城市环境气象学 城市中的地-气显热交换

南京夏季城市热岛时空分布特征 观测及模拟研究
城市建筑的屋顶和侧壁等能持续吸收和储存热能，提供了比 郊区更多的热量向近地层输送，且由白天储热多，日落后的城 市地表降温慢，夜间仍可以持续提供热量，因此，城市下垫面 的显热值都明显高于其它下垫面，在凌晨气温较低时城市显热 约降为零，在白天气温较高时城市显热大于郊区约一倍之多。
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（3）城市下垫面的蒸散量和水分贮存量
城市下垫面善于贮存热量, 却不善于贮存水分。 这自然是由于城市中建筑物密集, 植被覆盖率 小, 又有人工排水管道, 降水后水分渗透并贮存 在下垫面中极少的缘故。
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（4）城市的径流量
▪ 城市的径流量普遍比郊区大，雨后径流峰值也比 郊区高，出现洪峰的时间比郊区早。
➢ 南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
➢南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
▪ 城、郊不同下垫面地表热量平衡各分量平均日变化特征分析
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➢南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析
▪ 不同天气条件下城、郊热量平衡各分量的平均特征
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城市草坪水汽通量与蒸散量的变化特 征分析
▪ 水汽通量与热通量的变化趋势都是倒"U"型， 即白天为正，夜间为负，除3月外，其它月 份的水汽通量日变化曲线与潜热通量几乎 重合，且两者曲线远高于显热通量；全天 蒸腾的时数也随日照时数的缩短而减少， 基本表现为夏季最大，春秋季次之，冬季 最小；全年中间波文比较小，冬春两季较 大。
▪ 在同一个城市，人为热QF和热平流量QA， 无论屋顶是否绿化都可以作为同值处理。 绿色屋顶面的净辐射热量Qn远小于未绿化 的屋顶面，同时．绿色屋顶面因植物的蒸 腾和潮湿下垫面的蒸发作用消耗的潜热QE 明显比未绿化的屋面大。从而使绿化屋顶 空气获得的热量少．热效应降低，破坏或 减弱了城市的“热岛”效应。
▪ 城市下垫面的水分收入量比郊区多, 而向空气的蒸 散量和向下垫面内部的渗透贮存量比郊区少, 则其 径流量必然要比郊区大得多。
南京夏季城市热岛时空分布特征 观测及模拟研究
▪ 下垫面向空气释放潜热通量的大小主要取 决于下垫面可供蒸发的水分量的多少，植 被下垫面土壤含水量高，持水能力强，故 潜热交换强，而城市巾可供蒸发的水分很 少，因此向大气提供的潜热通量小亍郊区。 在夜间各种下垫面类型潜热均较小的情况 下，城、郊的差异还不明显，而在白天气 温高蒸发旺盛的时刻差异较显著。
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城市供水量--城市化进程的加快带动了行业发 展
(2)城市中水分收入项
▪ 多数学者研究证明城市及其下风向降水量P一般 比郊区多，大约多5-15%。
▪ 城市中由于工业生产和居民生活需要燃烧大量的 化石燃料要向空中释放大量的水汽F。
▪ 城市的管道输水量I也较郊区大得多。
▪ 所以，城市水分收入项比郊区大。
城市“屋顶花园’’对城市气候影响 方法研究
▪ 对热量和温度的影响
Qn QF QH QE QS QA 其中，Qn：地面净辐射 QF：人为热 QH：下垫面与空气间的湍流显热 QE：下垫面与空气间的潜热交换 QS：下垫面内部贮热量的变化 QA：热平流量的变化
城市“屋顶花园’’对城市气候影响 方法研究
城市中的地-气显热交换和地-气潜 热交换
计源自文库公式
▪ 地-气系统的显热交换和潜热交换的城乡差 别
✓城市中大气稳定度一般比郊区小，容易发生热力湍流， 同时城市下垫面的粗糙度也比郊区大，又有利于机械湍 流的发展，因此，城市的显热总是比郊区大。
✓城区下垫面都是一些不透水的人工材料组成，并供蒸 发的水汽量远比郊区自然的泥土地表少，且植被覆盖也 小，植被蒸腾的水汽量也少，因此，城市下垫面向大气 提供的潜热远小于郊区。
南京夏季城市热岛时空分布特征 观测及模拟研究
模拟结果表明，夏季晴好天气下，南京地区昼夜均在边界层 内形成热岛。午后14时，城市显热达到350W/m2以上，是郊区 的2倍；此时城市土壤热通量为200W/m2，是郊区的4倍；城市 下垫面大量储热，提供了热岛形成的热量基础。同时，城区湍能 在200-700m达到高值1.2m2/s2，是郊区的2倍，白天强湍流运动 促进了城市边界层发展及700m以下热岛的形成，与夜间相比， 热岛向高空延伸更高。夜间02时，城、郊显热均明显降低，此吋 城市土壤热通量约30-35W/m2，是郊区的2倍，城市积蓄的热量 持续输出，维持夜间近地面较高的热岛强度；与白天相比，夜间 城市大气相对稳定，热岛在近地面分布范围更广且强度更大，热 岛发展高度较低为100m。
▪ 潜热通量（latent heat flux）通过水分蒸发和水 蒸气凝结进行的地表与大气间的能量交换 。
城市草地的小气候调节作用初步研究
▪ 晴天草地所获得的太阳辐射能量大部分用 于植被蒸腾和土壤蒸发。草地所获得的净 辐射能量约1／2用于蒸散，约13％用于显 热，约6% 向土壤深处传递；而裸地所获 得的净辐射能量约1／3用于土壤蒸发，约 2／5用于显热，约1／10向土壤深处传递。
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城市地气显热交换特征
城市的地气显热交换特征
波文比 Bowen ratio
▪ 波文比指的是显热通量（又称感热通量）与潜热 通量的比率。反映了生态系统与大气交换能量的 形式分配情况。
▪ 显热通量/感热通量（sensible heat flux）地表 和近地表大气间通过传导和对流运动转移的能量 。
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（3）城市下垫面的蒸散量和水分贮存量
▪ 二者都比郊区小。 ▪ 城区植被面积小，建筑物和人工铺砌的道路、广
场等不透水面积远比郊区大，降水之后雨水很快 从下水道中排泄，所以下垫面的蒸发和蒸腾量都 比郊区小。 ▪ 城市下垫面的材料多为不透水的人工材料，降水 时下渗很少，加上植被覆盖小，不能截留雨水让 根部吸水贮存，又有人工排水管道，很快流失， 因此贮存在城市下垫面的水量甚少。
水汽通量日变化曲线均与潜热通量几乎重合
城市的水分平衡及特征
城市的水分平衡及特征
▪ 城市的水分平衡方程 ▪ 城市中水分收入项 ▪ 城市下垫面的蒸散量和水分贮存量 ▪ 城市的径流量
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（1）城市的水分平衡方程
▪ 城市建筑-空气-地面系统的水分平衡方程：
P F I E r S A