城市環(huán)境與生態(tài)實(shí)用教案

1、第一節(jié) 城市氣候(chn sh q hu)(chn sh q hu)概述一、概念 城市(chngsh)氣候：城市(chngsh)特殊下墊面和人類活動影響下形成的一種不同于其周圍地區(qū)的特殊小氣候。二、研究方法 歷史對比法；周末與工作日對比法； 城郊對比法；城市(chngsh)內(nèi)部不同性質(zhì)下墊面對比法； 模擬實(shí)驗(yàn)法；應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法建立模式。第1頁/共34頁第一頁，共35頁。三、城市氣候環(huán)境 城市化地區(qū)的特點(diǎn)高度密集的人口、高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動、特殊的下墊面。因此城市氣候不僅受緯度、大氣環(huán)流、海陸位置、地形地貌等區(qū)域性氣候要素的影響，還受以上因素(yn s)的影響，從而形成特殊的局地氣候。第2頁/共3

2、4頁第二頁，共35頁。四、城市氣候(chn sh q hu)的涉及范圍 城市覆蓋層；城市邊界層；城市羽尾層（市尾煙氣層）；鄉(xiāng)村邊界層 主導(dǎo)風(fēng)向主導(dǎo)風(fēng)向第3頁/共34頁第三頁，共35頁。五、城市特殊環(huán)境對其氣候的影響1. 大氣污染對城市氣候的影響減弱太陽入射輻射(fsh)(冬季太陽高度角較小時減弱尤甚)和日照時數(shù)增加城市煙霧頻率、降低能見度改變城市大氣的熱力性質(zhì)(太陽輻射(fsh)吸收率、長波反射、熱容量等)第4頁/共34頁第四頁，共35頁。2. 特殊下墊面對城市氣候的影響 建筑物密集、縱橫交錯 地面(dmin)風(fēng)速減小；城區(qū)空氣湍流增加；改變風(fēng)向。 下墊面堅(jiān)硬密實(shí)不透水、吸水性差 降水時徑流過

3、程加速，降水過后地面(dmin)迅速變干，使得水分蒸發(fā)和蒸騰作用相應(yīng)減弱。 下墊面反射率小、建筑材料的導(dǎo)熱率和熱容量均比郊區(qū)高 城區(qū)熱貯存量比郊區(qū)大。第5頁/共34頁第五頁，共35頁。蒸發(fā)蒸發(fā)漫反射漫反射反射反射反射反射漫反射漫反射蒸發(fā)蒸發(fā)漫反射漫反射反射反射吸收吸收吸收吸收吸收吸收第6頁/共34頁第六頁，共35頁。第7頁/共34頁第七頁，共35頁。3. 人為熱對城市氣候的影響 人為熱：由人類生活和生產(chǎn)活動以及生物新陳代謝產(chǎn)生的熱量。 北歐不少城市單位面積的人為釋熱量已超過太陽輻射量，隨著生活質(zhì)量的提高，人為熱的總量和強(qiáng)度均在持續(xù)增長。 影響：人為熱直接改變了局地的熱平衡，加劇了城市的熱島效應(yīng)

4、。表現(xiàn)：冬季(dngj)取暖等導(dǎo)致城市高溫，夏季制冷需求也使得城市更熱。第8頁/共34頁第八頁，共35頁。第二節(jié) 城市(chngsh)(chngsh)氣溫一 城市熱平衡 QS = Qn + QFQHQEQS 下墊面貯熱量；Qn 覆蓋層內(nèi)凈輻射得熱量；QF 覆蓋層內(nèi)人為熱釋放(shfng)量；QH 覆蓋層內(nèi)顯熱交換量(大氣湍流)；QE 覆蓋層內(nèi)潛熱交換量(水分與空氣間)。第9頁/共34頁第九頁，共35頁。1. 城市覆蓋層內(nèi)凈輻射得熱量城市總輻射量比郊區(qū)弱(大氣(dq)透明度低)；城市下墊面對太陽輻射的反射率小(多次反射，能量被大量吸收)；城市覆蓋層長波輻射能量交換損失小于郊區(qū)。第10頁/共34頁

5、第十頁，共35頁。2. 城市覆蓋層內(nèi)人為熱釋放量城市人為熱釋放量遠(yuǎn)大于郊區(qū)；不同(b tn)城市人為熱在能量平衡中所占的比重不同(b tn)，主要影響因素有：緯度（高緯比重大）、區(qū)域氣候條件、人口密度、工業(yè)和交通運(yùn)輸量的大小等；同一城市人為熱存在明顯的季節(jié)變化和日變化。第11頁/共34頁第十一頁，共35頁。克克第12頁/共34頁第十二頁，共35頁。3. 城市覆蓋層內(nèi)潛熱交換量 城市潛熱交換的主要物理過程 水分的蒸發(fā)與凝結(jié)；冰雪的融化(rnghu)與凝固；冰面的升華與凝華。 潛熱交換量的大小主要取決于水分相變量的大小， 城市水分相變量大大小于郊區(qū)，故潛熱交換量也小于郊區(qū)。 因城市不透水面積大、雪

6、面升華作用小、植物對汽化潛熱的影響作用小。第13頁/共34頁第十三頁，共35頁。4. 城市大氣顯熱交換量覆蓋層與地面熱交換，城市與郊區(qū)大致相同；對流換熱量，由熱力紊流和機(jī)械紊流引起的熱量傳遞。城市易發(fā)生熱力湍流和機(jī)械紊流，熱交換量大于郊區(qū)。 QS = Qn + QFQHQE總之(zngzh)，城市得熱量大于郊區(qū)，失熱量小于郊區(qū)，因此氣溫高于郊區(qū)。第14頁/共34頁第十四頁，共35頁。二 城市熱島效應(yīng)1. 概念 城市氣溫高于四周郊區(qū)氣溫的現(xiàn)象2. 表現(xiàn) 由農(nóng)村至城市邊緣的近郊，氣溫陡然升高，形成“陡岸”；進(jìn)入( jnr)城市后溫度梯度變得平緩，形成“高原”；到城市中心，人口和建筑密度增加，溫度更

7、高，形成“高峰”第15頁/共34頁第十五頁，共35頁。第16頁/共34頁第十六頁，共35頁。三 城市熱島的成因(chngyn)(chngyn)1. 城市下墊面的影響 城市內(nèi)的混凝土、柏油路面及各種建筑墻面等，吸熱快而熱容量小，在相同太陽輻射下，比自然下墊面（綠地(l d)、水面等）升溫快，因而表面溫度明顯高于自然下墊面； 城市的建筑物、道路、廣場等地面不透水； 建筑密集，不利于熱量的擴(kuò)散。第17頁/共34頁第十七頁，共35頁。2. 人工(rngng)熱的影響 工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及居民生活都在排放熱量； 隨著城市化的發(fā)展，城市人口的增加，城市中的建筑、廣場和道路等大量增加，綠地、水體等卻相應(yīng)減

8、少，緩解熱島效應(yīng)的能力被削弱 。3. 城市大氣污染的影響 城市交通、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活產(chǎn)生的大量污染氣體形成溫室效應(yīng)，進(jìn)一步引起大氣升溫。第18頁/共34頁第十八頁，共35頁。四 城市熱島的生態(tài)(shngti)(shngti)環(huán)境效應(yīng) 中緯度地區(qū)城市熱島生態(tài)環(huán)境效應(yīng)(xioyng) 冬季：節(jié)省取暖的能量消耗，削減大氣污染；減少城市積雪，延長無霜期，利于植物生長（有利）； 夏季：加強(qiáng)城市高溫的酷熱程度，嚴(yán)重時引起人體中暑和心血管疾??；空調(diào)降溫消耗能量，污染環(huán)境。 削減夏季城市熱島效應(yīng)(xioyng)是防御城市夏季高溫災(zāi)害、減少經(jīng)濟(jì)損失和保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的一項(xiàng)重要措施。第19頁/共34頁第十九頁

9、，共35頁。第三節(jié) 城市(chngsh)(chngsh)的風(fēng)一 城市對風(fēng)的影響(yngxing) 市區(qū)建筑物密集，增大了下墊面粗糙度，風(fēng)速一般小于郊區(qū)，但是，城市中由于狹管效應(yīng)造成的“弄堂風(fēng)”(峽谷效應(yīng))，又比自然風(fēng)速大很多； 由于熱島效應(yīng)，市區(qū)低空氣壓比郊區(qū)低，常發(fā)生由郊區(qū)向市區(qū)輻合的熱島環(huán)流。但在自然風(fēng)速較大時，這種風(fēng)便被破壞而消失。第20頁/共34頁第二十頁，共35頁。第21頁/共34頁第二十一頁，共35頁。二 風(fēng)與城市規(guī)劃(chn sh u hu)1. 盛行風(fēng)與城市規(guī)劃(chn sh u hu)： 季風(fēng)區(qū)：排污的工廠布置在城市最小風(fēng)頻方向的上風(fēng)方向； 主導(dǎo)風(fēng)向區(qū)：工廠布置在主導(dǎo)風(fēng)向的下

10、風(fēng)側(cè)；居住區(qū)置于上風(fēng)側(cè)； 無主導(dǎo)風(fēng)向區(qū)：工廠置于最大平均風(fēng)速風(fēng)向的下風(fēng)方向，或置于污染系數(shù)或污染風(fēng)頻最小的方位； 準(zhǔn)靜止風(fēng)型區(qū)：工廠置于衛(wèi)生防護(hù)距離之外。第22頁/共34頁第二十二頁，共35頁。2. 局地環(huán)流與城市規(guī)劃海陸風(fēng)，山谷風(fēng)城市熱島環(huán)流街道(jido)風(fēng)、弄堂風(fēng)第23頁/共34頁第二十三頁，共35頁。第24頁/共34頁第二十四頁，共35頁。第25頁/共34頁第二十五頁，共35頁。第四節(jié) 城市(chngsh)(chngsh)“五島”效應(yīng) “五島”效應(yīng)：熱島、干島、濕島、渾濁島、雨島1. 城市干島 城區(qū)的絕對濕度和相對濕度都比郊區(qū)小。 城市特殊下墊及發(fā)達(dá)的排水系統(tǒng)，使其地面比較(bjio)

11、干燥，蒸發(fā)很少，因而水汽含量(絕對濕度)低于郊區(qū)；相對濕度則因市區(qū)溫度高，以致偏低更甚 。第26頁/共34頁第二十六頁，共35頁。2. 城市濕島 夜間，地面迅速(xn s)冷卻，氣溫垂直遞減率減小，水汽向上輸送量隨之減少；由于城市熱島效應(yīng)使市區(qū)氣溫較高，水汽不易凝結(jié)。從而近地層空氣中的水汽含量反而高于郊區(qū)。 但與“干島”效應(yīng)相比，這是次要的。第27頁/共34頁第二十七頁，共35頁。3. 城市混濁島 城市工業(yè)、交通、居民生活等排放大量的煙塵，大氣(dq)能見度低；另一方面，城市大氣(dq)中含較多的吸濕性微粒，在70%的相對濕度下，就能使水汽凝結(jié)，霧日增多。第28頁/共34頁第二十八頁，共35頁

12、。4. 城市雨島 城市上空大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于熱力對流，在水汽充足時，易形成(xngchng)對流性降水； 城市參差不齊的建筑物對氣流有機(jī)械阻障，引發(fā)湍流，導(dǎo)致城市降水強(qiáng)度增強(qiáng)，降水時間延長； 城市空氣中凝結(jié)核多，可促使水氣凝結(jié)生成雨滴，從而增加降水 。第29頁/共34頁第二十九頁，共35頁。 城市降水量增加的直接后果： 雨洪徑流量增大； 加 劇 地 面 侵 蝕 ， 受 納 水 體 污 染 加 劇 ， 河 道(hdo)淤積； 冰雹、雷暴等對人民生命財(cái)產(chǎn)危害，下雨能見度低，使交通事故增加； 利：使枯季徑流增大，緩解枯季供水緊張狀況。第30頁/共34頁第三十頁，共35頁。 酸雨 使土壤(trng

13、)貧瘠，損害植物生長，減弱作物的光合作用和抗病蟲害能力，影響生產(chǎn)； 地下水酸化，微量元素超標(biāo)； 河湖水酸化，危害水生生物，魚蝦死亡，破壞生態(tài)平衡； 腐蝕建筑材料和文物古跡。第31頁/共34頁第三十一頁，共35頁。 在五島之中，以熱島、干島和混濁(hnzhu)島出現(xiàn)的頻率最大；濕島僅出現(xiàn)在夏季晴朗無風(fēng)的短暫時段內(nèi)；雨島集中出現(xiàn)在汛期大氣經(jīng)向環(huán)流較弱時的下風(fēng)向處。第32頁/共34頁第三十二頁，共35頁。 作業(yè)： 城市人為環(huán)境對城市氣候的影響(yngxing)表現(xiàn)在哪些方面？第33頁/共34頁第三十三頁，共35頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第34頁/共34頁第三十四頁，共35頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)第一節(jié) 城市氣候概述。減弱太陽入