第3章城市氣候特征

1、回顧：第回顧：第2章章 城市生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)第一節(jié)近代城市特點第一節(jié)近代城市特點(城市由大量物質(zhì)要素所構(gòu)成；環(huán)境對城市的發(fā)展城市由大量物質(zhì)要素所構(gòu)成；環(huán)境對城市的發(fā)展有重要的影響有重要的影響)第二節(jié)第二節(jié) 城市生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)（城市生態(tài)系統(tǒng)的的組成結(jié)構(gòu)、特點；城市生態(tài)（城市生態(tài)系統(tǒng)的的組成結(jié)構(gòu)、特點；城市生態(tài)系統(tǒng)的功能，包括能流、物流和信息流；城市生系統(tǒng)的功能，包括能流、物流和信息流；城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡和調(diào)控）態(tài)系統(tǒng)的平衡和調(diào)控）下列（下列（ C ）不是城市生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特點。）不是城市生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特點。 A所需物質(zhì)對外界有依賴性所需物質(zhì)對外界有依賴性 B物質(zhì)既有輸人又有輸出

2、物質(zhì)既有輸人又有輸出 C生活性物質(zhì)遠遠大于生產(chǎn)性物質(zhì)生活性物質(zhì)遠遠大于生產(chǎn)性物質(zhì) D物質(zhì)循環(huán)中產(chǎn)生大量廢物物質(zhì)循環(huán)中產(chǎn)生大量廢物 城市生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控機制是（城市生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控機制是（D ）。）。 A通過自然選擇的負反饋為主通過自然選擇的負反饋為主 B通過自然選擇的正反饋為主通過自然選擇的正反饋為主 C通過人工選擇的負反饋為主通過人工選擇的負反饋為主 D通過人工選擇的正反饋為主通過人工選擇的正反饋為主 第三章第三章 城市氣候特征城市氣候特征 第第1節(jié)節(jié) 城市的熱量城市的熱量第第2節(jié)節(jié) 城市的水城市的水第第3節(jié)節(jié) 城市與風城市與風 u 氣候是生物生存所不可缺少的生態(tài)因子之一。氣候是生物生存所不可缺

3、少的生態(tài)因子之一。u 城市氣候是在區(qū)域氣候的背景下，經(jīng)城市化后，在城市氣候是在區(qū)域氣候的背景下，經(jīng)城市化后，在人類活動的影響下形成的一種人類活動的影響下形成的一種局地氣候局地氣候。u 城市氣候?qū)Τ鞘芯用竦纳媾c發(fā)展有著各種直接或城市氣候?qū)Τ鞘芯用竦纳媾c發(fā)展有著各種直接或間接的影響。是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。間接的影響。是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。u 因城市建設與發(fā)展，下墊面、空氣成分發(fā)生變化，因城市建設與發(fā)展，下墊面、空氣成分發(fā)生變化，增加了人為熱與人為水汽，使城市內(nèi)部許多氣候要增加了人為熱與人為水汽，使城市內(nèi)部許多氣候要素發(fā)生變化，與周圍郊區(qū)產(chǎn)生了差別，表現(xiàn)出明顯素發(fā)生變化，與周圍郊

4、區(qū)產(chǎn)生了差別，表現(xiàn)出明顯的城市氣候特征。的城市氣候特征。城市氣候所涉及的范圍主要包括三個部分即城市氣候所涉及的范圍主要包括三個部分即: 城市覆蓋層、城市邊界層和市尾煙氣層。城市覆蓋層、城市邊界層和市尾煙氣層。第第1節(jié)節(jié) 城市的熱量城市的熱量一、一、 城市的太陽輻射及日照城市的太陽輻射及日照（一）（一） 太陽輻射強度太陽輻射強度 I=I0 P mI為通過為通過m個單位厚度大氣層后的輻射強度；個單位厚度大氣層后的輻射強度；I0為 大 氣 上 界 太 陽 輻 射 強 度 （ 太 陽 常 數(shù)為 大 氣 上 界 太 陽 輻 射 強 度 （ 太 陽 常 數(shù)=1325.81395.6w/m2）；）；P為大氣

5、透明系數(shù)，為大氣透明系數(shù)，P=1表明大氣完全透明，表明大氣完全透明，P=0為為完全不透明，一般情況下大氣透明度為完全不透明，一般情況下大氣透明度為0.6-0.7； m為太陽輻射經(jīng)過的大氣層厚度，又稱大氣光學質(zhì)量，為太陽輻射經(jīng)過的大氣層厚度，又稱大氣光學質(zhì)量，取太陽在天頂時所通過的大氣層厚度為取太陽在天頂時所通過的大氣層厚度為1.0。m=1/sin(h) 如下圖：如下圖：一、城市的太陽輻射及日照一、城市的太陽輻射及日照二、城市熱量二、城市熱量大氣層厚度與太陽高度角的關(guān)系m=1/sin(h) 城郊太陽輻射差異城郊太陽輻射差異n 城市人口集中，活動強度和頻度大，排放進空氣的城市人口集中，活動強度和頻

6、度大，排放進空氣的污染物濃度大污染物濃度大城市空氣混濁城市空氣混濁透明度小透明度小直接輻直接輻射少射少散射輻射多散射輻射多城市的總輻射一般比郊區(qū)少城市的總輻射一般比郊區(qū)少n 一年中由于太陽高度角隨季節(jié)、時間周期性變動，一年中由于太陽高度角隨季節(jié)、時間周期性變動，太陽輻射透過的大氣層厚度有所不同，在中、高緯太陽輻射透過的大氣層厚度有所不同，在中、高緯度地區(qū)，城、郊太陽輻射強度的差異也有明顯的周度地區(qū)，城、郊太陽輻射強度的差異也有明顯的周期性變化。冬季的太陽高度角最小，又值采暖季節(jié)，期性變化。冬季的太陽高度角最小，又值采暖季節(jié)，城市空氣污染較重，大氣透明系數(shù)小，城郊間太陽城市空氣污染較重，大氣透明

7、系數(shù)小，城郊間太陽輻射強度的差異最大。輻射強度的差異最大。 （二）（二） 光質(zhì)光質(zhì) 太陽輻射透過大氣層過程中，光波越短越容太陽輻射透過大氣層過程中，光波越短越容易被散射，而長波光線則透射較強。易被散射，而長波光線則透射較強。城市上空大氣透明系數(shù)較小，較多的短波在城市上空大氣透明系數(shù)較小，較多的短波在經(jīng)過大氣層后被散射，達到地面的短波比經(jīng)過大氣層后被散射，達到地面的短波比例較少，而長波比例有所增加。例較少，而長波比例有所增加。據(jù)報導，太陽輻射中可見光部分在城市地區(qū)據(jù)報導，太陽輻射中可見光部分在城市地區(qū)也有所減弱。也有所減弱。（三）（三） 日照日照城市日照總時數(shù)和日照百分率小于鄉(xiāng)村城市日照總時數(shù)和

8、日照百分率小于鄉(xiāng)村 1 1 大氣污染物多大氣污染物多, ,云霧多云霧多, , 透明度小透明度小; ; 2 2 熱島效應所引起的對流云經(jīng)常出現(xiàn)熱島效應所引起的對流云經(jīng)常出現(xiàn)城市內(nèi)部日照地區(qū)差異明顯城市內(nèi)部日照地區(qū)差異明顯 此為建筑物遮陰所致此為建筑物遮陰所致, , 主要取決于主要取決于街道走向街道走向, , 及及建建筑群高度與街道寬度之比筑群高度與街道寬度之比: : H/DH/D 北墻冬半年完全蔭蔽北墻冬半年完全蔭蔽, , 夏半年一天兩次日照夏半年一天兩次日照, , 但時但時間不長間不長; ; 南墻每天一次南墻每天一次, , 但隨太陽赤緯增加而減少但隨太陽赤緯增加而減少西安西安( (北緯北緯34

9、34 ) )街道可照時間街道可照時間(h)(h)街街道道朝朝向向南南 墻墻北北 墻墻平平面面H/D1/21/12/13/11/21/12/13/1全全年年可可照照時時數(shù)數(shù)3180.42112.71346.5 986.3 650.2 524.3 382.6 300.6 4394.4H:建筑群高度建筑群高度,D:街道寬度街道寬度二、二、 城市熱量城市熱量（一）（一） 凈輻射凈輻射地表面由于吸收太陽總輻射而獲得熱量，但又通過地面的反射，地面輻射等方式失去熱量?！笆杖搿迸c“支出”的輻射量之差，稱為輻射差額，又稱凈輻射凈輻射。凈輻射直接影響地面實際的熱量狀況. 凈輻射公式：凈輻射公式：Qm=Q（1-）-

10、E*Qm為凈輻射；Q為太陽總輻射（直接輻射+散射輻射）；為地面反射率；E*為有效輻射，是地面輻射與大氣逆輻射之差值。 城市因建筑物密度大且高低不一，相互間往往經(jīng)過多次反復反射和吸收，一般情況下，城市的地面一般情況下，城市的地面反射率小于郊區(qū)反射率小于郊區(qū)。(反射率小意味著吸收率高) 但在中、高緯度地區(qū)，冬季積雪和植物枯黃等原因，城、郊的反射率可能有較大變化。在有效輻射有效輻射方面，因城市的溫度偏高，地面長波輻射量較大，但因城市上空微塵較多，大氣逆輻射又比郊區(qū)多，故二者相抵，城市的有效輻射與郊有效輻射與郊區(qū)區(qū)差別甚微差別甚微。綜上所述，城市的總輻射比郊區(qū)少，但反射率較低，而城郊之間的有效輻射相差

11、不大，故城市與郊區(qū)的凈輻射一般無顯著差別凈輻射一般無顯著差別。 Qm=Q（1-）-E* （二）（二） 人為熱人為熱現(xiàn)代城市的人口和各種生產(chǎn)、運輸?shù)然顒痈叨燃F(xiàn)代城市的人口和各種生產(chǎn)、運輸?shù)然顒痈叨燃校ㄟ^大量燃燒、呼吸等活動，在城市內(nèi)所排中，通過大量燃燒、呼吸等活動，在城市內(nèi)所排放的大量放的大量人為熱量人為熱量。人為熱在城市總熱量來源中所占的人為熱在城市總熱量來源中所占的比重比重受城市的受城市的地理位置、城市性質(zhì)、城市規(guī)模、人口密度、能地理位置、城市性質(zhì)、城市規(guī)模、人口密度、能源消耗以及氣候、季節(jié)等因素影響。源消耗以及氣候、季節(jié)等因素影響。一般，在高緯度地區(qū)，采暖期長，耗能量大，人一般，在高

12、緯度地區(qū)，采暖期長，耗能量大，人為熱排放量也較大。由于緯度增加年凈輻射量相為熱排放量也較大。由于緯度增加年凈輻射量相對減少，故隨緯度增加人為熱在城市熱量來源中對減少，故隨緯度增加人為熱在城市熱量來源中所占的比例也隨之增大，且有季節(jié)性變化，冬季所占的比例也隨之增大，且有季節(jié)性變化，冬季的比重最高。的比重最高。 城市名稱城市名稱緯度緯度/N人口密度人口密度/（人（人/km2)人為熱人為熱/(w/m2)凈輻射凈輻射/(w/m2)莫斯科莫斯科西柏林西柏林溫哥華溫哥華曼哈頓曼哈頓洛杉磯洛杉磯大阪大阪香港香港新加坡新加坡5652494034352217300983053602881020001460037

13、303700127211911721264342575793108110110不同城市年平均人為熱排放量不同城市年平均人為熱排放量（引自（引自H.E.Landsber，1981年）年）人為熱的大量輸入人為熱的大量輸入: : 工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、空調(diào)制冷、機動車排放、冬季取暖等空調(diào)制冷、機動車排放、冬季取暖等 下墊面下墊面導熱率導熱率高出鄉(xiāng)村高出鄉(xiāng)村3倍倍, 熱容量熱容量較鄉(xiāng)村大較鄉(xiāng)村大1/3倍倍, 因而因而貯熱量大貯熱量大熱收入遠高于鄉(xiāng)村熱收入遠高于鄉(xiāng)村（三）（三） 城市熱量平衡城市熱量平衡小氣候研究表明，下墊面熱量平衡各分量小氣候研究表明，下墊面熱量平衡各分量的相對分配狀

14、況直接決定著小氣候的溫度的相對分配狀況直接決定著小氣候的溫度分布特點。分布特點。城市的熱量城市的熱量收入收入有凈輻射和人為熱有凈輻射和人為熱;熱量熱量支出支出則有下墊面與空氣的顯熱交換、則有下墊面與空氣的顯熱交換、下墊面與空氣的潛熱交換以及下墊面的貯下墊面與空氣的潛熱交換以及下墊面的貯熱量等。熱量等。城鄉(xiāng)熱量平衡式：城鄉(xiāng)熱量平衡式：鄉(xiāng)：鄉(xiāng)：Qr=H+LE+G+A+P城：城：Qu+QF=QH+QE+QG+QA+QP式中式中 Qr、Qu:凈輻射，凈輻射，QF：人為熱，：人為熱，H、QH：下墊面與空氣間的湍流顯熱交換，：下墊面與空氣間的湍流顯熱交換，LE、QE：下墊面與空氣潛熱交換，：下墊面與空氣潛

15、熱交換，G、QG：下墊面貯熱量，：下墊面貯熱量，A、QA：熱平流量。：熱平流量。 P、QP：植物光合作用富集能量：植物光合作用富集能量城市熱量平衡特點城市熱量平衡特點與郊區(qū)相比，城市熱量平衡的與郊區(qū)相比，城市熱量平衡的“收入收入”中有中有較多的人為熱。而較多的人為熱。而“支出支出“中的各分量中中的各分量中有如下特點：有如下特點：1.顯熱交換顯熱交換:大大2.潛熱交換潛熱交換:小小3.城市的貯熱量城市的貯熱量:大大 4.熱平流量熱平流量:忽略忽略 5.光合集能：少光合集能：少植物光合作用富集的能量：植物光合作用富集的能量：一般鄉(xiāng)村農(nóng)田每年生產(chǎn)干物質(zhì)一般鄉(xiāng)村農(nóng)田每年生產(chǎn)干物質(zhì)2kg/m2,轉(zhuǎn)化每轉(zhuǎn)

16、化每克干物質(zhì)需要消耗太陽能克干物質(zhì)需要消耗太陽能17.22kj/m2,則鄉(xiāng)村則鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)化光能的潛力為轉(zhuǎn)化光能的潛力為34440kj/m2.（四）城市熱島（四）城市熱島城市熱量平衡特征表明城市往往有更多的熱量，城市熱量平衡特征表明城市往往有更多的熱量，使城市在廣闊的郊區(qū)和農(nóng)村中成為一個熱量使城市在廣闊的郊區(qū)和農(nóng)村中成為一個熱量較多的較多的孤島地區(qū)孤島地區(qū)。城市熱島的城市熱島的強度強度則以城市熱島中心位置的氣溫則以城市熱島中心位置的氣溫與同時間同高度近郊與同時間同高度近郊氣溫的差值氣溫的差值表示，即表示，即Tu-r也可以也可以同一城市歷史發(fā)展過程中氣溫的同一城市歷史發(fā)展過程中氣溫的前后前后對比對比在

17、熱島效應最明顯時，熱島中心位于建筑群最在熱島效應最明顯時，熱島中心位于建筑群最密、人口最密集的市中心。密、人口最密集的市中心。冬季傍晚上海市區(qū)比郊外要高冬季傍晚上海市區(qū)比郊外要高25 C;巴黎城中心年均溫比郊區(qū)高巴黎城中心年均溫比郊區(qū)高1.7 C城市發(fā)展過程中氣溫的前后對比城市發(fā)展過程中氣溫的前后對比隨城市化發(fā)展隨城市化發(fā)展, , 市區(qū)呈現(xiàn)出越來越暖的趨勢市區(qū)呈現(xiàn)出越來越暖的趨勢. .如東京如東京歷史時期氣溫逐年變化可分三個階段歷史時期氣溫逐年變化可分三個階段: :1920194219201942年年: : 氣溫變化趨勢逐年上升氣溫變化趨勢逐年上升( (城市發(fā)展城市發(fā)展) )194219451

18、9421945年年: : 氣溫變化趨勢逐年下降氣溫變化趨勢逐年下降( (值第二次世界值第二次世界大戰(zhàn)期間大戰(zhàn)期間, , 東京城市受到大規(guī)模的破壞東京城市受到大規(guī)模的破壞, , 城市熱島城市熱島效應不存在效應不存在) )1945196719451967年年: : 氣溫變化趨勢逐年上升氣溫變化趨勢逐年上升( (戰(zhàn)后城市建設戰(zhàn)后城市建設迅速恢復迅速恢復, , 氣溫又開始回升氣溫又開始回升) )日本東京日本東京19161965年年平均氣溫的變化年年平均氣溫的變化城市熱島強度的變化城市熱島強度的變化周期性變化周期性變化 : :日變化日變化: : 夜晚強夜晚強, , 白晝午間弱白晝午間弱年變化年變化: :

19、 冬秋兩季比夏春兩季表現(xiàn)更明顯冬秋兩季比夏春兩季表現(xiàn)更明顯, , 可能歸可能歸因于冬季城市取暖耗能較多因于冬季城市取暖耗能較多, , 釋放大量人為熱量釋放大量人為熱量周變化周變化: : 明顯受工休日周期影響明顯受工休日周期影響, , 周末弱周末弱, , 周內(nèi)強周內(nèi)強蒙特利爾夏季熱島強度的日變化蒙特利爾夏季熱島強度的日變化 (無云無風天氣無云無風天氣)逐時降溫率逐時降溫率 T/ t ( C.h-1)熱島強度熱島強度 Tu-r ( C)城市城市鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村維也納城市和郊區(qū)氣溫差值的日變化維也納城市和郊區(qū)氣溫差值的日變化城城 市市星星期期一一星星期期二二星星期期三三星星期期四四星星期期五五星星期期六六星

20、星期期日日平平均均紐黑文紐黑文(19391943)0.6 0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.3 0.6巴爾的摩巴爾的摩(19711975)0.9 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.2 0.7美國兩座城市冬季熱島強度Tu-r()的周變化非周期性變化非周期性變化1）臨界風速臨界風速：風速大則熱島效應小，：風速大則熱島效應小，超過臨界風速時則消失超過臨界風速時則消失2）云量：云量：強熱島大多出現(xiàn)在無云的天強熱島大多出現(xiàn)在無云的天氣狀態(tài)下氣狀態(tài)下季季 節(jié)節(jié)熱熱 島島 消消 失失 的的 風風 速速（ m /s）春春45夏夏23秋秋5冬冬56北京地區(qū)熱島消失的臨界風速北京地區(qū)熱島消失的

21、臨界風速城市熱島強度的地區(qū)差異城市熱島強度的地區(qū)差異城市熱島強度與城市的布局形狀、城市地形等有密切城市熱島強度與城市的布局形狀、城市地形等有密切關(guān)系。關(guān)系。團塊狀緊湊布局，城中心增溫效應強。團塊狀緊湊布局，城中心增溫效應強。條形分散結(jié)構(gòu)，城中心增溫效應弱。條形分散結(jié)構(gòu)，城中心增溫效應弱。 盆地或凹地，由于風速小，熱島效應特別強，這里盆地或凹地，由于風速小，熱島效應特別強，這里不僅抵消了冷空氣的下沉作用，反而成為最暖的熱不僅抵消了冷空氣的下沉作用，反而成為最暖的熱島中心島中心城市城市規(guī)模（面積、人口及其密度等）對熱島強度亦規(guī)模（面積、人口及其密度等）對熱島強度亦有影響有影響城市規(guī)模與城鄉(xiāng)氣溫城市

22、規(guī)模與城鄉(xiāng)氣溫(夜晚夜晚)差別的關(guān)系差別的關(guān)系舊舊 金金 山山圣圣 約約 瑟瑟帕帕 阿阿 爾爾 托托城城 市市 面面 積積(km2)116.8138.3322.27居居 民民 人人 口口 數(shù)數(shù)(萬萬 人人 )78.410.13.3居居 民民 密密 度度(人人 /km2)671226351481夜夜 晚晚 平平 均均城城 鄉(xiāng)鄉(xiāng) 氣氣 溫溫 差差( )5.66.73.952.23.301 時時07 時時13 時時19 時時公園內(nèi)公園內(nèi)27.128.331.828.3公園附公園附近街道近街道27.929.232.929.3兩處兩處氣溫差氣溫差0.80.91.11.0上海市區(qū)公園同其附近街道的氣溫平均

23、差值上海市區(qū)公園同其附近街道的氣溫平均差值()()國內(nèi)城市規(guī)模與熱島強度的關(guān)系國內(nèi)城市規(guī)模與熱島強度的關(guān)系項目項目城區(qū)面積城區(qū)面積/km2城區(qū)人口城區(qū)人口/萬人萬人城區(qū)人口密城區(qū)人口密度度 /人人/km2年均溫熱島年均溫熱島強度強度 /沈陽沈陽北京北京西安西安蘭州蘭州上海上海廣州廣州16487.88116414054.5240.8239.413089.6603.630014,68027,25416,000 5,46343,11555,0451.52.01.51.01.20.61.0熱島效應對城市氣候與環(huán)境的影響熱島效應對城市氣候與環(huán)境的影響影響：影響：1.加重城市空氣污染（不潔鄉(xiāng)村風進城，上層

24、逆加重城市空氣污染（不潔鄉(xiāng)村風進城，上層逆溫時的污染鍋蓋）溫時的污染鍋蓋）2.影響冬季取暖與能耗（有點節(jié)能減排）影響冬季取暖與能耗（有點節(jié)能減排）3.影響城市積雪（雪災減輕）影響城市積雪（雪災減輕）4.影響無霜期與物候期（有利于城市綠化）影響無霜期與物候期（有利于城市綠化）5.加強城市夏季高溫的酷熱程度，影響健康舒適。加強城市夏季高溫的酷熱程度，影響健康舒適。（人體的高溫中暑、促進光化學煙霧的形成、（人體的高溫中暑、促進光化學煙霧的形成、加重污染、能耗增加）加重污染、能耗增加）對策：對策：根據(jù)城市熱量平衡式：根據(jù)城市熱量平衡式： Qu+QF=QH+QE+QG+QA+QP一是減少人為熱：一是減少

25、人為熱：控制城市人口，減少礦物燃料的控制城市人口，減少礦物燃料的消耗，提高利用率，開發(fā)新能源。消耗，提高利用率，開發(fā)新能源。二是削減城市凈輻射量：二是削減城市凈輻射量：增大反射率（如淺色裝增大反射率（如淺色裝修），減少凈輻射；合理規(guī)劃城市建筑物的高度和修），減少凈輻射；合理規(guī)劃城市建筑物的高度和密度及道路網(wǎng)的方位，擴大天穹視角，增大地面長密度及道路網(wǎng)的方位，擴大天穹視角，增大地面長波射出輻射；削減大氣污染，減少大氣逆輻射。波射出輻射；削減大氣污染，減少大氣逆輻射。三是增加綠化，提高城市綠地覆蓋率；保持或增加三是增加綠化，提高城市綠地覆蓋率；保持或增加水域面積等。水域面積等。 第第2節(jié)節(jié) 城市的

26、水城市的水 中國水資源總量為中國水資源總量為28000億億m3，居世界，居世界第第6，但人，但人均水量居世界均水量居世界第第88，相當于世界平均水平的，相當于世界平均水平的1/4。時空分布不均，南多北少，東多西少，春夏多，時空分布不均，南多北少，東多西少，春夏多，秋冬少。有秋冬少。有2/3土地年降水量不到土地年降水量不到200mm，浪費，浪費嚴重（如生產(chǎn)嚴重（如生產(chǎn)1t鋼的需水量，中國為鋼的需水量，中國為2530 m3,發(fā)達國家為發(fā)達國家為6 m3 ）。目前的缺水量為）。目前的缺水量為1600萬萬m3/d，666座城市中有座城市中有333座城市不同程度缺水，座城市不同程度缺水，其中其中108座

27、城市嚴重缺水。工業(yè)用水重復使用率座城市嚴重缺水。工業(yè)用水重復使用率不高，僅為不高，僅為20%，而美國，而美國1985年為年為75%，日本，日本為為70%。一、城市與降水一、城市與降水二、二、城市下墊面蒸散量城市下墊面蒸散量和水分貯存量和水分貯存量三、城市與霧日三、城市與霧日四、城市的絕對濕度與四、城市的絕對濕度與相對濕度相對濕度五、城市的徑流五、城市的徑流城市化對水系的影響：城市化對水系的影響：地面水系人工化：如北京、天津兩市，修建地面水系人工化：如北京、天津兩市，修建各類水庫各類水庫140多座，上百座水閘，開挖了一多座，上百座水閘，開挖了一系列人工渠道，改變了水系的結(jié)構(gòu)與功能，系列人工渠道，

28、改變了水系的結(jié)構(gòu)與功能，具有了泄洪、排污、輸水等專門功能；城市具有了泄洪、排污、輸水等專門功能；城市濕地公園建設對水系的改造等等。濕地公園建設對水系的改造等等。地下建成排水系統(tǒng)：其目的是盡快把城市的地下建成排水系統(tǒng)：其目的是盡快把城市的雨洪排走，保護城市設施免遭洪澇災害。雨洪排走，保護城市設施免遭洪澇災害。城市河流的生態(tài)環(huán)境功能城市河流的生態(tài)環(huán)境功能就近供水就近供水供綠和降溫增濕供綠和降溫增濕提供便捷的交通條件提供便捷的交通條件提供生物多樣性存在的基地提供生物多樣性存在的基地提供城市居民親近自然的場所提供城市居民親近自然的場所提供自然教育課的天然實驗室提供自然教育課的天然實驗室一、城市與降水一

29、、城市與降水一個地區(qū)的降水主要受大氣環(huán)流、地理環(huán)境等一個地區(qū)的降水主要受大氣環(huán)流、地理環(huán)境等諸多因素的影響，且年降水量變幅也較大。但諸多因素的影響，且年降水量變幅也較大。但很多城市報導降水量比郊區(qū)多，存在城市很多城市報導降水量比郊區(qū)多，存在城市“雨雨島島”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。一一般比郊區(qū)多般比郊區(qū)多5%15%。北京城郊平均年降水量差值與城市因子變北京城郊平均年降水量差值與城市因子變化趨勢比較化趨勢比較年份年份 平均年降水量平均年降水量 平均年房屋和高級平均年房屋和高級 城郊差值城郊差值mm 道路竣工總面積萬道路竣工總面積萬m21963-1967 -5.4 740.11969-1973 5.1 823.

30、21974-1978 17.8 1149.81979-1983 462 18261984-1987 537 24559城市降水量較多的影響因素影響因素有：1.凝結(jié)核效應凝結(jié)核效應2.熱島效應熱島效應3.阻障效應阻障效應4.城市內(nèi)及周邊有較大面積水體城市內(nèi)及周邊有較大面積水體 第一第一, 城市熱島效應。城市由于有熱島效應城市熱島效應。城市由于有熱島效應, 空氣層結(jié)空氣層結(jié)不穩(wěn)定不穩(wěn)定, 有利于產(chǎn)生熱力對流有利于產(chǎn)生熱力對流, 當城市中水汽充足時當城市中水汽充足時(城市中還有一定量的人為水汽和人工管道供應的水城市中還有一定量的人為水汽和人工管道供應的水分分), 容易形成對流云和對流性降水。容易形成

31、對流云和對流性降水。第二第二, 城市阻滯效應。城市因有高高低低的建筑物城市阻滯效應。城市因有高高低低的建筑物, 其其粗糙度比附近郊區(qū)平原大。它不僅能引起機械湍流粗糙度比附近郊區(qū)平原大。它不僅能引起機械湍流, 而且對移動滯緩的降水系統(tǒng)而且對移動滯緩的降水系統(tǒng)(如靜止鋒、靜止切變、如靜止鋒、靜止切變、緩進冷鋒等緩進冷鋒等)有阻滯效應有阻滯效應,使其移動速度減慢使其移動速度減慢, 在城區(qū)在城區(qū)滯留時間加長滯留時間加長, 因而導致城區(qū)的降水強度增大因而導致城區(qū)的降水強度增大, 降水降水的時間延長。的時間延長。第三第三, 城市凝結(jié)核效應。城市因生產(chǎn)和生活強度較大城市凝結(jié)核效應。城市因生產(chǎn)和生活強度較大,

32、 空氣中塵粒及其它微粒比周圍地區(qū)多空氣中塵粒及其它微粒比周圍地區(qū)多, 為形成降水為形成降水提供了豐富的凝結(jié)核。提供了豐富的凝結(jié)核。第四第四，城市內(nèi)及周邊有較大面積水體，為城市提供了，城市內(nèi)及周邊有較大面積水體，為城市提供了充足的水汽。充足的水汽。二、二、 城市下墊面城市下墊面蒸散量蒸散量和水分貯存量和水分貯存量城市由于地面一般經(jīng)人工鋪裝城市由于地面一般經(jīng)人工鋪裝, , 植被覆蓋率低植被覆蓋率低, , 不透水面積不透水面積大大, , 降雨后雨水滯留地面時間短降雨后雨水滯留地面時間短, , 地面水分地面水分蒸發(fā)量蒸發(fā)量及植物及植物蒸蒸騰量騰量均小于郊區(qū)。均小于郊區(qū)。根據(jù)在美國東北部一個小流域的觀測

33、研究估算根據(jù)在美國東北部一個小流域的觀測研究估算: : 當流域面積的當流域面積的25%為不透水區(qū)時為不透水區(qū)時, 其年蒸騰量要減少其年蒸騰量要減少19%; 若不透水面積增加到若不透水面積增加到50%, 年蒸騰量減少年蒸騰量減少38%; 不透水面積增大到不透水面積增大到75%時時, 則年蒸騰量減少則年蒸騰量減少59%城市下墊面善于貯存熱量城市下墊面善于貯存熱量, 卻不善于貯存水分卻不善于貯存水分。這自然是由。這自然是由于城市中建筑物密集于城市中建筑物密集, 植被覆蓋率小植被覆蓋率小, 又有人工排水管道又有人工排水管道, 降降水后水分滲透并貯存在下墊面中極少的緣故。水后水分滲透并貯存在下墊面中極少

34、的緣故。三、城市與霧日三、城市與霧日 有報導城市的霧日比郊區(qū)及郊縣多，特別是濱臨有報導城市的霧日比郊區(qū)及郊縣多，特別是濱臨河、海、湖泊的城市霧日增加較為明顯。主要原河、海、湖泊的城市霧日增加較為明顯。主要原因和上述降水相同。因和上述降水相同。城市大霧危害城市大霧危害：1 阻礙交通、使航班停開，增加交通事故。阻礙交通、使航班停開，增加交通事故。2 大霧也阻滯了空氣中污染物的稀釋與擴散，加大霧也阻滯了空氣中污染物的稀釋與擴散，加重了大氣污染。重了大氣污染。3 城市霧還減弱了太陽輻射，不利于人類和其它城市霧還減弱了太陽輻射，不利于人類和其它生物的生存。生物的生存。 四、城市的絕對濕度與相對濕度四、城

35、市的絕對濕度與相對濕度均小于郊區(qū)，原因：均小于郊區(qū)，原因：城市地面不保水、干燥、蒸發(fā)量小城市地面不保水、干燥、蒸發(fā)量小城市植被覆蓋面積少，蒸騰量小城市植被覆蓋面積少，蒸騰量小城市下墊面粗糙度大，機械湍流和熱力湍流強于城市下墊面粗糙度大，機械湍流和熱力湍流強于郊區(qū)，空氣層結(jié)不穩(wěn)定，近地面有限的水汽通過郊區(qū)，空氣層結(jié)不穩(wěn)定，近地面有限的水汽通過湍流不斷上傳擴散湍流不斷上傳擴散熱島效應，空氣溫度高于郊區(qū)，相對濕度小于郊熱島效應，空氣溫度高于郊區(qū)，相對濕度小于郊區(qū)區(qū)城市風速較小，也不利于水分蒸發(fā)城市風速較小，也不利于水分蒸發(fā)五、城市的徑流五、城市的徑流 城市地表多為平滑的硬材料覆蓋，故城市地表城市地表

36、多為平滑的硬材料覆蓋，故城市地表徑流有如下徑流有如下基本特點基本特點：城市地表徑流系數(shù)較大；城市地表徑流系數(shù)較大；流速快；流速快；徑流峰值出現(xiàn)較早；徑流峰值出現(xiàn)較早；城市徑流水多經(jīng)建筑物、道路及各種堆積物城市徑流水多經(jīng)建筑物、道路及各種堆積物表面流入排水道，一般是難以直接利用的污表面流入排水道，一般是難以直接利用的污水。水。 缺水是城市的普遍問題：城市的降水雖然可能比郊區(qū)略多，但利用城市的降水雖然可能比郊區(qū)略多，但利用率很低。降水后大部分雨水很快成為徑流率很低。降水后大部分雨水很快成為徑流污水排出。污水排出。雖然城市中生產(chǎn)及生活活動排放一定的人雖然城市中生產(chǎn)及生活活動排放一定的人為為“水汽水汽

37、”，但地面蒸發(fā)蒸騰量較少，而，但地面蒸發(fā)蒸騰量較少，而城市溫度偏高，空氣相對濕度一般低于郊城市溫度偏高，空氣相對濕度一般低于郊區(qū)。區(qū)。 城市內(nèi)以人為主體的生物又消耗大量的水城市內(nèi)以人為主體的生物又消耗大量的水分和排出大量的廢水、污水。分和排出大量的廢水、污水。因此，城市的水收支不平衡，支出因此，城市的水收支不平衡，支出 收入。收入。解決途徑：目前工業(yè)生產(chǎn)中直接耗水率很低，占目前工業(yè)生產(chǎn)中直接耗水率很低，占城市用水較大比重的工業(yè)用水中平均城市用水較大比重的工業(yè)用水中平均約約90%以上用于洗滌、冷卻等工藝過以上用于洗滌、冷卻等工藝過程。因此，程。因此，提高工業(yè)水重復利用率、提高工業(yè)水重復利用率、節(jié)

38、約生活用水節(jié)約生活用水，是有效解決城市缺水，是有效解決城市缺水的途徑。的途徑。 第第3節(jié)節(jié) 城市與風城市與風 空氣的水平運動稱為空氣的水平運動稱為風風。風是人類生存的自然環(huán)。風是人類生存的自然環(huán)境因素之一，又是人類可開發(fā)利用的一種自然資境因素之一，又是人類可開發(fā)利用的一種自然資源（風力發(fā)電、推動機械、輸送污染物、大風災源（風力發(fā)電、推動機械、輸送污染物、大風災害等）。害等）。在城市化過程中，人類通過城市規(guī)劃、工業(yè)布局、在城市化過程中，人類通過城市規(guī)劃、工業(yè)布局、建筑設計、環(huán)境保護等，有效地適應、利用和影建筑設計、環(huán)境保護等，有效地適應、利用和影響自然界的風場，即城市和自然郊區(qū)相比，風場響自然界

39、的風場，即城市和自然郊區(qū)相比，風場發(fā)生了顯著的變化。發(fā)生了顯著的變化。城市的風向風速除受大氣環(huán)流、地理位置、地形城市的風向風速除受大氣環(huán)流、地理位置、地形等因素影響，城市下墊面性質(zhì)在一定程度上可影等因素影響，城市下墊面性質(zhì)在一定程度上可影響城市及鄰近地區(qū)貼地層風的結(jié)構(gòu)。響城市及鄰近地區(qū)貼地層風的結(jié)構(gòu)。 一、城市的風速風向一、城市的風速風向二、城市熱島環(huán)流二、城市熱島環(huán)流三、盛行風與城市規(guī)劃三、盛行風與城市規(guī)劃一、城市的風速風向一、城市的風速風向城市的平均風速比郊區(qū)小。城市的平均風速比郊區(qū)小。城市與郊區(qū)風速的差值還因時、因風速而異城市與郊區(qū)風速的差值還因時、因風速而異: 一般是白天一般是白天差值

40、大，晚上??；夏季大，冬季小。差值大，晚上??；夏季大，冬季小。 上海歷年風速上海歷年風速(m/s)1951195519561960196119651966197019711975197619803.63.23.23.13.13.0上海地區(qū)上海地區(qū)1980年年平均風速示意圖年年平均風速示意圖城市空氣垂直分層示意圖城市空氣垂直分層示意圖城市覆蓋層內(nèi)部風的局地差異城市覆蓋層內(nèi)部風的局地差異u從城市整體而言，其平均風速比同高度的開曠郊區(qū)小，從城市整體而言，其平均風速比同高度的開曠郊區(qū)小，但在城市覆蓋層內(nèi)部但在城市覆蓋層內(nèi)部風的局地性差異風的局地性差異很大。很大。u有些地方風速極微；而在特殊情況下，某些地

41、點其風速有些地方風速極微；而在特殊情況下，某些地點其風速亦可大于同時期同高度的郊區(qū)。亦可大于同時期同高度的郊區(qū)。u造成城市覆蓋層內(nèi)部風速差異的造成城市覆蓋層內(nèi)部風速差異的主要原因主要原因是：由于街道是：由于街道的走向、寬度、兩側(cè)建筑物的高度、形式和朝向不同的走向、寬度、兩側(cè)建筑物的高度、形式和朝向不同, , 當風吹過城市中鱗次櫛比、參差不齊的建筑物時當風吹過城市中鱗次櫛比、參差不齊的建筑物時, , 因阻因阻障效應產(chǎn)生不同的升降氣流、渦動和繞流等障效應產(chǎn)生不同的升降氣流、渦動和繞流等, , 使風的局使風的局地變化復雜化。地變化復雜化。當盛行風向與街道當盛行風向與街道平行平行時時, , 由于狹管效

42、應由于狹管效應, , 風速會加大。風速會加大。如果風向與街道成如果風向與街道成一定角度一定角度則風受阻而速度減小。則風受阻而速度減小。在街道中部風速要比人行道靠近建筑物的部分大些。在街道中部風速要比人行道靠近建筑物的部分大些。 如果以街道中心的風速算作如果以街道中心的風速算作100%100%的話的話, , 那么在迎風那么在迎風面的人行道風速為面的人行道風速為90%,90%, 背風面的人行道風速只有背風面的人行道風速只有45%45%。人行道旁如果種植行道樹人行道旁如果種植行道樹, , 樹葉茂盛時風速將再減低樹葉茂盛時風速將再減低20%30%;20%30%; 在公園的濃蔭中在公園的濃蔭中, , 風

43、速更會削弱風速更會削弱5050% %上下。上下。盛行風遇到不能穿透的建筑物時盛行風遇到不能穿透的建筑物時, , 在迎風面上一部分氣在迎風面上一部分氣流上升越過屋頂流上升越過屋頂, , 一部分氣流下沉降至地面一部分氣流下沉降至地面, , 另一部分另一部分則繞過建筑物的周側(cè)向屋后流去。則繞過建筑物的周側(cè)向屋后流去。晚上 白天 街道風 峽管效應城市地面風的總體特點是城市地面風的總體特點是：摩擦使風速減小，但有一臨界風速值摩擦使風速減小，但有一臨界風速值城區(qū)內(nèi)因受熱不均而產(chǎn)生街道風城區(qū)內(nèi)因受熱不均而產(chǎn)生街道風城市峽谷效應產(chǎn)生城市峽谷效應產(chǎn)生“急流急流”建筑物的阻障效應產(chǎn)生渦流建筑物的阻障效應產(chǎn)生渦流城

44、市風分布不均勻，時大時小，陣性大，風城市風分布不均勻，時大時小，陣性大，風向不定向不定二、城市熱島環(huán)流二、城市熱島環(huán)流 在晴天無云、背景風速極小的情況下，由于城市熱在晴天無云、背景風速極小的情況下，由于城市熱島的存在，市區(qū)熱空氣不斷上升，而郊區(qū)近地面較島的存在，市區(qū)熱空氣不斷上升，而郊區(qū)近地面較低溫的空氣則向熱島中心輻合。熱島中心上升的空低溫的空氣則向熱島中心輻合。熱島中心上升的空氣又在一定高度向郊區(qū)回流，形成緩慢的熱島環(huán)流氣又在一定高度向郊區(qū)回流，形成緩慢的熱島環(huán)流 在近地面部分風由郊區(qū)向城市輻合稱在近地面部分風由郊區(qū)向城市輻合稱“鄉(xiāng)村風鄉(xiāng)村風”。應該指出應該指出, 向城市中心輻合的向城市中心輻合的鄉(xiāng)村風鄉(xiāng)村風, 并不是很穩(wěn)定并不是很穩(wěn)定的的, 它往往具有間歇性或脈動性它往往具有間歇性或脈動性(周期性周期性),即吹一段即吹一段時間時間,要停一段時間。此