城市气候特征及其成因
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下垫面的水份循环特性影响湿度
蒸发、蒸腾、凝结、透水、贮水 贮藏水分能力差，蒸发（蒸腾）比郊区小；
下垫面粗糙度大，风速小，不利于热量扩散。
下垫面的动力学特性影响气流
2021/6/16
5
二、城市化对气候影响的机制
2、大气成分改变及其影响
1）主要是：CO2，NOx，CO，颗粒物，二次污染物 2）影响： l 影响城市空气透明度，减弱能见度 l 改变太阳入射辐射，散射辐射和地面的长波辐射。
l 雾：水汽在凝结核上形成小水滴，悬浮在空气
中，水平能见度小于1km时。 “湿雾”，“浊 雾”。
对生态环境影响：① 影响能见度；②加剧污染浓度。
l 云：城市化使云量增多。尤：低云量
2021/6/16
18
二、城市降水的变化及其影响
1、城市化影响降水的机制 城市热岛效应：城市上空气层的层结不稳定，有
利于热力对流，在水汽充足时，易形成对流云和对流 性降水；
• 3、其他布规则变化
l 城市化程度越高，热岛强度越强； l 热岛分布还因城市土地利用类型和下垫面性 质不同而异； l 区域气候条件也有影响； l 城市热岛还与下垫面形状有关； l 因天气气象条件和人为因素不同出现非周期 性变化。
2021/6/16
15
三、城市热岛形成的条件主要是
1、城市下垫面的性质特殊， 2、城市下垫面建筑材料的热容量、导热率比 郊区农村自然界的下垫面要大得 3、城市户的建筑物、道路、广场不透水。 4、城市中有较多的人为热进人大气层，特别 是在冬季，高纬度地区燃烧大量化石燃料采 暖． 5、城市建筑密集，通风不良，不利于热量的 扩散
摩擦阻挡（城市阻障）效应：城市参差不齐的
建筑物对气流有机械阻障，触发湍流，使移动的降水 系统移动减慢，导致城市降水强度增强，降水时间延 长。
1) 城市凝结核效应：城市空气中凝结核多，可促使
生成水气凝结和雨滴，从而增加降水
2021/6/16
19
二、城市降水的变化及其影响
2、城市降水变化的生态环境效应 l 降水是城市生态环境重要自然因子之一 l 城市降水量增加的直接后果：
台风袭击香港，碗 粗树枝被吹断倒地
飓风吹袭古巴
2021/6/16
雾锁旧金山，金门桥 被迫封行
32
2003年世界气象日主题 “我们未来的气候”
孟加拉国发生洪涝， 一男童把小牛犊扛 在肩上
2003年世界气象日主题 “我们未来的气候”
美国新墨西哥州强 风把卡车吹翻
强风袭击英法两国，
2021/6/16
33
2021/6/16
30
• 二、大风灾害 1、大风的灾害 2、热带风暴大风 3、冷空气大风 4、雷雨大风和龙卷风
2021/6/16
31
2002年世界气象日主题 －－ “降低极端天气和气候灾害的危害”
Reducing Vulnerability to Weather and Climate Extremes
§3-1 城市化对气候影响的机制
• 一.城市气候的基本特征
• 1、城市气候---城市内部形成的不同于城 市周围地区的特殊小气候。
2021/6/16
1
一.城市气候的基本特征
2、城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区 垂直方向：
• 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
① 雨洪径流增大 ② 地面侵蚀，受纳水体污染加剧，河道淤积 ③ 冰雹，雷暴等对人民生命财产危害，下雨能见度 低，使交通事故率增加
l优点：使枯季径流增大，缓解枯季供水紧张 状况
2021/6/16
20
二、城市降水的变化及其影响
3、酸雨
l 降水的pH值小于5.6时，称为酸雨。 l 危害：
① 使土壤贫瘠，伤害植物生长，减弱作物的光合作用和抗病 虫害能力，影响生产； ② 地下水酸化，微量元素超标； ③ 河湖水酸化，危害水生生物，鱼虾死亡，破坏生态平衡；
4）云和雾
城市云量比郊区多，尤其是低云 城市的雾比郊区多，有的是光化学烟雾
5）降水
2021/6/16
4
二、城市化对气候影响的机制
1、城市下垫面性质变化及其影响
1）下垫面性质的变化 2)影响：下垫面的热力学特性影响温度
比热、热容量、导热率、吸热、反射、蓄热能力 对太阳辐射的反射率比郊区小
导热率、热容量比郊区大，蓄热能力强；
• 城市工业区布置与居住区的关系通常表现 为以下4个方面：
(1)生活居住区内布置工业。 (2)生活居住区边缘地段布置工业，或以工业街坊 的方式布置在居住区内 (3)工业区 (4)工业点
2021/6/16
27
§3-5 城市主要气象灾害及防御
• 一、城市暴雨灾害
1、暴雨对城市生态环境的影响 2、城市暴雨致灾原因
ū—该地的总平均风速 作为污染源的工厂应置于污染风频最低的方位
• 4） 准静止风型区：工厂置于卫生防护距离之外。
2021/6/16
25
三、风与城市规划
3、局地环流与城市规划
l 城市所在区域的局地环流，海陆风，山谷风等。 l 城市热岛环流 l 街道风
2021/6/16
26
三、风与城市规划
4、城市工业区布置与居住区的关系
2021/6/16
13
二、城市热岛的时空分布特点
• 2.时间分布
l 有明显的周期性变化：主要是一种夜间现象
城乡冷却率的差异：21时为一天中最强，日出后减弱， 午后13时最弱
l 明显的季节变化：因区域气候条件和城市人 为因素而异
我国 季风气候区， 秋冬季大，春夏季弱
2021/6/16
14
二、城市热岛的时空分布特点
2021/6/16
9
§3-2 城市热岛效应
• 一、城市热岛及表示方法 1、城市热岛（heat island effet）效应：
城市气温高于四周郊区气温的现象。
2021/6/16
10
• 纵坐标表示温度，横坐标表出农村、效区、城市的剖面，画 出温度变化曲线图
• 曲线图的变化基本上是：由农村至城市边缘的近郊，气温陡 然升高，形成“陡岸”，到了城市，温度梯度比较平缓，形 成“高原”，到城市中心．人口和建筑密度增加，温度更高， 形成“山峰”。
④ 腐蚀建筑材料和文物古迹。
2021/6/16
21
§3-4 城市风的特征
• 一、城市对风的影响
1、城市摩擦作用使风速减小 l 城区的平均风速比郊区小。 l 临界风速
• 当盛行风风速小于临界风速时，城区风速 > 郊区风速 • 当盛行风风速大于临界风速时，城区风速 < 郊区风速
2、街道风：城市建筑物由于受热不均而产生 局部热力环流 3、峡谷效应和城市急流： 4、城市热岛环流
• 特别是CO2，CH4，O3等温室气体，吸收地面长波辐射，大 气逆温辐射，地面不易冷却，城市气温比郊区高。
l 为云、雾，降水提供了凝结核。
2021/6/16
6
二、城市化对气候影响的机制
3、城市人为热释放及其影响
1)人为热：由于人类生产、生活活动以及生物 新陈代谢所产生的热量。
2）影响：
l 改变了城市区域的能量平衡，形成城市热岛 l 产生局地气候变化
地面径流倒流淹没城市低洼区
沿河城市：内涝、江河决堤将遭受洪水围困 山区城市：崩滑流
2021/6/16
29
厄尔尼诺袭击秘鲁, 洪涝成灾
厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道 海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相 互作用下造成的气候异常
热带风暴袭击海南三 亚市，港口的鱼船被 吹得东倒西歪
2021/6/16
22
• 二、城市低空风的垂直变化
对数率公式
指数率公式
2021/6/16
23
三、风与城市规划
1、风的作用 2、盛行风与城市规划：
1）季风区：排污的工厂布置在
城市最小风频方向的下风向，居住地布置在 其上风方，建厂在南北走向的谷地。
2）主导风向区：工厂布置在主导风向的下风向； 居住区置于上风方。
2021/6/16
24
三、风与城市规划
2、盛行风与城市规划
3） 无主导风向：着重考虑风速。 l 工厂置于最大平均风速风向的下风方，或置于
污染系数或污染风频最小的方位 • l 污染系数：Fi＝fi/ui
fi ---为i方位的风向频率 ui ---为i方位的平均风速
• l 污染风频：Ri＝fi·ū/ui
2021/6/16
Байду номын сангаас12
二、城市热岛的时空分布特点
• 1.空间分布
l 水平方向 ① 城市高温中心出现在人口密集，建筑密度大，
工商业最集中地区 ② 城市高温区内等温线稀疏，气温水平梯度小 ③ 城市边缘气温水平梯度大，等温线密集
l 垂直方向：热岛强度随高度的变化因城市 不同而有所差别地面附近热岛强度最大，向上 逐渐减弱，甚至出现负值
高温灾害、减少经济损失和保护城市生态 环境的一项重要措施。
•
2021/6/16
17
§3-3 城市大气水分效应
一、城市空气湿度
1、城市干岛：城区的绝对湿度和相对湿度都比郊 区小。
• 2、城市湿岛：夜间（静风或小风）城区水汽含量 比郊区大的“城市湿岛”现象。 郊区由于凝露量大，
空气中水汽含量少
• 3、城市的云和雾
l 东部季风气候，使降水集中于夏季 l “热岛效应”，“雨岛效应”加剧暴雨 l 下垫面的不透水性，形成径流；排水设 施不足，积水浸街。
2021/6/16
28
§3-5 城市主要气象灾害及防御
一、城市暴雨灾害
3、我国城市暴雨洪涝灾害的类型 海滨城市：地面沉降，海水倒灌，形成内涝、台风、暴潮、
海啸
湖滨城市：汛期湖水位高涨，城市排水困难、暴雨形成的
结束语
若有不当之处，请指正，谢谢！
2021/6/16
7
2021/6/16
8
二、城市化对气候影响的机制
4、广州人为因素对城市气温的关联度
l 影响广州市气温地各因素情况： 建筑面积 > 人口规模 > 工业发展 > 交通运输 轻工业>重工业 货运>客运
l 从所影响的温度指标看：受认为因素影响的 年均最低气温 > 年均最高气温 > 年均气温
2021/6/16
11
一、城市热岛及表示方法
• 2、城市热岛强度：（△Tu-r）：城市气温与郊
区同期（瞬时、日均、月均、年均等）气温差值的 大小（或等温线间距）
• 温度对比：
①同一时段城市与郊区气温的对比；（测点：代表 性，典型性） ②城市发展过程中测站本身气温的前后对比；（以 滤去气候变化的影响）
2021/6/16
16
四、城市热岛的生态环境效应
1、中纬度地区城市热岛生态环境效应：
l 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）
l 夏季：加强城市高温的酷热程度，严重时引 起中暑和心血管疾病；空调降温消耗能量，污染 环境。
2、削减夏季城市热岛效应是防御城市夏季
2021/6/16
2
3、城市气候的基本特征
• 1）辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少 城市气温比郊区高，形成城市热岛
• 2）风和湍流
城市的风速比郊区小，风向不稳定 城市空气多湍流运动，有城市环流和城市风
2021/6/16
3
3、城市气候的基本特征
3）蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小 蒸散：地面蒸发 植物蒸腾
蒸发、蒸腾、凝结、透水、贮水 贮藏水分能力差，蒸发（蒸腾）比郊区小；
下垫面粗糙度大，风速小，不利于热量扩散。
下垫面的动力学特性影响气流
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二、城市化对气候影响的机制
2、大气成分改变及其影响
1）主要是：CO2，NOx，CO，颗粒物，二次污染物 2）影响： l 影响城市空气透明度，减弱能见度 l 改变太阳入射辐射，散射辐射和地面的长波辐射。
l 雾：水汽在凝结核上形成小水滴，悬浮在空气
中，水平能见度小于1km时。 “湿雾”，“浊 雾”。
对生态环境影响：① 影响能见度；②加剧污染浓度。
l 云：城市化使云量增多。尤：低云量
2021/6/16
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二、城市降水的变化及其影响
1、城市化影响降水的机制 城市热岛效应：城市上空气层的层结不稳定，有
利于热力对流，在水汽充足时，易形成对流云和对流 性降水；
• 3、其他布规则变化
l 城市化程度越高，热岛强度越强； l 热岛分布还因城市土地利用类型和下垫面性 质不同而异； l 区域气候条件也有影响； l 城市热岛还与下垫面形状有关； l 因天气气象条件和人为因素不同出现非周期 性变化。
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三、城市热岛形成的条件主要是
1、城市下垫面的性质特殊， 2、城市下垫面建筑材料的热容量、导热率比 郊区农村自然界的下垫面要大得 3、城市户的建筑物、道路、广场不透水。 4、城市中有较多的人为热进人大气层，特别 是在冬季，高纬度地区燃烧大量化石燃料采 暖． 5、城市建筑密集，通风不良，不利于热量的 扩散
摩擦阻挡（城市阻障）效应：城市参差不齐的
建筑物对气流有机械阻障，触发湍流，使移动的降水 系统移动减慢，导致城市降水强度增强，降水时间延 长。
1) 城市凝结核效应：城市空气中凝结核多，可促使
生成水气凝结和雨滴，从而增加降水
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二、城市降水的变化及其影响
2、城市降水变化的生态环境效应 l 降水是城市生态环境重要自然因子之一 l 城市降水量增加的直接后果：
台风袭击香港，碗 粗树枝被吹断倒地
飓风吹袭古巴
2021/6/16
雾锁旧金山，金门桥 被迫封行
32
2003年世界气象日主题 “我们未来的气候”
孟加拉国发生洪涝， 一男童把小牛犊扛 在肩上
2003年世界气象日主题 “我们未来的气候”
美国新墨西哥州强 风把卡车吹翻
强风袭击英法两国，
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• 二、大风灾害 1、大风的灾害 2、热带风暴大风 3、冷空气大风 4、雷雨大风和龙卷风
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31
2002年世界气象日主题 －－ “降低极端天气和气候灾害的危害”
Reducing Vulnerability to Weather and Climate Extremes
§3-1 城市化对气候影响的机制
• 一.城市气候的基本特征
• 1、城市气候---城市内部形成的不同于城 市周围地区的特殊小气候。
2021/6/16
1
一.城市气候的基本特征
2、城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区 垂直方向：
• 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
① 雨洪径流增大 ② 地面侵蚀，受纳水体污染加剧，河道淤积 ③ 冰雹，雷暴等对人民生命财产危害，下雨能见度 低，使交通事故率增加
l优点：使枯季径流增大，缓解枯季供水紧张 状况
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二、城市降水的变化及其影响
3、酸雨
l 降水的pH值小于5.6时，称为酸雨。 l 危害：
① 使土壤贫瘠，伤害植物生长，减弱作物的光合作用和抗病 虫害能力，影响生产； ② 地下水酸化，微量元素超标； ③ 河湖水酸化，危害水生生物，鱼虾死亡，破坏生态平衡；
4）云和雾
城市云量比郊区多，尤其是低云 城市的雾比郊区多，有的是光化学烟雾
5）降水
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二、城市化对气候影响的机制
1、城市下垫面性质变化及其影响
1）下垫面性质的变化 2)影响：下垫面的热力学特性影响温度
比热、热容量、导热率、吸热、反射、蓄热能力 对太阳辐射的反射率比郊区小
导热率、热容量比郊区大，蓄热能力强；
• 城市工业区布置与居住区的关系通常表现 为以下4个方面：
(1)生活居住区内布置工业。 (2)生活居住区边缘地段布置工业，或以工业街坊 的方式布置在居住区内 (3)工业区 (4)工业点
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§3-5 城市主要气象灾害及防御
• 一、城市暴雨灾害
1、暴雨对城市生态环境的影响 2、城市暴雨致灾原因
ū—该地的总平均风速 作为污染源的工厂应置于污染风频最低的方位
• 4） 准静止风型区：工厂置于卫生防护距离之外。
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三、风与城市规划
3、局地环流与城市规划
l 城市所在区域的局地环流，海陆风，山谷风等。 l 城市热岛环流 l 街道风
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三、风与城市规划
4、城市工业区布置与居住区的关系
2021/6/16
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二、城市热岛的时空分布特点
• 2.时间分布
l 有明显的周期性变化：主要是一种夜间现象
城乡冷却率的差异：21时为一天中最强，日出后减弱， 午后13时最弱
l 明显的季节变化：因区域气候条件和城市人 为因素而异
我国 季风气候区， 秋冬季大，春夏季弱
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二、城市热岛的时空分布特点
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§3-2 城市热岛效应
• 一、城市热岛及表示方法 1、城市热岛（heat island effet）效应：
城市气温高于四周郊区气温的现象。
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10
• 纵坐标表示温度，横坐标表出农村、效区、城市的剖面，画 出温度变化曲线图
• 曲线图的变化基本上是：由农村至城市边缘的近郊，气温陡 然升高，形成“陡岸”，到了城市，温度梯度比较平缓，形 成“高原”，到城市中心．人口和建筑密度增加，温度更高， 形成“山峰”。
④ 腐蚀建筑材料和文物古迹。
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§3-4 城市风的特征
• 一、城市对风的影响
1、城市摩擦作用使风速减小 l 城区的平均风速比郊区小。 l 临界风速
• 当盛行风风速小于临界风速时，城区风速 > 郊区风速 • 当盛行风风速大于临界风速时，城区风速 < 郊区风速
2、街道风：城市建筑物由于受热不均而产生 局部热力环流 3、峡谷效应和城市急流： 4、城市热岛环流
• 特别是CO2，CH4，O3等温室气体，吸收地面长波辐射，大 气逆温辐射，地面不易冷却，城市气温比郊区高。
l 为云、雾，降水提供了凝结核。
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二、城市化对气候影响的机制
3、城市人为热释放及其影响
1)人为热：由于人类生产、生活活动以及生物 新陈代谢所产生的热量。
2）影响：
l 改变了城市区域的能量平衡，形成城市热岛 l 产生局地气候变化
地面径流倒流淹没城市低洼区
沿河城市：内涝、江河决堤将遭受洪水围困 山区城市：崩滑流
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厄尔尼诺袭击秘鲁, 洪涝成灾
厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道 海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相 互作用下造成的气候异常
热带风暴袭击海南三 亚市，港口的鱼船被 吹得东倒西歪
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• 二、城市低空风的垂直变化
对数率公式
指数率公式
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三、风与城市规划
1、风的作用 2、盛行风与城市规划：
1）季风区：排污的工厂布置在
城市最小风频方向的下风向，居住地布置在 其上风方，建厂在南北走向的谷地。
2）主导风向区：工厂布置在主导风向的下风向； 居住区置于上风方。
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三、风与城市规划
2、盛行风与城市规划
3） 无主导风向：着重考虑风速。 l 工厂置于最大平均风速风向的下风方，或置于
污染系数或污染风频最小的方位 • l 污染系数：Fi＝fi/ui
fi ---为i方位的风向频率 ui ---为i方位的平均风速
• l 污染风频：Ri＝fi·ū/ui
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Байду номын сангаас12
二、城市热岛的时空分布特点
• 1.空间分布
l 水平方向 ① 城市高温中心出现在人口密集，建筑密度大，
工商业最集中地区 ② 城市高温区内等温线稀疏，气温水平梯度小 ③ 城市边缘气温水平梯度大，等温线密集
l 垂直方向：热岛强度随高度的变化因城市 不同而有所差别地面附近热岛强度最大，向上 逐渐减弱，甚至出现负值
高温灾害、减少经济损失和保护城市生态 环境的一项重要措施。
•
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§3-3 城市大气水分效应
一、城市空气湿度
1、城市干岛：城区的绝对湿度和相对湿度都比郊 区小。
• 2、城市湿岛：夜间（静风或小风）城区水汽含量 比郊区大的“城市湿岛”现象。 郊区由于凝露量大，
空气中水汽含量少
• 3、城市的云和雾
l 东部季风气候，使降水集中于夏季 l “热岛效应”，“雨岛效应”加剧暴雨 l 下垫面的不透水性，形成径流；排水设 施不足，积水浸街。
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§3-5 城市主要气象灾害及防御
一、城市暴雨灾害
3、我国城市暴雨洪涝灾害的类型 海滨城市：地面沉降，海水倒灌，形成内涝、台风、暴潮、
海啸
湖滨城市：汛期湖水位高涨，城市排水困难、暴雨形成的
结束语
若有不当之处，请指正，谢谢！
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二、城市化对气候影响的机制
4、广州人为因素对城市气温的关联度
l 影响广州市气温地各因素情况： 建筑面积 > 人口规模 > 工业发展 > 交通运输 轻工业>重工业 货运>客运
l 从所影响的温度指标看：受认为因素影响的 年均最低气温 > 年均最高气温 > 年均气温
2021/6/16
11
一、城市热岛及表示方法
• 2、城市热岛强度：（△Tu-r）：城市气温与郊
区同期（瞬时、日均、月均、年均等）气温差值的 大小（或等温线间距）
• 温度对比：
①同一时段城市与郊区气温的对比；（测点：代表 性，典型性） ②城市发展过程中测站本身气温的前后对比；（以 滤去气候变化的影响）
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四、城市热岛的生态环境效应
1、中纬度地区城市热岛生态环境效应：
l 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）
l 夏季：加强城市高温的酷热程度，严重时引 起中暑和心血管疾病；空调降温消耗能量，污染 环境。
2、削减夏季城市热岛效应是防御城市夏季
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3、城市气候的基本特征
• 1）辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少 城市气温比郊区高，形成城市热岛
• 2）风和湍流
城市的风速比郊区小，风向不稳定 城市空气多湍流运动，有城市环流和城市风
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3、城市气候的基本特征
3）蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小 蒸散：地面蒸发 植物蒸腾