城市气象学课件：05_1城市热岛_成因
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（1）下垫面不透水面积：城区大于郊区 在能量平衡中，净辐射用于蒸发的潜热远比郊区 为少，而用于下垫面增温和向空气输送的湍流显热 则比较多。这就使得城区下垫面温度比郊区高，形 成“城市下垫面温度热岛”，并从而通过湍流交换 和长波辐射使城区气温高于郊区。 即使在夜间，城区下垫面仍有湍流显热向空气输 送，而郊区却从空气层取得湍流显热，城市覆盖层 的气温显著高于郊区。
T( t )
2(QL
QL
)
t
1 2
2
μ为热导纳，t为日落后的时间，因城区热导纳大， 因而日落后温度下降的速度要比郊区慢，这是热岛 形成的重要原因。
（3）下垫面几何形状 城市中建筑物参差错落，形成许多高宽比不同的 “城市街谷”。在这种复杂的立体下垫面上其天空视 因子比平坦的郊区小得多，这种几何形状的差异对热 岛的形成关系极大。 白天时：
请注意城 区鲍恩比！
圣路易斯（源自文库）湍流显热通量，（b）潜热通量， （c）鲍恩比的等值线（1976年8月18日下午）
（2）下垫面热性质 城市下垫面导热率、热容量、热导纳都比郊区大。 这些热性质的城、郊差异，导致城市下垫面的储热 量显著高于郊区。日落后，郊区因白天下垫面储热 量小，通过长波净辐射，下垫面温度和近地面层气 温的下降速度很快。城区因白天储存的热量较多， 其热导纳高，下垫面温度和近地面气温下降的速度 都比郊区慢。日落后下垫面温度降低速率：
高宽比0.25,0.5,1,2,3,4. 再将木板换成水泥板，考察材料的影 响。木板热导纳380J/(m2Ks0.5)，水泥热导纳1300
模拟实验测得的城市和郊区日落后 温度随时间下降速度曲线
模拟实验测得的热岛强度随时间的变化，图中（1） 是几何形状引起的温差；（2）是热导纳引起的温差
蒙特利尔（高宽比3.29）和温哥华（高宽比1.50） 及乌普萨拉（高宽比0.76）从日落后实测的降温率
墙壁多次反射吸收更多的太阳辐射 墙壁深颜色吸收更多辐射 较大的热导纳等储存更多热量 夜间时： 街谷底部接收自大气和墙壁长波，长波辐射损失小 街谷中风小，热量不易扩散
Oke的实验：在实 验室考察街谷几何 形状、材料性质对 热岛强度的影响。 将模型20℃放在-8 ℃冷室内开始降温。 郊区模型无街谷。 模拟夜间无云无风 情况。在街谷底部 中央安置热电偶测 温。
蒙特利尔（1）和温哥华（2）及乌普萨拉（3）从 日落后热岛强度随时间的变化
Oke根据资料回归得到的方程：
Tur(max) 15.27 13.88s
式中r2=0.88, 估计值的标准差为±0.92℃
Tur(max) 7.45 3.97 ln( H /W )
模拟实验得出的最大热岛强度、平均热岛强度与天 空视因子和城市街谷高宽比的关系
Ch5 Urban Heat Islands （UHIs）
内容
一、热岛成因 二、热岛特征 三、热岛影响 四、热岛减缓 五、热岛文献评述
Image of Atlanta, Georgia, showing temperature distribution, with blue showing cool temperatures, red warm, and hot areas appear white.
一、UHI 成因
城市热岛是在城市化的人为因素和局地天气 气象条件共同作用下形成的。在人为因素中 以下垫面性质的改变、人为热和过量温室气 体的排放以及大气污染等为最重要。在局地 天气气象条件中则以天气形势、风、云等关 系最大。
1、城市下垫面因素
有三个因素：下垫面不透水面积；下垫面的 热性质；下垫面的几何形状。
From Wikipedia, the free encyclopedia
An urban heat island (UHI) is a metropolitan area which is significantly warmer than its surrounding rural areas. The phenomenon was first investigated and described by Luke Howard in the 1810s, although he was not the one to name the phenomenon. The temperature difference usually is larger at night than during the day, and is most apparent when winds are weak. Seasonally, UHI is seen during both summer and winter. The main cause of the urban heat island is modification of the land surface by urban development which uses materials which effectively retain heat. Waste heat generated by energy usage is a secondary contributor. As population centers grow they tend to modify a greater and greater area of land and have a corresponding increase in average temperature. The lesser-used term heat island refers to any area, populated or not, which is consistently hotter than the surrounding area.
澳大利亚、欧洲、北美31个城市最大热岛强度与天 空视因子关系点聚图
2、人为热、温室气体和大气污染
城市中由于人口密度和能源消耗都比郊区大， 其排放至大气中的人为热、温室气休以及在 工业生产、交通运输等过程中排放出的污染 物都比郊区多，它们在热岛形成中都起着一 定的作用
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μ为热导纳，t为日落后的时间，因城区热导纳大， 因而日落后温度下降的速度要比郊区慢，这是热岛 形成的重要原因。
（3）下垫面几何形状 城市中建筑物参差错落，形成许多高宽比不同的 “城市街谷”。在这种复杂的立体下垫面上其天空视 因子比平坦的郊区小得多，这种几何形状的差异对热 岛的形成关系极大。 白天时：
请注意城 区鲍恩比！
圣路易斯（源自文库）湍流显热通量，（b）潜热通量， （c）鲍恩比的等值线（1976年8月18日下午）
（2）下垫面热性质 城市下垫面导热率、热容量、热导纳都比郊区大。 这些热性质的城、郊差异，导致城市下垫面的储热 量显著高于郊区。日落后，郊区因白天下垫面储热 量小，通过长波净辐射，下垫面温度和近地面层气 温的下降速度很快。城区因白天储存的热量较多， 其热导纳高，下垫面温度和近地面气温下降的速度 都比郊区慢。日落后下垫面温度降低速率：
高宽比0.25,0.5,1,2,3,4. 再将木板换成水泥板，考察材料的影 响。木板热导纳380J/(m2Ks0.5)，水泥热导纳1300
模拟实验测得的城市和郊区日落后 温度随时间下降速度曲线
模拟实验测得的热岛强度随时间的变化，图中（1） 是几何形状引起的温差；（2）是热导纳引起的温差
蒙特利尔（高宽比3.29）和温哥华（高宽比1.50） 及乌普萨拉（高宽比0.76）从日落后实测的降温率
墙壁多次反射吸收更多的太阳辐射 墙壁深颜色吸收更多辐射 较大的热导纳等储存更多热量 夜间时： 街谷底部接收自大气和墙壁长波，长波辐射损失小 街谷中风小，热量不易扩散
Oke的实验：在实 验室考察街谷几何 形状、材料性质对 热岛强度的影响。 将模型20℃放在-8 ℃冷室内开始降温。 郊区模型无街谷。 模拟夜间无云无风 情况。在街谷底部 中央安置热电偶测 温。
蒙特利尔（1）和温哥华（2）及乌普萨拉（3）从 日落后热岛强度随时间的变化
Oke根据资料回归得到的方程：
Tur(max) 15.27 13.88s
式中r2=0.88, 估计值的标准差为±0.92℃
Tur(max) 7.45 3.97 ln( H /W )
模拟实验得出的最大热岛强度、平均热岛强度与天 空视因子和城市街谷高宽比的关系
Ch5 Urban Heat Islands （UHIs）
内容
一、热岛成因 二、热岛特征 三、热岛影响 四、热岛减缓 五、热岛文献评述
Image of Atlanta, Georgia, showing temperature distribution, with blue showing cool temperatures, red warm, and hot areas appear white.
一、UHI 成因
城市热岛是在城市化的人为因素和局地天气 气象条件共同作用下形成的。在人为因素中 以下垫面性质的改变、人为热和过量温室气 体的排放以及大气污染等为最重要。在局地 天气气象条件中则以天气形势、风、云等关 系最大。
1、城市下垫面因素
有三个因素：下垫面不透水面积；下垫面的 热性质；下垫面的几何形状。
From Wikipedia, the free encyclopedia
An urban heat island (UHI) is a metropolitan area which is significantly warmer than its surrounding rural areas. The phenomenon was first investigated and described by Luke Howard in the 1810s, although he was not the one to name the phenomenon. The temperature difference usually is larger at night than during the day, and is most apparent when winds are weak. Seasonally, UHI is seen during both summer and winter. The main cause of the urban heat island is modification of the land surface by urban development which uses materials which effectively retain heat. Waste heat generated by energy usage is a secondary contributor. As population centers grow they tend to modify a greater and greater area of land and have a corresponding increase in average temperature. The lesser-used term heat island refers to any area, populated or not, which is consistently hotter than the surrounding area.
澳大利亚、欧洲、北美31个城市最大热岛强度与天 空视因子关系点聚图
2、人为热、温室气体和大气污染
城市中由于人口密度和能源消耗都比郊区大， 其排放至大气中的人为热、温室气休以及在 工业生产、交通运输等过程中排放出的污染 物都比郊区多，它们在热岛形成中都起着一 定的作用