第三章城市气候

低
城市多雾的原因，首先是因为人为造成的大气污染， 颗粒物质为雾的形成提供了丰富的凝结核。城市中鳞 次栉比的建筑物群，增加了下垫面的粗糙度，减少了 风速，为雾的形成提供了合适的风速条件。又由于城 市热岛环流，郊区农村带来的水汽，使低空辐合上升 凝结成雾的机率增大。
雾对城市生态环境的影响
城市的大雾阻碍交通，使航班停开，增加城市
城市化使对流性降水明显增多
（二）城市化影响降水的机制
观点一：城市中的降水量比郊区多, 一般比郊区 多5%～15%。形成城市降水较多的原因有三：
第一, 城市热岛效应 城市由于有热岛效应, 大气层结不稳定, 有利于
三、城市大气分层
城市气候所涉及的范围主要包括三个部分: 城市覆盖层：地面以上至建筑物屋顶 城市边界层：建筑物屋顶向上到积云中部 城市羽尾层（市尾烟气层）：位于城市的下风方 向。该层的气流、污染物、云、雾、降水和气 温均受到城市的影响。 羽尾层之下为“乡村边界层”
城市大气分层
城市气候所波及的范围
气温也有高低之别。
城市热岛温度剖面示意图
二、城市热岛的时间变化
（一）城市热岛强度的周期性变化
日变化: 夜晚强, 白昼午间弱 年变化: 冬秋两季比夏春两季表现更明显, 可 能归因于冬季城市取暖耗能较多, 释放大量 人为热量 周变化: 明显受工休日周期影响, 周末弱, 周 内强
热岛强度 Tu-r (C)
城市
乡村
逐时降温率 T/t (C.h-1)
蒙特利尔夏季热岛强度的日变化 (无云无风天气)
维也纳城市和郊区气温差值的日变化
美国两座城市冬季热岛强度Tu-r(℃)的周变化
城 市
星 星 星 星 星 星 星 平 期 期 期 期 期 期 期 均 一 二 三 四 五 六 日
纽黑文 (1939~ 0.6 0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.3 0.6 1943)
第二节 城市热岛效应
一、城市热岛及其表示方法
1、城市热岛 (urban heat island)
城区气温高于四周郊区，如果绘制等温线图， 则形成等温线呈闭合状态的城市高温区，这 个高温区被比喻为立于四周较低温度的乡村 海洋中的孤岛，称为“城市热岛”。
第二节 Urban Heat Island Effect
有机化合物 甲醛,有机酸,焦油,有机卤化物,酮等
3、城市人为热释放及其影响
人为热(Anthropogenic Heat )是由于人类生产、
生活活动以及生物新陈代谢所产生的热量。
如家庭炉灶取暖、工厂生产、公共交通、人、畜的新陈代
谢和其他各种能源燃烧所排放的热量, 使城市比郊区增加 了许多额外的热量收入。这种人为的热量在某些中高纬度 城市可以接近或超过太阳辐射热量。 如在德国的汉堡每天的煤燃烧所产生的热量为167Jcm2, 而冬季地面从太阳直接辐射和天空辐射一天中所得到的热 量为175Jcm2。在莫斯科, 人为热竟超过太阳辐射热的3 倍, 对城市增温的影响十分显著。
1、城市下垫面性质变化 及其影响
（1）下垫面的热力学特性影响温度(Thermodynamics
characteristics of Underlaying Surface influence temperature)
热力特性：比热、热容量、导热率、吸热、反射、透射、
蓄热能力等
城市对太阳辐射的反射率比郊区小，导热率、热容量和热
城市热岛效应
城市内部气温比周围郊区高的现象。是城市化对气候
影响最典型的表现。无论在中高纬度或低纬度地区， 这一现象均普遍存在。
城市热岛效应可以从两个方面来分析：
同一时间城市和郊区气温的对比
同一城市历史发展过程中气温的前后对比
第二节 城市热岛效应
2、热岛强度（
Tu-r ）
热岛强度（Tu-r）= 同时间同高度(离地1.5m)热岛中心
下垫面的动力学特性主要是指摩擦、阻滞、抬
升等性能。
城市道路、建筑物使城市下垫面粗糙度较郊区
大，风速减小，风向不稳定。
2、城市大气成分改变及其影响
城市大气成分的改变主要是指固态颗粒物
（烟灰、粉尘、扬尘等）和气态的有毒有 害气体（二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、 一氧化碳等）的含量变化。
城市中大气污染物和污染源
城市的雾比郊区多，一些城市具有光化学烟雾。 5. 降水( Precipitation ) 城市对流性降水比郊区多。
二、城市化对气候影响的机制
城市气候
城市除了受当地纬度、大气环流、海陆位置、 地形等区域气候因素的作用外，还受人类活 动(生产与生活)中放出热量及水汽的影响， 因而形成有别于近郊区和乡村的局地气候。 通常我们称之为城市气候。
城乡绝对 湿度差(Pa) 城乡相对 湿度差(%)
-20 -4
-20 -6
-50 -6
-40 -6
-50 -6
-25 -5.5
产生干岛效应(Dry Island Effect) 。
城市干岛：等湿度线呈闭合状态的城市低湿度区
二、城市的云和雾
1、城市云量多于郊区，尤其是低云 2、城区比郊区雾多，尤其是浊雾，使能见度
日本东京1916~1965年年平均气温的变化
二、城市热岛的时空变化及其影 响因素
（一）城市热岛的空间分布
① 城市高温中心出现在人口密集、建筑密度大、工
商业最集中的城区；
（一）城市热岛的空间分布
② 城市高温区内等温线稀疏、气温水平梯度小，
而城区边缘气温水平Байду номын сангаас度大、等温线密集；
③ 闭合等温线分布和走向大致与城区轮廓平行； ④ 城区内由于土地利用类型和下垫面性质不同，
三、城市热岛的其他不规则变化
城市热岛强度的地区差异
①城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有
密切关系：团块状紧凑布局，城中心增温效应强。 条形分散结构，城中心增温效应弱。 盆地或凹地， 由于风速小，热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷 空气的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心 ②城市规模（面积、人口及其密度等）对热岛强度 亦有影响 ③与区域气候条件也有一定关系
巴尔的摩
(1971~ 0.9 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.2 0.7 1975)
二、城市热岛的时间变化
（二）城市热岛强度的非周期性变化
1）临界风速：风速大则热岛效应小，超过 临界风速时则消失
2）云量：强热岛大多出现在无云的天气状 态下
北京地区热岛消失的临界风速
季
节
春 夏 秋 冬
热岛消失的风速 （m/s） 4~5 2~3 5 5~6
贮水的性能。
城市下垫面贮藏水分能力比郊区差，地面蒸发和植物蒸
腾均比郊区小。进入空气中的水分少，温度又较高，因 此城市湿度（绝对湿度和相对湿度都比郊区小）
1、城市下垫面性质变化及其影响
（3）下垫面的动力学特性影响气流 (Dynamic Characteristics of Underlaying surface influence Flow)
导纳(热惯性)比郊区大，蓄热能力比郊区强。——城市温 度高。
1、城市下垫面性质变化及其影响
（2）下垫面的水分循环特性影响湿度(Water
Circulation characteristics of Underlaying Surface influence humidity)
下垫面的水分循环特性主要指蒸发、蒸腾、凝结、透水、
07 时 28.3 29.2 0.9
13 时 31.8 32.9 1.1
19 时 28.3 29.3 1.0
四、城市热岛的生态环境效应
加重城市空气污染； 影响取暖季节和能耗；
影响城市积雪；
影响无霜期和物候期； 夏季的热岛效应加强城市高温的酷热程
度，易产生高温灾害，影响健康舒适。
城市生态环境学
第三章 城市气候
Urban Climate
主要内容
§ 城市化对气候的影响及机制(the Effect and its
mechanism of Urbanization to climate) § 城市热岛效应(Urban Heat Island Effect ) § 城市的大气、水分效应(Urban Atmosphere and Moisture Effect ) § 城市的风场效应(Urban Wind field Effect) § 城市主要气象灾害及防御对策(Main Meteorological Disasters and their Defensive Countermeasures of City)
与近郊的气温差值。
“城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上, 国内外 均如此:
冬季傍晚上海市区比郊外要高2～5C; 巴黎城中心年均温比郊区高1.7C
第二节 城市热岛效应
城市发展过程中气温的前后对比
随城市化发展，市区呈现出越来越暖的趋势。如
东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段：
1920～1942年: 气温变化趋势逐年上升(城市发展) 1942～1945年: 气温变化趋势逐年下降(正值第二次世界大 战期间, 东京城市受到大规模的破坏, 城市热岛效应不 存在) 1945～1967年: 气温变化趋势逐年上升(战后城市建设迅速 恢复, 气温又开始回升)
三、城市热岛的其他不规则变化
④城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质
亦对城市热岛强度起一定作用。
无绿化的宽阔街道和广场，到中午时剧烈增温，
在夜里又急剧冷却，气温日振幅最大。林荫道 和有绿化的广场白昼较凉爽，气温的日振幅较 小。
上海市区公园同其附近街道的气温平均差值(℃)
01 时 公园内 公园附 近街道 两处 气温差 27.1 27.9 0.8
交通事故。
大雾阻滞了空气中污染物的稀释与扩散，加重
了大气污染。
城市雾还减弱了太阳辐射，不利于人类与其它
生物的生活。
三、城市降水(Urban Precipitation )
（一）城市化对降水的影响
不同观点： 城市化使降水增加，尤其是城市的下风方； 城市化对降水有减少的效应；
城市化对降水无影响；
污染源
固定源：燃料燃烧、废物焚化、工业
生产
流动源：汽车、火车、轮船、飞机等
自然环境与城市环境比较: 城市大气污染源
城市大气中的主要污染物
分 类 成 分
烟尘,粉尘 碳粒,飞灰,碳酸钙,氧化锌,氧化铝
硫 化 物 二氧化硫,三氧化硫,硫酸,硫化氢,硫醇 氮化物 氧化物 卤化物 一氧化氮,二氧化氮,氨等 臭氧,过氧化物,一氧化碳等 氯,氟化氢,氯化氢等
（一）城市的绝对湿度(absolute humidity)和
相对湿度(relativity humidity)
城区年均绝对湿度和相对湿度比郊区低
一、城市空气湿度
欧洲几座城市年平均湿度的城乡差异
维也纳 柏 林 特利尔 科 隆 弗罗茨瓦夫 (9年平均) 慕尼黑 (4年平均) (20年平均) (14年平均) (2年平均) (3年平均)
城市的风速比郊区小，风向不稳定；
城市空气多湍流运动，有热岛环流和城
市风。
3. 蒸散和湿度(Evapotranspiration and Humidity ) 城市蒸散量和空气湿度比郊区小
城市 干岛
一、城市气候的基本特征
4. 云和雾（Cloud and Fog）
城市云量比郊区多，尤其是低云；
第一节 城市化对气候的影响及机制
一、城市气候的基本特征 1. 辐射和气温(Radiation and Temperature)

城市直接辐射和总辐射比郊区少；
“混浊岛效应” 城市气温比郊区高，形成城市热岛

一、城市气候的基本特征
2. 风和湍流（Wind and Turbulence ）
城市规模与城乡气温(夜晚)差别的关系
旧金山 城市面积 116.81 2 (km ) 居民人口数 78.4 (万人) 居民密度 6712 2 (人/km ) 夜晚平均 城乡气温差 5.6~6.7 (℃)
圣约瑟 38.33 10.1 2635 3.9~5
帕阿尔托 22.27 3.3 1481 2.2~3.3
削减夏季城市热岛强度，防御夏季高温灾害， 减少经济损失和保护城市生态环境。
第三节 城市大气水分效应Urban Atmosphere and Moisture Effect
一、城市空气湿度(Urban air humidity)
指城市空气中的气态水分，表示城市空气的
干湿程度或城市空气的水汽含量。