城市气象学第九章：城市中地-气显热交换和地-气潜热交换
城市热环境
③城市布局可以采取集中与分散、组团式多中心 相结合的布局，将城市规划成扇形等不规则形状， 其间镶嵌农田、绿地，这要比大片集中的城市更 利于通风降温。
④要合理布局城市建筑物，要特别控制城市上风 向的建筑高度和密度，防止因建筑过高和过密对 风的阻挡导致大量热量和温室气体的滞留。
—控制人口和规模
人口在城市的集聚造成城市空间规模的扩大，增加了城市 空间内部自然通风的难度。因此，需要合理控制城市人口 规模及城市空间规模，特别是空间上连续的建成区的规模。
—城市绿地系统规划
*合理确定绿地布局和规模
应因地制宜，见缝插针，采用森林公园、生态廊道建 设、立体绿化、屋顶绿化的绿化的多样化绿化方式， 实现多层次绿化。
大力推广屋面绿化、堡坎墙绿化、外墙绿化以及边坡 草坪绿化等绿化方式。
—增加湿地面积
离湿地中心越近温度越低，对湿地周围环境 具有明显的降温作用。因此，应该保留城市现有 的湖泊、河流等水域湿地，也可人工建设湿地。
这种环流可将在城市上空扩散出去的大气 污染物又从近地面带回市区，造成重复污 染。
当天气系统主导的本地风速极小时，热岛 环境表现得更为明显。
城市热岛对建筑热工设计的影响
城市热岛---气温升高、湿度降低 建筑保温设计更加容易； 建筑防热设计更加困难； 建筑防潮设计更加简单。
使围护结构内表面结露和内部结露的可能性减 少。
城市热岛的特征
城市热岛是指温度的差异，与温度的绝对 值没有直接关系；
城市规模越大，人口越多，密度越高，热 岛效应越强；
热岛效应随季节和地区的不同而不同； 热岛效应白天弱、夜间强； 晴天无风时强、阴天风大时弱。
四、热岛对城市环境的影响
1、形成热岛环流—在大天气系统风速较弱情况 下，形成乡村-城市间的低速环流；
【复习资料】城市环境物理
《城市环境物理》复习资料1.传热基本方式、他们分别传热的肌理是什么？【17页】传热的基本方式：导热、对流、辐射、相变。
导热：显热交换，依靠物体质点的直接接触来传递能量。
对流：显热交换，由于流体各部分发生宏观相对位移而引起的热能传递。
辐射：显热交换，具有一定温度物体以电磁波方式发射的辐射能。
相变：潜热交换，吸收热量蒸发，释放热量冷凝。
2.城市冠层的能量平衡方程1.Q*+Q f=Q h+Q e+∆Q s+∆Q a净辐射Q*；人为热Q f；下垫面与空气间显热交换Q h；下垫面与空气间潜热交换Q e；下垫面内部贮热量的变化∆Q s；热平流量变化∆Q a2.Q S=Q n+Q F+Q H+Q E下垫面层贮热量Q S；覆盖层内净辐射得热量Q n；覆盖层内人为热释放量Q F；覆盖层内大气显热交换量Q H；覆盖层没的潜热交换量Q E（得热为正，失热为负）3.城市水分平衡方程【103页】P+F+I=E+r+∆S+∆A降水量P；由燃烧所产生的水分F；通过管道等供应城市的水分I；蒸发和蒸腾的总量（蒸散量）E；径流量的变化r；贮存在城市建筑物-空气-地面系统水分的变化∆S；建筑物-空气-地面系统间平流的水分∆A。
4.绿化对空气温湿度改善【67页】1.绿色植物通过吸收和遮挡太阳辐射，并借助光合作用，将太阳能转化为化学能。
2.蒸腾作用也消耗一部分太阳辐射，并吸收周围热量，使空气温度下降，调节空气湿度。
5.绿化对城市热岛效应的改善【67页】1.由于绿地植物的蒸腾吸热作用，能够缓解城市空气升温幅度。
2.绿地近地面较低温度形成下降气流，与周围区域较高温度形成的上升气流，发生空气对流，形成一个环流系统，促使区域温度降低。
（光合作用、遮阳、蒸发、降低风速）6.城市热岛概念、成因、特征、改善措施【55页】概念：【55页】城市市区气温高于郊区气温的现象。
成因：【56页】1.城市的不断发展，建筑密度、高度的不断增大，人工铺装的路面、广场越来越多，这个立体化的下垫面层能够比郊区吸收更多的太阳辐射能，它是形成热岛效应的基本条件。
气象学与气候学 简答题系列
简答题系列05年1、简述大气的垂直结构及其特点答：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层①对流层特点：a.气温随着高度增加而降低。
平均而言，高度每增加100m，气温下降0.65℃b.垂直对流运动由于地表面不均匀加热，产生垂直对流运动c.气象要素水平分布不均匀，天气现象复杂多变②平流层特点：a.随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升b.到30KM以上，气温随高度增加而显著升高，受地面温度影响很小，特别是存在大量臭氧能够直接吸收太阳辐射。
③中间层特点：a.气温随高度增加而迅速下降b.有相当强烈的垂直运动④热层特点： a.气温随高度增加而迅速增高b.空气处于高度电离状态，其电离的程度是不均匀的⑤散逸层特点：a.大气粒子经常散逸至星际空间b.气温随高度增加很少变化2、简述大气的主要成分及其作用答：大气是由多种气体混合而成的气体及其悬浮其中的液体和固态杂志所组成①臭氧：大量的吸收太阳紫外线，使臭氧层增温，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候的形成起着重要重要。
②温室气体CO2、CH4、N2 ：对太阳辐射吸收很少，却能强烈的吸收地面辐射，同时又向周围空气和地面放射长波辐射，使空气和地面增温的效应③大气气溶胶粒子：散射、漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外溢，对地面和空气温度有一定影响。
④液体微粒：以云、雾形式出现，不仅使能见度变坏，还能减弱太阳辐射和地面辐射⑤H2O：吸收太阳短波辐射和长波辐射3、为什么晴朗的天空是蓝色的，而早晨和傍晚的太阳呈红色答：1）晴天，主要是空气分子有选择地对波长较短的蓝色、紫色光进行散射，使天空呈蔚蓝色。
2）早晨和傍晚的太阳呈红色：①太阳高度不同，太阳光通过大气厚度不同；②大气层愈厚则大气的吸收、散射、反射作用也愈强，到达地面的太阳辐射愈少；③太阳高度越小，日光垂直投射时穿过的大气质量就越大；④日出，日落时，日光通过的大气质量数最大，短波光散射增强，红色光在太阳光的比例增加。
气象学要点——精选推荐
⽓象学要点⽓象学资料第⼀章地球⼤⽓1、什么是天⽓？什么是⽓候？两者的区别？天⽓：某⼀地区在某⼀瞬间或某⼀短时间内⼤⽓状态和天⽓现象的综合。
⽓候：在太阳辐射、⼤⽓环流、下垫⾯性质和⼈类活动，在长时间互相作⽤下，在某⼀短时间内⼤量天⽓过程的综合。
区别:①天⽓是短期过程，天⽓系统简单；②⽓候是长期过程，⽓候系统复杂，其中⽓候系统包括（⼤⽓圈、岩⽯圈、⽔圈、⽣物圈、冰雪圈）2、什么叫⼲洁⼤⽓？⼤⽓中除去⽔汽和悬浮在⼤⽓中的固态、液态微粒以外的整个混合⽓体。
3、关于CO2的时空变化、⽇变化、年变化和长期变化？低层嗲⽓中CO2含量随时间和空间⽽略有变化。
在时间上，①由于卢瑟植物光合作⽤对CO2消耗，在⽩天、晴天、夏季时的CO2浓度⽐⿊夜、阴天、冬季要⼩；②⼯业⾰命前⼩于⼯业⾰命后。
在空间上，⽔平⽅向：城市⼤于农村；垂直⽅向：0—20kmCO2含量⾼，20km 以上，含量逐渐减少。
CO2的⽇变化：⽩天午后最少，⽇出前后达到最⾼CO2的年变化：秋季最低，冬季最⼤CO2的⽇变化：不断增加4、⽔汽⽔汽的来源：主要来⾃江河湖海等⽔体和潮湿地表的⽔分蒸发以及植物的蒸腾，最重要的是：⽔汽是可变成分。
⽔汽时空变化：时间上，夏季多于冬季；空间上，⼀般低纬多于⾼纬，下层多于上层⽔汽特点：①⽔汽是实际⼤⽓中唯⼀能在⾃然条件下发⽣⽓、液、固三态相变的成分，在天⽓变化、⽓候形成中扮演了⼗分重要的⾓⾊。
②⽔汽还能强烈的吸收地⾯和⼤⽓长波辐射并放射长波辐射对地⾯存在保温效应，因此⼤⽓中⽔汽含量多少对地⾯和⼤⽓的温度情况有着重要的影响③⽔汽是⾃然界潜热最⼤的物质。
5、⼤⽓的热⼒学分层（图P16）根据温度、⼤⽓成分、电荷、随⾼度的分布特点将整个⼤⽓层划分为五层：对流层、平流层、中间层、热成层和散逸层。
对流层：低纬度温度低，⾼纬度温度⾼，因为低⾼纬度地区的地⾯受热不平均，低纬度地区的平均厚度为17—18km，⾼纬度地区的平均厚度为8—9km。
气象学知识点（修改版）
⽓象学知识点（修改版）⽓象学知识点天⽓：⼀个地⽅某⼀瞬间⼤⽓状态和⼤⽓现象的综合称为天⽓。
天⽓学：研究天⽓的变化规律并预测预报未来天⽓变化的学科称为天⽓学。
⽓候：某地长时期内⼤量天⽓过程的综合（季以上）。
不仅包括该地多年平均天⽓状况，也包括偶发的极端天⽓状况。
研究⽓候的特征、分布、变化、形成及其与⼈类活动相互关系的学科（⽓候系统各成员之间、⼈与⽓候之间）。
⽓候是长期天⽓状况的综合，但不是天⽓状况的简单平均天⽓过程——短期过程。
天⽓特征——瞬息万变的不稳定特性。
⽓候过程——长期天⽓过程。
⽓候特征——相对稳定特性。
⽓候虽具⼀定稳定性，但仍有变化天⽓：变化快，周期短。
⽓候：变化慢，周期长。
⽓象学和⽓候学在⽣产⽣活中有何⽤途？1.天⽓预报；防寒防暑等。
2.灾害预警；例如厦门台风预警。
3.提供旅游资源；例如云海。
4.军事战争；例如诺曼底登陆,草船借箭.....⽓象学和⽓候学与林业有什么关系？1.森林健康：⼲旱与树⽊死亡；2.林⽊⽣长限制因⼦⼤多是⽓候因⼦；3.植物⼩⽓候原理---城市⾏道树等；4.森林对⽓候的影响：调节⽓候、净化空⽓、固碳释氧....古代⽓象：从⼈类有⽂字记载开始——17世纪末。
以原始的⾁眼观测、简单的⼿⼯器械测定和不完整的甚⾄带有神秘⾊彩的⽂字记载为主。
⼤⽓的组成：⼲洁⼤⽓、⽔汽、⽓溶胶除去⽔分和⽓溶胶以外的纯净⼤⽓，称为⼲洁⼤⽓。
按照浓度分类主要成分：N2, O2, Ar,CO2，浓度>300ppmv微量成分：如CH4，浓度在1～20ppmv之间痕量成分：O3,H2,氮氧化合物，硫化合物及氟氯烃类化合物，浓度<1ppmv按照平均停留时间分类基本不变成分：N2, O2, Ar及Ne, Kr等惰性⽓体。
可变成分：平均寿命为⼏年到⼗⼏年，⽐例随时间、地点变化。
有CO2, CH4, H2, N2O 等。
变化很快的⽓体成分:如碳、硫、氮等的化合物。
臭氧臭氧的时空分布规律空间变化特点：10km以下含量很少，20-25km（平流层）浓度最⼤，成为臭氧层时间变化特点：春季最⼤，夏季最⼩臭氧的作⽤：1.能强烈地吸收太阳辐射中的紫外线2.对⼈和地球上的⽣态系统起到了屏障和保护作⽤3.对⾼层⼤⽓有“加热”作⽤，使10km⾄50km⾼度的⽓层温度增⾼⽓候变暖原因：1、⼆氧化碳排放（化⽯燃料燃烧、森林破坏）；2、甲烷（沼⽓、⽯油等）温室效应是⼆氧化碳的25倍；3、畜牧业（⽜的反刍和打嗝排放甲烷）；4、氟氯烃类物质破坏臭氧层。
微气象学基础_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
微气象学基础_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.城市上空逆温的存在能加快城市的污染物扩散程度。
参考答案:错误2.对叶片直立型的作物，其冠层最低温度出现的高度会随植被高度和密度的增加相应抬升。
参考答案:正确3.典型晴天条件下，通常近地层低层的风速在白天风速（）于夜间。
参考答案:大##%_YZPRLFH_%##高4.典型晴天里，裸地下垫面上空气温度随距地高度的升高而迅速递减的温度铅直分布型称为（）。
参考答案:日射型5.确定土表热通量的方法可以归纳总结有（）等参考答案:经验统计方法_谐波法_组合法_拉依哈特曼-采金台站规范法6.在垂直方向上，城市近地层可以划分为惯性子层和粗糙子层，处于粗糙子层内。
参考答案:城市冠层7.土壤热通量传递快慢主要取决于。
参考答案:导热率8.下面对土壤温度变化的影响说法正确的有（）参考答案:农田翻耕和锄草松土后，能提高土壤温度。
_潮湿的土壤温度升降和缓。
_粗质的土壤，其温度年日振幅小，温度波影响深度深。
9.下面关于土壤温度变化规律哪一个是错误的（）。
参考答案:土壤的恒温层深度与导温率的平方根成反比10.通常用植株的（）来代表植物的体温。
参考答案:叶片温度##%_YZPRLFH_%##叶温11.土壤温度随深度的变化呈线性分布变化的规律。
参考答案:错误12.近地层中比湿随高度升高而递减的这种分布类型称为（）分布。
参考答案:湿型13.大气层结愈不稳定，垂直和水平风向脉动角均会愈大。
参考答案:正确14.近地层高层（大于50米）与低层的风速日变化反相。
参考答案:正确15.在中性层结条件下或者高度较低（如3米以下）时，层结作用很弱，风廓线用对数模式可很好地描述。
参考答案:正确16.近地层中，空气绝对湿度的日变化通常与气温日变化相反。
参考答案:错误17.绝对湿度的日变化主要决定于地面的湿润状况和湍流交换条件，日变化类型有单峰型、双峰型及多峰型。
参考答案:正确18.大气层结愈不稳定，湍流交换愈强烈，温度脉动也就愈大。
城市气象学
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城市供水量--城市化进程的加快带动了行业发 展
(2)城市中水分收入项
• 多数学者研究证明城市及其下风向降水量P一般比 郊区多，大约多5-15%。 • 城市中由于工业生产和居民生活需要燃烧大量的 化石燃料要向空中释放大量的水汽F。
• 城市的管道输水量I也较郊区大得多。
• 所以，城市水分收入项比郊区大。
七、城市雨岛 • 雨岛效应，城市尤其是城市下风向有 降水增多的现象，这种效应被称之为 “雨岛效应”。
随着城市化的发展,城市规模不断扩大,人口 不断增长,人类活动加剧,城市的生产活动和特殊地 面结构共同作用于大气,使大气边界层的特性发生
变化,从而使得雨岛效应加剧，城市降水量增大。
峰高量大的暴雨导致洪水机会增加,加剧了城市的
67
（3）城市下垫面的蒸散量和水分贮存量
• 二者都比郊区小。 • 城区植被面积小，建筑物和人工铺砌的道路、广 场等不透水面积远比郊区大，降水之后雨水很快 从下水道中排泄，所以下垫面的蒸发和蒸腾量都 比郊区小。 • 城市下垫面的材料多为不透水的人工材料，降水 时下渗很少，加上植被覆盖小，不能截留雨水让 根部吸水贮存，又有人工排水管道，很快流失， 因此贮存在城市下垫面的水量甚少。
南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
• 城、郊不同下垫面地表热量平衡各分量平均日变化特征分析
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南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
• 不同天气条件下城、郊热量平衡各分量的平均特征
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城市草坪水汽通量与蒸散量的变化特 征分析
• 水汽通量与热通量的变化趋势都是倒"U"型，即 白天为正，夜间为负，除3月外，其它月份的水汽 通量日变化曲线与潜热通量几乎重合，且两者曲 线远高于显热通量；全天蒸腾的时数也随日照时 数的缩短而减少，基本表现为夏季最大，春秋季 次之，冬季最小；全年中间波文比较小，冬春两 季较大。
问题4 热量收支(热点题型狂练)-2024年高考地理热点题型直击
收支类问题4热量收支（真题回顾·提分干货·热点狂练）真题统计考点分布考情分析/热点解读2024年浙江1月卷第24~25题海——气之间的热量交换温度的特征及变化都能从热量收支的角度进行分析，而温度在地理事象相互关系的分析中，处于极其重要的位置，这就决定了热量收支分析在高考试题中极高的考查频次。
高考常以区域温度统计图表、等温线图等为材料，从大气运动、海一气相互作用等角度切入命题。
2022年辽宁卷第14~16题影响气温的因素2022年福建卷第4~6题温度变化特征及其影响因素2021年北京卷第3~4题影响气温的因素…………（2024·浙江1月卷·24~25题）海—气间通过潜热（海水蒸发吸收的热量或水汽凝结释放的热量）、长波辐射等方式进行热量交换，并通过大气环流和大洋环流调节不同纬度间的水热状况。
下图为北半球夏季大气潜热释放对局地气温变化的贡献。
完成下面小题。
注：垂直方向为非等高比例1．关于大气潜热释放的纬度差异及其主要原因的说法，正确的是（）A．0°～10°潜热释放高度较高，气流辐散上升强烈B．30°～40°潜热释放数量较少，信风干燥抑制蒸发C．50°～60°潜热释放高度较低，锋面气旋抬升受限D．80°～90°潜热释放数量最少，极地东风摆动较小2．在海—气系统内部（）A．大气降水，将能量直接传递给了海洋表面B．大气辐射和运动，消耗从海洋获取的热量C．海面反射太阳辐射，增加了大气潜热释放D．海面水分蒸发凝结，促使海水产生了运动【答案】1．C 2．B【解析】1．0°-10°气流辐合上升强烈，而不是辐散，A错误；信风干燥有利于蒸发，B错误；50°-60°气温较低，锋面气旋抬升受限，因此潜热释放高度较低，C正确；极地东风风力强劲，极地东风摆动较小利于蒸发，有利于潜热释放，D错误。
显热交换与湿度潜热
把森林的空氣帶回家
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天气学原理和方法--第9章--侯淑梅--整理
第九章低纬度和高原环流系统第一节1、天气学是如何规定低纬地区的？答：低纬地区一般是指30N-30S以内的地区，其中包括热带和副热带。
天气学依据低纬地区和中纬地区的天气系统和天气过程的显著差别，将南北半球副热带高压之间所包括的地区，即赤道两侧盛行东风带的地区范围定义为热带地区，将盛行东风带与中纬度盛行西风带之间的过渡区，即副热带高压活动的地区定义为副热带地区。
P4612、为什么说热带地区的大气过程，对全球的大气过程具有重要的作用？答：热带地区约占全球面积的一半左右，其中海洋约占3／4，该地区所接受的太阳辐射能超过反射回太空的许多倍，其净收入的热量是驱动全球大气环流的重要能量来源，同时对高温洋面的水汽蒸发也是全球大气的重要水汽来源。
因此发生在热带地区的大气过程，不仅仅具有地区性的天气意义，而且对全球的大气过程具有重要的作用。
3、中、低纬度大气运动与中高纬的差别是什么？答：（1）低纬度f很小，天气尺度系统具有非地转运动特征，但行星尺度运动具有准地转运动特征。
在分析赤道（5°N～５°S）以外的低纬度行星度运动时可采用准地转近似。
（2）热带大气中水汽充沛，凝结潜热效应对垂直运动和散度场具有显著的影响。
4、在热带天气分析中，一般采用流线分析和卫星云图分析。
5、热带地区实际风与地转风的区别？答：在20°N附近以北的低纬度地区实际风与地转风的差别已不大，风与气压场己比较接近准地转平衡关系。
但是，在20°N以南的广阔热带区域中，无论是按尺度分析的结果还是按实际资料得出的分析结果都不能采用推地转近似描述风、压场的关系和系统的结构特征。
6、什么是压能风？答：在地转平衡关系中，将f用绝对涡度（f+ζ）代替，位势φ由动力位势Ф代替（Ф=φ+V2/2，Ф称为动力位势或压能，φ为位势高度）。
这种关系式可以描述热带地区的稳定运动（即定常运动），即使f很小，只要具有相对涡度，风与动力位势场的关系就可以成立。
城市热岛效应的产生原因
杨巧巧环境科学2134122115城市热岛效应的产生原因：（1），是受城市下垫面特性的影响。
城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。
（2）人工热源的影响。
工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。
（3）城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。
随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。
（4）城市中的大气污染也是一个重要原因。
城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。
这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温干岛效应与湿岛效应的产生原因城市干岛：城区由于下垫面粗糙度大（建筑群密集、高低不齐），又有热岛效应，其机械湍流和热力湍流都比郊区强，通过湍流的垂直交换，城区低层水汽向上层空气的输送量又比郊区多，这两者都导致城区近地面的水汽压小于郊区，形成“城市干岛”。
城市湿岛：到了夜晚，风速减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存留于低层空气中的水汽量少，水汽压迅速降低。
城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压乃高于郊区，出现“城市湿岛”。
混浊岛效应：它是指城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集,致使排出的污染气体和空气中的尘埃等混浊程度都大大高于周边地区,形成“混浊岛”;而尘埃等混浊物恰哈是云层中的水汽变成降雨所最需要的“凝结核”,于是产生了这样的效应:城市上空的凝结核越多,水汽就越容易在此凝结造成降水,增加了雨量。
此外,由于市区建筑物集中、高大,使风速在此大为减弱,强雨带等天气系统在市区上空停留的时间就相对比空旷的郊区更长,也会使总降水量增多。
城市环境气象学 城市辐射收支平衡
城市中大气逆辐射虽比郊区大，但地面长波辐射QL↑ 城市大于郊区，因此在长波辐射收支上，城、郊的差别 亦不大。
总体说,城市地面吸收的太阳净辐射与乡村差别不大。
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城市的能量平衡和水分平衡
✓ 工业生产 ✓ 家庭炉灶 ✓ 空调制冷 ✓ 机动车排放 ✓ 冬季取暖等
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城市人为热排放分类研究及其对气 温的影响
摘 要：利用上海市近５０ａ各区县月均温数据，分析城市 中人为热排放。绘制人为热排放流程图，并将城市人为热源 进行分类，分析所有可能成为人为热排放源的设施以便定性 及控制研究。分别计算燃油排热和燃煤排热以估算上海市人 为热排放总量，统计上海市区和郊区的年均温及年均温差随 时间变化及其与人为热排放之间的关系，发现两者之间有很 好的相关性；最后就上海市夏季空调使用排热对上海市温度 影响进行了定性研究，发现空调排热与地面温度反演有着非 常良好的一致性。
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地气显热交换特征
下垫面对城市热量平衡的影响
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总的情况来看，在中纬度城市中，所吸收 的净辐射中平均有44%用于地气显热交换， 29%用于蒸散向大气输送潜热，其余27% 贮存在下垫面内部。
而且，市区的鲍因比变化范围最大。 城市的热收入远高于乡村。
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思考题
城市热量平衡方程及参数意义？ 人为热的主要来源？ 人为热的时间变化和空间变化特征？ 城市贮热量的特征？ 地-气系统的显热交换和潜热交换特征？
思考题
• 城市热量平衡方程及参数意义？ • 人为热的主要来源？ • 人为热的时间变化和空间变化特征？ • 城市贮热量的特征？
海气之间热量交换的主要方式
海气之间热量交换的主要方式海气之间的热量交换是地球气候系统一个重要的特性，其中，气温，海温和极性由热量在大气和海洋间进行交换所控制。
这种热量交换是由许多原驱动的，其中最重要的方式是潜热输送、湍流传热和辐射换热。
本文旨在阐述以上三种主要方式，以及他们对地球气候系统的影响。
潜热输送潜热输送是一种大气和海洋之间热量交换最重要的方式，它是在大气和海洋之间的热量的横向流动。
潜热输送通过海气平流环流将热量从低纬度到高纬度。
海气平流环流由蒙特卡罗海洋、太平洋和印度洋南部构成，其中最重要的是太平洋风暴潜热输送环流，它可以将气温和海温从低纬向高纬转移。
潜热输送是海气能量平衡的主要组成部分，它的存在使得极地的陆地和海洋温差被减少，也使得地球热量的平衡和海洋环流动态得以维持。
因此，潜热输送是地球气候系统的关键环节，对保持正常的气候模式至关重要。
湍流传热湍流传热也是海气间热量交换的主要方式。
又称为海气边界层传热，是指海洋表层与大气层之间传热的途径。
它主要是海气界面上的湍流云层和海面上的浪花、泡沫、漩涡和答潮现象等所发挥的作用。
湍流传热介导了热量在海洋和大气间进行交换，比如，海洋热量能够通过湍流传热从海洋传至大气，使大气温度较高，反之亦然。
在温室效应的背景下，湍流传热的输出是增加大气温度的关键。
此外，湍流传热也控制着海洋环流的变化，影响着地球气候变化的趋势。
辐射换热辐射换热是大气和海洋之间热量交换的最重要方式之一，它主要通过太阳短波辐射进行，辐射换热也可以通过热量的折射和吸收而发生。
辐射换热是地球表面散发热量以及海洋大气层之间热量交换的主要途径，它也可以促进地球表面的温度变化。
辐射换热也对大气层的热量分布有重大影响，其中最重要的是辐射性能调节。
由于大气高层和低层之间的柱状热流的不平衡，大气层的上层和下层之间形成热力学平衡，而大气层的上层和下层热力学平衡也通过辐射换热而达到。
结论综上所述，潜热输送、湍流传热和辐射换热是大气和海洋之间热量交换的主要方式。
城市地理学典型现象
城市地理学典型现象- 城市热岛效应：由于城市人口较多，人们在生产和生活过程中会向外排出大量的废热，再加上城市柏油马路、混凝土建筑物等的比热容相对较小，因此形成的城区气温高于外围郊区的现象。
- 城市湿岛效应：某个时间段，城市空气湿度大于周围地区的现象，包括“凝露湿岛、雨天湿岛、雾天湿岛、结霜湿岛和雪天湿岛”等。
- 城市雨岛效应：由于城市内高楼林立、空气循环不畅，加之建筑物空调、汽车尾气等加重了热量排放，使城市内热空气上升，上升中遇冷凝结，促进降水形成。
此外，城市上空悬浮颗粒物多，即凝结核多也易形成局地暴雨。
- 城市混浊岛效应：由于城市大气中的污染物比郊区多，凝结核也多，低空的各类湍流又比较强，因此造成城市接受到的太阳辐射被削弱，日照时数减少，能见度小于郊区的现象。
- 城市干岛效应：城市多是钢筋水泥筑就的不透水下垫面，降落地面的水分大多经人工铺设的管道排至它处，缺乏天然地面（土壤、植被等）具有的吸收和保蓄能力。
因而城市近地面空气就难以像其它区域一样，从土壤和植被的蒸发中获得持续的水分补给，造成城市空气中湿度较低，称为“干岛效应”。
- 大湖效应：冷空气遇到大面积未结冰的水面（一般是湖泊）时，从中得到了水蒸汽和热能，然后在向风的湖岸形成降水的现象，通常是以雪的形式出现。
- 湖泊效应：由于水体巨大的比热容和水分供应，可使水库或天然湖泊附近的平均气温升高，气温日较差和年较差变小，并引起风、空气湿度和降水量等的变化，称为“湖泊效应”。
- 焚风效应：当带有水汽的暖湿气流开始翻越山坡时，会在迎风坡形成地形雨，所携带的水汽多凝结降落成雨；在背风坡随气流下沉，由于海拔变低导致气温升高，空气变得既高温又干燥，称作“焚风效应”。
- 盆地效应：在炎热的夏季，盆地由于地势低，空气密度大，稠密的大气阻挡了地面热量向高空的辐射冷却，加之周围高中间低的地势不易散热，使气温升高。
如我国新疆吐鲁番盆地有“火洲”之称，是我国夏季最高气温出现的地方。
城市气象学第九章：城市中的地-气显热交换和地-气潜热交换
计算公式
地-气系统的显热交换和潜热交换的城乡差 别
城市中大气稳定度一般比郊区小，容易发生热力湍流， 同时城市下垫面的粗糙度也比郊区大，又有利于机械湍 流的发展，因此，城市的显热总是比郊区大。 城区下垫面都是一些不透水的人工材料组成，并供蒸 发的水汽量远比郊区自然的泥土地表少，且植பைடு நூலகம்覆盖也 小，植被蒸腾的水汽量也少，因此，城市下垫面向大气 提供的潜热远小于郊区。
城市草地的小气候调节作用初步研究
晴天草地所获得的太阳辐射能量大部分用 于植被蒸腾和土壤蒸发。草地所获得的净 辐射能量约1／2用于蒸散，约13％用于显 热，约6% 向土壤深处传递；而裸地所获 得的净辐射能量约1／3用于土壤蒸发，约 2／5用于显热，约1／10向土壤深处传递。
城市“屋顶花园’’对城市气候影响 方法研究
城市“屋顶花园’’对城市气候影响 方法研究
在同一城市中．燃烧释放于大气中的水分F、管 道供水量I和径流量△r，无论屋顶绿化与否都不 会改变。降水量P和空气平流水分△A，虽然会 因屋面绿化受到一些影响，但其差别很小，可不 于考虑。然而由于绿色植物的蒸腾和潮湿土壤的 蒸发会使屋面绿化后的蒸散量大大增加，从而使 贮存于管道和建筑物中的水量△s减少，使贮存 于空气系统中的水分E增大．即屋面绿化后空气 中的绝对湿度增加。又由于绿化后其温度有所降 低，放其相对湿度增加更加明显。可见，屋面绿 化对城市原来的“干岛”有减弱作用。
水汽通量日变化曲线均与潜热通量几乎重合
城市的水分平衡及特征
城市的水分平衡及特征
城市的水分平衡方程
城市中水分收入项
城市下垫面的蒸散量和水分贮存量
城市的径流量
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（1）城市的水分平衡方程
城市气候学
城市气候学名词解释1.城市气候：在区域气候的背景下，城市化后在人类活动影响下形成的气候。
2城市气候学：以城市气候为研究对象，研究城市气候的现象、机理和改善途径的科学。
3.辐射平衡方程：见p7。
qn=qi(1-a)+ql↓-ql↑其中qi=s+d，s：太阳直接辐射d：太阳散射辐射，：a：下垫面反射率，ql↓：大气长波逆辐射（方向向下），ql↑：下垫面长波辐射（方向向上）4.城市热岛：指城市温度高于郊野温度的现象。
5.热岛强度：城市地区最高气温与郊区同期最高气温之差6.城市热岛环流：由于城市热岛效应而在城市内形成一个低压中心并指向城市的气压梯度力，在低层造成向内的辐射流场和上升气流，而在几百米的高度上，空气又以相反的方向从城市向郊外流出并下沉，形成缓慢的热岛环流。
7.屋顶上的小急流：城市建筑物下方的风速较小，而屋顶平均高度上方往往有较大的风速区域。
人为热源：人类生活生产活动和生物代谢产生的热量。
它分为：固定源、移动源和代谢。
8.绝对湿度：单位体积湿空气中含有的水汽质量，包括水汽压，比较湿度，水汽混合比和露点温度等用绝对数值表示的空气湿度。
9.城市干岛：城市空气中水分较少，绝对湿度低于附近郊区，形成一个与周边地区隔离的干岛。
完成1.人为热排放量有哪些因素决定？城市的纬度、城市规模、人口密度、人均消耗能量、城市性质以及区域气候条件。
人为热的排放具有明显的季节变化、日变化、地点变化。
2.影响地下天然气显热的因素：大气稳定性越高，显热越大；温度梯度越大，显热越大；风速越大，感热越大。
3.大气湍流扩散系数与大气稳定度、风速和风向的切变、以及下垫面的粗糙度有关4.地――气交换形式：显热（传导、辐射、对流、支流）和潜热（蒸发、凝结）城市地面空气的感热通量大于地面空气的潜热通量。
这是因为城市地区的潜热很小，蒸发、升华和蒸腾的方式很少。
5水平方向上即热岛强度的地区差异与城市规模、城市人口、城市土地规划、城市下垫面性质和几何形状及当地自然地理条件有关。
地气相互作用形式
地气相互作用形式
地气相互作用是一个复杂的过程，涉及到多个因素和物理机制。
辐射传输和能量平衡：地气相互作用首先通过辐射传输进行。
太阳辐射进入大气层，受到大气中气体的吸收、散射和反射等作用。
其中一部分能量被地表吸收，使得地表和近地面大气之间存在温度差异。
这种温度差异驱动了热量从地表向大气的传输，形成地表和大气的能量平衡。
热量交换：在地气相互作用中，除了辐射传输外，还有热量的直接交换。
当气流经过地表时，会与地表进行热量交换，这种热量交换方式包括感热交换和潜热交换。
感热交换是指气流通过与地表直接接触而获得或失去热量；潜热交换则是由于水汽在气流中凝结或蒸发过程中释放或吸收热量所引起的。
水汽和温室气体的循环：大气中的水汽和温室气体如二氧化碳、水蒸气等对地气相互作用也有重要影响。
这些气体能够吸收和重新辐射热量，从而影响地表的温度。
同时，水汽的循环（如蒸发和降水）也参与到地气相互作用中，影响地表和近地面大气的湿度和温度。
气压场和风场的影响：地气相互作用还受到气压场和风场的影响。
气压场决定了大气的运动方式和方向，从而影响地表的通风、风化和沉积等过程。
风场则通过风力作用直接
影响了地表的风化和侵蚀等过程。
化学物质的交换和循环：在地气相互作用中，化学物质的交换和循环也是一个重要方面。
这包括气体在大气和地表之间的扩散、吸附、解吸等过程。
这些化学过程不仅影响了地表的化学组成，也影响了大气的化学组成和质量。
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城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
南京夏季城市热岛时空分布特征 观测及模拟研究
城市建筑的屋顶和侧壁等能持续吸收和储存热能，提供了比 郊区更多的热量向近地层输送，且由白天储热多，日落后的城 市地表降温慢，夜间仍可以持续提供热量，因此，城市下垫面 的显热值都明显高于其它下垫面，在凌晨气温较低时城市显热 约降为零，在白天气温较高时城市显热大于郊区约一倍之多。
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
➢ 南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
➢南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
▪ 城、郊不同下垫面地表热量平衡各分量平均日变化特征分析
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地23-气潜热交换
城市中的地-气显热交换和地-气潜 热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
计算公式
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
▪ 地-气系统的显热交换和潜热交换的城乡差别
➢南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
▪ 不同天气条件下城、郊热量平衡各分量的平均特征
城市气象学第九章：城市中地-气
显热交换和地-气潜热交换
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城市草坪水汽通量与蒸散量的变化特 征分析
▪ 水汽通量与热通量的变化趋势都是倒"U"型， 即白天为正，夜间为负，除3月外，其它月 份的水汽通量日变化曲线与潜热通量几乎 重合，且两者曲线远高于显热通量；全天 蒸腾的时数也随日照时数的缩短而减少， 基本表现为夏季最大，春秋季次之，冬季 最小；全年中间波文比较小，冬春两季较 大。
✓城市中大气稳定度一般比郊区小，容易发生热力湍流， 同时城市下垫面的粗糙度也比郊区大，又有利于机械湍 流的发展，因此，城市的显热总是比郊区大。 ✓城区下垫面都是一些不透水的人工材料组成，并供蒸 发的水汽量远比郊区自然的泥土地表少，且植被覆盖也 小，植被蒸腾的水汽量也少，因此，城市下垫面向大气 提供的潜热远小于郊区。
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地5 -气潜热交换
城市地气显热交换特征
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市的地气显热交换特征
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
波文比 Bowen ratio
▪ 波文比指的是显热通量（又称感热通量）与潜热 通量的比率。反映了生态系统与大气交换能量的 形式分配情况。
城市草地的小气候调节作用初步研究
▪ 晴天草地所获得的太阳辐射能量大部分用 于植被蒸腾和土壤蒸发。草地所获得的净 辐射能量约1／2用于蒸散，约13％用于显 热，约6% 向土壤深处传递；而裸地所获得 的净辐射能量约1／3用于土壤蒸发，约 2／5用于显热，约1／10向土壤深处传递。
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市“屋顶花园’’对城市气候影响 方法研究
▪ 对热量和温度的影响
Qn QF QH QE QS QA
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
南京夏季城市热岛时空分布特征 观测及模拟研究
▪ 下垫面向空气释放潜热通量的大小主要取 决于下垫面可供蒸发的水分量的多少，植 被下垫面土壤含水量高，持水能力强，故 潜热交换强，而城市巾可供蒸发的水分很 少，因此向大气提供的潜热通量小亍郊区。 在夜间各种下垫面类型潜热均较小的情况 下，城、郊的差异还不明显，而在白天气 温高蒸发旺盛的时刻差异较显著。
▪ 显热通量/感热通量（sensible heat flux）地表 和近地表大气间通过传导和对流运动转移的能量 。
▪ 潜热通量（latent heat flux）通过水分蒸发和水 蒸气凝结进行的地表与大气间的能量交换 。
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
其
中
，
Q
：
n
地
面
净
辐
射
Q
：
F
人
为
热
QH： 下 垫 面 与 空 气 间 的 湍 流 显 热
Q
：
E
下
垫
面
与
空
气
间
的
潜
热
交
换
Q
：
S
下
垫
面
内
部
贮
热Hale Waihona Puke 量的变化
Q
：
A
热
平
流
量
的
变
化
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
城市“屋顶花园’’对城市气候影响 方法研究
▪ 在同一个城市，人为热QF和热平流量QA， 无论屋顶是否绿化都可以作为同值处理。 绿色屋顶面的净辐射热量Qn远小于未绿化 的屋顶面，同时．绿色屋顶面因植物的蒸 腾和潮湿下垫面的蒸发作用消耗的潜热QE 明显比未绿化的屋面大。从而使绿化屋顶 空气获得的热量少．热效应降低，破坏或 减弱了城市的“热岛”效应。
城市气象学第九章：城市中地-气 显热交换和地-气潜热交换
南京夏季城市热岛时空分布特征 观测及模拟研究
模拟结果表明，夏季晴好天气下，南京地区昼夜均在边界层 内形成热岛。午后14时，城市显热达到350W/m2以上，是郊区的 2倍；此时城市土壤热通量为200W/m2，是郊区的4倍；城市下垫 面大量储热，提供了热岛形成的热量基础。同时，城区湍能在 200-700m达到高值1.2m2/s2，是郊区的2倍，白天强湍流运动促 进了城市边界层发展及700m以下热岛的形成，与夜间相比，热 岛向高空延伸更高。夜间02时，城、郊显热均明显降低，此吋城 市土壤热通量约30-35W/m2，是郊区的2倍，城市积蓄的热量持 续输出，维持夜间近地面较高的热岛强度；与白天相比，夜间城 市大气相对稳定，热岛在近地面分布范围更广且强度更大，热岛 发展高度较低为100m城。市显气热象交学换第和九地章-气：潜城热市交中换地-气