第四章 城市生态系统的非生物环境

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒 物，也称为可入肺颗粒物。 PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、 汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物， 大多含有重金属等有毒物质。 2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气 质量标准》增加了PM2.5监测指标。
“狭管效应”令局地风速增加
尤其当盛行风向与街道走向一致时 街道风、穿堂风„„
由于热岛效应的存在城市中形成一个低压中心，形成缓慢的热岛环流。 ——城市风
就整体而言，城市的平均风速低于空旷的郊区。但在特殊 情况下，某些地方的风速可大于郊区。 ①城市的风速一般比郊区降低20-30%； ②在街道由于受热不匀产生环流； ③当盛行风与街道走向一致因狭管效应街道风速会高于开 阔地； ④由于热岛效应的存在城市中形成一个低压中心，形成缓 慢的热岛环流。
3. 空气污染与其他因素
① 伦敦型空气污染(煤炭型空气污染) 空气污染主要组分是疏氧化物和烟尘， 主要来自于煤燃烧过程中的废气，所以又称 为“煤炭型空气污染”。 冬季消耗燃料较多，排放烟尘量大，再 加上之辐射逆温频率大，湍流弱，烟尘不易 扩散，因此冬季（11～ 1 月）空气污染最为 严重。
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城市边界层（urban boundary layer， 城 UBL）：由建筑物屋 市 顶向上到积云中部。受 空 城市空气污染物性质及其浓度和参差不 齐屋顶的热力和动力影响，湍流混合作 气 用显著，与城市覆盖层间拥着物质交换 和能量交接，并受区域气候因子的影响。 垂 直 城市覆盖层（urban 分 canopy layer， UCL ）：城市建筑物 层 屋顶以下至地面。受人类
日变化:早晨最为集中，晚间次之。当硫氧 化物和雾一起形成硫酸烟雾时毒性更大，尤 其在风速低和逆温层引起的空气滞留的条件 下，危害更严重。
历史上伦敦灾难性的空气污染事件都与当时 的天气条件有关。我国各大城市的空气污染 基本上属于这种类型。
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② 洛杉矶型空气污染 (石油型空气污染)
6）光化学烟雾：指大气中HC和NOX在阳光中紫外线的照射下发生光化学 反应所产生的含有醛类、O3、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、硝酸等物质、 具有强氧化性、呈淡兰色的混合烟雾。对生物有毒害作用。 形成机理 （1）NO2光解及臭氧形成：NO2 + hv —— NO + O； O + O2 ——O3 （2）HC氧化生成活性自由基RO2 及 HO2 ：RH + OH —— RO2 + H2O
小2% 小10% 多30%～100% 多10%～30%
6.降水 年平均降水量 降雪量 雪暴 7. 风速 平均风速 无风日数 8. 空气中污染 凝结核 微量气体
多5%～15% 多10%～15% 多10%～15% 小10%～30% 多5%～20%
多10倍 多5～50倍
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四、城市的空气污染
可吸入颗粒物是指悬浮在空气中，特指能够被人直 接吸入呼吸道内的悬浮物质。空气动力学当量直径 ≤10微米的颗粒物，记做，简写PM10。 可吸入颗粒物的浓度以每立方米空气中可吸入颗粒 物的毫克数表示。国家环保总局1996年颁布修订的《 环境空气质量标准（GB3095－1996）》中将飘尘改称 为可吸入颗粒物，作为正式大气环境质量标准。 颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。10微 米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，5微米直径的 可进入呼吸道的深部，2微米以下的可100%深入到细 支气管和肺泡。
4）碳氢化合物（烃）（HC）：分为甲烷烃（85%）和非甲烷烃； 来源：主要来源于燃料及有机物品燃烧和生物活动； 危害：形成光化学烟雾的前提物质。
5）卤化物：主要有卤代烃、氯化物和氟化物； 来源：主要来源于各类工业排放及海洋释放； 危害：对生物有毒害作用，破坏臭氧层，HCl参与形成酸雨。
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洛杉矶型空气污染是光化学烟雾， 它的一次污染物主要是氮氧化物、碳 氢化物、一氧化碳等在强烈的阳光照 射下，由光化学反应生成二次污染物， 如以臭氧及过氧乙酸硝酸酯（PAN）为 主的光化学氧化剂。洛杉矶型空气污 染物主要来自石油和石油化工产品的 燃烧，又称“石油型空气污染”。
活动影响最大，与建筑物密度、高度、 几何形状、门窗朝向、外壁涂料颜色、 街道宽度和走向、路面铺砌材料、人为 热、人为水气的排放量等关系密切。
城市尾羽层或称 “市尾烟气层” （urban plume layer，UPL）： 城市下风方向。这一
层中的气流、污染物、云雾、降 水和气温等都受到城市的影响。
乡村边界层（rural boundary layer， RBL）：城市尾羽 层之下。
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2.
城市的降水高于郊区
①当空气中水气充足时，城市中的热力对流易于 形成对流云和对流性降水。高大建筑阻碍降水系 统的移动，导致城市降水时间延长和降水强度增 强。 ②城市空气中的凝结核多，可促使水气凝结和雨 滴增大，从而增加降水。 ③城市的云、雾也多于郊区，原因同上，但由于 植被和水面少，城市的相对湿度远低于郊区。
城市中密集的工业、人口及化石 燃料的大量使用使城市空气中增加了 许多有害成分，形成城市的空气污染。
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1. 城市空气污染的来源
移动源：呈移动状态的污染源
汽车
污 染 源
飞机
轮船
固定源：存在于固定场所的污染 Qiting
2. 城市空气污染的主要物质
进入城市空气的污染物种类很多，已经产生危害并为人们认识 和注意到的有100多种。按存在状态，分为气溶胶状态污染物和 气体状态污染物
形成条件
（1）自然条件：相对湿度较低的夏季和早秋晴天中午前后容易发生。
（2）污染条件：石油为原料的工厂附近和汽车量多的大城市容易发生。 Zuo Qiting
光化学烟雾的特征和危害
烟雾呈蓝色 具有强氧化性 刺激人们眼睛 伤害植物叶子 对材料（主要是高分子材料）也产生破坏作用 使大气能见度降低
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第四章 城市生态系统的 非生物环境
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自然环境
人工环境
生物环境是指城市中的动物、植物和微生物； 非生物环境则包括城市气候、城市水文、城市 土壤以及城市建筑和基础设施、以及城市引起 的污染等。
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第一节 城市气候与空气污染
一、城市形成产生的气候变化 城市形成 —— 下垫面的性质 —— 城市的空气垂直 分层状况改变 化石燃料的大量使用，造成空气污染，改变了大 气组成，同时加强了人为热以及人为水气的影响， 导致城市内部气候与周围郊区气候的差异。 气候差异不足以改变城市所在地点原有的气候类 型，但是在许多 气候要素 上表现出明显的 城市特征。
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城市的热岛现象的体现 ①年均温或每日的温度的城市与郊区的比较； ②同一城市自城市化发展以来气温的对比。
上海的城市热带效应是十分显著的，其冬季和夏季的 热岛强度分别达到6.8℃和4.8℃。城市内有植被和水面 的地方具有降低热岛强度的效果。
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三、城市的风和降水
2. 城市的反射率（a）与郊区有差别
下垫面的改变，导致城市下垫面反射率比郊区小 10%～30%左右。
总：到达城市下垫面的太阳辐射小于郊区，但由于其 下垫面的反射率也比郊区小，因而短波辐射城市与郊 区差别不大；在长波辐射中，城市空气逆辐射虽比郊 区大，但城市地面长波辐射也大于郊区，因此长波辐 射的收支城乡差别不大。
1. 城市的风速低于郊区 城市引起的局部空气边界层的改变，将对低层气流和湍流 特征产生显著的影响。 由于下垫面粗糙度增加， 城市整体平均风速低于空 旷的郊区。
风速通常随离地面高度增大而 增加。增加程度主要与地面粗 糙度和温度梯度有关。达到一 定高度后，地面的摩擦影响可 忽略不计，该高度称为梯度风 高度。 Zuo Qiting
具有较大粗糙度的城市下垫面，
可以形成更强的热力湍流和机
械湍流，而热岛效应又会引起 局地的环流。因此城市的风场 极为复杂，降水也有明显改变。
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美国报刊曾经有这样的报道：1982年1月的一天，在摩天大厦林立的纽约曼 哈顿区。金融分析家罗斯小姐走出大厦，在一幢玻璃钢大厦下经过时，突 然被身后冲来的一股猛烈的风刮到附近的水泥花坛中，双臂严重摔伤。遭 受飞来横祸的罗斯真是很不幸，而这事故的罪魁祸首就是街道风，它是建 筑商、设计师以及市政规划部门的一些疏忽，造成了街道风对人的伤害。
RCHO + hv —— RO2 + HO2 + CO
RCHO + OH —— RC(O)O2 + H2O （3）自由基催化形成含N二次污染物：
HO2 + NO —— NO2 + OH；
NO2 + OH —— HNO3 ；
RO2 + NO —— NO2 + RCHO + HO2
RC(O)O2 + NO2 —— RC(O)O2 NO2 （PAN）
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城市和郊区气候特征比较
要素 1. 太阳总辐射
地面总辐射 紫外辐射 冬季 夏季 日照时数 少15%～20% 少30% 少5% 少5%～15%
与郊区比较
要素 5. 云量
与郊区比较 多5%～10%
2. 温度 年平均 静风晴天时
高0.5℃～1.5℃ 高2℃～7℃
3. 相对湿度 冬季 夏季 4. 雾 冬季 夏季
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3. 城市的日照时数和日照百分率小于郊区
城市中由于空气的污染物多，大气 透明度低，以及建筑物的互相遮挡， 因此日照时数和日照百分率均小于 郊区
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4.
城市的热岛
由于无论中、高或低纬度的城市都有 城市气温比郊区高的现象，而这种气 温的增高呈现出由中心向外递减的现 象，这种现象就被称为“城市热岛现 象”，这是城市气候中最为典型的特 征之一。