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1、第一节 城市气候概述一、概念城市气候：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。二、研究方法历史对比法；周末与工作日对比法；城郊对比法；城市内部不同性质下垫面对比法；模拟实验法；应用数学物理方法建立模式。第1页/共34页三、城市气候环境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。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，还受以上因素的影响，从而形成特殊的局地气候。第2页/共34页四、城市气候的涉及范围城市覆盖层；城市边界层；城市羽尾层（市尾烟气层）；乡村边界层主导风向主导风向第3页/共34页五、城市特殊环境对其气
2、候的影响1.大气污染对城市气候的影响l减弱太阳入射辐射(冬季太阳高度角较小时减弱尤甚)和日照时数l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(太阳辐射吸收率、长波反射、热容量等)第4页/共34页2.特殊下垫面对城市气候的影响l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。l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热容量均比郊区高城区热贮存量比郊区大。第5页/共34页不同下垫面的反射和吸收不同下垫面的反射和吸收不同下垫面的反射和吸收不同下垫面的反射和吸收比比不同下垫面对太
3、阳辐射的反射和吸收不同下垫面对太阳辐射的反射和吸收不同下垫面对太阳辐射的反射和吸收不同下垫面对太阳辐射的反射和吸收比比砖石地面砖石地面砖石地面砖石地面草地草地草地草地裸露的土地裸露的土地裸露的土地裸露的土地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第6页/共34页第7页/共34页3.人为热对城市气候的影响人为热：由人类生活和生产活动以及生物新陈代谢产生的热量。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。影响：人为热直接改变了局地的热平衡，加剧了城市的热岛效应。表现：冬季取暖等导致
4、城市高温，夏季制冷需求也使得城市更热。第8页/共34页第二节 城市气温一城市热平衡QS=Qn+QFQHQEnQS下垫面贮热量；nQn覆盖层内净辐射得热量；nQF覆盖层内人为热释放量；nQH覆盖层内显热交换量(大气湍流)；nQE覆盖层内潜热交换量(水分与空气间)。第9页/共34页1.城市覆盖层内净辐射得热量l城市总辐射量比郊区弱(大气透明度低)；l城市下垫面对太阳辐射的反射率小(多次反射，能量被大量吸收)；l城市覆盖层长波辐射能量交换损失小于郊区。第10页/共34页2.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；l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：纬度（高纬比重
5、大）、区域气候条件、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。第11页/共34页克克第12页/共34页3.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水分的蒸发与凝结；冰雪的融化与凝固；冰面的升华与凝华。l潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小，城市水分相变量大大小于郊区，故潜热交换量也小于郊区。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。第13页/共34页4.城市大气显热交换量覆盖层与地面热交换，城市与郊区大致相同；对流换热量，由热力紊流和机械紊流引起的热量传递。城市易发生热力湍流和机械紊流，热交换量大于郊区。QS=Qn+Q
6、FQHQE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。第14页/共34页二城市热岛效应1.概念城市气温高于四周郊区气温的现象2.表现由农村至城市边缘的近郊，气温陡然升高，形成“陡岸”；进入城市后温度梯度变得平缓，形成“高原”；到城市中心，人口和建筑密度增加，温度更高，形成“高峰”第15页/共34页第16页/共34页三 城市热岛的成因1.城市下垫面的影响l城市内的混凝土、柏油路面及各种建筑墙面等，吸热快而热容量小，在相同太阳辐射下，比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而表面温度明显高于自然下垫面；l城市的建筑物、道路、广场等地面不透水；l建筑密集，不利于热量的扩散。第17页/共
7、34页2.人工热的影响l工厂生产、交通运输以及居民生活都在排放热量；l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。3.城市大气污染的影响l城市交通、工业生产以及居民生活产生的大量污染气体形成温室效应，进一步引起大气升温。第18页/共34页四 城市热岛的生态环境效应中纬度地区城市热岛生态环境效应冬季：节省取暖的能量消耗，削减大气污染；减少城市积雪，延长无霜期，利于植物生长（有利）；夏季：加强城市高温的酷热程度，严重时引起人体中暑和心血管疾病；空调降温消耗能量，污染环境。削减夏季城市热岛效应是防御城市夏季高温灾害、减少经济
8、损失和保护城市生态环境的一项重要措施。第19页/共34页第三节 城市的风一城市对风的影响市区建筑物密集，增大了下垫面粗糙度，风速一般小于郊区，但是，城市中由于狭管效应造成的“弄堂风”(峡谷效应)，又比自然风速大很多；由于热岛效应，市区低空气压比郊区低，常发生由郊区向市区辐合的热岛环流。但在自然风速较大时，这种风便被破坏而消失。第20页/共34页第21页/共34页二 风与城市规划1.盛行风与城市规划：l季风区：排污的工厂布置在城市最小风频方向的上风方向；l主导风向区：工厂布置在主导风向的下风侧；居住区置于上风侧；l无主导风向区：工厂置于最大平均风速风向的下风方向，或置于污染系数或污染风频最小的方
9、位；l准静止风型区：工厂置于卫生防护距离之外。第22页/共34页2.局地环流与城市规划l海陆风，山谷风l城市热岛环流l街道风、弄堂风第23页/共34页第24页/共34页第25页/共34页第四节 城市“五岛”效应“五岛”效应：热岛、干岛、湿岛、浑浊岛、雨岛1.城市干岛城区的绝对湿度和相对湿度都比郊区小。城市特殊下垫及发达的排水系统，使其地面比较干燥，蒸发很少，因而水汽含量(绝对湿度)低于郊区；相对湿度则因市区温度高，以致偏低更甚。第26页/共34页2.城市湿岛夜间，地面迅速冷却，气温垂直递减率减小，水汽向上输送量随之减少；由于城市热岛效应使市区气温较高，水汽不易凝结。从而近地层空气中的水汽含量反
10、而高于郊区。但与“干岛”效应相比，这是次要的。第27页/共34页3.城市混浊岛城市工业、交通、居民生活等排放大量的烟尘，大气能见度低；另一方面，城市大气中含较多的吸湿性微粒，在70%的相对湿度下，就能使水汽凝结，雾日增多。第28页/共34页4.城市雨岛城市上空大气层结不稳定，有利于热力对流，在水汽充足时，易形成对流性降水；城市参差不齐的建筑物对气流有机械阻障，引发湍流，导致城市降水强度增强，降水时间延长；城市空气中凝结核多，可促使水气凝结生成雨滴，从而增加降水。第29页/共34页城市降水量增加的直接后果：雨洪径流量增大；加剧地面侵蚀，受纳水体污染加剧，河道淤积；冰雹、雷暴等对人民生命财产危害，下雨能见度低，使交通事故增加；利：使枯季径流增大，缓解枯季供水紧张状况。第30页/共34页酸雨使土壤贫瘠，损害植物生长，减弱作物的光合作用和抗病虫害能力，影响生产；地下水酸化，微量元素超标；河湖水酸化，危害水生生物，鱼虾死亡，破坏生态平衡；腐蚀建筑材料和文物古迹。第31页/共34页在五岛之中，以热岛、干岛和混浊岛出现的频率最大；湿岛仅出现在夏季晴朗无风的短暂时段内；雨岛集中出现在汛期大气经向环流较弱时的下风向处。第32页/共34页作业：城市人为环境对城市气候的影响表现在哪些方面？第33页/共34页谢谢您的观看！第34页/共34页