城市热岛效应及水汽条件

稳定层
夜间
稳定层
混合层（薄） 接地逆温层
不稳定层
垂直分布示意图
城市热岛的生态环境效应 1. 城市热岛对生态环境的影响
1) 加重城市污染
2）影响取暖季节和能耗 3）影响城市积雪
4）影响无霜期和物候期
5）夏季，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
2. 防治城市热岛的对策
削减夏季城市热岛强度，是防御城市夏季高温灾害，保障居民健康舒 适，减少经济损失和保护城市生态环境的一项重要措施。 1加强城市绿化，构建“森林城市”； 2研究和应用“环境友好”路面； 3控制大气污染 ；
（3）强对流性降水增多，常伴随冰雹、雷暴等灾害性天气，农 业受灾减产，生命财产损失。在城市还因影响能见度，使交通事 故增多。
（4）降水量减少，河、湖、库、塘干涸，缺水、干旱，又使供 水费用增加。
因此，在城市规划中，要充分考虑城市对降水的影响，妥善 安排不同土地利用区位和各种防治措施，尽可能减少损失。
城市热岛效应
城市热岛的发现
城市热岛现象是一个自1960年代开始，在世界各地大城市 所发现的一个地区性气候现象。具体来说，无论从早上到日落 以后，城市部份的气温都比周边地区异常的高。这个现象的发 现，是由于人造卫星的出现，使人类得以利用人造卫星从高空 以红外线拍摄地球。这种拍摄的最初目的，是作气象测量用途， 用以分析雨云的构成。可是，后来人类从红外线的影像发现了 照片中的城市地区的温度有着很明显的差异，看起来城市部份 就好像在周边地区的一个浮岛。
2. 城市降水变化的效应
（1）城市降水强度增加，使城市雨洪径流增大，洪水增多， 加剧土壤侵蚀，加速河湖和下水道系统淤积，使城市排水管网漫 溢增多，要提高防洪标准，增加费用开支。 （2）降雨总量增大，冲洗污染物增多，水体污染加剧，水处 理负担加重；但另一方面，径流量增大，提高自净能力，又可改 善水环境污染。并且增加供水资源，农业用水充裕，产量提高， 枯季可缓解旱情，提高土地价值。
多3.3%~9.2%；
广州市70年代平均降水量比郊区多9.3%。 国外
据美国圣路易斯市的试验研究指出，城区夏季降水次数、 总降水量和大暴雨的平均雨强都明显增加，同时雷雨发生次 数也增多，雷暴降水占夏半年各月降雨量的50%，该市对夏 季降水产生最明显效应的地区位于市区下风向东北部的工业 区，降水约增加30%~35%。
表示方法
城市热岛强度，用“△Tu-r ”表示。
温度对比方法 同时：用同一观测时段城市与郊区不同测点的气温对比。注意测 点的选择要有代表性和典型性。 同地：用城市发展过程中同一测站气温的前后对比。注意滤去区 域大气候变化的影响。
城市热岛效应的成因
全球变暖的气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化 才是热岛形成的内因。一般认为城市热岛效应是由以下几个原因造成 的：
2.2
0.8 0.4
1984~1988
1982~1985 1981~1982
3.城市热岛的其他不规则变化
城市热岛与城市化程度（城市建筑面积、人口规模、人口密度、工业发 展、交通运输等）以及城市的几何形状、自然地理环境、人类活动方式等 均有密切关系。 1随人口规模、密度而异； 2.随城市建筑密度而异；
小，此时热岛强度最大。日出后乡村加热比城内快，热岛逐渐减弱。
例：据杨士弘等的观测，广州城市热岛强度白天较弱，日落之后 热岛强度迅速增大，21时达一天中最强；日出之后热岛强度迅速减 弱，午后13时最弱。不过热岛强度的变化不是直线的升降，而是呈 波浪式起伏。
日变化原因：1）日落后城郊冷却率的差异。 2）城郊贮热量的差异。 3）城郊反射率的差异。
据广州市的统计分析，一年中以12月的城市热岛强度最大，平均为1.36℃， 其次是1月和11月，分别为0.69℃和0.59℃，我国上海、北京、天津等大城 市的情况也大致类同。而国外由于城市所在气候区不同，情况也就大不相 同。例如，西欧和北美中纬度城市的热岛强度大都是夏秋季强，冬季弱。 如温泽尔市是8~10月最强，加拿大的卡尔加里市是12月和1月最强，低谷 出现在8~10月，与温泽尔市正好相反。
城市 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 统计年份
北京
上海 广州
2.4
0.7 0.7
1.8
0.6 0.4
1.8
0.4 0.1
1.2
0.4 0.0
0.8
0.3 0.0
2.0
0.1 0.1
1.6
0.3 0.0
1.2
0.2 0.1
2.0
0.8 0.3
1.4
1.0 0.5
1.8
0.9 0.6
二.城市的云和雾
云、雾都是大气中的水汽凝结物，云高悬于空中，雾飘浮于 近地面。 大气中水汽凝结的条件： 一是水汽含量要达到或超过饱和； 二是要有充足的凝结核。 城市云雾特征： （1）城市云量多于郊区，尤其是低云； （2）城市雾量大于郊区，尤其是浊雾。
城市降水
城市化对降水的影响 城市化对降水的影响，是一个有争议的问题，以往的研究有下面 几种不同的看法： （1）认为城市化有使降水增加的效应，尤其是城市的下风方；
2.城市热岛强度的年变化
城市热岛强度还有明显的季节变化，但城市热岛强度的季节变化情况比较复杂， 各地区差异甚大，它主要视区域气候条件和城市人为因素而异。 城市热岛一般出现在高气压影响下，少云、小风、湿度小、大气稳定的天气条 件下。 我国是季风气候区城市热岛强度年变化一般是秋冬季强，春夏季弱。 原因：1）春夏季大气多不稳定，城市大气污染物和热量易扩散到周围郊区； 2）春夏季雨水较多，城区地面有水分蒸发消耗热量，雨水冲洗大气污 染物； 3）春夏季云量多，覆盖市区和郊区，体现不出城郊对辐射影响的差异。 所以春夏季城市热岛较弱，而秋冬季冷高压影响，干燥、少云、少雨、 大气层结稳定，所以城市热岛较弱。
1.城市污染物的增加； 2.城市下垫面性质的变岛的时空变化及其影响因素
城市热岛的时间变化
1 城市热岛强度的日变化
一般模式：
城市热岛有明显的周期性变化，研究指出，中纬度城市在 理想状况下，热岛强度在很大程度上是一种夜间现象，特别是日 落后3~5小时，乡村一般以每小时2~3℃的速率冷却，城市冷却率较
3.随城市土地利用性质不同而异；
4.随下垫面形状、街谷、城市布局而异； 5.随区域气候条件而异；
6.城市热岛强度还因天气气象条件和人为因素不同而出现非周期性变化。
城市热岛的空间分布
1. 水平分布
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。
原因：人为热多，建筑密集。
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梯 梯度大、等温线密集。
上述因素综合作用的结果，使城市产生“干岛效应”，形成等湿度 线呈闭合状态的城市低湿度区，称“城市干岛”。这在植物生长茂盛的 季节和白昼比较显著。
2. 特殊情况下也会出现城市湿岛
夜间，郊区由于下垫面温度及近地面气温下降比城区快，凝 露量大，空气中水汽含量迅速减少，而市区由于热岛效应温度 较高，凝露量小，湍流强度又比白天弱，水汽上传量减少，故 出现城区水汽含量比郊区大的“城市湿岛”现象，称“凝露湿 岛”。 此情况发生在夜间静风或小风天气，城市热岛较强的情况下。 英国的莱斯特城，美国的芝加哥、纽约、加拿大的埃德蒙顿城、 上海等许多城市，都曾经观测到这种“凝露湿岛”的城市气候 特征。
原因：下垫面差别大，人口、活动等梯度大。
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，气温也有高低之别。
2. 垂直变化 在垂直方向上，城市热岛强度随高度的变化因城市不同而异。 一般情况下，白天城郊差别不明显；夜间，因城郊气温垂直变化不 同，城市地面热岛明显，强度大，向上递减。 午后
1.城市的绝对湿度和相对湿度 一般情况下，城市化结果使城市的绝对湿和相对湿度均小于周围郊区。 原因：（1）城市地面不保水、干燥、蒸发量小； （2）城市植被覆盖面积少，蒸腾量小；
（3）城市下垫面粗糙度大，其机械湍流、热力湍流都比郊区强，
空气层结较不稳定，近地面有限的水汽通过湍流不断上传扩散；
（4）热岛效应，空气温度比郊区高，所以相对湿度比郊区小； （5）城市风速较小，也不利于水分蒸发。
城市热岛
城市热岛效应也称“大气热污染现象”,是指当城市发展到一 定规模,由于城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排 放等因素使城市温度明显高于郊区,形成类似高温孤岛的现象,在 气象学上被形象地称为城市热岛。 可见,城市热岛反映的是一个温差的概念,只要城市与郊区有明 显的温差,就可以说存在了城市热岛。 这种城市气温高于四周郊区的温差现象称“城市热岛效应”。 城市气温与郊区同期（瞬时、日平均、月平均、年平均等）气 温差值大小（或等温线间距）称城市热岛强度。
另一方面，城市建筑物，人工铺装的路面不透水层，使城 市空气湿度减小，是不利于降水形成的条件。
因此，又有人认为，城市化对降水的影响因素互相抵消，没有使降 水增加或有使降水减少的效应。 事实上，城市降水的形成机制十分复杂，还有许多不确定的天气气 候因素。单纯由城市热岛触发降水的可能性较小，多数情况是在湿热 不稳定的大气层结条件时，在有利的天气系统配合下，才容易形成对 流云和对流性降水。 城市热岛对城市降水的贡献主要是起“又到增幅”作用。城市对 降水的影响在大气环流弱市表现明显，在大气环流强大时，城市的影 响则表现不出来。
城市降水变化的生态环境效应 1.城市降水的意义
降水不仅是城市生物的重要生态因子，而且也是补给城市地 表水、地下水的来源，参与城市天然系统的水分大循环、城市大气水分小循环和城市生态系统水分平衡的因子，对城市大气污 染和水体污染有净化作用，直接或间接影响城市人类活动，所以 城市降水是城市生态环境的重要自然因子之一。
（2）认为城市化对降水有减少的效应；
（3）认为城市化对降水无影响； （4）认为城市化使对流性降水明显增多；