1、下列（下列（）不是城市生态系统物质循环的特点。）不是城市生态系统物质循环的特点。A所需物质对外界有依赖性所需物质对外界有依赖性B物质既有输人又有输出物质既有输人又有输出C生活性物质远远大于生产性物质生活性物质远远大于生产性物质D物质循环中产生大量废物物质循环中产生大量废物城市生态系统的调控机制是（城市生态系统的调控机制是（）。）。A通过自然选择的负反馈为主通过自然选择的负反馈为主B通过自然选择的正反馈为主通过自然选择的正反馈为主C通过人工选择的负反馈为主通过人工选择的负反馈为主D通过人工选择的正反馈为主通过人工选择的正反馈为主第三章第三章城市气候特征城市气候特征 第第1节节城市的热量城市的热量
2、第第2节节城市的水城市的水第第3节节城市与风城市与风 u 气候是生物生存所不可缺少的生态因子之一。气候是生物生存所不可缺少的生态因子之一。u 城市气候是在区域气候的背景下，经城市化后，在城市气候是在区域气候的背景下，经城市化后，在人类活动的影响下形成的一种人类活动的影响下形成的一种局地气候局地气候。u 城市气候对城市居民的生存与发展有着各种直接或城市气候对城市居民的生存与发展有着各种直接或间接的影响。是城市生态环境的重要组成部分。间接的影响。是城市生态环境的重要组成部分。u 因城市建设与发展，下垫面、空气成分发生变化，因城市建设与发展，下垫面、空气成分发生变化，增加了人为热与人为水汽，使城市内
3、部许多气候要增加了人为热与人为水汽，使城市内部许多气候要素发生变化，与周围郊区产生了差别，表现出明显素发生变化，与周围郊区产生了差别，表现出明显的城市气候特征。的城市气候特征。城市气候所涉及的范围主要包括三个部分即城市气候所涉及的范围主要包括三个部分即:城市覆盖层、城市边界层和市尾烟气层。城市覆盖层、城市边界层和市尾烟气层。第第1节节城市的热量城市的热量一、一、城市的太阳辐射及日照城市的太阳辐射及日照（一）（一）太阳辐射强度太阳辐射强度I=I0PmI为通过为通过m个单位厚度大气层后的辐射强度；个单位厚度大气层后的辐射强度；I0为 大 气 上 界 太 阳 辐 射 强 度 （ 太 阳 常 数为 大
4、 气 上 界 太 阳 辐 射 强 度 （ 太 阳 常 数=1325.81395.6w/m2）；）；P为大气透明系数，为大气透明系数，P=1表明大气完全透明，表明大气完全透明，P=0为为完全不透明，一般情况下大气透明度为完全不透明，一般情况下大气透明度为0.6-0.7；m为太阳辐射经过的大气层厚度，又称大气光学质量，为太阳辐射经过的大气层厚度，又称大气光学质量，取太阳在天顶时所通过的大气层厚度为取太阳在天顶时所通过的大气层厚度为1.0。m=1/sin(h)如下图：如下图：一、城市的太阳辐射及日照一、城市的太阳辐射及日照二、城市热量二、城市热量大气层厚度与太阳高度角的关系m=1/sin(h) 城郊
5、太阳辐射差异城郊太阳辐射差异n 城市人口集中，活动强度和频度大，排放进空气的城市人口集中，活动强度和频度大，排放进空气的污染物浓度大污染物浓度大城市空气混浊城市空气混浊透明度小透明度小直接辐直接辐射少射少散射辐射多散射辐射多城市的总辐射一般比郊区少城市的总辐射一般比郊区少n 一年中由于太阳高度角随季节、时间周期性变动，一年中由于太阳高度角随季节、时间周期性变动，太阳辐射透过的大气层厚度有所不同，在中、高纬太阳辐射透过的大气层厚度有所不同，在中、高纬度地区，城、郊太阳辐射强度的差异也有明显的周度地区，城、郊太阳辐射强度的差异也有明显的周期性变化。冬季的太阳高度角最小，又值采暖季节，期性变化。冬季
6、的太阳高度角最小，又值采暖季节，城市空气污染较重，大气透明系数小，城郊间太阳城市空气污染较重，大气透明系数小，城郊间太阳辐射强度的差异最大。辐射强度的差异最大。 （二）（二）光质光质太阳辐射透过大气层过程中，光波越短越容太阳辐射透过大气层过程中，光波越短越容易被散射，而长波光线则透射较强。易被散射，而长波光线则透射较强。城市上空大气透明系数较小，较多的短波在城市上空大气透明系数较小，较多的短波在经过大气层后被散射，达到地面的短波比经过大气层后被散射，达到地面的短波比例较少，而长波比例有所增加。例较少，而长波比例有所增加。据报导，太阳辐射中可见光部分在城市地区据报导，太阳辐射中可见光部分在城市地
7、区也有所减弱。也有所减弱。（三）（三）日照日照城市日照总时数和日照百分率小于乡村城市日照总时数和日照百分率小于乡村 1 1 大气污染物多大气污染物多, ,云雾多云雾多, , 透明度小透明度小; ; 2 2 热岛效应所引起的对流云经常出现热岛效应所引起的对流云经常出现城市内部日照地区差异明显城市内部日照地区差异明显 此为建筑物遮阴所致此为建筑物遮阴所致, , 主要取决于主要取决于街道走向街道走向, , 及及建建筑群高度与街道宽度之比筑群高度与街道宽度之比: : H/DH/D 北墙冬半年完全荫蔽北墙冬半年完全荫蔽, , 夏半年一天两次日照夏半年一天两次日照, , 但时但时间不长间不长; ; 南墙每
8、天一次南墙每天一次, , 但随太阳赤纬增加而减少但随太阳赤纬增加而减少西安西安( (北纬北纬3434 ) )街道可照时间街道可照时间(h)(h)街街道道朝朝向向南南墙墙北北墙墙平平面面H/D1/21/12/13/11/21/12/13/1全全年年可可照照时时数数3180.42112.71346.5 986.3 650.2 524.3 382.6 300.6 4394.4H:建筑群高度建筑群高度,D:街道宽度街道宽度二、二、城市热量城市热量（一）（一）净辐射净辐射地表面由于吸收太阳总辐射而获得热量，但又通过地面的反射，地面辐射等方式失去热量。“收入”与“支出”的辐射量之差，称为辐射差额，又称净辐
9、射净辐射。净辐射直接影响地面实际的热量状况. 净辐射公式：净辐射公式：Qm=Q（1-）-E*Qm为净辐射；Q为太阳总辐射（直接辐射+散射辐射）；为地面反射率；E*为有效辐射，是地面辐射与大气逆辐射之差值。 城市因建筑物密度大且高低不一，相互间往往经过多次反复反射和吸收，一般情况下，城市的地面一般情况下，城市的地面反射率小于郊区反射率小于郊区。(反射率小意味着吸收率高) 但在中、高纬度地区，冬季积雪和植物枯黄等原因，城、郊的反射率可能有较大变化。在有效辐射有效辐射方面，因城市的温度偏高，地面长波辐射量较大，但因城市上空微尘较多，大气逆辐射又比郊区多，故二者相抵，城市的有效辐射与郊有效辐射与郊区区
10、差别甚微差别甚微。综上所述，城市的总辐射比郊区少，但反射率较低，而城郊之间的有效辐射相差不大，故城市与郊区的净辐射一般无显著差别净辐射一般无显著差别。Qm=Q（1-）-E* （二）（二）人为热人为热现代城市的人口和各种生产、运输等活动高度集现代城市的人口和各种生产、运输等活动高度集中，通过大量燃烧、呼吸等活动，在城市内所排中，通过大量燃烧、呼吸等活动，在城市内所排放的大量放的大量人为热量人为热量。人为热在城市总热量来源中所占的人为热在城市总热量来源中所占的比重比重受城市的受城市的地理位置、城市性质、城市规模、人口密度、能地理位置、城市性质、城市规模、人口密度、能源消耗以及气候、季节等因素影响。
11、源消耗以及气候、季节等因素影响。一般，在高纬度地区，采暖期长，耗能量大，人一般，在高纬度地区，采暖期长，耗能量大，人为热排放量也较大。由于纬度增加年净辐射量相为热排放量也较大。由于纬度增加年净辐射量相对减少，故随纬度增加人为热在城市热量来源中对减少，故随纬度增加人为热在城市热量来源中所占的比例也随之增大，且有季节性变化，冬季所占的比例也随之增大，且有季节性变化，冬季的比重最高。的比重最高。城市名称城市名称纬度纬度/N人口密度人口密度/（人（人/km2)人为热人为热/(w/m2)净辐射净辐射/(w/m2)莫斯科莫斯科西柏林西柏林温哥华温哥华曼哈顿曼哈顿洛杉矶洛杉矶大阪大阪香港香港新加坡新加坡56
12、52494034352217300983053602881020001460037303700127211911721264342575793108110110不同城市年平均人为热排放量不同城市年平均人为热排放量（引自（引自H.E.Landsber，1981年）年）人为热的大量输入人为热的大量输入: : 工业生产、家庭炉灶、工业生产、家庭炉灶、空调制冷、机动车排放、冬季取暖等空调制冷、机动车排放、冬季取暖等 下垫面下垫面导热率导热率高出乡村高出乡村3倍倍, 热容量热容量较乡村大较乡村大1/3倍倍, 因而因而贮热量大贮热量大热收入远高于乡村热收入远高于乡村（三）（三）城市热量平衡城市热量平衡小气
13、候研究表明，下垫面热量平衡各分量小气候研究表明，下垫面热量平衡各分量的相对分配状况直接决定着小气候的温度的相对分配状况直接决定着小气候的温度分布特点。分布特点。城市的热量城市的热量收入收入有净辐射和人为热有净辐射和人为热;热量热量支出支出则有下垫面与空气的显热交换、则有下垫面与空气的显热交换、下垫面与空气的潜热交换以及下垫面的贮下垫面与空气的潜热交换以及下垫面的贮热量等。热量等。城乡热量平衡式：城乡热量平衡式：乡：乡：Qr=H+LE+G+A+P城：城：Qu+QF=QH+QE+QG+QA+QP式中式中Qr、Qu:净辐射，净辐射，QF：人为热，：人为热，H、QH：下垫面与空气间的湍流显热交换，：下
14、垫面与空气间的湍流显热交换，LE、QE：下垫面与空气潜热交换，：下垫面与空气潜热交换，G、QG：下垫面贮热量，：下垫面贮热量，A、QA：热平流量。：热平流量。P、QP：植物光合作用富集能量：植物光合作用富集能量城市热量平衡特点城市热量平衡特点与郊区相比，城市热量平衡的与郊区相比，城市热量平衡的“收入收入”中有中有较多的人为热。而较多的人为热。而“支出支出“中的各分量中中的各分量中有如下特点：有如下特点：1.显热交换显热交换:大大2.潜热交换潜热交换:小小3.城市的贮热量城市的贮热量:大大4.热平流量热平流量:忽略忽略5.光合集能：少光合集能：少植物光合作用富集的能量：植物光合作用富集的能量：一
15、般乡村农田每年生产干物质一般乡村农田每年生产干物质2kg/m2,转化每转化每克干物质需要消耗太阳能克干物质需要消耗太阳能17.22kj/m2,则乡村则乡村转化光能的潜力为转化光能的潜力为34440kj/m2.（四）城市热岛（四）城市热岛城市热量平衡特征表明城市往往有更多的热量，城市热量平衡特征表明城市往往有更多的热量，使城市在广阔的郊区和农村中成为一个热量使城市在广阔的郊区和农村中成为一个热量较多的较多的孤岛地区孤岛地区。城市热岛的城市热岛的强度强度则以城市热岛中心位置的气温则以城市热岛中心位置的气温与同时间同高度近郊与同时间同高度近郊气温的差值气温的差值表示，即表示，即Tu-r也可以也可以同
16、一城市历史发展过程中气温的同一城市历史发展过程中气温的前后前后对比对比在热岛效应最明显时，热岛中心位于建筑群最在热岛效应最明显时，热岛中心位于建筑群最密、人口最密集的市中心。密、人口最密集的市中心。冬季傍晚上海市区比郊外要高冬季傍晚上海市区比郊外要高25 C;巴黎城中心年均温比郊区高巴黎城中心年均温比郊区高1.7 C城市发展过程中气温的前后对比城市发展过程中气温的前后对比随城市化发展随城市化发展, , 市区呈现出越来越暖的趋势市区呈现出越来越暖的趋势. .如东京如东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段历史时期气温逐年变化可分三个阶段: :1920194219201942年年: : 气温变化趋势逐
17、年上升气温变化趋势逐年上升( (城市发展城市发展) )1942194519421945年年: : 气温变化趋势逐年下降气温变化趋势逐年下降( (值第二次世界值第二次世界大战期间大战期间, , 东京城市受到大规模的破坏东京城市受到大规模的破坏, , 城市热岛城市热岛效应不存在效应不存在) )1945196719451967年年: : 气温变化趋势逐年上升气温变化趋势逐年上升( (战后城市建设战后城市建设迅速恢复迅速恢复, , 气温又开始回升气温又开始回升) )日本东京日本东京19161965年年平均气温的变化年年平均气温的变化城市热岛强度的变化城市热岛强度的变化周期性变化周期性变化 : :日变化
18、日变化: : 夜晚强夜晚强, , 白昼午间弱白昼午间弱年变化年变化: : 冬秋两季比夏春两季表现更明显冬秋两季比夏春两季表现更明显, , 可能归可能归因于冬季城市取暖耗能较多因于冬季城市取暖耗能较多, , 释放大量人为热量释放大量人为热量周变化周变化: : 明显受工休日周期影响明显受工休日周期影响, , 周末弱周末弱, , 周内强周内强蒙特利尔夏季热岛强度的日变化蒙特利尔夏季热岛强度的日变化 (无云无风天气无云无风天气)逐时降温率逐时降温率 T/ t ( C.h-1)热岛强度热岛强度 Tu-r ( C)城市城市乡村乡村维也纳城市和郊区气温差值的日变化维也纳城市和郊区气温差值的日变化城城 市市星
19、星期期一一星星期期二二星星期期三三星星期期四四星星期期五五星星期期六六星星期期日日平平均均纽黑文纽黑文(19391943)0.6 0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.3 0.6巴尔的摩巴尔的摩(19711975)0.9 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.2 0.7美国两座城市冬季热岛强度Tu-r()的周变化非周期性变化非周期性变化1）临界风速临界风速：风速大则热岛效应小，：风速大则热岛效应小，超过临界风速时则消失超过临界风速时则消失2）云量：云量：强热岛大多出现在无云的天强热岛大多出现在无云的天气状态下气状态下季季节节热热岛岛消消失失的的风风速速（m/s）春春45夏夏23秋秋
20、5冬冬56北京地区热岛消失的临界风速北京地区热岛消失的临界风速城市热岛强度的地区差异城市热岛强度的地区差异城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切关系。关系。团块状紧凑布局，城中心增温效应强。团块状紧凑布局，城中心增温效应强。条形分散结构，城中心增温效应弱。条形分散结构，城中心增温效应弱。盆地或凹地，由于风速小，热岛效应特别强，这里盆地或凹地，由于风速小，热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷空气的下沉作用，反而成为最暖的热不仅抵消了冷空气的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心岛中心城市规模（面积、人口及其密度等）对热岛强度亦城市规模（面积、人口及其密
21、度等）对热岛强度亦有影响有影响城市规模与城乡气温城市规模与城乡气温(夜晚夜晚)差别的关系差别的关系旧旧金金山山圣圣约约瑟瑟帕帕阿阿尔尔托托城城市市面面积积(km2)116.8138.3322.27居居民民人人口口数数(万万人人 )78.410.13.3居居民民密密度度(人人 /km2)671226351481夜夜晚晚平平均均城城乡乡气气温温差差( )5.66.73.952.23.301 时时07 时时13 时时19 时时公公园园内内27.128.331.828.3公公园园附附近近街街道道27.929.232.929.3两两处处气气温温差差0.80.91.11.0上海市区公园同其附近街道的气温平
22、均差值上海市区公园同其附近街道的气温平均差值()()国内城市规模与热岛强度的关系国内城市规模与热岛强度的关系项目项目城区面积城区面积/km2城区人口城区人口/万人万人城区人口密城区人口密度度/人人/km2年均温热岛年均温热岛强度强度/沈阳沈阳北京北京西安西安兰州兰州上海上海广州广州16487.88116414054.5240.8239.413089.6603.630014,68027,25416,0005,46343,11555,0451.52.01.51.01.20.61.0热岛效应对城市气候与环境的影响热岛效应对城市气候与环境的影响影响：影响：1.加重城市空气污染（不洁乡村风进城，上层逆加
23、重城市空气污染（不洁乡村风进城，上层逆温时的污染锅盖）温时的污染锅盖）2.影响冬季取暖与能耗（有点节能减排）影响冬季取暖与能耗（有点节能减排）3.影响城市积雪（雪灾减轻）影响城市积雪（雪灾减轻）4.影响无霜期与物候期（有利于城市绿化）影响无霜期与物候期（有利于城市绿化）5.加强城市夏季高温的酷热程度，影响健康舒适。加强城市夏季高温的酷热程度，影响健康舒适。（人体的高温中暑、促进光化学烟雾的形成、（人体的高温中暑、促进光化学烟雾的形成、加重污染、能耗增加）加重污染、能耗增加）对策：对策：根据城市热量平衡式：根据城市热量平衡式：Qu+QF=QH+QE+QG+QA+QP一是减少人为热：一是减少人为热
24、：控制城市人口，减少矿物燃料的控制城市人口，减少矿物燃料的消耗，提高利用率，开发新能源。消耗，提高利用率，开发新能源。二是削减城市净辐射量：二是削减城市净辐射量：增大反射率（如浅色装增大反射率（如浅色装修），减少净辐射；合理规划城市建筑物的高度和修），减少净辐射；合理规划城市建筑物的高度和密度及道路网的方位，扩大天穹视角，增大地面长密度及道路网的方位，扩大天穹视角，增大地面长波射出辐射；削减大气污染，减少大气逆辐射。波射出辐射；削减大气污染，减少大气逆辐射。三是增加绿化，提高城市绿地覆盖率；保持或增加三是增加绿化，提高城市绿地覆盖率；保持或增加水域面积等。水域面积等。第第2节节城市的水城市的水
25、 中国水资源总量为中国水资源总量为28000亿亿m3，居世界，居世界第第6，但人，但人均水量居世界均水量居世界第第88，相当于世界平均水平的，相当于世界平均水平的1/4。时空分布不均，南多北少，东多西少，春夏多，时空分布不均，南多北少，东多西少，春夏多，秋冬少。有秋冬少。有2/3土地年降水量不到土地年降水量不到200mm，浪费，浪费严重（如生产严重（如生产1t钢的需水量，中国为钢的需水量，中国为2530m3,发达国家为发达国家为6m3）。目前的缺水量为）。目前的缺水量为1600万万m3/d，666座城市中有座城市中有333座城市不同程度缺水，座城市不同程度缺水，其中其中108座城市严重缺水。工
26、业用水重复使用率座城市严重缺水。工业用水重复使用率不高，仅为不高，仅为20%，而美国，而美国1985年为年为75%，日本，日本为为70%。一、城市与降水一、城市与降水二、二、城市下垫面蒸散量城市下垫面蒸散量和水分贮存量和水分贮存量三、城市与雾日三、城市与雾日四、城市的绝对湿度与四、城市的绝对湿度与相对湿度相对湿度五、城市的径流五、城市的径流城市化对水系的影响：城市化对水系的影响：地面水系人工化：如北京、天津两市，修建地面水系人工化：如北京、天津两市，修建各类水库各类水库140多座，上百座水闸，开挖了一多座，上百座水闸，开挖了一系列人工渠道，改变了水系的结构与功能，系列人工渠道，改变了水系的结构
27、与功能，具有了泄洪、排污、输水等专门功能；城市具有了泄洪、排污、输水等专门功能；城市湿地公园建设对水系的改造等等。湿地公园建设对水系的改造等等。地下建成排水系统：其目的是尽快把城市的地下建成排水系统：其目的是尽快把城市的雨洪排走，保护城市设施免遭洪涝灾害。雨洪排走，保护城市设施免遭洪涝灾害。城市河流的生态环境功能城市河流的生态环境功能就近供水就近供水供绿和降温增湿供绿和降温增湿提供便捷的交通条件提供便捷的交通条件提供生物多样性存在的基地提供生物多样性存在的基地提供城市居民亲近自然的场所提供城市居民亲近自然的场所提供自然教育课的天然实验室提供自然教育课的天然实验室一、城市与降水一、城市与降水一个
28、地区的降水主要受大气环流、地理环境等一个地区的降水主要受大气环流、地理环境等诸多因素的影响，且年降水量变幅也较大。但诸多因素的影响，且年降水量变幅也较大。但很多城市报导降水量比郊区多，存在城市很多城市报导降水量比郊区多，存在城市“雨雨岛岛”现象。现象。一一般比郊区多般比郊区多5%15%。北京城郊平均年降水量差值与城市因子变北京城郊平均年降水量差值与城市因子变化趋势比较化趋势比较年份年份平均年降水量平均年降水量平均年房屋和高级平均年房屋和高级城郊差值城郊差值mm道路竣工总面积万道路竣工总面积万m21963-1967-5.4740.11969-19735.1823.21974-197817.811
29、49.81979-198346218261984-198753724559城市降水量较多的影响因素影响因素有：1.凝结核效应凝结核效应2.热岛效应热岛效应3.阻障效应阻障效应4.城市内及周边有较大面积水体城市内及周边有较大面积水体 第一第一,城市热岛效应。城市由于有热岛效应城市热岛效应。城市由于有热岛效应,空气层结空气层结不稳定不稳定,有利于产生热力对流有利于产生热力对流,当城市中水汽充足时当城市中水汽充足时(城市中还有一定量的人为水汽和人工管道供应的水城市中还有一定量的人为水汽和人工管道供应的水分分),容易形成对流云和对流性降水。容易形成对流云和对流性降水。第二第二,城市阻滞效应。城市因有高
30、高低低的建筑物城市阻滞效应。城市因有高高低低的建筑物,其其粗糙度比附近郊区平原大。它不仅能引起机械湍流粗糙度比附近郊区平原大。它不仅能引起机械湍流,而且对移动滞缓的降水系统而且对移动滞缓的降水系统(如静止锋、静止切变、如静止锋、静止切变、缓进冷锋等缓进冷锋等)有阻滞效应有阻滞效应,使其移动速度减慢使其移动速度减慢,在城区在城区滞留时间加长滞留时间加长,因而导致城区的降水强度增大因而导致城区的降水强度增大,降水降水的时间延长。的时间延长。第三第三,城市凝结核效应。城市因生产和生活强度较大城市凝结核效应。城市因生产和生活强度较大,空气中尘粒及其它微粒比周围地区多空气中尘粒及其它微粒比周围地区多,为
31、形成降水为形成降水提供了丰富的凝结核。提供了丰富的凝结核。第四第四，城市内及周边有较大面积水体，为城市提供了，城市内及周边有较大面积水体，为城市提供了充足的水汽。充足的水汽。二、二、 城市下垫面城市下垫面蒸散量蒸散量和水分贮存量和水分贮存量城市由于地面一般经人工铺装城市由于地面一般经人工铺装, , 植被覆盖率低植被覆盖率低, , 不透水面积不透水面积大大, , 降雨后雨水滞留地面时间短降雨后雨水滞留地面时间短, , 地面水分地面水分蒸发量蒸发量及植物及植物蒸蒸腾量腾量均小于郊区。均小于郊区。根据在美国东北部一个小流域的观测研究估算根据在美国东北部一个小流域的观测研究估算: : 当流域面积的当流
32、域面积的25%为不透水区时为不透水区时, 其年蒸腾量要减少其年蒸腾量要减少19%; 若不透水面积增加到若不透水面积增加到50%, 年蒸腾量减少年蒸腾量减少38%; 不透水面积增大到不透水面积增大到75%时时, 则年蒸腾量减少则年蒸腾量减少59%城市下垫面善于贮存热量城市下垫面善于贮存热量, 却不善于贮存水分却不善于贮存水分。这自然是由。这自然是由于城市中建筑物密集于城市中建筑物密集, 植被覆盖率小植被覆盖率小, 又有人工排水管道又有人工排水管道, 降降水后水分渗透并贮存在下垫面中极少的缘故。水后水分渗透并贮存在下垫面中极少的缘故。三、城市与雾日三、城市与雾日 有报导城市的雾日比郊区及郊县多，特
33、别是滨临有报导城市的雾日比郊区及郊县多，特别是滨临河、海、湖泊的城市雾日增加较为明显。主要原河、海、湖泊的城市雾日增加较为明显。主要原因和上述降水相同。因和上述降水相同。城市大雾危害城市大雾危害：1阻碍交通、使航班停开，增加交通事故。阻碍交通、使航班停开，增加交通事故。2大雾也阻滞了空气中污染物的稀释与扩散，加大雾也阻滞了空气中污染物的稀释与扩散，加重了大气污染。重了大气污染。3城市雾还减弱了太阳辐射，不利于人类和其它城市雾还减弱了太阳辐射，不利于人类和其它生物的生存。生物的生存。 四、城市的绝对湿度与相对湿度四、城市的绝对湿度与相对湿度均小于郊区，原因：均小于郊区，原因：城市地面不保水、干燥
34、、蒸发量小城市地面不保水、干燥、蒸发量小城市植被覆盖面积少，蒸腾量小城市植被覆盖面积少，蒸腾量小城市下垫面粗糙度大，机械湍流和热力湍流强于城市下垫面粗糙度大，机械湍流和热力湍流强于郊区，空气层结不稳定，近地面有限的水汽通过郊区，空气层结不稳定，近地面有限的水汽通过湍流不断上传扩散湍流不断上传扩散热岛效应，空气温度高于郊区，相对湿度小于郊热岛效应，空气温度高于郊区，相对湿度小于郊区区城市风速较小，也不利于水分蒸发城市风速较小，也不利于水分蒸发五、城市的径流五、城市的径流 城市地表多为平滑的硬材料覆盖，故城市地表城市地表多为平滑的硬材料覆盖，故城市地表径流有如下径流有如下基本特点基本特点：城市地表
35、径流系数较大；城市地表径流系数较大；流速快；流速快；径流峰值出现较早；径流峰值出现较早；城市径流水多经建筑物、道路及各种堆积物城市径流水多经建筑物、道路及各种堆积物表面流入排水道，一般是难以直接利用的污表面流入排水道，一般是难以直接利用的污水。水。缺水是城市的普遍问题：城市的降水虽然可能比郊区略多，但利用城市的降水虽然可能比郊区略多，但利用率很低。降水后大部分雨水很快成为径流率很低。降水后大部分雨水很快成为径流污水排出。污水排出。虽然城市中生产及生活活动排放一定的人虽然城市中生产及生活活动排放一定的人为为“水汽水汽”，但地面蒸发蒸腾量较少，而，但地面蒸发蒸腾量较少，而城市温度偏高，空气相对湿度
36、一般低于郊城市温度偏高，空气相对湿度一般低于郊区。区。城市内以人为主体的生物又消耗大量的水城市内以人为主体的生物又消耗大量的水分和排出大量的废水、污水。分和排出大量的废水、污水。因此，城市的水收支不平衡，支出因此，城市的水收支不平衡，支出收入。收入。解决途径：目前工业生产中直接耗水率很低，占目前工业生产中直接耗水率很低，占城市用水较大比重的工业用水中平均城市用水较大比重的工业用水中平均约约90%以上用于洗涤、冷却等工艺过以上用于洗涤、冷却等工艺过程。因此，程。因此，提高工业水重复利用率、提高工业水重复利用率、节约生活用水节约生活用水，是有效解决城市缺水，是有效解决城市缺水的途径。的途径。 第第
37、3节节城市与风城市与风 空气的水平运动称为空气的水平运动称为风风。风是人类生存的自然环。风是人类生存的自然环境因素之一，又是人类可开发利用的一种自然资境因素之一，又是人类可开发利用的一种自然资源（风力发电、推动机械、输送污染物、大风灾源（风力发电、推动机械、输送污染物、大风灾害等）。害等）。在城市化过程中，人类通过城市规划、工业布局、在城市化过程中，人类通过城市规划、工业布局、建筑设计、环境保护等，有效地适应、利用和影建筑设计、环境保护等，有效地适应、利用和影响自然界的风场，即城市和自然郊区相比，风场响自然界的风场，即城市和自然郊区相比，风场发生了显著的变化。发生了显著的变化。城市的风向风速除
38、受大气环流、地理位置、地形城市的风向风速除受大气环流、地理位置、地形等因素影响，城市下垫面性质在一定程度上可影等因素影响，城市下垫面性质在一定程度上可影响城市及邻近地区贴地层风的结构。响城市及邻近地区贴地层风的结构。 一、城市的风速风向一、城市的风速风向二、城市热岛环流二、城市热岛环流三、盛行风与城市规划三、盛行风与城市规划一、城市的风速风向一、城市的风速风向城市的平均风速比郊区小。城市的平均风速比郊区小。城市与郊区风速的差值还因时、因风速而异城市与郊区风速的差值还因时、因风速而异:一般是白天一般是白天差值大，晚上小；夏季大，冬季小。差值大，晚上小；夏季大，冬季小。 上海历年风速上海历年风速(
39、m/s)1951195519561960196119651966197019711975197619803.63.23.23.13.13.0上海地区上海地区1980年年平均风速示意图年年平均风速示意图城市空气垂直分层示意图城市空气垂直分层示意图城市覆盖层内部风的局地差异城市覆盖层内部风的局地差异u从城市整体而言，其平均风速比同高度的开旷郊区小，从城市整体而言，其平均风速比同高度的开旷郊区小，但在城市覆盖层内部但在城市覆盖层内部风的局地性差异风的局地性差异很大。很大。u有些地方风速极微；而在特殊情况下，某些地点其风速有些地方风速极微；而在特殊情况下，某些地点其风速亦可大于同时期同高度的郊区。亦可
40、大于同时期同高度的郊区。u造成城市覆盖层内部风速差异的造成城市覆盖层内部风速差异的主要原因主要原因是：由于街道是：由于街道的走向、宽度、两侧建筑物的高度、形式和朝向不同的走向、宽度、两侧建筑物的高度、形式和朝向不同, , 当风吹过城市中鳞次栉比、参差不齐的建筑物时当风吹过城市中鳞次栉比、参差不齐的建筑物时, , 因阻因阻障效应产生不同的升降气流、涡动和绕流等障效应产生不同的升降气流、涡动和绕流等, , 使风的局使风的局地变化复杂化。地变化复杂化。当盛行风向与街道当盛行风向与街道平行平行时时, , 由于狭管效应由于狭管效应, , 风速会加大。风速会加大。如果风向与街道成如果风向与街道成一定角度一
41、定角度则风受阻而速度减小。则风受阻而速度减小。在街道中部风速要比人行道靠近建筑物的部分大些。在街道中部风速要比人行道靠近建筑物的部分大些。 如果以街道中心的风速算作如果以街道中心的风速算作100%100%的话的话, , 那么在迎风那么在迎风面的人行道风速为面的人行道风速为90%,90%, 背风面的人行道风速只有背风面的人行道风速只有45%45%。人行道旁如果种植行道树人行道旁如果种植行道树, , 树叶茂盛时风速将再减低树叶茂盛时风速将再减低20%30%;20%30%; 在公园的浓荫中在公园的浓荫中, , 风速更会削弱风速更会削弱5050% %上下。上下。盛行风遇到不能穿透的建筑物时盛行风遇到不
42、能穿透的建筑物时, , 在迎风面上一部分气在迎风面上一部分气流上升越过屋顶流上升越过屋顶, , 一部分气流下沉降至地面一部分气流下沉降至地面, , 另一部分另一部分则绕过建筑物的周侧向屋后流去。则绕过建筑物的周侧向屋后流去。晚上 白天 街道风 峡管效应城市地面风的总体特点是城市地面风的总体特点是：摩擦使风速减小，但有一临界风速值摩擦使风速减小，但有一临界风速值城区内因受热不均而产生街道风城区内因受热不均而产生街道风城市峡谷效应产生城市峡谷效应产生“急流急流”建筑物的阻障效应产生涡流建筑物的阻障效应产生涡流城市风分布不均匀，时大时小，阵性大，风城市风分布不均匀，时大时小，阵性大，风向不定向不定二
43、、城市热岛环流二、城市热岛环流 在晴天无云、背景风速极小的情况下，由于城市热在晴天无云、背景风速极小的情况下，由于城市热岛的存在，市区热空气不断上升，而郊区近地面较岛的存在，市区热空气不断上升，而郊区近地面较低温的空气则向热岛中心辐合。热岛中心上升的空低温的空气则向热岛中心辐合。热岛中心上升的空气又在一定高度向郊区回流，形成缓慢的热岛环流气又在一定高度向郊区回流，形成缓慢的热岛环流在近地面部分风由郊区向城市辐合称在近地面部分风由郊区向城市辐合称“乡村风乡村风”。应该指出应该指出,向城市中心辐合的向城市中心辐合的乡村风乡村风,并不是很稳定并不是很稳定的的,它往往具有间歇性或脉动性它往往具有间歇性
44、或脉动性(周期性周期性),即吹一段即吹一段时间时间,要停一段时间。此脉动周期约为要停一段时间。此脉动周期约为1.52.0h。这。这种脉动性在夜间特别明显。种脉动性在夜间特别明显。因干湿沉降作用，污染物的垂直输送常常小于热岛因干湿沉降作用，污染物的垂直输送常常小于热岛内空气的上升速度，强热岛区或季节的空气污染最内空气的上升速度，强热岛区或季节的空气污染最为严重。为严重。乡村风乡村风乡村风乡村风三、盛行风与城市规划三、盛行风与城市规划盛行风是当地最多风向的风。盛行风是当地最多风向的风。大范围盛行风是影响城市空气污染的重要因子。大范围盛行风是影响城市空气污染的重要因子。朱瑞兆根据我国风向频率的年变化
45、，把盛行风分为朱瑞兆根据我国风向频率的年变化，把盛行风分为5大类型：季节变化型大类型：季节变化型主导风向型主导风向型双主导风向型双主导风向型无主导风向型无主导风向型准静止风型准静止风型并提出了城市规划的相应对策。并提出了城市规划的相应对策。季节变化型：季节变化型：向大气排污企业布局在城市最向大气排污企业布局在城市最小风频方位对城市的污染最少；或者工业区、小风频方位对城市的污染最少；或者工业区、居民区并排而已在与盛行风垂直的方向，并居民区并排而已在与盛行风垂直的方向，并用防护林隔离。山区城市建厂选南北走向的用防护林隔离。山区城市建厂选南北走向的谷地。谷地。双主导风向型双主导风向型也属此类。也属此
46、类。主导风向型：主导风向型：全年吹一个风向的风。全年吹一个风向的风。污染企业布置在下风向，居住区布置在上风污染企业布置在下风向，居住区布置在上风向。山区城市选与风向平行的山谷。向。山区城市选与风向平行的山谷。无主导风向型：无主导风向型：全年风向不定，应着重考虑全年风向不定，应着重考虑风速。因为污染物浓度与风速成反比。风速。因为污染物浓度与风速成反比。污染企业宜置于最大平均风速的风向的下风污染企业宜置于最大平均风速的风向的下风方位，或将风向风速同时考虑。方位，或将风向风速同时考虑。小风、准静止风型：小风、准静止风型：全年静风频率全年静风频率50%以上，以上，年平均风速年平均风速1米米/秒以下的地
47、区。秒以下的地区。污染工厂宜置于卫生防护距离之外，距离大污染工厂宜置于卫生防护距离之外，距离大小需视企业有害物质的危害程度和扩散稀释小需视企业有害物质的危害程度和扩散稀释条件、地形气象等因素而定。因此需要定出条件、地形气象等因素而定。因此需要定出安全区边界，将生活区置于安全区内。也可安全区边界，将生活区置于安全区内。也可以按国标来定。以按国标来定。思考题思考题1.冬季的太阳高度角最小，又值采暖季节，城市空气污染较重，冬季的太阳高度角最小，又值采暖季节，城市空气污染较重，大气透明系数小，城郊间太阳辐射强度的差异（大气透明系数小，城郊间太阳辐射强度的差异（A）。）。A最大；最大；B最小；最小；C差不多；差不多；D不确定。不确定。2.在晴天无风时，城市热岛强度的日变化是（在晴天无风时，城市热岛强度的日变化是（B）A白天大于晚上；白天大于晚上；B晚上大于白天；晚上大于白天；C中午前后日岛强度最大；中午前后日岛强度最大；D无季节差异。无季节差异。3.据有关资料表明，我国有三分之二城市缺水。解决城市缺水据有关资料表明，我国有三分之二城市缺水。解决城市缺水的有效途径是提高工业用水重复利用率和（的有效途径是提高工业用水重复利用率和（B）。）。A加强环保宣传；加强环保宣传；B节约生活用水；节约生活用水；C废水回用；废水回用；D加强生态教育。加强生态教育。
