第三章城市热环境
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层，称其为城市覆盖层。
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
城市热平衡
城市（或城镇、工业小区）是具 有特殊性质的立体化下垫面层， 局部大气成分发生变化，其热量 收支平衡关系与郊区农村显著不 同。城市覆盖层可看作一城市 “建筑物——空气系统”
第三章城市热环境
城市热平衡方程
城市热平衡是指城市覆盖层的热量得失
城市建筑物对太阳辐射的反射
郊区对太阳辐射的反射
第三章城市热环境
城市覆盖层净辐射得热量与郊区的差异
1、太阳直接辐射量减少，散射辐Байду номын сангаас量增加，总 辐射量减弱。
2、城市覆盖层表面对太阳辐射的反射系数小于 郊区。
反射系数大小取决于各个不同性质下垫面的反射率和 城市建筑排列的几何形状被反射率的影响。
第三章城市热环境
第三章城市热环境
城市热岛的特征
城市热岛是指温度的差异，与温度的绝对 值没有直接关系；
城市规模越大，人口越多，密度越高，热 岛效应越强；
热岛效应随季节和地区的不同而不同； 热岛效应白天弱、夜间强； 晴天无风时强、阴天风大时弱。
第三章城市热环境
第三章城市热环境
四、热岛对城市环境的影响
1、形成热岛环流—在大天气系统风速较弱情况 下，形成乡村-城市间的低速环流；
Qn+QfQhQe = Qs
式中：
1、Qn --城市覆盖层内净辐射得热量； 2、Qf --城市覆盖层内人为热释放量； 3、Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量； 4、Qe --城市覆盖层内的潜热交换量 5、Qs --城市覆盖层内下垫面层的储热量。
第三章城市热环境
Qn—城市覆盖层内净辐射得热量
1983年1月26～27日
第三章城市热环境
1982年7月
北 京 某 岛新 模建 拟小 区 的 热
➢热岛模拟结果
第三章城市热环境
城市热岛的平面分布
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
城市热岛的形成原因
1、城市日辐射得热量多； 2、城市立体化下垫面层比郊区自然下垫面层的热容量大；
第三章城市热环境
第三章城市热环境
Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量
对流换热量主要包括热力紊流（大于郊 区）和机械紊流（由大气系统风力引起机 械紊流而产生的由城市向郊区的热量传 递）。
1、风速较大时，与郊区相差不大； 2、风速较小时，小于郊区。
第三章城市热环境
Qe --城市覆盖层内的潜热交换量
3、城市覆盖层长波辐射热量交换损失小于 郊区
总之城市区域辐射得热量要大于郊区，这 是由城市区域立体化下垫面层及受污染的 大气所决定的
第三章城市热环境
Qf --城市覆盖层内人为热释放量
城市覆盖层内单位面积上的人为热释放量
Qf远大于郊区，接近太阳辐射得热量。
人为热阻在城市热平衡中的地位将越来越 显示出其重要性。
1、城市中不透水面积大； 2、城市水面的升华作用很小； 3、郊区有大片自然植被和人工种植的农作物。
第三章城市热环境
城市热岛（urban heat island）
同一时间，城市气温比郊区高；越接近市中心，气温越高； 其等温线图类似于“海岛”的等高线图。把这种温度分布 现象称为“城市热岛”效应。
下垫面：大气底部与地表的接触面 3、大气污染、二氧化碳层形成温室效应； 4、人为热量多； 5、蒸发散热量少，通过紊流输送给空气的显热比郊区大； 6、城市建筑物密度大，通风不良。
第三章城市热环境
城市热岛形成的外部条件：
天气形势须稳定，气压梯度小，风速微弱 或无风，天气晴朗无云或少云，空气层结 比较稳定。
城市的风速比郊区小，风向不稳定 城市空气多湍流运动，有城市环流和城市风
第三章城市热环境
3）蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小 蒸散：地面蒸发 植物蒸腾
4）云和雾
城市云量比郊区多，尤其是低云 城市的雾比郊区多，有的是光化学烟雾
5）降水
第三章城市热环境
城市气候
1、城市气候——城市内部形成的不同于城市周
热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m 高处）附件远郊的气温的差值。单位：℃
第三章城市热环境
城市热岛的剖面分布
第三章城市热环境
➢热岛强度
——伦敦
伦敦地区冬 季月均热岛强 度达到6.7℃ （12 F）
第三章城市热环境
➢热岛强度
——事例
第三章城市热环境
➢热岛强度——北京
北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬 季5℃。家用空调的普及和车辆的剧增必然导 致近年夏季热岛强度增加。
城市环境物理
第一章 城市热湿环境
第三章城市热环境
本章主要内容
城市热环境基本知识
城市气候 城市热平衡 城市湿平衡
城市热岛效应
不同城市下垫面对环境的影响
城市大气逆温现象
第三章城市热环境
城市气候的基本特征
1）辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少 城市气温比郊区高，形成城市热岛
2）风和湍流
Qn=Is• + •IB-Ig
Is – 太阳辐射强度 -- 覆盖层等效表面对太阳辐射的吸收系数 IB – 天空大气长波辐射强度 -- 覆盖层等效表面对大气长波辐射的吸收系数 Ig -- 覆盖层等效表面的长波辐射强度。
第三章城市热环境
城市净辐射得热量的变异
城市覆盖层内的净太阳辐射得热量大于郊区 （吸收系数接近1.0）；
潜热交换量包括水分的相变吸（放）热和 植物光合作用吸热；
城市覆盖层内的潜热交换量： 1、雨后大于郊区； 2、正常情况：远远小于郊区； 3、总量：小于郊区（不同地区有差异）。
第三章城市热环境
城市潜热交换量主要包括水分的蒸发（或凝结）和地面的 升华（或凝华）。
城市中潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小。 城市中水分相变量大大小于郊区，潜热交换量也大大小于 郊区。原因是：
围地区的特殊小气候。
2、城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区 垂直方向：
城市覆盖层 城市边界层 城市羽尾层（市尾烟气层） 乡村边界层
第三章城市热环境
城市热环境—基本知识
城市气候涉及的范围： 大气边界层：大气环流受到地表（下垫面）的
影响，形成的湍流（紊流）层；
城市边界层：城市区域的大气边界层； 城市覆盖层：城市下垫面为一立体化的下垫面
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
城市热平衡
城市（或城镇、工业小区）是具 有特殊性质的立体化下垫面层， 局部大气成分发生变化，其热量 收支平衡关系与郊区农村显著不 同。城市覆盖层可看作一城市 “建筑物——空气系统”
第三章城市热环境
城市热平衡方程
城市热平衡是指城市覆盖层的热量得失
城市建筑物对太阳辐射的反射
郊区对太阳辐射的反射
第三章城市热环境
城市覆盖层净辐射得热量与郊区的差异
1、太阳直接辐射量减少，散射辐Байду номын сангаас量增加，总 辐射量减弱。
2、城市覆盖层表面对太阳辐射的反射系数小于 郊区。
反射系数大小取决于各个不同性质下垫面的反射率和 城市建筑排列的几何形状被反射率的影响。
第三章城市热环境
第三章城市热环境
城市热岛的特征
城市热岛是指温度的差异，与温度的绝对 值没有直接关系；
城市规模越大，人口越多，密度越高，热 岛效应越强；
热岛效应随季节和地区的不同而不同； 热岛效应白天弱、夜间强； 晴天无风时强、阴天风大时弱。
第三章城市热环境
第三章城市热环境
四、热岛对城市环境的影响
1、形成热岛环流—在大天气系统风速较弱情况 下，形成乡村-城市间的低速环流；
Qn+QfQhQe = Qs
式中：
1、Qn --城市覆盖层内净辐射得热量； 2、Qf --城市覆盖层内人为热释放量； 3、Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量； 4、Qe --城市覆盖层内的潜热交换量 5、Qs --城市覆盖层内下垫面层的储热量。
第三章城市热环境
Qn—城市覆盖层内净辐射得热量
1983年1月26～27日
第三章城市热环境
1982年7月
北 京 某 岛新 模建 拟小 区 的 热
➢热岛模拟结果
第三章城市热环境
城市热岛的平面分布
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
第三章城市热环境
城市热岛的形成原因
1、城市日辐射得热量多； 2、城市立体化下垫面层比郊区自然下垫面层的热容量大；
第三章城市热环境
第三章城市热环境
Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量
对流换热量主要包括热力紊流（大于郊 区）和机械紊流（由大气系统风力引起机 械紊流而产生的由城市向郊区的热量传 递）。
1、风速较大时，与郊区相差不大； 2、风速较小时，小于郊区。
第三章城市热环境
Qe --城市覆盖层内的潜热交换量
3、城市覆盖层长波辐射热量交换损失小于 郊区
总之城市区域辐射得热量要大于郊区，这 是由城市区域立体化下垫面层及受污染的 大气所决定的
第三章城市热环境
Qf --城市覆盖层内人为热释放量
城市覆盖层内单位面积上的人为热释放量
Qf远大于郊区，接近太阳辐射得热量。
人为热阻在城市热平衡中的地位将越来越 显示出其重要性。
1、城市中不透水面积大； 2、城市水面的升华作用很小； 3、郊区有大片自然植被和人工种植的农作物。
第三章城市热环境
城市热岛（urban heat island）
同一时间，城市气温比郊区高；越接近市中心，气温越高； 其等温线图类似于“海岛”的等高线图。把这种温度分布 现象称为“城市热岛”效应。
下垫面：大气底部与地表的接触面 3、大气污染、二氧化碳层形成温室效应； 4、人为热量多； 5、蒸发散热量少，通过紊流输送给空气的显热比郊区大； 6、城市建筑物密度大，通风不良。
第三章城市热环境
城市热岛形成的外部条件：
天气形势须稳定，气压梯度小，风速微弱 或无风，天气晴朗无云或少云，空气层结 比较稳定。
城市的风速比郊区小，风向不稳定 城市空气多湍流运动，有城市环流和城市风
第三章城市热环境
3）蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小 蒸散：地面蒸发 植物蒸腾
4）云和雾
城市云量比郊区多，尤其是低云 城市的雾比郊区多，有的是光化学烟雾
5）降水
第三章城市热环境
城市气候
1、城市气候——城市内部形成的不同于城市周
热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m 高处）附件远郊的气温的差值。单位：℃
第三章城市热环境
城市热岛的剖面分布
第三章城市热环境
➢热岛强度
——伦敦
伦敦地区冬 季月均热岛强 度达到6.7℃ （12 F）
第三章城市热环境
➢热岛强度
——事例
第三章城市热环境
➢热岛强度——北京
北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬 季5℃。家用空调的普及和车辆的剧增必然导 致近年夏季热岛强度增加。
城市环境物理
第一章 城市热湿环境
第三章城市热环境
本章主要内容
城市热环境基本知识
城市气候 城市热平衡 城市湿平衡
城市热岛效应
不同城市下垫面对环境的影响
城市大气逆温现象
第三章城市热环境
城市气候的基本特征
1）辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少 城市气温比郊区高，形成城市热岛
2）风和湍流
Qn=Is• + •IB-Ig
Is – 太阳辐射强度 -- 覆盖层等效表面对太阳辐射的吸收系数 IB – 天空大气长波辐射强度 -- 覆盖层等效表面对大气长波辐射的吸收系数 Ig -- 覆盖层等效表面的长波辐射强度。
第三章城市热环境
城市净辐射得热量的变异
城市覆盖层内的净太阳辐射得热量大于郊区 （吸收系数接近1.0）；
潜热交换量包括水分的相变吸（放）热和 植物光合作用吸热；
城市覆盖层内的潜热交换量： 1、雨后大于郊区； 2、正常情况：远远小于郊区； 3、总量：小于郊区（不同地区有差异）。
第三章城市热环境
城市潜热交换量主要包括水分的蒸发（或凝结）和地面的 升华（或凝华）。
城市中潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小。 城市中水分相变量大大小于郊区，潜热交换量也大大小于 郊区。原因是：
围地区的特殊小气候。
2、城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区 垂直方向：
城市覆盖层 城市边界层 城市羽尾层（市尾烟气层） 乡村边界层
第三章城市热环境
城市热环境—基本知识
城市气候涉及的范围： 大气边界层：大气环流受到地表（下垫面）的
影响，形成的湍流（紊流）层；
城市边界层：城市区域的大气边界层； 城市覆盖层：城市下垫面为一立体化的下垫面