1城市与建筑物理环境(城市气候)

本课程的主要学习内容
1 城市环境绪论 2 城市气候 3 城市与建筑热环境 4 城市与建筑热环境设计 5 城市光、声、风、电磁环境 6 城市与建筑环境模拟与可视化
《城市与建筑物理环境》绪论 城市与建筑物理环境》
• 物理环境品质是规划、设计室内外空间环境功能的基本要求 • 物理环境设计是城市规划与建筑功能设计的技术支撑 • 需要考察人类活动对物理环境的影响因子，并分析城市区域 与室内物理环境品质的联系 • 介绍通过规划设计手段改善城市物理环境的策略和方法 • 涉及以下方面的问题： 城市气候、城市空气／热／光／声／风／电磁辐射／水环境
城市空气环境
浓度日变化：只在白天出现, 以中午附近为最浓。
城市空气环境
城市大气污染的类型及其日、年变化 英国伦敦型（煤炭型） 大气污染源：以煤炭类为主（烟尘、SO2、CO等） 烟尘浓度年变化：冬季最高, 春秋次之, 夏季最小。 日变化 ：早晨8时左右 最大
城市空气环境
烟尘浓度日变化 ：早晨8时左右 最大
城市的降水与水分平衡
3.城市径流量比郊区大, 峰值出现时间早。
径 流 量
城市
郊区
降雨后城市与郊区径流曲线的图式
城市空气环境
大气污染(Air pollution) 城市消耗大量燃料 ► 释放有害气体和粉尘
绫里（日本）
二氧化碳浓度(ppm) 二氧化碳浓度(ppm)
马屋纳洛亚(夏威夷)
二氧化碳浓度的逐年变化
城市空气环境
污染物悬浮、臭氧层空洞
城市上空空气层对污染物扩散的影响
城市空气环境
酸雨（Acid rain） 大气中的硫酸和硝酸，通过降水形成酸雨。
酸性 酸雨 苹果汁 柠檬汁 番茄汁 海水 石灰 血液 水泥 碱性
橙汁 面包发酵粉 牛奶
氨水
盐酸
食醋
苏打
各种物品的pH值对比
城市空气环境
酸雨的危害
土壤贫瘠，森林生长减慢，抑制微生物生活，刺激人的眼喉，腐蚀建筑
在无气候政策出台的情况下，全球温室气体排放量和地表升温
全球温暖化
出处:IPCC(政府间气候变化委员会)第四次评估报告) 出处:IPCC(政府间气候变化委员会)第四次评估报告) :IPCC(政府间气候变化委员会
IPCC第四次评估报告指出:
从18世纪后半期开始，全球平均温度急剧升高 原因是，大量使用煤炭、石油等化石燃料后排放CO2 （温室效应） 预估，每十年大约升高0.2 ℃（最少0.1 ℃ ，最多0.6 ℃ ）
城市与建筑物理环境
城市气候、城市空气／热／光／声／风／电磁辐射／水环境
城市物理环境
城市环境问题
城市物理环境： 热、光、声、电磁辐射、空气和水环境
建筑-城市建筑-城市-地球环境的关系
地球环境
城市环境
形成城市气候
建筑外环境
城市构成的基本单位 影响室内气候
室内环境
建筑与自然环境资源的关系
－10～0℃ ～ ℃
全 球 平 均 温 度 上 升 幅 度 （ ℃ ）
700 1000 1500 1800 1900 2000 2100
城市空气环境
光化学污染(Smog)
太阳辐射 风 速 梯 度
风
扩 散 稀 释
光化学 污染
城市大气污染的扩散
城市空气环境
光化学污染的特征 美国城市型（石油型） 大气污染源：汽车等交通工具 污染物：汽车尾气排出的一次污染物(NOX、HXCX、 CO)和铅尘等的二次污染物。 浓度年变化：夏、秋(5月～9月)最浓, 冬季最淡 日变化：只在白天出现, 以中午附近为最浓。 夜晚无日照, 因而没有污染现象。 （尾气排放量峰值出现在早上和傍晚）
城市空气环境
1952年伦敦大雾持续期间的死亡人数与大气污染（SO2）的关系
死亡人数 （ppm） SO2含量（ 每日死亡人数
SO2排放量
城市空气环境
大气稳定度（Atmospheric stability） 表示空气是否安于原在的层次，是否易于发生垂直 运动，即是否易于发生对流的量度。 假定有一微团空气受到对流冲击力的作用产生上下 移动后, 如果该空气微团减速, 并有返回原来高度的趋 势，这时的气层对于该空气微团而言是稳定的； 如果空气微团一离开原位后，就逐渐加速运动, 并有 远离起始高度的趋势，这时的气层对于该空气微团而 言是不稳定的; 如果空气微团被推到某一高度后, 既不加速也不减速, 而是随遇而安，这时的层，对于该空气微团而言, 它的 稳定度是中性的。
被酸雨危害的森林、雕像、石桥、香港人群
城市空气环境
我国的酸雨分布 我国西南严重，较集中在贵州、重庆、四川盆地
我国的酸雨分布图
习题
对自己熟悉城市的近年环境变化，概述 人类活动对自然环境的影响，并列举实例说 明该城市的城市物理环境在哪些方面发生了 变化。
城市的降水与水分平衡
2.城市下垫面蒸散量和水分贮存量＜郊区 原因：人工铺装；植被覆盖率低；不透水面积大； 降雨后雨水滞留地面时间短。
根据在美国东北部一个小流域的观测研究估算: 当流域面积的25%为不透水区时, 其年蒸腾量要减少19%; 若不透水面积增加到50%, 年蒸腾量减少38%; 不透水面积增大到75%时, 则年蒸腾量减少59%
城市的大气分层
城市热岛环流
热岛现象引起的大气环流
在晴朗的夜间城市热岛环流模式
城市气候所波及的范围
城市的降水与水分平衡
1.城市水分收入项＞郊区 一般比郊区多5%～15%。 原因有三： ①城市热岛效应 ► 不稳定空气层 ► 形成对流云 ②城市阻滞效应 ► 形成湍流 ► 城区滞留时间长 ③城市凝结核效应 ► 提供大量降水的凝结核
《城市与建筑物理环境》 城市与建筑物理环境》
广西大学 土木建筑工程学院 建筑规划系
何 江
2008年广西人才小高地申报
2011年12月6日
《城市与建筑物理环境》 城市与建筑物理环境》
【课程内容与目的】 课程内容与目的】 本课程主要介绍城市与建筑物理环境的基础知识， 分析城市区域与室内物理环境内容、节约资源和能源 的关系；阐述通过规划设计手段改善城市物理环境的 方法，力图启发学生将物理环境设计要求融入城市规 划设计中。 【学习任务】 学习任务】 学习综合地运用工程技术的手段，改造城市的物 理环境中的不利因素，在城市规划和建筑设计中，创 造低环境负荷、舒适宜居的城市环境。
城市环境污染
大量耗能＝污染环境
城市气候的特点
城区比郊区雾多 大气污染 ► 颗粒物质 ► 凝结核 + 建筑物群 ► 粗糙度 ► 减低风速 + 城市热岛环流 ► 上升凝结成雾机率增大 城市大雾引起的问题 阻碍交通、停航、增加交通事故 阻滞污染物稀释与扩散 ► 加重大气污染 减弱太阳辐射 ► 影响人类等生物的生活
城市气候的特点
城区大气透明度（能见度）低 大气污染 ► 颗粒物质 ► 凝结核 云量比郊区多 ► 太阳辐射减少15～20% 雾日比郊区多1～2倍，有时甚至4倍 日照时数减少 （减少最多的是广州、西安、北京、上海… 南宁为第八位）
城市气候
奥克（ Oke）将城市的大气划分为以下几层： 城市边界层（Urban boundary layer）、 城市覆盖层（Urban canopy layer）、 城市热羽（羽尾）层。
天
20－28℃ － ℃
5700 ℃
－5～35℃ ～ ℃
－5～35℃ ～ ℃
地
水
10～15℃ ～ ℃
0～30℃ ～ ℃
城市气候
城市气候
城市气候： 城市气候 由于城市化形成一种与城市周围不同的局地气候。 城市气候的特点： 城市气候的特点 • • • • • 城市环境污染 城市的雾多于郊区 城市绝对湿度的日振幅比郊区大 城市热岛效应、热岛环流 城市云量比郊区多，城市中下风方向降水量多
城市空气环境
温室效应（Greenhouse effect）
主流学说： 温室效应由CO2 等温室 气体的增温效果引起 某种学说： CO2 并非是“罪魁祸首” 只是起到热载体的作用
温室气体产生温室效应示意图
城市空气环境
温室气体（Greenhouse gas）
CO2 (二氧化碳)，CH4 (甲烷)，N2O (氧化亚氮)， HFCs(氢氟碳化物)，PFCs(全氟碳化物)，SF6(全氟碳化物)
பைடு நூலகம்
城市空气环境
大气状态（Atmospheric condition） ▪每隔100m高度气温降低很快, 空气层处于不稳定状态。 ▪每隔100m高度气温降低很少, 甚至随高度而递增, 称 为“逆温”, 空气层处于稳定状态。 ▪每隔100m高度刚好是减低1℃, 空气层的稳定度处于 中性状态。 大气稳定度影响污染物的扩散 ▪大气不稳定时, 湍流、对流强烈, 污染物容易扩散。 ▪大气稳定时, 湍流受到抑制, 污染物不易扩散稀释。 ▪有逆温层出现时, 风力微弱, 使烟尘聚集地表。