19世纪初，英国气候学家路克·霍德华（Luke Howard)在《伦敦的气候》[2]一书中，首先提出了“热岛效应”的气候特征理念。随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。海岛上的地面气温，由于高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。进入21世纪，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热容量低，热传导率高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。
首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面，改变了下垫面的热力属性（反射率小，热量传导较快）。这些人工构筑物吸热快而比热容小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，吸收热量多，蒸发耗热少，散失热量较慢，因而其表面温度明显高于自然下垫面。
其次，另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。
另外，城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些大气污染物浓度大，气溶胶微粒多，会吸收下垫面热辐射，在一定程度上起了保温作用，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。（白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。）
还有，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。
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