城市环境与生态第十一章

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1、第十一章第十一章 城市气候城市气候 第一节第一节 城市气候概述城市气候概述 第二节第二节 城市气温城市气温 第三节第三节 城市的风城市的风 第四节第四节 城市湿度与降水城市湿度与降水第一节第一节 城市气候概述城市气候概述一、概念一、概念 城市气候：城市特殊下垫面和人类活动影响下形成城市气候：城市特殊下垫面和人类活动影响下形成的一种不同于其周围地区的特殊小气候。的一种不同于其周围地区的特殊小气候。二、研究方法二、研究方法 历史对比法；历史对比法；周末与工作日对比法；周末与工作日对比法； 城郊对比法；城郊对比法；城市内部不同性质下垫面对比法；城市内部不同性质下垫面对比法； 模拟实验法；模拟实验法；

2、应用数学物理方法建立模式。应用数学物理方法建立模式。三、城市气候环境三、城市气候环境v 城市化地区的特点城市化地区的特点高度密集的人口、高强度的经济活动、特殊的下垫面。高度密集的人口、高强度的经济活动、特殊的下垫面。因此城市气候不仅受纬度、大气环流、海陆位置、地因此城市气候不仅受纬度、大气环流、海陆位置、地形地貌等区域性气候要素的影响，还受以上因素的影形地貌等区域性气候要素的影响，还受以上因素的影响，从而形成特殊的局地气候。响，从而形成特殊的局地气候。四、城市气候的涉及范围四、城市气候的涉及范围v 城市覆盖层；城市边界层；城市羽尾层（市尾烟城市覆盖层；城市边界层；城市羽尾层（市尾烟气层）；乡村

3、边界层气层）；乡村边界层 主导风向主导风向五、城市特殊环境对其气候的影响五、城市特殊环境对其气候的影响1. 大气污染对城市气候的影响大气污染对城市气候的影响l减弱太阳入射辐射减弱太阳入射辐射(冬季太阳高度角较小时减弱尤冬季太阳高度角较小时减弱尤甚甚)和日照时数和日照时数l增加城市烟雾频率、降低能见度增加城市烟雾频率、降低能见度l改变城市大气的热力性质改变城市大气的热力性质(太阳辐射吸收率、长波太阳辐射吸收率、长波反射、热容量等反射、热容量等)2. 特殊下垫面对城市气候的影响特殊下垫面对城市气候的影响l 建筑物密集、纵横交错建筑物密集、纵横交错 地面风速减小；城区空气湍流增加；改变风向。地面风速

4、减小；城区空气湍流增加；改变风向。l 下垫面坚硬密实不透水、吸水性差下垫面坚硬密实不透水、吸水性差 降水时径流过程加速，降水过后地面迅速变干，使降水时径流过程加速，降水过后地面迅速变干，使得水分蒸发和蒸腾作用相应减弱。得水分蒸发和蒸腾作用相应减弱。l 下垫面反射率小、建筑材料的导热率和下垫面反射率小、建筑材料的导热率和热容量热容量均比均比郊区高郊区高 城区热贮存量比郊区大。城区热贮存量比郊区大。比比比比蒸发蒸发漫反射漫反射反射反射反射反射漫反射漫反射蒸发蒸发漫反射漫反射反射反射吸收吸收吸收吸收吸收吸收3. 人为热对城市气候的影响人为热对城市气候的影响 人为热：人为热：由人类生活和生产活动以及生

5、物新陈代由人类生活和生产活动以及生物新陈代谢产生的热量。谢产生的热量。 北欧不少城市单位面积的人为释热量已超过太阳辐北欧不少城市单位面积的人为释热量已超过太阳辐射量，随着生活质量的提高，人为热的总量和强度射量，随着生活质量的提高，人为热的总量和强度均在持续增长。均在持续增长。 影响：影响：人为热直接改变了局地的热平衡，加剧了人为热直接改变了局地的热平衡，加剧了城市的热岛效应。城市的热岛效应。表现：冬季取暖等导致城市高温，表现：冬季取暖等导致城市高温，夏季制冷需求也使得城市更热。夏季制冷需求也使得城市更热。第二节第二节 城市气温城市气温一一 城市热平衡城市热平衡 QS = Qn + QFQHQE

6、nQS 下垫面贮热量；下垫面贮热量；nQn 覆盖层内净辐射得热量；覆盖层内净辐射得热量；nQF 覆盖层内人为热释放量；覆盖层内人为热释放量；nQH 覆盖层内显热交换量覆盖层内显热交换量(大气湍流大气湍流)；nQE 覆盖层内潜热交换量覆盖层内潜热交换量(水分与空气间水分与空气间)。1. 城市覆盖层内净辐射得热量城市覆盖层内净辐射得热量l城市总辐射量比郊区城市总辐射量比郊区弱弱(大气透明度低大气透明度低)；l城市下垫面对太阳辐射的反射率城市下垫面对太阳辐射的反射率小小(多次反射，能量多次反射，能量被大量吸收被大量吸收)；l城市覆盖层长波辐射能量交换损失城市覆盖层长波辐射能量交换损失小于小于郊区。郊

7、区。2. 城市覆盖层内人为热释放量城市覆盖层内人为热释放量l城市人为热释放量远大于郊区；城市人为热释放量远大于郊区；l不同城市人为热在能量平衡中所占的比重不同，不同城市人为热在能量平衡中所占的比重不同，主要影响因素有：主要影响因素有：纬度（高纬比重大）、区域气纬度（高纬比重大）、区域气候条件、人口密度、工业和交通运输量的大小等；候条件、人口密度、工业和交通运输量的大小等；l同一城市人为热存在明显的季节变化和日变化。同一城市人为热存在明显的季节变化和日变化。克克3. 城市覆盖层内潜热交换量城市覆盖层内潜热交换量l 城市潜热交换的主要物理过程城市潜热交换的主要物理过程 水分的蒸发与凝结；冰雪的融化

8、与凝固；冰面的水分的蒸发与凝结；冰雪的融化与凝固；冰面的升华与凝华。升华与凝华。l 潜热交换量的大小主要取决于潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小，水分相变量的大小， 城市水分相变量大大小于郊区，故潜热交换量也小城市水分相变量大大小于郊区，故潜热交换量也小于郊区。于郊区。 因城市不透水面积大、雪面升华作用小、植物对因城市不透水面积大、雪面升华作用小、植物对汽化潜热的影响作用小。汽化潜热的影响作用小。4. 城市大气显热交换量城市大气显热交换量覆盖层与地面热交换，覆盖层与地面热交换，城市与郊区大致相同；城市与郊区大致相同；对流换热量，对流换热量，由由热力紊流热力紊流和和机械紊流机械紊流引起的

9、热量传引起的热量传递。城市易发生热力湍流和递。城市易发生热力湍流和机械紊流机械紊流，热交换量大，热交换量大于郊区。于郊区。 QS = Qn + QFQHQE总之，城市得热量大于郊区，失热量小于郊区，因总之，城市得热量大于郊区，失热量小于郊区，因此气温高于郊区。此气温高于郊区。二二 城市热岛效应城市热岛效应1. 概念概念 城市气温高于四周郊区气温的现象城市气温高于四周郊区气温的现象2. 表现表现 由农村至城市边缘的近郊，气温陡然升高，形成由农村至城市边缘的近郊，气温陡然升高，形成“陡岸陡岸”；进入城市后温度梯度变得平缓，形成；进入城市后温度梯度变得平缓，形成“高高原原”；到城市中心，人口和建筑密