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活动过程
城市热岛的形成有多种因素，其中下垫面因素、人为热和温室气体的排放是人类活动影响环境的几个方面。本文以热红外遥感、气象观测、城市住房与绿地面积统计资料为主要信息源，利用计算机数据拟和的方法对北京市的住房与绿地面积进行了线性规划。
一、研究背景
过去的50年间，北京城历经了极大的发展，城市功能和综合实力以及城市形态与环境面貌都发生了巨大的变化。城市的经济发展和人口的增加促使城区面积迅速扩张，2000年北京市中心面积为500km2，卫星城面积为200km2，中心镇为40km2，总面积约为750km2。城市发展造成城市下垫面状况极大改变，一方面通过粗糙度的改变影响城市边界风场，另一方面也影响了地表长波辐射的状况。此外，城市人口密集、工业发达，人为热源排放加强造成了城市热力状况的改变，导致了城市比郊区气温偏高现象的出现。李延明利用气象观测法、热红外遥感法、遥感技术与GIS技术相结合的方法测出了绿地面积、屋顶面积与城市热岛面积比的数据，发现绿化面积与热岛强度呈负相关，即随着绿化面积的增加，热岛面积逐渐减小，人工构筑物面积与热岛强度呈正相关，随着人工构筑物(如屋顶)面积的增加，热岛面积呈逐渐增大的趋势。
随着2008年北京奥运会的临近，一些体育场馆、城市住房、绿地面积的比例将会有所变动。本项工作旨在利用计算机数据拟和的方法对北京市的住房与绿地面积比例进行线性规划。
几点说明：为了研究方便，本项工作把一切建筑的占地面积抽象成屋顶面积，将一切绿地面积抽象成绿化面积。
二、数据分析
活动说明
我校在高二开设高中地理必修课程，我在课堂上讲解城市热岛效应后，胡宪伟等同学下课就围住我，进一步探讨城市热岛效应对北京市住房与绿地面积规划的影响。这几个学生的数学很好，马上想到可以列因素建立模型。许多研究内容已不仅仅局限于地理这一学科了，我鼓励他们说这是一件有益于社会和个人的事，希望他们能继续深入这一课题。
活动过程
(一)提出问题
从上页图中可以看出以下几点(数据以2000年为例，其余略同)。
1．城区(指东城区、西城区、崇文区以及宣武区四个城区)范围内热岛效应明显高于郊区。
3．城区内以建国门、前门、光明楼地区热岛效应最为严重。
什么原因造成了这种现象的出现?如何才能减小城市的热岛效应，并使之达到一个较小的理想数值呢?
(二)原因分析
1．人口。人类的活动是影响热岛效应的一个重要因素。在人口密集区域内，人工建筑物密集，存在大量人工热源(如供暖系统等)，绿化面积较少，导致了热岛效应的加剧。但由于该因素不是短期内可以控制的，故在此不讨论。
2．绿色空间。绿色空间是以绿色植被为特征的人与自然和谐共处的人工自然环境，强调城市中的自然属性，涵盖了建成市区及周边地区覆盖绿色植被的所有空间。
活动过程
可以看出，无论是平均值方面还是各点到平均值之差的绝对值的平均值方面，树冠、草丛都要优于屋顶、水泥、柏油路面等情况。
(三)问题研究
1．目标函数的确立：用下垫面状况(包括绿地)来表示热岛效应的情况。
2．坐标轴的确定：横方向表示面积，纵方向表示热岛效应程度。用下垫面状况(包括绿地)来表示热岛效应的情况。
3．数据分析与目标函数合成。依据下表，对屋顶、绿地的热岛效应函数进行拟合。
活动说明
学生们认真讨论，逐渐明确了行动的步骤。如城市中建筑的占地面积和绿地面积如何抽象化简；采用何种知识建构数学模型；如果是函数的话，目标函数应如何建立。
他们在这个过程中锤炼了自己提出问题、分析问题和创造性解决问题的能力。
活动过程
由图可知，令ZЭ0、x=0，则y=-0．65。此时，目标函数与图像交于M、N两点，在线段MN上的任意一点使得Z无限趋近0。
为了尽可能多地利用和开发土地资源，应令x+y=1，则此时，N点为理想结果。通过计算，得到N(0．7686，0．2314)。
三、研究过程
最初，我们三人决定对城市热岛效应进行讨论时，并不十分清楚这个问题到底包含什么，研究的预期结果是怎样的以及应该怎样探讨。幸运的是，在我们联系北京市气象局资料库的过程中，了解到北京市应用气象研究所的刘伟东博士在这方面有所研究。于是，我们立刻联系刘博士，约在一个星期二下午会面。
周二下午，我们如约乘车前往北京市应用气象研究所。由于不熟悉道路，加上研究所处在楼群之中，下午3点我们才到达。刘伟东博士热情地接待了我们，整整3个小时，刘博士以幻灯片的形式，首先概述了近年来热岛效应研究的大体情况，然后为我们讲解了热岛效应的基本天气学原理，又展示了一部分研究成果。我们记了几大页笔记，如获至宝。事实也证明，这次研究所之行对我们的研究起到了极大的促进作用。在之后的研究过程中，刘博士也给予了我们很大的帮助。
返回学校，我们三人讨论，最终确定下了研究的目的、方法和分工。又利用周末时间先分别把各自的部分做好，然后利用MSN互相联系，把三个人的调研成果串联起来。对于存在的缺点和不足，以及研究方法的改进，我们都利用MSN即时发表意见，立刻进行修改。经过讨论和整理，最终成文。进一步把论文梳理剪辑后，又制成幻灯片。通过这次论文的写作，我们不仅对热岛效应有了更多的了解，也真正地感受到了研究的乐趣，受益匪浅。在此对曾经帮助、支持过我们的老师和专家表示诚挚的谢意。
活动说明
此阶段主要是寻求资料支持和帮助，包括上网、去图书馆查阅图书、请教老师等。如研究过程中学生就来问我如何才能得到北京市区各主要地点多年的平均气温，我给他们开了介绍信，让他们自己联系北京市气象局。
学生们通过种种曲折，了解到刘伟东博士在这方面有所研究，于是联系与刘博士的会面，得到了刘博士热情的帮助。他们记了几大页的笔记，回来后的兴奋令我记忆犹新。在这样的学习中，学生们的实际交往能力得到了提高。
学生们确定了研究的分工。对于存在的缺点、不足以及研究方法的改进，利用了即时通讯工具MSN及时讨论、修改，提高了合作创新的能力。
活动过程
四、结果与讨论
本项工作可以归纳为以下几个初步结论：
1．随着绿化覆盖率的减少，热岛面积呈上升趋势；树冠、草丛的热岛平均值都要优于屋顶、水泥、柏油路面等情况。
2．绿化面积百分比应为23．14％，住房面积百分比应为76．86％，则此时热岛面积趋近于零。 讨论：事实上，热岛面积不可能为零。本项工作忽略了城市和郊区间的距离以及太阳辐射、季节、人口密度、风速、风向及其他下垫面等因素，因此实际的热岛面积会与理想值有差距。
五、现状与建议
在过去的十几年中，北京规划市区内的建筑用地几乎增长了一倍，而农田等自然植被面积由645km2减至279km2，这是北京看上去像一个庞大“热岛”的主要原因。北京市“热岛”集中区具有绿化覆盖率低、建筑物拥挤、人口集中、人工热源多等共性，其中二环路内“热岛”面积占40％，比四环路内高10个百分点。
大力推广城市立体绿化，引导城市风，增加城市水面，都是减轻热岛效应的有效手段，其中绿化最重要。以北京地区为例，在炎热的夏季1公顷林地1天可吸收1吨二氧化碳，释放O．73吨氧气；每公顷绿地平均每天能吸收1．8吨二氧化碳和大约2吨粉尘，并可从周围环境中吸收8l兆焦耳热量，相当于1800多台功率为1千瓦空调的制冷效果。研究还表明，当绿化覆盖率大干40％时，热岛效应即会明显缓解，如果这个数字达到60％且绿地规模大于3公顷，便可达到与郊区相当的局部温度。除了绿地能够有效缓解城市热岛效应之外，水面、风等也是缓解城市热岛的有效因素。水的热容量大，在吸收相同热量的情况下升温值最小，表现出比其他下垫面温度低的特点。水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。风能带走城市中的热量，也可以在一定程度上缓解城市热岛效应。
热岛效应已引起北京市的高度重视。根据最新规划，北京市将在城市中心区与郊区之间建立7条楔形绿地，总面积达175kin2，实施城郊绿化一体化，并力争在举办奥运会前将城市绿化覆盖率提高到43％。相信在不远的将来，我们将逐渐远离热岛效应的困扰，迎来一个环境优美、生态良好、更加适合人们生活的现代城市。
活动过程
研究结果重要，过程亦重要。以天下为己任，关注社会；同时探寻自己在社会中的价值，提高自己的能力。可以说此次活动基本体现了这样的理念。
这三名学生已于今年7月从北京四中毕业，他们均考入了理想的学校。胡宪伟同学获得奖学金进入美国佐治亚大学深造，周硕同学则去香港深造。
点评
北京四中高二学生的课外研究性学习报告《城市热岛效应对北京市住房与绿地面积规划的影响研究》，体现了新课程“以学生发展为本”、“创新缝合学生的教学”的学生观与教学观，改变了以往接受式单一教学方式，采用了自主学习、体验学习、探究学习与合作学习等新的教学方式，通过学生自主选择的课题研究，不单对知识进行了认知，更进行了体验，探究与实践。在研究过程中，学生的搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、交流与合作的能力均得到了发展。同时，他们的情感、态度和价值观目标也得到了升华。此次的研究性学习贴近课堂、贴近学生的生活实际，教师教学的指导性和学生学习的选择性都得到了体现，是一次有益的尝试。
(北京市西城区教育研修学院中学地理教研室 康 星)
城市热岛的形成有多种因素，其中下垫面因素、人为热和温室气体的排放是人类活动影响环境的几个方面。本文以热红外遥感、气象观测、城市住房与绿地面积统计资料为主要信息源，利用计算机数据拟和的方法对北京市的住房与绿地面积进行了线性规划。
一、研究背景
过去的50年间，北京城历经了极大的发展，城市功能和综合实力以及城市形态与环境面貌都发生了巨大的变化。城市的经济发展和人口的增加促使城区面积迅速扩张，2000年北京市中心面积为500km2，卫星城面积为200km2，中心镇为40km2，总面积约为750km2。城市发展造成城市下垫面状况极大改变，一方面通过粗糙度的改变影响城市边界风场，另一方面也影响了地表长波辐射的状况。此外，城市人口密集、工业发达，人为热源排放加强造成了城市热力状况的改变，导致了城市比郊区气温偏高现象的出现。李延明利用气象观测法、热红外遥感法、遥感技术与GIS技术相结合的方法测出了绿地面积、屋顶面积与城市热岛面积比的数据，发现绿化面积与热岛强度呈负相关，即随着绿化面积的增加，热岛面积逐渐减小，人工构筑物面积与热岛强度呈正相关，随着人工构筑物(如屋顶)面积的增加，热岛面积呈逐渐增大的趋势。
随着2008年北京奥运会的临近，一些体育场馆、城市住房、绿地面积的比例将会有所变动。本项工作旨在利用计算机数据拟和的方法对北京市的住房与绿地面积比例进行线性规划。
几点说明：为了研究方便，本项工作把一切建筑的占地面积抽象成屋顶面积，将一切绿地面积抽象成绿化面积。
二、数据分析
活动说明
我校在高二开设高中地理必修课程，我在课堂上讲解城市热岛效应后，胡宪伟等同学下课就围住我，进一步探讨城市热岛效应对北京市住房与绿地面积规划的影响。这几个学生的数学很好，马上想到可以列因素建立模型。许多研究内容已不仅仅局限于地理这一学科了，我鼓励他们说这是一件有益于社会和个人的事，希望他们能继续深入这一课题。
活动过程
(一)提出问题
从上页图中可以看出以下几点(数据以2000年为例，其余略同)。
1．城区(指东城区、西城区、崇文区以及宣武区四个城区)范围内热岛效应明显高于郊区。
3．城区内以建国门、前门、光明楼地区热岛效应最为严重。
什么原因造成了这种现象的出现?如何才能减小城市的热岛效应，并使之达到一个较小的理想数值呢?
(二)原因分析
1．人口。人类的活动是影响热岛效应的一个重要因素。在人口密集区域内，人工建筑物密集，存在大量人工热源(如供暖系统等)，绿化面积较少，导致了热岛效应的加剧。但由于该因素不是短期内可以控制的，故在此不讨论。
2．绿色空间。绿色空间是以绿色植被为特征的人与自然和谐共处的人工自然环境，强调城市中的自然属性，涵盖了建成市区及周边地区覆盖绿色植被的所有空间。
活动过程
可以看出，无论是平均值方面还是各点到平均值之差的绝对值的平均值方面，树冠、草丛都要优于屋顶、水泥、柏油路面等情况。
(三)问题研究
1．目标函数的确立：用下垫面状况(包括绿地)来表示热岛效应的情况。
2．坐标轴的确定：横方向表示面积，纵方向表示热岛效应程度。用下垫面状况(包括绿地)来表示热岛效应的情况。
3．数据分析与目标函数合成。依据下表，对屋顶、绿地的热岛效应函数进行拟合。
活动说明
学生们认真讨论，逐渐明确了行动的步骤。如城市中建筑的占地面积和绿地面积如何抽象化简；采用何种知识建构数学模型；如果是函数的话，目标函数应如何建立。
他们在这个过程中锤炼了自己提出问题、分析问题和创造性解决问题的能力。
活动过程
由图可知，令ZЭ0、x=0，则y=-0．65。此时，目标函数与图像交于M、N两点，在线段MN上的任意一点使得Z无限趋近0。
为了尽可能多地利用和开发土地资源，应令x+y=1，则此时，N点为理想结果。通过计算，得到N(0．7686，0．2314)。
三、研究过程
最初，我们三人决定对城市热岛效应进行讨论时，并不十分清楚这个问题到底包含什么，研究的预期结果是怎样的以及应该怎样探讨。幸运的是，在我们联系北京市气象局资料库的过程中，了解到北京市应用气象研究所的刘伟东博士在这方面有所研究。于是，我们立刻联系刘博士，约在一个星期二下午会面。
周二下午，我们如约乘车前往北京市应用气象研究所。由于不熟悉道路，加上研究所处在楼群之中，下午3点我们才到达。刘伟东博士热情地接待了我们，整整3个小时，刘博士以幻灯片的形式，首先概述了近年来热岛效应研究的大体情况，然后为我们讲解了热岛效应的基本天气学原理，又展示了一部分研究成果。我们记了几大页笔记，如获至宝。事实也证明，这次研究所之行对我们的研究起到了极大的促进作用。在之后的研究过程中，刘博士也给予了我们很大的帮助。
返回学校，我们三人讨论，最终确定下了研究的目的、方法和分工。又利用周末时间先分别把各自的部分做好，然后利用MSN互相联系，把三个人的调研成果串联起来。对于存在的缺点和不足，以及研究方法的改进，我们都利用MSN即时发表意见，立刻进行修改。经过讨论和整理，最终成文。进一步把论文梳理剪辑后，又制成幻灯片。通过这次论文的写作，我们不仅对热岛效应有了更多的了解，也真正地感受到了研究的乐趣，受益匪浅。在此对曾经帮助、支持过我们的老师和专家表示诚挚的谢意。
活动说明
此阶段主要是寻求资料支持和帮助，包括上网、去图书馆查阅图书、请教老师等。如研究过程中学生就来问我如何才能得到北京市区各主要地点多年的平均气温，我给他们开了介绍信，让他们自己联系北京市气象局。
学生们通过种种曲折，了解到刘伟东博士在这方面有所研究，于是联系与刘博士的会面，得到了刘博士热情的帮助。他们记了几大页的笔记，回来后的兴奋令我记忆犹新。在这样的学习中，学生们的实际交往能力得到了提高。
学生们确定了研究的分工。对于存在的缺点、不足以及研究方法的改进，利用了即时通讯工具MSN及时讨论、修改，提高了合作创新的能力。
活动过程
四、结果与讨论
本项工作可以归纳为以下几个初步结论：
1．随着绿化覆盖率的减少，热岛面积呈上升趋势；树冠、草丛的热岛平均值都要优于屋顶、水泥、柏油路面等情况。
2．绿化面积百分比应为23．14％，住房面积百分比应为76．86％，则此时热岛面积趋近于零。 讨论：事实上，热岛面积不可能为零。本项工作忽略了城市和郊区间的距离以及太阳辐射、季节、人口密度、风速、风向及其他下垫面等因素，因此实际的热岛面积会与理想值有差距。
五、现状与建议
在过去的十几年中，北京规划市区内的建筑用地几乎增长了一倍，而农田等自然植被面积由645km2减至279km2，这是北京看上去像一个庞大“热岛”的主要原因。北京市“热岛”集中区具有绿化覆盖率低、建筑物拥挤、人口集中、人工热源多等共性，其中二环路内“热岛”面积占40％，比四环路内高10个百分点。
大力推广城市立体绿化，引导城市风，增加城市水面，都是减轻热岛效应的有效手段，其中绿化最重要。以北京地区为例，在炎热的夏季1公顷林地1天可吸收1吨二氧化碳，释放O．73吨氧气；每公顷绿地平均每天能吸收1．8吨二氧化碳和大约2吨粉尘，并可从周围环境中吸收8l兆焦耳热量，相当于1800多台功率为1千瓦空调的制冷效果。研究还表明，当绿化覆盖率大干40％时，热岛效应即会明显缓解，如果这个数字达到60％且绿地规模大于3公顷，便可达到与郊区相当的局部温度。除了绿地能够有效缓解城市热岛效应之外，水面、风等也是缓解城市热岛的有效因素。水的热容量大，在吸收相同热量的情况下升温值最小，表现出比其他下垫面温度低的特点。水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。风能带走城市中的热量，也可以在一定程度上缓解城市热岛效应。
热岛效应已引起北京市的高度重视。根据最新规划，北京市将在城市中心区与郊区之间建立7条楔形绿地，总面积达175kin2，实施城郊绿化一体化，并力争在举办奥运会前将城市绿化覆盖率提高到43％。相信在不远的将来，我们将逐渐远离热岛效应的困扰，迎来一个环境优美、生态良好、更加适合人们生活的现代城市。
活动过程
研究结果重要，过程亦重要。以天下为己任，关注社会；同时探寻自己在社会中的价值，提高自己的能力。可以说此次活动基本体现了这样的理念。
这三名学生已于今年7月从北京四中毕业，他们均考入了理想的学校。胡宪伟同学获得奖学金进入美国佐治亚大学深造，周硕同学则去香港深造。
点评
北京四中高二学生的课外研究性学习报告《城市热岛效应对北京市住房与绿地面积规划的影响研究》，体现了新课程“以学生发展为本”、“创新缝合学生的教学”的学生观与教学观，改变了以往接受式单一教学方式，采用了自主学习、体验学习、探究学习与合作学习等新的教学方式，通过学生自主选择的课题研究，不单对知识进行了认知，更进行了体验，探究与实践。在研究过程中，学生的搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、交流与合作的能力均得到了发展。同时，他们的情感、态度和价值观目标也得到了升华。此次的研究性学习贴近课堂、贴近学生的生活实际，教师教学的指导性和学生学习的选择性都得到了体现，是一次有益的尝试。
(北京市西城区教育研修学院中学地理教研室 康 星)