影響城市氣候的因素
城市的輻射和日照
城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)
城市的風(fēng)及局部環(huán)流
城市的降水及水分平衡
城市的大氣污染及與城市氣候的關(guān)系
城市氣候與城市規(guī)劃和城市建設(shè)
4.1 影響城市氣候的因素
城市除了受當(dāng)?shù)鼐暥取⒋髿猸h(huán)流、海陸位置、地形等區(qū)域氣候因素的作用外, 還受人類(生產(chǎn)與生活)活動(dòng)中放出熱量及水汽的影響, 因而形成有別于近郊區(qū)和鄉(xiāng)村的局地氣候。通常我們稱之為城市氣候
城市氣候所涉及的范圍主要包括三個(gè)部分: 即城市覆蓋層、城市邊界層和市尾煙氣層
在城市高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中, 要消耗大量能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)一個(gè)百萬(wàn)人口的城市, 每天要消耗煤3000t, 石油2800t, 天然氣2700t, 同時(shí)排放出粉塵約150t, 二氧化硫150t, 一氧化碳450t, 一氧化氮100t。當(dāng)這些粉塵和有害氣體進(jìn)入空氣后, 會(huì)改變大氣的組成成分, 影響城市空氣的透明度和輻射熱能收支, 減弱能見度, 為云霧提供豐富的凝結(jié)核, 從多方面影響氣候。如果污染物超過(guò)大氣的自凈能力, 還會(huì)造成城市大氣污染。
由于城市居民的生活和生產(chǎn)活動(dòng), 如家庭爐灶、取暖、工廠生產(chǎn)、公共交通、人、畜的新陳代謝和其他各種能源燃燒所排放的熱量, 使城市比郊區(qū)增加了許多額外的熱量收入。這種人為的熱量在某些中高緯度城市可以接近或超過(guò)太陽(yáng)輻射熱量。如在德國(guó)的漢堡每天從煤燃燒所產(chǎn)生的熱量為167Jcm2, 而冬季地面從太陽(yáng)直接輻射和天空輻射一天中所得到的熱量為175Jcm2。在莫斯科, 人為熱竟超過(guò)太陽(yáng)輻射熱的3倍, 對(duì)城市增溫的影響十分顯著。
此外由于城市供水、排水的方式和農(nóng)村不同, 在燃燒和某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中還產(chǎn)生一定量的“人為水汽”進(jìn)入大氣, 致使城市中的水分平衡與農(nóng)村有明顯差異。
4.2 城市的輻射與日照
城市太陽(yáng)總輻射較鄉(xiāng)村少
污染物濃度大直接輻射少散射輻射多總輻射少
城市下墊面反射率小
冬季更是如此.反射率小意味著吸收率高
總體說(shuō),城市地面吸收的太陽(yáng)輻射與鄉(xiāng)村差別不大
城市日照總時(shí)數(shù)和日照百分率小于鄉(xiāng)村
1 大氣污染物多,云霧多, 透明度小;
2 熱島效應(yīng)所引起的對(duì)流云經(jīng)常出現(xiàn)
城市內(nèi)部日照地區(qū)差異明顯
此為建筑物遮陰所致, 主要取決于街道走向, 及建筑群高度與街道寬度之比: H/D
北墻冬半年完全蔭蔽, 夏半年一天兩次日照, 但時(shí)間不長(zhǎng); 南墻每天一次, 但隨太陽(yáng)赤緯增加而減少
城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)
熱量平衡
人為熱的大量輸入: 工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、空調(diào)制冷、機(jī)動(dòng)車排放、冬季取暖等
下墊面導(dǎo)熱率高出鄉(xiāng)村3倍, 熱容量較鄉(xiāng)村大1/3倍, 因而貯熱量大
熱收入遠(yuǎn)高于鄉(xiāng)村
城市熱島效應(yīng)
城市熱島(urban heat island)—城市內(nèi)部氣溫比周圍郊區(qū)高的現(xiàn)象，城市氣候中最典型的特征之一，無(wú)論是在中高緯度或低緯度地區(qū)，這一現(xiàn)象均普遍存在。
城市熱島效應(yīng)可以從兩個(gè)方面來(lái)分析：
同一時(shí)間城市和郊區(qū)氣溫的對(duì)比
同一城市歷史發(fā)展過(guò)程中氣溫的前后對(duì)比
城、郊?xì)鉁貙?duì)比
Tu-r—熱島強(qiáng)度=同時(shí)間同高度(離地1.5m)熱島中心與近郊的氣溫差值。
“城市熱島”矗立在農(nóng)村較涼的“海洋”之上, 國(guó)內(nèi)外均如此:
冬季傍晚上海市區(qū)比郊外要高2~5C;
巴黎城中心年均溫比郊區(qū)高1.7C
城市發(fā)展過(guò)程中氣溫的前后對(duì)比
隨城市化發(fā)展, 市區(qū)呈現(xiàn)出越來(lái)越暖的趨勢(shì).如東京歷史時(shí)期氣溫逐年變化可分三個(gè)階段
1920~1942年: 氣溫變化趨勢(shì)逐年上升(城市發(fā)展)
1942~1945年: 氣溫變化趨勢(shì)逐年下降(值第二次世界大戰(zhàn)期間, 東京城市受到大規(guī)模的破壞, 城市熱島效應(yīng)不存在)
1945~1967年: 氣溫變化趨勢(shì)逐年上升(戰(zhàn)后城市建設(shè)迅速恢復(fù), 氣溫又開始回升)
城市熱島強(qiáng)度的變化
周期性
日變化: 夜晚強(qiáng), 白晝午間弱
年變化: 冬秋兩季比夏春兩季表現(xiàn)更明顯, 可能歸因于冬季城市取暖耗能較多, 釋放大量人為熱量
周變化: 明顯受工休日周期影響, 周末弱, 周內(nèi)強(qiáng)
非周期性
1）臨界風(fēng)速：風(fēng)速大則熱島效應(yīng)小，超過(guò)臨界風(fēng)速時(shí)則消失
2）云量：強(qiáng)熱島大多出現(xiàn)在無(wú)云的天氣狀態(tài)下
城市熱島強(qiáng)度的地區(qū)差異
城市熱島強(qiáng)度與城市的布局形狀、城市地形等有密切關(guān)系。團(tuán)塊狀緊湊布局，城中心增溫效應(yīng)強(qiáng)。條形分散結(jié)構(gòu)，城中心增溫效應(yīng)弱。 盆地或凹地，由于風(fēng)速小，熱島效應(yīng)特別強(qiáng)，這里不僅抵消了冷空氣的下沉作用，反而成為最暖的熱島中心
城市規(guī)模（面積、人口及其密度等）對(duì)熱島強(qiáng)度亦有影響
城市附近自然景觀以及城市內(nèi)部下墊面性質(zhì)亦對(duì)城市熱島強(qiáng)度起一定作用。無(wú)綠化的寬闊街道和廣場(chǎng)，到中午時(shí)劇烈增溫，在夜里又急劇冷卻，氣溫日振幅。林蔭道和有綠化的廣場(chǎng)白晝較涼爽，氣溫的日振幅較小
此時(shí)郊區(qū)因近地面層空氣流失需要補(bǔ)充，于是熱島中心上升的空氣又在一定高度上流回到郊區(qū)，在郊區(qū)下沉，形成一個(gè)緩慢的熱島環(huán)流(local heat island circulation)，又稱城市風(fēng)系。在近地面部分風(fēng)由郊區(qū)向城市輻合,稱為鄉(xiāng)村風(fēng)(country breeze)。
應(yīng)該指出, 向城市中心輻合的鄉(xiāng)村風(fēng), 并不是很穩(wěn)定的, 它往往具有間歇性或脈動(dòng)性(周期性),即吹一段時(shí)間,要停一段時(shí)間。此脈動(dòng)周期約為1.5~2.0h。這種脈動(dòng)性在夜間特別明顯。
城市發(fā)展對(duì)盛行風(fēng)的影響
隨著城市的發(fā)展，人口增多，建筑物的密度和高度增加，下墊面的粗糙度加大，因而有使城市年平均風(fēng)速減小的趨勢(shì)。
城市的平均風(fēng)速比郊區(qū)小。
城市與郊區(qū)風(fēng)速的差值還因時(shí)、因風(fēng)速而異: 一般是白天差值大，晚上?。幌募敬?，冬季小。
城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地差異
從城市整體而言，其平均風(fēng)速比同高度的開曠郊區(qū)小，但在城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地性差異很大。有些地方風(fēng)速極微；而在特殊情況下，某些地點(diǎn)其風(fēng)速亦可大于同時(shí)期同高度的郊區(qū)。造成城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)速差異的主要原因是由于街道的走向、寬度、兩側(cè)建筑物的高度、形式和朝向不同, 當(dāng)風(fēng)吹過(guò)城市中鱗次櫛比、參差不齊的建筑物時(shí), 因阻障效應(yīng)產(chǎn)生不同的升降氣流、渦動(dòng)和繞流等, 使風(fēng)的局地變化復(fù)雜化。
盛行風(fēng)遇到不能穿透的建筑物時(shí), 在迎風(fēng)面上一部分氣流上升越過(guò)屋頂, 一部分氣流下沉降至地面, 另一部分則繞過(guò)建筑物的周側(cè)向屋后流去。當(dāng)盛行風(fēng)向與街道平行時(shí), 由于狹管效應(yīng), 風(fēng)速會(huì)加大。如果風(fēng)向與街道成一定角度則風(fēng)受阻而速度減小。在街道中部風(fēng)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(fēng)速算作100%的話, 那么在迎風(fēng)面的人行道風(fēng)速為90%, 背風(fēng)面的人行道風(fēng)速只有45%。人行道旁如果種植行道樹, 樹葉茂盛時(shí)風(fēng)速將再減低20%~30%; 在公園的濃蔭中, 風(fēng)速更會(huì)削弱50%上下。
城市的輻射和日照
城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)
城市的風(fēng)及局部環(huán)流
城市的降水及水分平衡
城市的大氣污染及與城市氣候的關(guān)系
城市氣候與城市規(guī)劃和城市建設(shè)
4.1 影響城市氣候的因素
城市除了受當(dāng)?shù)鼐暥取⒋髿猸h(huán)流、海陸位置、地形等區(qū)域氣候因素的作用外, 還受人類(生產(chǎn)與生活)活動(dòng)中放出熱量及水汽的影響, 因而形成有別于近郊區(qū)和鄉(xiāng)村的局地氣候。通常我們稱之為城市氣候
城市氣候所涉及的范圍主要包括三個(gè)部分: 即城市覆蓋層、城市邊界層和市尾煙氣層
在城市高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中, 要消耗大量能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)一個(gè)百萬(wàn)人口的城市, 每天要消耗煤3000t, 石油2800t, 天然氣2700t, 同時(shí)排放出粉塵約150t, 二氧化硫150t, 一氧化碳450t, 一氧化氮100t。當(dāng)這些粉塵和有害氣體進(jìn)入空氣后, 會(huì)改變大氣的組成成分, 影響城市空氣的透明度和輻射熱能收支, 減弱能見度, 為云霧提供豐富的凝結(jié)核, 從多方面影響氣候。如果污染物超過(guò)大氣的自凈能力, 還會(huì)造成城市大氣污染。
由于城市居民的生活和生產(chǎn)活動(dòng), 如家庭爐灶、取暖、工廠生產(chǎn)、公共交通、人、畜的新陳代謝和其他各種能源燃燒所排放的熱量, 使城市比郊區(qū)增加了許多額外的熱量收入。這種人為的熱量在某些中高緯度城市可以接近或超過(guò)太陽(yáng)輻射熱量。如在德國(guó)的漢堡每天從煤燃燒所產(chǎn)生的熱量為167Jcm2, 而冬季地面從太陽(yáng)直接輻射和天空輻射一天中所得到的熱量為175Jcm2。在莫斯科, 人為熱竟超過(guò)太陽(yáng)輻射熱的3倍, 對(duì)城市增溫的影響十分顯著。
此外由于城市供水、排水的方式和農(nóng)村不同, 在燃燒和某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中還產(chǎn)生一定量的“人為水汽”進(jìn)入大氣, 致使城市中的水分平衡與農(nóng)村有明顯差異。
4.2 城市的輻射與日照
城市太陽(yáng)總輻射較鄉(xiāng)村少
污染物濃度大直接輻射少散射輻射多總輻射少
城市下墊面反射率小
冬季更是如此.反射率小意味著吸收率高
總體說(shuō),城市地面吸收的太陽(yáng)輻射與鄉(xiāng)村差別不大
城市日照總時(shí)數(shù)和日照百分率小于鄉(xiāng)村
1 大氣污染物多,云霧多, 透明度小;
2 熱島效應(yīng)所引起的對(duì)流云經(jīng)常出現(xiàn)
城市內(nèi)部日照地區(qū)差異明顯
此為建筑物遮陰所致, 主要取決于街道走向, 及建筑群高度與街道寬度之比: H/D
北墻冬半年完全蔭蔽, 夏半年一天兩次日照, 但時(shí)間不長(zhǎng); 南墻每天一次, 但隨太陽(yáng)赤緯增加而減少
城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)
熱量平衡
人為熱的大量輸入: 工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、空調(diào)制冷、機(jī)動(dòng)車排放、冬季取暖等
下墊面導(dǎo)熱率高出鄉(xiāng)村3倍, 熱容量較鄉(xiāng)村大1/3倍, 因而貯熱量大
熱收入遠(yuǎn)高于鄉(xiāng)村
城市熱島效應(yīng)
城市熱島(urban heat island)—城市內(nèi)部氣溫比周圍郊區(qū)高的現(xiàn)象，城市氣候中最典型的特征之一，無(wú)論是在中高緯度或低緯度地區(qū)，這一現(xiàn)象均普遍存在。
城市熱島效應(yīng)可以從兩個(gè)方面來(lái)分析：
同一時(shí)間城市和郊區(qū)氣溫的對(duì)比
同一城市歷史發(fā)展過(guò)程中氣溫的前后對(duì)比
城、郊?xì)鉁貙?duì)比
Tu-r—熱島強(qiáng)度=同時(shí)間同高度(離地1.5m)熱島中心與近郊的氣溫差值。
“城市熱島”矗立在農(nóng)村較涼的“海洋”之上, 國(guó)內(nèi)外均如此:
冬季傍晚上海市區(qū)比郊外要高2~5C;
巴黎城中心年均溫比郊區(qū)高1.7C
城市發(fā)展過(guò)程中氣溫的前后對(duì)比
隨城市化發(fā)展, 市區(qū)呈現(xiàn)出越來(lái)越暖的趨勢(shì).如東京歷史時(shí)期氣溫逐年變化可分三個(gè)階段
1920~1942年: 氣溫變化趨勢(shì)逐年上升(城市發(fā)展)
1942~1945年: 氣溫變化趨勢(shì)逐年下降(值第二次世界大戰(zhàn)期間, 東京城市受到大規(guī)模的破壞, 城市熱島效應(yīng)不存在)
1945~1967年: 氣溫變化趨勢(shì)逐年上升(戰(zhàn)后城市建設(shè)迅速恢復(fù), 氣溫又開始回升)
城市熱島強(qiáng)度的變化
周期性
日變化: 夜晚強(qiáng), 白晝午間弱
年變化: 冬秋兩季比夏春兩季表現(xiàn)更明顯, 可能歸因于冬季城市取暖耗能較多, 釋放大量人為熱量
周變化: 明顯受工休日周期影響, 周末弱, 周內(nèi)強(qiáng)
非周期性
1）臨界風(fēng)速：風(fēng)速大則熱島效應(yīng)小，超過(guò)臨界風(fēng)速時(shí)則消失
2）云量：強(qiáng)熱島大多出現(xiàn)在無(wú)云的天氣狀態(tài)下
城市熱島強(qiáng)度的地區(qū)差異
城市熱島強(qiáng)度與城市的布局形狀、城市地形等有密切關(guān)系。團(tuán)塊狀緊湊布局，城中心增溫效應(yīng)強(qiáng)。條形分散結(jié)構(gòu)，城中心增溫效應(yīng)弱。 盆地或凹地，由于風(fēng)速小，熱島效應(yīng)特別強(qiáng)，這里不僅抵消了冷空氣的下沉作用，反而成為最暖的熱島中心
城市規(guī)模（面積、人口及其密度等）對(duì)熱島強(qiáng)度亦有影響
城市附近自然景觀以及城市內(nèi)部下墊面性質(zhì)亦對(duì)城市熱島強(qiáng)度起一定作用。無(wú)綠化的寬闊街道和廣場(chǎng)，到中午時(shí)劇烈增溫，在夜里又急劇冷卻，氣溫日振幅。林蔭道和有綠化的廣場(chǎng)白晝較涼爽，氣溫的日振幅較小
此時(shí)郊區(qū)因近地面層空氣流失需要補(bǔ)充，于是熱島中心上升的空氣又在一定高度上流回到郊區(qū)，在郊區(qū)下沉，形成一個(gè)緩慢的熱島環(huán)流(local heat island circulation)，又稱城市風(fēng)系。在近地面部分風(fēng)由郊區(qū)向城市輻合,稱為鄉(xiāng)村風(fēng)(country breeze)。
應(yīng)該指出, 向城市中心輻合的鄉(xiāng)村風(fēng), 并不是很穩(wěn)定的, 它往往具有間歇性或脈動(dòng)性(周期性),即吹一段時(shí)間,要停一段時(shí)間。此脈動(dòng)周期約為1.5~2.0h。這種脈動(dòng)性在夜間特別明顯。
城市發(fā)展對(duì)盛行風(fēng)的影響
隨著城市的發(fā)展，人口增多，建筑物的密度和高度增加，下墊面的粗糙度加大，因而有使城市年平均風(fēng)速減小的趨勢(shì)。
城市的平均風(fēng)速比郊區(qū)小。
城市與郊區(qū)風(fēng)速的差值還因時(shí)、因風(fēng)速而異: 一般是白天差值大，晚上?。幌募敬?，冬季小。
城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地差異
從城市整體而言，其平均風(fēng)速比同高度的開曠郊區(qū)小，但在城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地性差異很大。有些地方風(fēng)速極微；而在特殊情況下，某些地點(diǎn)其風(fēng)速亦可大于同時(shí)期同高度的郊區(qū)。造成城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)速差異的主要原因是由于街道的走向、寬度、兩側(cè)建筑物的高度、形式和朝向不同, 當(dāng)風(fēng)吹過(guò)城市中鱗次櫛比、參差不齊的建筑物時(shí), 因阻障效應(yīng)產(chǎn)生不同的升降氣流、渦動(dòng)和繞流等, 使風(fēng)的局地變化復(fù)雜化。
盛行風(fēng)遇到不能穿透的建筑物時(shí), 在迎風(fēng)面上一部分氣流上升越過(guò)屋頂, 一部分氣流下沉降至地面, 另一部分則繞過(guò)建筑物的周側(cè)向屋后流去。當(dāng)盛行風(fēng)向與街道平行時(shí), 由于狹管效應(yīng), 風(fēng)速會(huì)加大。如果風(fēng)向與街道成一定角度則風(fēng)受阻而速度減小。在街道中部風(fēng)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(fēng)速算作100%的話, 那么在迎風(fēng)面的人行道風(fēng)速為90%, 背風(fēng)面的人行道風(fēng)速只有45%。人行道旁如果種植行道樹, 樹葉茂盛時(shí)風(fēng)速將再減低20%~30%; 在公園的濃蔭中, 風(fēng)速更會(huì)削弱50%上下。