城市微气候

2.2 城市微气候

城市微气候从城市到城市，甚至在同一城市中不同地区之间都存在差异。例如，一些地区的自然通风效果好，感觉比其他地区凉爽。这种差异可以被看作是城市形式，气候和人员活动的相互作用的结果。城市热岛效应就是城市形式可以影响城市微气候的最好说明。

微气候对城市形式的作用还可以通过其他形式表现出来，特别是日照，这对自然采光和太阳设计都产生影响（被动的和主动的太阳能系统，例如PV和集热器）。也就是说，如果我们要在城市中（世界上绝大多数人口居住的地方）发展环保的可持续能源政策，就需要对可持续的城市设计进行指导，这正是本书的目的。

正如前面所讨论到的，用充分的理由证明卫星城市在一定程度上既可以增加城市密度，又可以提高环境质量。但是，生活在城市中的人们已经意识到城市环境对他们的健康和福利的影响，倒是普遍不满，甚至是由呼吸系统问题带来的不健康。目前，对密集地区的环境控制仍称不上成功，只有当知道怎么去控制城市中的污染时，才能重新恢复城市的吸引力或城市生活。在技术方面，如减少汽车污染物的排放，扮演了一定的角色，但学会如何提高城市通风、通过微气候的控制和城市规划增加城市日照对我们的将来至关重要。

城市形式和微气候的互相作用形式备受关注，这是因为以下几方面：

---环境条件（温度、日照、风、噪声）会对室外和室内环境造成影响；---城市通风可以清除污染物；

---对建筑能耗存在影响。

对城市规划和建筑设计而言，城市微气候是复杂的和动态的。诸如Chandler（1965年）、Miess（1979）Landsberg（1981年）、Oke（1987年）等许多研究人员进行了很多重要的研究工作，这些都表明：城市的发展影响着城市微气候。

2.2.1 城市热岛效应

目前，人们已经普遍认同这样一个事实：城市地区普遍比周围的农村地区要暖和一些。当然也存在一些疑问：这种对比是否有充分的证据，因为城市中的特定地区不是随机的，由于地理位置的原因，对应的微气候会对气温产生重要的影响。然而，研究显示，持续的城市化确实在某种程度上影响了城市微气候，尽管其同时也受当地气候的影响。

改变城市微气候的主要城市特征是：

－硬质、非透水性路面；

－大面积的导热、蓄热性强的材料；

－增加了城市表面的粗糙度；

－热源集中；

－城市大气污染。

非透水性路面封闭了路面，使得雨水迅速流失，从而减少了路面的蒸发，也减少了蒸发带走的热量。城市中大部分地区热熔的增大，为接收和储存来自太阳的热量和城市其他热量（例如来自供热系统、空调系统、工业和汽车的热量）提供了条件。而这些热源同时又对大气造成污染，例

CO这样的温室气体排放等，大气污如烟雾、化学物质、尘埃，以及诸如

2

染物会吸收和反射太阳辐射，同时还会吸收长波辐射增加温室效应，提高城市温度。除此之外，城市表面粗糙度的增加，不但减弱了风速，也减弱了热和和污染物的扩散。

城市热岛效应充分说明了城市形式对城市微气候的影响。下面列举一些与温度相关的典型数据来说明城市与周围农村地区相比较而具有的特征（Landsberg，1981年）：

与农村相比较，城市化对热环境的影响表2.1 Array

上面的数值都是平均值，因此热岛效应对温度的影响还是相对较小的。然而，对于采暖度日数和空调度日数表征的建筑年能耗的影响却有显著的

co大约是电制冷所产生的1/3，因影响。需要强调的是燃气采暖所产生的

2

此对于环境的影响，空调度日数就具有特别重要的意义，同时，还应考虑应该避免使用空调或者降低使用程度，从而实现环境的可持续性。除了与热相关的问题外，城市中的问题还包括大气和噪声污染，这些也被认为是使用空调的部分理由。

在大城市中无云、微风的傍晚，热岛效应可能达到的最高的极端值。在这个时间段内，大气温度迅速下降而城市环境仍然保持不变，此时最大的温差可以达到12℃，然后，随着风速的增加和云层的加厚，热岛效应随之减弱。影响城市热岛效应就变得越来越明显。Oke（1987年）给出了一个表示人口规模（P）、风速（u）和热岛效应（T）的关系式：

.0

.04/u

27

56

P

T

（1）

max T 图2.4表示的是一系列不同规模城市的风速和热岛效应的关系，从图中可以看出如果大城市中的风速相对越低，越容易受到热岛效应的影响。 图2.4 热岛效应与风速和城市人口规模的关系（Oke ，1987年），见第25页英文部分。

热岛效应尽管是用一个温差来描述，但却反映了它在空间和时间的变化特征。在空间上，城市中心的热岛效应最显著，并向城市边缘的径向降低。一些重要的绿化区域，例如公园和绿树成荫的街道都会增加征发冷却的能力，同时为城市下垫面提供遮阳，从而降低温度。研究已经表明，在欧洲南部，绿化率增加10%所带来的降温效果可以使空调负荷降低8%～11%（Barbera et al ，1991年）。

综上所述，为了降低热岛效应的影响，城市发展应该遵循如下原则： -限制城市的总体规模（这里是依据人口来定义城市规模，但热岛效应与城市化的范围有关）；

-减少私人小汽车、机械系统和其他一些会增加污染、恶化热岛效应的人为因素；

-引入绿化和多空渗水地面来强化蒸发冷却，同时使用更多的浅色表面来增加城市发射率，以提高对太阳辐射的反射；

-增加城市表面空间的“透气性”，以促进空气流动，降低热岛效应和带走城市污染物。

2.2.2 街谷

在上一节中，我们已经论述了城市特征值（例如城市规模）与热环境之间的关系（表现为热岛效应）。在这一节中，我们将讨论城市形态学：建筑形式的几何特征和城市空间特征。对于城市形态的定义，一个基本参数是街道平局高宽比。Oke （1987年）就利用这个参数表明了城市形态与城市热岛效应的关系：街谷越深，热岛效应越明显。

通常，对城市热岛效应的测量和预测的木的就是要研究温差峰值，以此说明形成这种温差的物理因素和他的影响程度。Oke 在讨论热岛和城市几何特征之间的联系时，提到了“最大温岛强度”（Oke ，1987年：293），其表达式为：

()W H T /ln 97.354.7max +=

Oke 的计算说明了街谷越狭窄，或者高宽此（H/W ）越大，最大热岛强度 就越大。他总结说：

“城市几何特征是控制城市热岛的一个根本因素（Oke ，1987年：293）”，“如果城市本身就处于炎热的气候中，由于热岛效应提高了温度，人们会觉得更加不舒服