城市边界层气象 第2章 城市辐射特征汇总
城市气候学
前言近几个世纪以来，全球人口急剧膨胀，而且有越来越向城市集中的趋势。
在城市中道路和建筑物鳞次栉比，参差不齐，形成了特殊性质的下垫面；工商业和交通运输频繁，是大气污染物的源地，在一定程度上改变了大气的组成成分；再加上城市中居民的生产和生活活动大量消耗能源，产生越来越多的人为热、温室气体和人为水汽进入大气。
因此，人类活动对气候的影响在城市中表现得最为突出，可以说城市是研究人类活动与气候关系的理想实验室。
所以，研究城市气候非常有实际意义，它一方面在论证人类活动与气候变化的关系上有着重要的理论意义，另一方面在城市气候预报、城市规划、城市建筑物设计、环境保护、能源使用、居民保健、城市灾害防御和生态平衡的改善上都有着非常重要的应用价值。
第一章绪论第一节城市气候学的定义、研究对象和任务一、什么是城市气候1、城市气候：是在区域气候背景之上，经城市化后，在城市这一特殊的下垫面和人类活动的影响之下形成的一种局地气候。
2、城市化地区的特点⑴它是非农业人口高度密集的区域据统计世界人口密度平均为每平方公里28人，而城市人口每平方公里却有数百人乃至数万人。
⑵它是高强度的经济活动区城市交通发达，工业生产、商品流通和消费水平很高，使得生产资料、生活资料和能源使用都高度集中，高速运转，是人类高强度经济活动的所在，使城市环境发生了巨大的改变。
⑶它具有特殊的下垫面坚硬密实、干燥不透水城市中人工建筑物、构筑物高度集中，以坚硬密实、干燥而不透水的建筑材料代替了原来疏松和植物覆盖的土壤或空旷的荒地。
道路纵横交错，建筑物参差不齐，使城市的轮廓忽升忽降。
这种“人为的立体下垫面”无论在物质构成上还是几何形状上都与郊区大不相同。
下垫面是气候形成的重要因素，它与空气间存在着复杂的物质交换和能量交换，又是下层空气运动的边界面。
它对空气的温度、湿度、风速、风向等都有很大的影响，这是导致城市气候与郊区不同的重要原因之一。
同时城市用地由于使用目的不同，又可分为不同的类型，各种用地的功能不同，其下垫面性质也相应地有很大差异，这是造成城市内部气候区域差异的主要原因之一。
第2章--辐射
a ＜1，且吸收率不
随波长而改变。
白体：对所有波长的入射辐射的r＝1。现实中，白体
也不存在，如表面磨光的铜反射率r＝0.97，被视为
白体。
6
2.1
辐射的基本知识
透热体：对入射辐射的t=1。固体和液体一般是不透
热的。气体对热辐射几乎没有反射能力，在一般温度 下的单原子和对称双原子气体可视为透热体，多原子 气体在特定波长范围内具有相当大的吸收能力。影响 固体表面的吸收和反射性质的，主要是表面状况和颜
此定律可解释下列现象：
晴天的中午天空呈现蔚蓝色？ 日出、日落前太阳的颜色呈红色？ 高山上的植株相对矮小？
26
2.2
太阳辐射
粗粒散射（漫射）
当散射质点的直径大于入射光波长时，散射不具有
选择性，不同波长的辐射同等程度的被散射。
此定律可解释下列现象：
阴雨天气天空呈现乳白色？ 空气污染严重时，天空呈灰白色的？
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2.2
太阳辐射
反射作用
大气对太阳辐射的反射作用主要是云层的反射，平均
反射率为50%左右
太阳辐射100%
太阳辐射在大气中减弱
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2.2
太阳辐射
大气量（m）
减弱因素
常用太阳光线通过大气的实际射程与大气垂直厚度 的比表示 。当h=90 °时，即 m=1，且当太阳高度 角为h时，m=1/sinh 当h＞60°时，准确度可达0.01; 当h＜30°时，误差较大。
散射辐射波谱
随着h增大，波长较长的红外线和红橙光递减，波长
较短的紫外线递增，可见光变化不大
结论：波长越长，其在大气中的透射率越大；
波长越短，其在大气中的透射率越小。
边界层气象学课件：02边界层平均特征2014
分子粘性力》湍流切应力 粘性副层
2. 虚位温
温度T、虚温Tv、位温θ 、虚位温θv的定义
Tv (1 0.608q)T ：与湿空气具有相同气压和密度的干空气的温度
T
p00 p
T
R
p00 p
cp
：把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气 压时应有的温度
κ
v＝Tv
1000 p
：把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气 压时应有的虚温
混合层
对流源来自两个方面：一个是地面热量输送；另 一个是云层顶辐射冷却。前者使地面暖空气上升， 而后者使云顶冷空气下沉。两者可以同时出现， 特别是当顶部有冷层积云的混合层移过暖地面时， 便可同时出现上升或下沉气流。
混合层平均廓线
地转风
剩余层
稳定边界层以上仍保留相当厚度的白天混合层 中层的等虚位温分布，称为剩余层。由图可见， 入夜后，地面净辐射转变为负值，下垫表面冷 却，导致大气边界层从下往上降温 。剩余层为 中性层结。
扩 散 形 态
三、大气边界层内的流动形式
一般地，边界层内气流的流动形式有三种：平均场、湍流场、 波动场。实际上，后两者是叠加在平均场上的。
u u u u
平均风：有明显的日变化，风速和风向及其相关边界层属 性具有明显的垂直梯度。一般量级：水平风为米的量级， 垂直风为毫米的量级
湍流：大气边界层的运动形态，剪切和不稳定特性等，湍 流对大气边界层的发展和演变有关键作用。
边界层的重要性
■人们一生大部分时间是在边界层中度过的； ■天气预报是预 报的边界层内的气象因子； ■整个大气层基本能源是太阳辐射， 太阳辐射大部分被地面吸收，剩余部分由边界层过程输送给大 气； ■云核是通过边界层过程从地面传播到大气中的。 ■雷暴 和飓风的发展是靠边界层湿空气的流入。 ■大约有50％的大气 动能被耗散在边界层中。 ■湍流和阵风在结构设计中影响建筑 风格。 ■风力涡轮机要从边界层风场中提取能量。 ■海面上的 风切变是海洋的主要能量。 ■边界层中的湍流输送和平流使水 分和氧气来回流动，维持植物之类的生命形态。。。。
第2章电磁辐射与地物光谱特征(3)要点
1
2
地球辐射的分段特性 波段名称 可见光与近红 外 0.3-2.5μm 地表反射太阳 辐射为主 中红外 远红外
波长 辐射特性
2.5-6 μm 地表反射太阳 辐射和自身热 辐射
>6 μm 地表物体自身 热辐射为主
3
2.3.2、地表自身热辐射
根据黑体辐射规律及基尔霍夫定律知
M=ε M0 式中, ε为物体的比辐射率或发射率； M为实际物体辐射出射度； M0为黑体辐射出射度； 此公式中的变量都与地表温度T和波长λ有关，因此又 可写为： M（ λ ，T）=ε （ λ ，T） M0 （ λ ，T） T指地表温度，存在日变化和年变化，当温度一定时， 4 物体的比辐射率随波长变化。
2.3.3、地物反射波谱特征
（2）物体的反射 物体的反射状况分为三种：镜面反射、漫反射和实际物体的反射 镜面反射：是指物体的反射满足反射定律。入射波和反射波在同 一平面内，入射角与反射角相等。
漫反射：是指不论入射方向如何，虽然反射率ρ与镜面反射一样， 但反射方向却是“四面八方”。
对于漫反射面，当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面， 其反射亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面。 7
" Lr (rr ) ' ( , ) cos I ( ) (rr ) ID i i r r i i i i
8
2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.3、地物反射波谱特征
（3）反射波谱：研究地物反射率随波长的变化规律 地物反射曲线的形态相差很大，表明反射率随波长变化的规律 不同
2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.2、地表自身热辐射
1、地表自身的热辐射与温度和波长有关。 2、温度一定时，物体的比辐射率随波长变化。 3、发射波谱曲线：比辐射率（发射率）随波长的变化规律， 表示这种变化的曲线称物体的发射波谱曲线。 4、岩浆岩的比辐射率，可以反映岩石中SiO2含量的减少。
大气层中的边界层与城市气候效应
大气层中的边界层与城市气候效应大气是地球上最外层的气体环境，也是维持生命存在的重要条件之一。
大气层分为几个不同的层次，其中最接近地球表面的一层称为边界层。
边界层是大气与地球表面的相互作用区域，对于城市气候效应产生着重要影响。
本文将探讨大气层中的边界层与城市气候效应之间的关系。
一、大气边界层的定义与特征大气边界层是大气与地面之间的交界层，其厚度通常为1000米到3000米之间。
边界层内的气流运动受到地面摩擦力的影响，表现出较为复杂的现象。
边界层内的风速逐渐减小，温度逐渐上升，湿度逐渐下降。
此外，边界层还存在着较为强烈的湍流运动，这种湍流运动具有扩散、混合以及垂直上升和下沉的特点。
二、城市气候效应对边界层的影响城市作为人类活动集聚的地方，其特殊的建筑、道路和人造物体对边界层的运动产生了直接影响。
城市气候效应指的是城市与其周围地区相比，气象要素发生的差异和变化。
下面将分别以温度、风速和湿度等因素来探讨城市气候效应对边界层的影响。
1. 温度影响城市地表由于建筑、道路、水泥等人为结构的影响，使得城市表面的辐射热吸收和释放增加。
因此，城市边界层内的温度比周围地区要高。
高楼大厦和狭窄的街道使得日间的辐射热被束缚在城市内部，形成了热岛效应。
夏季热岛效应尤为显著，使得城市内部比边界层外的地区温度高出数度。
2. 风速影响城市中的高层建筑和大量的人造结构会阻挡风流，使得城市边界层内的风速较边界层外低。
高层建筑产生了阻风效应，导致城市中的空气湍流减弱，风速减小。
这种风速差异导致城市边界层内的污染物扩散速度减慢，容易造成空气污染。
3. 湿度影响城市中广泛使用的人工制造物体如水泥、沥青等不具备自然的水汽蒸发能力，使得城市边界层内的湿度明显低于边界层外的地区。
城市内的水分蒸发能力降低，导致湿度相对较低。
另外，城市中大规模的混凝土建筑会使得蒸发率减小，降水量减少。
三、城市规划与边界层调控针对城市气候效应对边界层的影响，城市规划和设计应该充分考虑边界层特性以及环境保护的原则，实施合理的调控措施。
城市辐射知识点总结
城市辐射知识点总结随着城市化进程的加速，城市辐射作为一个重要的城市地理概念，在城市规划、环境治理、社会经济发展等领域扮演着重要的角色。
城市辐射是指城市对周边地区和全球的影响力和辐射能力。
城市辐射具有多方面的特征和影响机制，包括城市人口、经济、文化、科技等对周边地区和全球的影响。
本文将从城市辐射的概念、特征、影响机制和发展趋势等方面进行总结和分析。
一、城市辐射的概念城市辐射是指城市对周边地区和全球的影响力和辐射能力。
在城市化进程中，随着城市的发展壮大，城市对周边地区和全球的影响也日益显著。
城市辐射包括城市对周边地区的辐射，城市对全球的辐射和城市之间的辐射等方面。
城市辐射是城市地理学研究的一个重要课题，对于城市的发展和规划具有重要的指导意义。
二、城市辐射的特征1. 多元化：城市辐射具有多方面的特征，包括人口、经济、文化、科技等方面的辐射。
城市的多元化特征使得城市辐射的影响力更为广泛和深刻。
2. 空间扩散：城市辐射不仅限于城市本身，还包括城市周边地区和全球范围内的辐射。
城市的空间扩散特征使得城市辐射的影响面更加广阔。
3. 线性累积：随着城市的发展和壮大，城市辐射的影响力将会不断积累和扩展。
城市的线性累积特征表明城市辐射的影响会随着时间的推移而不断增强。
4. 跨时空性：城市辐射的影响既具有时间性，也具有空间性。
城市辐射的跨时空性特征使得城市的影响力能够跨越不同时段和地域范围。
5. 形态多样：不同的城市在辐射能力上具有不同的形态特征，包括大都市、新兴城市、中小城市等不同类型城市的辐射形态各异。
三、城市辐射的影响机制1. 人口辐射：城市的人口数量及结构对周边地区和全球的影响十分显著。
城市的人口流动、迁徙、生育和就业等行为将对周边地区和全球产生重要的影响。
2. 经济辐射：城市的经济规模、产业结构、市场需求及金融资本等对周边地区和全球经济发展具有重要的影响。
城市的经济辐射对全球化和区域发展产生深远的影响。
3. 文化辐射：城市的文化传播、创意产业、娱乐消费和生活方式等对周边地区和全球的文化发展产生重要的影响。
新教材高中地理第二章区域发展第一节大都市的辐射功能__以我国上海为例课件湘教版选择性必修第二册
续表
因素
影响
表现
经济发展水平
经济发展水平越高的地区，区域之间的经济关联程度越高，产业、资金、信息、人口、交通等经济要素的流动与联系越密切
经济发展水平越高的地区，交通运输网络越发达，信息交流越密切、人口流动越频繁、产业互动越高效，城市的辐射功能越强
（1） 说明上海对苏州、无锡等城市GDP增长的作用。
[答案] 上海将原有的部分工业转移到苏州、无锡等城市，带动苏州、无锡等城市产业的发展，具有强大的辐射带动功能，促进城市GDP增长。
（2） 与南京城市圈相比，苏锡常城市圈最主要的有利区位条件是什么？
[答案] 距离上海更近，与上海交通网、信息网、关系网等联系更密切，受上海辐射作用更大。
[答案] 位于我国海岸线中点，长江黄金水道入海口，交通便捷；经济发达，腹地广阔；以上海为依托。
（2） 简述嘉定成为我国重要的汽车生产基地的优势条件。
[答案] 产业基础雄厚；产业集群效应明显；市场广阔；水陆交通便捷；F1赛事对汽车产业的带动作用；劳动力丰富而且素质较高。
（3） 请指出图中哪三处最有可能成为上海市保税物流中心，并说明理由。
[答案] 外高桥、浦东国际机场、洋山港。原因：外高桥集聚了大量高新技术产业和出口加工产业，国际贸易发达；浦东国际机场和洋山港交通便捷，对外联系密切。
探究活动二 大都市的辐射功能
第二章电磁辐射与地物光谱特征
第二章电磁辐射与地物光谱特征第二章电磁辐射与地物光谱特征02107021 张波一、名词解释：1 遥感：在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术。
2、后向散射：在两个均匀介质的分界面上，当电磁波从一个介质中入射时，会在分界面上产生散射，这种散射叫做表面散射。
在表面散射中，散射面的粗糙度是非常重要的，所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量来衡量。
通常散射截面积是入射方向与散射方向的函数，而在合成孔径雷达及散射计等遥感器中，所观测的散射波的方向是入射方向，这个方向上的散射就称作后向散射3、电磁波：当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。
4电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
5绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体6、瑞利散射：当大气中的粒子的直径比波长小得多时发生的散射。
这种散射主要由大气中的原子和分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起的。
7灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。
8、绝对温度：按热力学温标度量的温度。
单位为开[尔文]，符号“K”。
9、辐射温度：如果实际物体的总辐射出射度（包括全部波长）与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等，则黑体的温度称为该物体的辐射温度。
10、光辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射通量，E=，单位：。
S为面积。
11大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。
12发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
13、米氏散射：当大气中的粒子的直径与辐射的波长相当时发生散射。
这种散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴以及气溶胶等引起的。
14、地球辐射：地球及地球大气系统所发射的辐射。
15反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
16光谱反射特性曲线：反射波普曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
边界层气象学教程
边界层气象学教程边界层气象学是研究大气中近地面层分布与变化的学科。
它不仅对于气象学研究具有重要意义，而且对于污染物扩散预测、环境保护等方面也有着广泛的应用。
下面就让我们来了解一下边界层气象学的基础知识。
一、边界层气象学的基本概念边界层气象学是指研究大气中近地面层上升下沉运动、温度、湿度、风速、风向等的变化规律和特征的学科。
二、边界层的形成和特征边界层是指大气中接近地面的一层空气，其厚度一般为数百米到数千米。
边界层对气象要素有明显的影响，如溶质扩散、光学传输、人体健康等。
三、边界层的分层结构边界层的分层结构可以分为三层，即表层、中层和底层。
其中表层的高度约为地表摩擦层，中层高度在数百到数千米之间，底层高度则由地形、时间、季节等因素决定。
四、边界层的物理过程边界层的物理过程包括热力过程和动力过程。
热力过程包括辐射传热、湍流传热、热传输等，动力过程包括地表摩擦力、气旋运动、惯性力等。
五、边界层的观测和模拟方法边界层的观测方法主要有风廓线雷达、气象探空等。
模拟方法主要包括数值模拟、解析模拟等。
这些方法可以提供边界层物理过程的详细信息，为边界层预报和研究提供了支持。
六、边界层的预报和应用边界层在气象、环境、能源等领域中具有广泛的应用前景。
边界层的预报可以用来预测城市污染物扩散、风力发电等。
此外，边界层研究还与农业、航空、海洋等领域有关。
总结：边界层气象学研究大气中近地面层分布与变化的学科，对气象、环境保护等领域具有广泛的应用。
了解边界层形成和特征、分层结构、物理过程、观测和模拟方法以及预报和应用等方面，有助于我们更深入地了解其重要性。
中图版高中地理选择性必修2第2章第1节上海大都市的辐射功能课件
心；上海科技发达，可以定位为科技创新中心；制造业在生
课堂 | 关键能力 ·探究提升
大城市的集聚与辐射作用
• 【情境探究】
点轴渐进扩散是经济空间开发 的一种重要方式，“点”是指区域 中的各级中心城市，“轴”是联结 “点”的线状基础设施，包括交通 干线、高压输电线、通信设施线路、 供水线路等工程性线路。下图是我 国某区域城市空间扩散示意图。
• 小拓展2：
• 随着区域经济的发展，区域之间的联系更加紧密，上海 市对周边城市的辐射作用越来越强。由于距离、交通、城市 等级、经济、历史、文化等因素的影响，辐射强度在空间上 的表现具有一定的差异性。
• 想一想2：
• 试从上海自身和周围受辐射地区两个角度，分析上海大 都市对外辐射的影响？
• 【答案】对上海自身的影响：①有利于解决中心城区产 业过度集聚、交通拥堵、地价上涨及环境污染等问题；②有 利于企业寻找新的发展机会。
经济、文化、科技、教育、人才、思想观念是辐射内容；交
通、通信、人等是辐射的载体。
• 2．下列不属于长江三角洲范围的是
()
• A．江苏
B．浙江
• C．湖南
D．安徽
• 【答案】C
• [解析]长江三角洲范围涉及江苏、浙江、安徽、上海三省 一市。
• 3．下图是宁夏沿黄城市带规划示意图。为提升沿黄城市
带的辐射带动能力，应优先发展
第二章 区域发展
• 1．学习思路
• 本章内容是区域发展，侧重于对“发展”的探讨。通过 具体案例重点探讨了大都市、产业转型地区、资源枯竭型地 区、生态脆弱区四类不同的区域如何因地制宜实现可持续发 展。本章内容的学习不能局限于学习空洞的理论，而是要结 合具体的地区，举一反三，真正理解区域如何实现人地协调 发展，培养人地协调发展观念。
2023年新教材高中地理第2章区域发展第1节大都市的辐射功能__以我国上海为例课件湘教版选择性必修2
的是
(
①为南京、杭州等城市提供行政管理服务
务
③其交通运输服务职能可辐射到国外
)
②可为全国提供金融服
④为上海市民提供行政管理
服务
A．①②③
B．②③④
C．①③④
D．①②④
【答案】B
【解析】南京、杭州分别是江苏省和浙江省的省会城市，其主要为
这两个省份提供行政管理服务，而上海只为上海市的管辖范围提供行政
1．如图是宁夏沿黄城市带规划示意图。为提升沿黄城市带的辐射
带动能力，应优先发展
A．高新技术产业
B．重化工业
C．旅游休闲业
D．交通等基础设施
(
)
【答案】D
【解析】沿黄城市带深居内陆，对外联系少，优先发展交通等基础
设施建设，可扩大其对外联系，促进资源开发及经济建设，是提升其辐
射带动能力的重要举措。
2．上海市是长江三角洲地区的核心城市，是著名的金融中心、贸
集聚
辐射带动
用的是 ________，然后才是
__________作用。
[小提醒]城市辐射功能的强弱与城市的规模等级及城市的功能有关，
其辐射能力的大小可以用城市腹地范围来表示。
二、上海大都市的辐射功能
经济
1．上海的地位：是我国的 ________、科技、文化中心，也是亚
太地区的重要枢纽和现代服务中心。
而分析产业部门的弊端，思考可能出现的问题，然后根据教材归纳解决
的措施。本节可按照“区域特征→发展条件→主要产业→出现的问题→
解决措施”的思路进行学习。
(4)生态脆弱区的综合治理。
结合西北地区的位置，从自然角度分析荒漠化的成因；结合人类活
中图版地理选择性必修二 第二章 第一节 上海大都市的辐射功能
第一节上海大都市的辐射功能课程标准以某大都市为例，从区域空间组织的视角出发，说明大都市辐射功能。
学习目标1.结合典例，理解大都市的集聚和辐射带动作用的产生过程。
2.结合典例，分析促进大都市圈协调发展的措施及影响。
一、大都市及其辐射功能1．大都市(1)概念：一般指政治、经济、科技、文化等方面实力强大，并对特定区域有重要影响的城市。
(2)特点①具有一定的人口规模；②具有较高的行政等级；③具有较多的城市功能。
2．大都市的辐射功能(1)概念：指大都市基于其较高的经济发展水平和强大的资源优势，通过交通、通信、金融、贸易、人口流动等方式，实现对周围区域经济、文化、科技、教育、人才、思想观念等的辐射带动，最终缩小区域间的发展差距，推动区域的共同发展。
(2)内涵①辐射源——大都市；②辐射内容——经济、文化、科技、教育、人才、思想观念；③辐射载体——交通、通信、人等。
(3)辐射特点①核心——大都市；②辐射范围——行政管理范围、商品服务范围以及其吸纳的劳动力范围；③规律——遵循距离衰减规律。
判断1．大都市的经济辐射以铁路、公路线为主，辐射方式比较单一。
( × )2．大都市的辐射作用是均匀的，辐射功能不分距离远近，一律均等。
( × )二、上海大都市及其辐射功能辐射功能表现产业着重发展资本密集型、技术密集型的高新技术产业金融我国金融机构、金融资产、金融人才最集中的地区之一交通我国水陆交通中心，具有铁路、公路、航空、水运并举的综合交通运输网科技高校、科研院所集中，形成了上海科技创新中心的核心区域人才人才密集，每年向周边地区乃至全国各地都输出了大量的人才文化构建了中国传统历史文化网络，将独特的江南吴越传统文化与全球各地移民带入的多样文化融合，带动了周边区域的文化传承、融合与发展连线把下列城市建设与辐射功能用直线连起来。
答案三、上海大都市的辐射范围1．上海大都市区(1)概念：指以上海为核心，以与上海具有交通通勤、产业分工、文化认同等方面紧密联系的地区作为辐射范围，交通出行圈在90分钟以内的地域组合。
城市边界层气象 第2章 城市辐射特征
第2章 城市辐射特征辐射是影响区域气候最重要的因子。
一个地区由于所处的地理纬度已经决 定了其太阳辐射的天文总量。
在城市区域，由于受地表特征和大气污染城市效应的影响，接收的太阳直接辐射有别于同纬度的其它地区。
因此，了解城市区域辐射特征，建立城市太阳直接辐射的理论和模式，对城市区域气候和大气边界层的研究具有重要的意义。
2.1 太阳直接辐射基本原理地表和大气中接收到的太阳直接辐射能量，与地球大气上界的太阳直接辐射能及随时间的变化密切相关，这是地球上形成气候差异的基本因素。
2.1.1太阳高度的概念对于在地球上一个地点来说，太阳高度就是太阳入射光方向与地平线之间的夹角，用h 表示。
同一束阳光，直射地面时所照射的面积比斜射时小，并且，太阳直射时透过大气的路程较短，被大气吸收和散射程度较小。
因此，地面单位面积上所获得的辐射能量必定大于太阳光斜射的地方。
太阳直射与斜射的程度可以用太阳高度角来表示。
太阳高度很大程度上决定着地球表面获得太阳能量数量的多少，也是地球上形成四季和五带的重要因素，并且是大气运动和地球上一切生物能量的来源。
在大气科学、生命科学和环境科学等多学科中计算太阳辐射能量时，太阳高度是必须考虑的重要因素。
由天文学公式得太阳高度角h 与测点所在的纬度ϕ、太阳赤纬δ和当时的太阳时角0t 的关系式为0cos cos cos sin sin sinh t δϕδϕ+= （2.1）或 0c o s c o s c o s s i n s i n s i n h c o s t Zδϕδϕ+== （2.2） Z 为天顶角。
观测时的太阳时角0t ，为观测点经圈与太阳重合后，即当地正午，地球自转的角度，正午时刻时角为0，（当太阳在子午面时），此时太阳高度角记为h 0，一般可采用()δϕ--︒=900h 计算，在春分和秋分日（δ＝0）正午时的太阳高度为ϕ-︒=900h 。
太阳时角0t 一日之中变化π2，从-π到π对应0-24时，0t 的计算式为()12150-⨯=θt t （2.3）式中θt 为真太阳时，在太阳辐射的测量和计算时要考虑真太阳时，其计算式为()()()[]qs q qm E E E t t ＋时差－当地平太阳时－＝＋时差正当地平太阳时＋经度订＝时差日常时间平太阳时λλθ4+= （2.4） 其中λ为当地经度；λs 为当地标准时的经度（北京时 120=s λ）。
城市环境气象学第二章城市日照和辐射
要相应地采取建筑措施，正确选择房屋的朝向、 间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，且综合考 虑地区气候特点，房间的自然通风及节约用地等因 素而防止片面性。
26
城市建筑日照设计
2.2.3 住宅建筑日照设计
日照间距：保证每套住宅至少有一间居室在冬至日 能获得满窗日照不少于1h的住宅建筑之间的距离。
31
2.3 城市的辐射收支
（2）太阳总辐射
是地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太 阳散射辐射的总和。晴天为直射辐射为主，散射约占总辐射 的15%，阴天或太阳被云遮挡时只有散射辐射。
波长：～4μm。波长较短的紫外光区、波长较长的红外光 区、介于二者之间的可见光区。
能量：主要分布在可见光区和红外区，前者占50％，后 者占43％，紫外区占7％。
（3）地面辐射
城市的辐射收支
地球表面在吸收太阳辐射的同时，又将其中的大部分能量 以辐射的方式传送给大气。
地面向上放射的长波辐射和地面反射的部分大气逆辐射之 和，称为~。
由于地表温度比太阳低得多(地表面平均温度约为300K)，
因而，地面辐射的主要能量集中在1～30μm之间，其最大辐
射的平均波长为10μm，属红外区间，与太阳短波辐射相比，
37
城市的辐射收支
2.3.1 城市太阳总辐射的特征
（3）城市太阳总辐射的时空变化比郊区复杂
城市中因人类活动(工业生产、交通运输等)而引起空气污染的周期性 和非周期性变化，使到达城区地表的太阳总辐射的时间变化比郊区复杂。
城市中还因发展阶段不同，大气污染浓度前后有变化，使城市太阳 辐射有明显的年际变化趋势，郊区主要受自然因素的影响，就没有这些 复杂的变化。
边界层气象学课件：02边界层平均特征2014
3. 湍流通量
垂直（运动学）湍流热通量： 垂直（运动学）湍流水汽通量： x方向（运动学）湍流热通量： u动量垂直（运动学）湍流通量：
w' '
w'q'
u ' '
u 'w'
超 绝 热 情
逆 温 情 况
况
(z) (z z) 0
w 0
w 0
？
(z) (z z) 0
w 0
波动：有规则和一定的周期变化，形式多样，如重力波。
大气湍流和波动叠加在平均场上，表现为风的起伏和扰动
Under stable conditions, air flowing past a mountain range can create eddies many kilometers downwind of the mountain itself.
v
T
(1
0.608q)
1000 p
κ
(1 0.608q)
3. 边界层演变
陆上高压区边界层的昼夜演变 上图：边界层结构的昼夜演变示意图； 下图：典型剖面的平均虚位温廓线
FA：自由大气 ML：混合层 SBL：稳定边界层 RL：剩余层 CL：云层 SCL:云下层 SL：表面层或近地面层
EL：卷挟层
第二章 边界层平均特征
一、大气边界层定义及特征 二、ABL结构及演变规律 三、ABL内的流动形式 四、几个重要物理量 五、湍流数据处理过程 六、爱因斯坦求和符号
目的：对大气边界层有一个宏观的了解，并为第三章的方程 组的学习作好准备
概 述
地面是大气的一个边界。这个边界上的输送过程，影响了最 低的100至3000m的大气，产生所谓的边界层,对流层其余部 分则不精确地称之为自由大气。因此，为多数人所感受到的 大气特征，或多或少是以较浅层空气中发现的特有特征为基 础的。
高中地理选择性必修二 第2章第3节 城市的辐射功能 课件
郑州的速度发展不断加快，2016年郑州被确定为国家中心城市的战略，郑东新区是郑州的新形象。城 市内环高架相连，BRT快速公交也形成环线，郑州地铁也开始运营1,2条线，为城市的交通发展提供了便利 。郑州南站是亚洲最大的编组站之一，以郑州新郑国际机场为核心的郑州航空经济综合实验区是中国唯一 一个国家级航空港经济综合实验区。郑州是中国公路、铁路、航空、信息通信兼具的综合性交通。
纽约的发展历程
21世纪以来
• 纽约依托美国最 大综合交通枢纽 地位，带动全国、 辐射全球，是世 界金融、商贸中 心。
三、纽约的辐射功能
1．地位 纽约是“波士华城市带”的核心城市，具有
综合性的城市职能，辐射带动作用强。
纽约城市规模不断扩大、城市功能不断增强和经济 实力不断提升，带动了周边城市不断发展，以沿海发达 的陆海空交通干线为轴，在大西洋沿岸中部出现波士顿 、纽约、费城、巴尔的摩、华盛顿等五个大都市。这五 个大都市发挥经济集聚和辐射功能，联结带动周围40多 个中小城市、200多个卫星城镇的发展，形成“波士华城 市带”，纽约是该城市带的核心城市。
随着新中国发展，郑州的国棉纺织厂、油脂化学厂、 郑州二砂，郑纺机纷纷建起，在城市逐渐开始发展工业和 纺织业，百待废兴的郑州，掀开了郑州崭新的一页，在城 市发展的脚步加快前进。后来，城市现代化以后，宇通， 三全，思念，郑州日产，白象，金星啤酒，郑州卷烟厂（ 黄金叶），新郑卷烟厂（红旗渠，金芒果）都是原生全国 知名企业，除此之外，还有外来全国知名企业，如：富士 康，双汇，雪花等等。
一般来说，城市腹地范围越大，经济发展水平越高，城市发展规模和潜力越大， 城市辐射功能越强。
②腹地特征 农业维度 ：腹地农业发达，农产品商品率高，有利于城市发展轻工业。
【高中地理】城市的辐射功能 知识点总结 2022-2023学年高二地理人教版(2019)选择性必修二
城市的辐射功能1.城市：是人口密集、工商业发达的地方，通常是区域政治、经济、文化的中心，为周围地区提供工业产品和各种服务。
区域：则通过提供农产品、劳动力、商品市场、土地资源等而成为城市发展的依托。
2.城市与区域的关系3.城市功能(1)含义：城市在一定区域范围内的社会经济生活中所能发挥的作用，主要有生产、服务、管理、集散、创新等功能。
(2)特点⎩⎪⎨⎪⎧有些城市功能比较单一，如武夷山市旅游服务功能突出有些城市则具备多种功能，是综合性的政治、经 济、文化、交通中心，如省会城市4.城市的辐射功能(1)含义：城市各项功能对其所在区域的综合影响力和发展带动力。
(2)影响因素⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫城市的规模等级高低城市的功能——影响城市辐射功能的强弱城市腹地范围——影响城市辐射能力的大小2．影响城市辐射功能的因素 因素影响表现地理 位置地理位置优越，腹地广阔，辐射范围大，发展条件优越，潜力大优越的地理位置能极大地提高城市等级，扩大辐射范围，如上海市的城市规模的变化过程与它所处的地理位置关系密切资源因素城市因大规模的产业集聚，使得资源需求扩大，促进更大范围内的资源的开发利用因产业集聚使城市所需资源的来源区扩大，促进了城市与区域之间的产业联系，增强了城市的辐射功能交通条件位于交通枢纽上的城市能够通过发达的交通网络，为更远的区域提供服务，使其服务范围扩大铁路枢纽城市、公路枢纽城市、港口城市等，往往辐射功能相对较强人口因素城市的集聚作用对广大区域内的人口产生强大的吸引力城市因集聚使人口大量聚集，城市的规模不断扩大，城市的辐射功能进一步增强，辐射范围会进一步扩大经济发展水平经济发展水平越高的地区，区域之间的经济关联程度越高，产业、资金、信息、人口、交通等经济要素的流动与联系越密切经济发展水平越高的地区，交通运输网络越发达、信息交流越密切、人口流动越频繁、产业互动越高效、城市的辐射功能越强(1)城市的发展往往受腹地经济特征的影响。
第二章电磁辐射与地物波幅特征
2πhc2
λ
5
•
1 e
ch/ λKT
−1
。
λ 、T参 Mλ =参 壤λ 映参T参衰 Mλ
壤忒衰参 壤2衰参
壤3衰参 。
2
正 : =参∫0∞ Mλ 壤λ衰dλ M =参∫
M M =σ T4
映参σ 正
4
。
σ =参5坐67×忒0正8 W m正2
ID
D
。
壤3衰参 。 。
2坐24参 、
、
、
恒
壤
衰 壤
衰
。
。
忒 、 、 、 。 。
① 0坐45 m ② 0坐55 m ③ 0坐67 m
。
④ 0坐76 m 忒坐忒 m 。 ⑤忒坐5～ 忒坐5～忒坐霾 m ⑥ 忒坐45 m 忒坐霾5 m 2坐70 m
“ 50
”映
。
2
。
恒
。
• 。 、 、 。 、 、
、 、X
、 、
、
、 、 。 。
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X
0坐38～ 0坐38 ～ 0坐76 m 。 、 0坐76～ 0坐76 ～ 忒000 m 。 、
忒参mm 忒参 mm～ mm～忒参m 。
0坐0忒～ 0坐0忒～0坐38 m 0坐3～ 0坐3 ～ 0坐38 m 2000参m 。
• 、 • 。 • 忒0 m • 。 · 0坐5 m 。 、 3 。
20忒忒
2
、 。
性射度个 性射性个 性射恒个
性射度个
2坐忒坐忒参 2坐忒坐2参 2坐忒坐3参
2坐忒坐忒参
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第2章 城市辐射特征辐射是影响区域气候最重要的因子。
一个地区由于所处的地理纬度已经决 定了其太阳辐射的天文总量。
在城市区域，由于受地表特征和大气污染城市效应的影响，接收的太阳直接辐射有别于同纬度的其它地区。
因此，了解城市区域辐射特征，建立城市太阳直接辐射的理论和模式，对城市区域气候和大气边界层的研究具有重要的意义。
2.1 太阳直接辐射基本原理地表和大气中接收到的太阳直接辐射能量，与地球大气上界的太阳直接辐射能及随时间的变化密切相关，这是地球上形成气候差异的基本因素。
2.1.1太阳高度的概念对于在地球上一个地点来说，太阳高度就是太阳入射光方向与地平线之间的夹角，用h 表示。
同一束阳光，直射地面时所照射的面积比斜射时小，并且，太阳直射时透过大气的路程较短，被大气吸收和散射程度较小。
因此，地面单位面积上所获得的辐射能量必定大于太阳光斜射的地方。
太阳直射与斜射的程度可以用太阳高度角来表示。
太阳高度很大程度上决定着地球表面获得太阳能量数量的多少，也是地球上形成四季和五带的重要因素，并且是大气运动和地球上一切生物能量的来源。
在大气科学、生命科学和环境科学等多学科中计算太阳辐射能量时，太阳高度是必须考虑的重要因素。
由天文学公式得太阳高度角h 与测点所在的纬度ϕ、太阳赤纬δ和当时的太阳时角0t 的关系式为0cos cos cos sin sin sinh t δϕδϕ+= （2.1） 或 0cos cos cos sin sin sinh cos t Z δϕδϕ+== （2.2）Z 为天顶角。
观测时的太阳时角0t ，为观测点经圈与太阳重合后，即当地正午，地球自转的角度，正午时刻时角为0，（当太阳在子午面时），此时太阳高度角记为h 0，一般可采用()δϕ--︒=900h 计算，在春分和秋分日（δ＝0）正午时的太阳高度为ϕ-︒=900h 。
太阳时角0t 一日之中变化π2，从-π到π对应0-24时，0t 的计算式为()12150-⨯=θt t （2.3）式中θt 为真太阳时，在太阳辐射的测量和计算时要考虑真太阳时，其计算式为()()()[]qs q qm E E E t t ＋时差－当地平太阳时－＝＋时差正当地平太阳时＋经度订＝时差日常时间平太阳时λλθ4+= （2.4） 其中λ为当地经度；λs 为当地标准时的经度（北京时ο120=s λ）。
上式的单位用分钟表示。
真太阳时＝真太阳时角＋12小时；平时（日常时间）＝平太阳时角＋12小时；当地平太阳时＝当地真太阳时－时差，北京时间＝当地平太阳时－经度订正。
时差的计算式为：0002sin 3619.92cos 3495.3sin 3515.7cos 4281.00172.0θθθθ---+=q E （2.5）()()度弧度36536036520dn dn⋅=⋅=πθ （2.6） dn 是按天数排列的序号，1月1日为0，1月2日为1，依次类推，平年12月31日为364，闰年12月31日为365。
赤纬δ是太阳与地球中心连线与赤道的夹角，一年在︒+5.23（夏至日，6月21-22日）到︒-5.23（冬至日，12月21-22日）之间变化，可用下式计算0002sin 000908.02cos 006758.0sin 070257.0cos 399912.0006918.0θθθθδ+-+-= （2.7）2.1.2地球大气上界的太阳直接辐射能地球大气上界的太阳直接辐射强度的计算公式为Z S S S cos sinh 00== （2.8）或 )cos cos cos sin (sin 200t R R S S δϕδϕ+⎪⎭⎫⎝⎛=- （2.9）式中0S ()201367-⋅=m W S 为太阳常数；0R 为日地平均距离，R 为某时刻的日地距离，它们比值的平方可由下式计算000202sin 000077.02cos 000719.0sin 001280.0cos 034221.0000110.1θθθθ++++=⎪⎭⎫⎝⎛R R （2.10） 式中0θ的计算同（2.6）式。
在气候学、环境物理和环境生态学研究中，需要研究太阳辐射的日总量、月总量或更长时期的总量，因此需要对（2.8）或（2.9）进行时间的积分。
太阳高度取决于纬度、赤纬和时角，为便于讨论太阳高度角随时间和空间的分布情况，统一取正午时刻的太阳高度来进行。
在气候学中也有用平均太阳高度的。
平均太阳高度公式为⎰⎰+-+-=sinh sinh t t t t dtdt（2.11）式中00t t +--为从日出到日落的时间长度。
2.1.3日出与日落时刻在人类直觉感觉上，每日太阳自东向西运行，当太阳自地平线升至地平线以上时，成为日出；自地平线以上落至地平线以下称为日落。
日出与日落包括时刻和方向两个方面。
日出时刻和日落时刻就是指日出和日落的瞬间。
从日出到时刻到日落时刻之间的时数为昼长时数。
计算日出和日的落瞬时时刻，须先求日出和日落时刻的太阳时角。
它决定于太阳赤纬δ与测点的纬度ϕ。
在日出和日落的时刻，太阳高度角︒=0h 。
由（6.1）式0cos cos cos sin sin 0sinh t δϕδϕ+==则有 δϕtg tg t -=0cos （2.12） 从（2.1）还可得到太阳方位角得表达式为coshsin cos sin 0t δω=上式中ω是太阳方位角，从正南算起，东为－2π，西为2π。
（2.12）为可照时间公式。
由（2.12）得出，时角t 随地点()ϕ与季节()δ而变化。
例如，在春（秋）分日，0=δ全球各地t 都等于2π±，即日、夜等长；而夏至日︒=5.23δ，在︒=5.66ϕ时，π±=0t ，也就是说在北极圈内全天太阳不落。
因为（2.12）式余弦为偶函数，所以0t 有正、负值。
0t -为日出时角，日出时刻为012t h -；0t +为日落时角，日落时刻为012t h +。
02t 为昼长时数。
当0t -<t <0t 时，（2.12）才具有意义。
根据（2.12）式，在ϕ>0︒，δ>0︒的范围内，0cos t 的值是负值，也就是0t >90︒，日出在午前6时以前。
因此，在北半球（ϕ>0）从春分到秋分期间（δ>0），日出在午前6时以前，日落在午后6时以后。
同理，在ϕ<0︒，δ<0︒时，即在南半球从秋分到来年春分期间，也具有同样情况。
当ϕ>0︒，δ<0︒或ϕ<0︒，δ>0︒时，则0t <90︒，日出在午前6时以后，日落在午后6时以前。
日出日落时刻随纬度和季节而不同，在赤道上︒=0ϕ，则︒==90,0cos 00t tδ不论如何变化，︒t 都为此值。
也就是说，赤道上一年中任何季节日出和日没时间都是午前6时和午后6时。
自赤道至极圈的地带，全年有日出日落现象，而其出没时间因季节而变化。
一年内最早与最迟的日出时刻与日落时刻相差的时数随纬度增加而增加。
在赤道为0时，极圈上为12时。
自极圈至两极一年内只有在以春秋分为中心的春秋期间有日出日落现象。
其期间的长短，随纬度的增加而缩短。
在南被两极只有以年为周期的昼半年和夜半年，而无以天为周期的昼夜交替。
所以，在南北两极一年内只有一次日出和日没。
北极的日出发生在春分，日落发生在秋分。
南极的日出发生在秋分，日落发生在春分。
在春秋分时，太阳位于天赤道，直射地球赤道。
因此，︒==90,0cos 00t t ，全球各地的日出时刻都是上午6时，日落时刻都是下午6时。
在夏至日，太阳位于天赤道以北23︒27'，日出时刻北半球早于上午6时；南半球迟于上午6时，日落时刻北半球迟于下午6时，南半球早于下午6时，见表2.1。
表2.1 冬夏至日出日落时刻（引自张惠民，1987）[4]自春分到夏至或自冬至到来年春分，太阳直射点由赤道逐日向北移到北回归线或从南回归线逐日向赤道移动，北半球的日出时刻和南半球的日落时刻逐日提早，南半球的日出时刻和北半球的日落时刻逐日延迟。
自夏至到秋分或从秋分到冬至，太阳直射点由北回归线逐日向南移到赤道或从赤道逐日向南回归线移动，北半球的日出时刻和南半球的日落时刻逐日延迟，南半球的日出时刻和北半球的日落时刻逐日提早。
上面讨论都是以太阳是一个发光点和不考虑大气的影响下的结果。
实际上，我们从地球表面看太阳时，太阳并不是一个点，而是一个球。
因此，日出时刻是指太阳上部边缘与地平线相切的瞬间，日落时刻是指太阳下部边缘与地平线相切的瞬间。
由于大气的折射作用，地平线附近的天体比实际高约34'。
因此，在考虑了太阳视半径和大气折射后，所得日出和日落时刻，都比未经过太阳视半径和大气折射订正而求得的时刻要早或迟些。
表4.3为考虑了必要的修正后的冬夏至日的日出和日落时刻。
表2.2 修正后的冬夏至日的日出和日落时刻（引自张惠民，1987）[4]2.1.4 日出和日落方位角太阳高度角h 和方位角α的计算式为0cos cos cos sin sin sinh t δϕδϕ+=coshcos sinhsin sin cos ϕϕδω-=（2.13）日出、日落时的方位角即为太阳高度角h=0时刻的方位角，如不考虑太阳视半径和大气折射的影响，则上式为ϕδωcos sin cos 0=（2.14） 由（2.14）可见，已知太阳的赤纬δ和测点的纬度ϕ，即可计算日出、日落时的方位角ω0。
在北半球的春（秋）分日时，即δ=0（太阳赤纬，为日地中心连线与赤道平面的夹角，在夏至时，δ=23︒27'，在冬至时，δ=-23︒27'），则0cos 0=ω，因而，ωE =90︒和ωW =270︒，即日夜等长，太阳从正东方升起，到正西方落下。
在春分日以后到秋分日之前，日出、日落点都从正东、正西向北偏；在秋分日后到来年春分日前，日出、日落点都从正东、正西向南偏。
日出点对于正东的偏角，称为日出幅角，北偏为正，南偏为负。
日落点对于正西的偏角，称为日落幅角，北偏为正，南偏为负。
任何地点在任何日期的日出幅角与日落幅角，偏向相同，偏角相等。
2.2 城市太阳直接辐射基本原理 2.2.1 影响城市日照的因素由于城市下垫面建筑特征，城市日照特性与郊区有显著的差异，既是在城市开阔区域与同纬度同季节的平原郊区比较，其日照时间也小于空旷的郊区。
由于城市建筑的遮蔽作用，城市区域日照的局地性差异远比平坦开阔的郊区大。
通常把在没有云雾遮蔽太阳的情况下，从日出到日落的全天可能受到太阳照射的时间称为可照时间。
而把可照时间减去受云雾遮蔽影响的时间的日照时间称为实照时间，简称为日照。
因此，实照时间总是小于或等于可照时间。
在开阔平地，在研究区域没有高于测点的物体或建筑物遮挡，其每天的可照时间只与地理纬度和太阳赤纬有关，可以根据一般的天文学公式计算，而实照时间还要受云雾和天气的影响。