產(chǎn)生的人為熱。計(jì)算時(shí)，不區(qū)分能源的具體用途，僅根據(jù)能源類別進(jìn)行計(jì)算。某一年度由某種能源在某個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的人為熱計(jì)算公式如下：

(5)

在計(jì)算冬季人為熱日變化時(shí)，增加冬季供熱產(chǎn)生的人為熱部分。計(jì)算方式同公式(5)，只是不考慮Cali×(1-ηi)，fi(h)均分為24份。在計(jì)算每人每天消耗供暖量時(shí)，只考慮一個(gè)供暖期，約120 d。由此計(jì)算得到2002、2010和2015年供暖產(chǎn)生的人為熱分別為9.67、25.55、23.44 W·m-2。圖6為2002、2010和2015年北京地區(qū)冬、夏季由電力和能耗產(chǎn)生的人為熱日變化。以冬季峰值為例，2002年能耗和電力產(chǎn)生的人為熱分別為40、12 W·m-2，2010年分別為32、17 W·m-2，2015年分別為22、20 W·m-2。

3.3 人體代謝產(chǎn)生的人為熱

生物體代謝也是人為熱的構(gòu)成部分，在城市，人體代謝是生物代謝中的絕對主導(dǎo)部分。首先必須注意到一天中人體代謝率不是固定常數(shù)。FANGER[26]和GUYTON[27]對人體代謝產(chǎn)生的人為熱進(jìn)行了估算。這里采用城市地區(qū)白天人體代謝率均值為175 W，夜間(23:00至次日05:00)為75 W。圖7為2002、2010、2015年人體代謝產(chǎn)生的人為熱日變化。可以看出，北京地區(qū)人體代謝產(chǎn)生的人為熱在1.5～3.5 W·m-2之間，平均約為2.7 W·m-2，這與SAILOR等[10]的研究結(jié)果較為一致。無論白天還是夜間，人體代謝產(chǎn)生的人為熱從2000年到2015年逐年增加，說明北京地區(qū)人口密度逐年增加，而且生活方式發(fā)生明顯改變。

3.4 綜合比較

圖8為2015年北京不同人為熱日變化。可以看出，10:00—19:00，電力消耗產(chǎn)生的人為熱，夏季大于冬季，19:00至次日10:00，冬季大于夏季；冬季電力產(chǎn)生的人為熱呈現(xiàn)兩個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在09:00、20:00，兩峰之間變化平緩；夏季，電力產(chǎn)生的人為熱為弧形結(jié)構(gòu)，從05:00開始緩慢增加，在15:00左右達(dá)到弧頂，22:00開始明顯降低。能耗產(chǎn)生的人為熱變化與電力消耗有相似的季節(jié)特征，僅在時(shí)間上略有差異，11:00—23:00，夏季大于冬季，23:00到次日11:00，冬季大于夏季；冬季能耗人為熱形態(tài)呈現(xiàn)主次雙峰結(jié)構(gòu)，主峰發(fā)生在09:00，次峰發(fā)生在18:00；夏季為單峰結(jié)構(gòu)，從05:00開始增加，18:00達(dá)到峰值，之后開始下降。

圖5 北京地區(qū)冬、夏季電力消耗(a)和能耗消耗(b)分配系數(shù)日變化Fig.5 Diurnal variations of partition coefficient of electricity load (a) and energy consumption (b) in Beijing in summer and winter

圖6 2002、2010和2015年北京地區(qū)電力和能耗產(chǎn)生的人為熱日變化Fig.6 Diurnal variations of anthropogenic heat generated by electricity and energy consumption in Beijing in 2002, 2010 and 2015

圖7 2002、2010、2015年北京人體代謝產(chǎn)生的人為熱日變化Fig.7 Diurnal variations of anthropogenic heat from metabolite in Beijing in 2002, 2010 and 2015

圖8 2015年北京不同人為熱日變化Fig.8 Diurnal variations of different anthropogenic heat emission in Beijing in 2015

圖9為2015年冬季北京地區(qū)不同人為熱相對貢獻(xiàn)率的日變化?？梢钥闯?，交通產(chǎn)生的人為熱是主要的人為熱排放源，平均超過50%，甚至在峰值時(shí)占比接近80%。國外研究表明[28]，交通產(chǎn)生的人為熱占比為47%～62%，顯然，北京交通產(chǎn)生的人為熱占比明顯高于國外，這或許是現(xiàn)階段北京乃至全國都具有的城市發(fā)展特色。其次是電力和能耗，各占約15%，最大可達(dá)25%；冬季供暖占約15%，01:00—05:00，可達(dá)40%；人體代謝產(chǎn)生的人為熱占比不到3%。

圖10為2002、2010和2015年北京市由交通、電力和能耗產(chǎn)生的人為熱隨時(shí)間變化?？梢钥闯觯河山煌óa(chǎn)生的人為熱逐年大幅增大；電力消耗產(chǎn)生的人為熱最大在2015年，為20 W·m-2左右，2010年和2015年相差不大，但比2002年均有明顯增加；能耗產(chǎn)生的人為熱呈現(xiàn)出與電力完全相反特點(diǎn)，2002—2015年逐年遞減，2015年最小，2002年最大。說明隨著時(shí)間推進(jìn)，政府對環(huán)保有了足夠的重視，各種低能效高污染的煤炭資源使用量銳減，取而代之的是天然氣等高能效資源的廣泛使用。

圖9 2015年冬季北京不同人為熱相對貢獻(xiàn)率的日變化Fig.9 Diurnal variations of the relative contribution rate of different anthropogenic heat emission in Beijing in winter of 2015

由圖10還可以看出，02:00—05:00，交通產(chǎn)生的人為熱低于電力產(chǎn)生的人為熱，也低于能耗在冬季產(chǎn)生的人為熱。01:00—11:00，電力和能耗產(chǎn)生的人為熱冬季大于夏季，而12:00—24:00剛好相反，即電力和能耗產(chǎn)生的人為熱冬季小于夏季。夏季01:00—07:00，電力產(chǎn)生的人為熱大于能耗，其余時(shí)間則相反。冬季全天能耗產(chǎn)生的人為熱大于電力。

圖11為2002、2010、2015年北京總?cè)藶闊崛兆兓？梢钥闯觯?個(gè)年度人為熱日變化形態(tài)一致，呈雙峰結(jié)構(gòu)，峰值分別發(fā)生在08:00和18:00，且18:00峰值大于08:00峰值，可能是交通產(chǎn)生的人為熱在總?cè)藶闊嶂姓急容^大造成。不同時(shí)刻，冬季人為熱大于夏季，冬、夏季人為熱最大值都出現(xiàn)在2015年，分別為331、287 W·m-2。這與SAILOR[29]研究結(jié)果較為一致，即美國華盛頓人為熱日變化峰值在600 W·m-2附近，而休斯頓和波特蘭的人為熱日變化峰值在300 W·m-2附近。2002年，冬、夏季人為熱夜間差距大，白天小，而2015年相反，夜間差距小而白天差距大。08:00—20:00人們活動(dòng)頻繁，交通繁忙，是人為熱排放的集中時(shí)間；20:00至次日08:00人為熱較小，其中02:00—04:00是一天中人為熱最小的時(shí)段。

圖10 2002、2010、2015年北京不同人為熱的日變化Fig.10 The diurnal variations of anthropogenic heat emission generated by different type energy consumption in Beijing in 2002, 2010 and 2015

圖11 2002、2010、2015年北京冬夏季總?cè)藶闊崛兆兓疐ig.11 Diurnal variations of total anthropogenic heat emission in summer and winter in Beijing in 2002, 2010 and 2015

3.5 人為熱空間分布

要計(jì)算人為熱空間分布，先計(jì)算12類能源總廢熱排放，公式如下：

(6)

式中：WHt(J)為總廢熱；mi為第i能源類型的量；Cali為i類能源的發(fā)熱量。圖12為各種能耗產(chǎn)生的廢熱及年總廢熱，在計(jì)算年總廢熱時(shí)考慮了冬季采暖供熱部分?？梢钥闯觯?002、2010、2015年，由煤炭、焦炭產(chǎn)生的廢熱逐步降低，原油、電力和天然氣產(chǎn)生的廢熱逐步增加，充分說明能源使用的發(fā)展和變革?？倧U熱最大值出現(xiàn)在2010年。

圖12 2002、2010和2015年北京各類能源產(chǎn)生的廢熱和年總廢熱Fig.12 The total waste heat and waste heat emissions from different energy consumption in Beijing in 2002, 2010 and 2015

人為熱空間分布計(jì)算公式如下：

(7)

式中：AH(W·m-2)為人為熱，POPt(人)為總?cè)丝跀?shù)，POPD(人·m-2)為人口密度，P(m)為月系數(shù)，冬季取值0.54761，夏季取值0.45239，P(d)為日分布系數(shù)，選一天中最大值，即17:00的分布系數(shù)0.061825。在計(jì)算夏季人為熱空間分布時(shí)，扣除年總廢熱中冬季供暖部分。

圖13為2002、2010、2015年冬、夏季人為熱空間分布?？梢钥闯?，人為熱高值區(qū)主要分布在人口密集的城市核心區(qū)，經(jīng)濟(jì)形式和經(jīng)濟(jì)水平造成各種人為熱排放貢獻(xiàn)差異。2002年冬、夏季人為熱最大值分別為300、240 W·m-2，2010年分別為660、431W·m-2，2015年分別為666、423 W·m-2，這與現(xiàn)有研究結(jié)果較為一致[30-31]。人為熱空間分布有明顯的不連續(xù)特點(diǎn)，與城市中心人為熱大值區(qū)相比，城市邊緣區(qū)、郊區(qū)和山區(qū)人為熱較小。人為熱隨時(shí)間在空間上的演變特點(diǎn)值得關(guān)注，呈現(xiàn)從核心區(qū)向外遞減的環(huán)狀形態(tài)，靠近核心區(qū)的城六區(qū)，2002—2015年，人為熱逐年遞增，和2010年相比，2015年不僅大值分布區(qū)域覆蓋面大，且呈斑塊化。但離核心更遠(yuǎn)的城六區(qū)外邊界附近大部分區(qū)域，2015年人為熱比2010年小。出現(xiàn)這種情況的可能原因是：①大量使用諸如電力、天然氣等高效能源；②人為熱在空間和時(shí)間分布上計(jì)算方式不同，計(jì)算空間分布時(shí)沒有考慮機(jī)動(dòng)車數(shù)量，在優(yōu)化計(jì)算方式和獲取精準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方面還需提升；③開展科學(xué)的城市發(fā)展規(guī)劃和合理引導(dǎo)人口轉(zhuǎn)移，平衡資源和能耗的分布。

圖13 2002、2010、2015年北京冬夏季人為熱空間分布(單位：W·m-2)Fig.13 The distribution of anthropogenic heat flux in summer and winter in Beijing in 2002, 2010 and 2015 (Unit: W·m-2)

本文未開展人為熱在垂直方向上的分布，陳曦等[32]對人為熱的垂直分布做了粗略分析，按照不同區(qū)域的建筑物高度和密度進(jìn)行分層考慮。在地面，建筑物密集，人為熱釋放最多，越往高層，建筑物密度越小，人為熱釋放量也相應(yīng)減少。

4 結(jié) 論

(1)交通產(chǎn)生的人為熱日變化特征為早晚雙峰結(jié)構(gòu)，峰值出現(xiàn)在08:00和18:00；電力產(chǎn)生的人為熱冬季為雙峰結(jié)構(gòu)，峰值在09:00和20:00，夏季為弧形結(jié)構(gòu)，弧頂在15:00；能耗產(chǎn)生的人為熱冬季為主次峰結(jié)構(gòu)，主峰出現(xiàn)在09:00，次峰在18:00，夏季為單峰形態(tài)，出現(xiàn)在18:00。

(2)人為熱主要由交通產(chǎn)生，平均占比超過50%，其次是電力和能耗，各占15%左右，冬季供暖占約15%，生物代謝人為熱占比不到3%。

(3)01:00—11:00，電力和能耗產(chǎn)生的人為熱冬季大于夏季，而12:00—24:00則相反。夏季00:00—07:00，電力產(chǎn)生的人為熱大于能耗，其余時(shí)間能耗大于電力。冬季所有時(shí)刻，能耗產(chǎn)生的人為熱大于電力。

(4)2002、2010、2015年，由交通產(chǎn)生的人為熱大幅增加，峰值分別為62、150、220 W·m-2，2010年是2002年的2倍多，2015年是2010年的近1.5倍。電力消耗產(chǎn)生的人為熱最大在2015年，2002、2010、2015年能耗產(chǎn)生的人為熱逐年遞減。

(5)08:00—20:00是人為熱排放的集中時(shí)段，20:00至次日08:00人為熱通量較小，其中02:00—04:00最小。人為熱高值區(qū)為人口密集分布的核心區(qū)，呈現(xiàn)出從核心區(qū)向外環(huán)狀遞減形態(tài)；2002年冬、夏季人為熱最大值分別為300、240 W·m-2，2010年分別為660、431 W·m-2，2015年分別為666、423 W·m-2。