城市环境气象学 城市热岛

城市热岛效应
近百年来，随着城市规模的迅速发展，城市热 岛的强度也越来越大。
城市气温通常比其四周郊区高。特别是当天气
晴朗无风时，城区气温Tu与郊区气温Tr的差值 ΔTu-r更大。
城郊温差全年以冬季最大，当晴空、小风天气 时，大城市的最低气温可比郊区高4~5℃以上。
1.城市热岛效应
城市热岛效应可以从两个方面来分析： （1）同一时间城市和郊区气温的对比 （2）同一城市历史发展过程中气温的前后对比
• 各地热岛强度与风速关系最为密切，其次 是云量。
• 城市热岛强度的大小与风速、云量、气温 都呈正相关，与水汽压微弱负相关。
（2）城市热岛强度的非周期性变化
临界风速：风速大则热岛效应小， 超过临界风速时则消失
云量：强热岛大多出现在无云的天 气状态下
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北京地区热岛消失的临界风速
季节
春Βιβλιοθήκη Baidu夏 秋 冬
维也纳城市和郊区气温差值的日变化 30
周变化
美国两座城市冬季热岛强度Tu-r(℃)的周变化
城市
星 期 一
星 期 二
星 期 三
星 期 四
星 期 五
星 期 六
星 期 日
平 均
纽黑文
(1939~ 0.6 0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.3 0.6
1943)
巴尔的摩
(1971~ 0.9 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.2 0.7
城市规模（面积、人口及其密度等）对热 岛强度的有影响
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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。
1975)
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季节变化
城市热岛强度随季节不同而变化，其变化 规律因城市所在的地理位置的不同而有所 不同。
在副热带和温带季风气候区，城市热岛强
度以秋季和冬季为最强，夏季和晚春为最 弱。
根据北京市1、4、7、10月城、郊气温分布 图，北京年平均气温城、郊温差为2.0℃， 年平均最低气温城、郊温差为2.5℃；逐月 城、郊温差，9月至翌年2月较大，3月至8月 较小。
归因于冬季城市取暖耗能较多, 释放大量人为热量
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（1）城市热岛强度的周期性变化
日变化
在晴稳天气下，热岛强度大都是早晚和夜 间强，城市温度比郊外高；白天和中午热 岛强度弱，城市和郊外的气温比较接近； 而夏季中午，有时甚至会出现城内气温比 郊外低的现象。
日变化
这主要与城、郊热量收支状况不同有关； 一般郊区在日落后净辐射转为负值，而城 区下垫面白天积蓄的热量多，夜间风速又 比郊区小，不利于热量向外扩散，使得城 区夜间气温比郊区高，城郊之间温差大； 随着太阳高度角逐渐增大，郊区因土壤热 容量小而迅速增温，使得温差明显减小， 到中午前后，城郊的气温已基本接近。
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（1）城、郊气温对比
Tu-r—热岛强度=同时间同高度(离地
1.5m)热岛中心与近郊的气温差值。 “城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”
之上, 国内外均如此:
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巴黎城中心年均温比郊区高1.9C
冬季傍晚上海市区比郊外要高2~5C
（1）城、郊气温对比
城市热岛温度剖面示意图 12
（2）城市发展过程中气温的前后对比
北京热岛强度冬强夏弱的变化规律，同我国 北方城市一致，与南方城市不同。原因是：
①北方城市都处于季风气候区，季节转换明显。 冬季受干冷气团控制，湿度小，云量少，有利于 热岛的形成与发展。夏季阴雨天气多，不利于热 岛的形成和发展。 ②北京冬季为采暖期，城区人为热排放比夏季多。 城区吸入热量多于郊区；夏季城区人为热和大气 逆辐射比冬季相对减少，城郊的热量收入相差不 大，不利于热岛的发展。
随城市化发展, 市区呈现出越来越暖的趋势.
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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(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)
城市热岛
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主要内容
城市热岛效应 城市热岛强度的周期性和非周期性变化 城市热岛效应的地区差异和垂直结构 城市热岛的形成 城市热岛的影响
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1.城市热岛效应
城市热岛(urban heat island)
城市内部气温比周围郊区高的现象，城市气候中 最典型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度 地区，这一现象均普遍存在。
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城市热岛
定义：城市所发出的巨大热量，使得城区成 为好比在冷凉郊区农村包围中的温暖岛屿。
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热岛环流
热岛环流的含义：通常，城市的平均气温比郊区高0.5-1°c，引起空气在城市上升，在郊区下降，在城市与郊 区之间形成了小型的热力环流被称为热岛环流。
解释
近地面受热膨胀，空气上升，在高空集聚，由 于高空气体增多，形成高压，高压辐散，向周围 流动，相反在对应的地面就形成抵低压。若近地 面气温低，则气体下沉集聚形成高压而高空形成 低压，气体总是从高压流向高压，这样在气温不 同的地方就形成了热力环流。
日本东京1916~1965年年平均气温的变化 19
城市热岛效应
2. 城市热岛强度的变化
（1）周期性变化 日变化 周变化 季节变化
（2）非周期性变化
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（1）城市热岛强度的周期性变化
✓ 日变化: 夜晚强, 白昼午间弱 ✓ 周变化: 明显受工休日周期影响, 周末弱, 周内强 ✓ 季节变化: 冬秋两季比夏春两季表现更明显, 可能
城市规模与人为热
城市气温年变化趋势与郊外基本一致，但是 城郊气温差值的年变化比较复杂；它不仅与 城市所在的区域气候背景有关，而且与城市 的规模结构和人为的热释放有关。 大体上是冬季热岛强度比较大，夏季热岛强 度比较小。
（2）城市热岛强度的非周期性变化
• 适用于白天热岛强度的公式 • 适用于夜间热岛强度的公式
热岛消失的风速 （m/s） 4~5 2~3 5 5~6
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思考题
城市热岛的定义。 通常，城市热岛效应从那两个方面来分析？ 城市热岛有哪些周期性变化及具体变化趋势？ 热岛强度非周期性变化的影响因素？ 对城市热岛强度影响最大的气象因素？
3.城市热岛效应的地区差异和垂直结构
（1）城市热岛强度的地区差异