城市环境与生态实用教案

1、第一节 城市气候(chn sh q hu)(chn sh q hu)概述一、概念 城市(chngsh)气候：城市(chngsh)特殊下垫面和人类活动影响下形成的一种不同于其周围地区的特殊小气候。二、研究方法 历史对比法；周末与工作日对比法； 城郊对比法；城市(chngsh)内部不同性质下垫面对比法； 模拟实验法；应用数学物理方法建立模式。第1页/共34页第一页，共35页。三、城市气候环境 城市化地区的特点高度密集的人口、高强度的经济活动、特殊的下垫面。因此城市气候不仅受纬度、大气环流、海陆位置、地形地貌等区域性气候要素的影响，还受以上因素(yn s)的影响，从而形成特殊的局地气候。第2页/共3

2、4页第二页，共35页。四、城市气候(chn sh q hu)的涉及范围 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 主导风向主导风向第3页/共34页第三页，共35页。五、城市特殊环境对其气候的影响1. 大气污染对城市气候的影响减弱太阳入射辐射(fsh)(冬季太阳高度角较小时减弱尤甚)和日照时数增加城市烟雾频率、降低能见度改变城市大气的热力性质(太阳辐射(fsh)吸收率、长波反射、热容量等)第4页/共34页第四页，共35页。2. 特殊下垫面对城市气候的影响 建筑物密集、纵横交错 地面(dmin)风速减小；城区空气湍流增加；改变风向。 下垫面坚硬密实不透水、吸水性差 降水时径流过

3、程加速，降水过后地面(dmin)迅速变干，使得水分蒸发和蒸腾作用相应减弱。 下垫面反射率小、建筑材料的导热率和热容量均比郊区高 城区热贮存量比郊区大。第5页/共34页第五页，共35页。蒸发蒸发漫反射漫反射反射反射反射反射漫反射漫反射蒸发蒸发漫反射漫反射反射反射吸收吸收吸收吸收吸收吸收第6页/共34页第六页，共35页。第7页/共34页第七页，共35页。3. 人为热对城市气候的影响 人为热：由人类生活和生产活动以及生物新陈代谢产生的热量。 北欧不少城市单位面积的人为释热量已超过太阳辐射量，随着生活质量的提高，人为热的总量和强度均在持续增长。 影响：人为热直接改变了局地的热平衡，加剧了城市的热岛效应

4、。表现：冬季(dngj)取暖等导致城市高温，夏季制冷需求也使得城市更热。第8页/共34页第八页，共35页。第二节 城市(chngsh)(chngsh)气温一 城市热平衡 QS = Qn + QFQHQEQS 下垫面贮热量；Qn 覆盖层内净辐射得热量；QF 覆盖层内人为热释放(shfng)量；QH 覆盖层内显热交换量(大气湍流)；QE 覆盖层内潜热交换量(水分与空气间)。第9页/共34页第九页，共35页。1. 城市覆盖层内净辐射得热量城市总辐射量比郊区弱(大气(dq)透明度低)；城市下垫面对太阳辐射的反射率小(多次反射，能量被大量吸收)；城市覆盖层长波辐射能量交换损失小于郊区。第10页/共34页

5、第十页，共35页。2. 城市覆盖层内人为热释放量城市人为热释放量远大于郊区；不同(b tn)城市人为热在能量平衡中所占的比重不同(b tn)，主要影响因素有：纬度（高纬比重大）、区域气候条件、人口密度、工业和交通运输量的大小等；同一城市人为热存在明显的季节变化和日变化。第11页/共34页第十一页，共35页。克克第12页/共34页第十二页，共35页。3. 城市覆盖层内潜热交换量 城市潜热交换的主要物理过程 水分的蒸发与凝结；冰雪的融化(rnghu)与凝固；冰面的升华与凝华。 潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小， 城市水分相变量大大小于郊区，故潜热交换量也小于郊区。 因城市不透水面积大、雪

6、面升华作用小、植物对汽化潜热的影响作用小。第13页/共34页第十三页，共35页。4. 城市大气显热交换量覆盖层与地面热交换，城市与郊区大致相同；对流换热量，由热力紊流和机械紊流引起的热量传递。城市易发生热力湍流和机械紊流，热交换量大于郊区。 QS = Qn + QFQHQE总之(zngzh)，城市得热量大于郊区，失热量小于郊区，因此气温高于郊区。第14页/共34页第十四页，共35页。二 城市热岛效应1. 概念 城市气温高于四周郊区气温的现象2. 表现 由农村至城市边缘的近郊，气温陡然升高，形成“陡岸”；进入( jnr)城市后温度梯度变得平缓，形成“高原”；到城市中心，人口和建筑密度增加，温度更

7、高，形成“高峰”第15页/共34页第十五页，共35页。第16页/共34页第十六页，共35页。三 城市热岛的成因(chngyn)(chngyn)1. 城市下垫面的影响 城市内的混凝土、柏油路面及各种建筑墙面等，吸热快而热容量小，在相同太阳辐射下，比自然下垫面（绿地(l d)、水面等）升温快，因而表面温度明显高于自然下垫面； 城市的建筑物、道路、广场等地面不透水； 建筑密集，不利于热量的扩散。第17页/共34页第十七页，共35页。2. 人工(rngng)热的影响 工厂生产、交通运输以及居民生活都在排放热量； 随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减

8、少，缓解热岛效应的能力被削弱 。3. 城市大气污染的影响 城市交通、工业生产以及居民生活产生的大量污染气体形成温室效应，进一步引起大气升温。第18页/共34页第十八页，共35页。四 城市热岛的生态(shngti)(shngti)环境效应 中纬度地区城市热岛生态环境效应(xioyng) 冬季：节省取暖的能量消耗，削减大气污染；减少城市积雪，延长无霜期，利于植物生长（有利）； 夏季：加强城市高温的酷热程度，严重时引起人体中暑和心血管疾病；空调降温消耗能量，污染环境。 削减夏季城市热岛效应(xioyng)是防御城市夏季高温灾害、减少经济损失和保护城市生态环境的一项重要措施。第19页/共34页第十九页

9、，共35页。第三节 城市(chngsh)(chngsh)的风一 城市对风的影响(yngxing) 市区建筑物密集，增大了下垫面粗糙度，风速一般小于郊区，但是，城市中由于狭管效应造成的“弄堂风”(峡谷效应)，又比自然风速大很多； 由于热岛效应，市区低空气压比郊区低，常发生由郊区向市区辐合的热岛环流。但在自然风速较大时，这种风便被破坏而消失。第20页/共34页第二十页，共35页。第21页/共34页第二十一页，共35页。二 风与城市规划(chn sh u hu)1. 盛行风与城市规划(chn sh u hu)： 季风区：排污的工厂布置在城市最小风频方向的上风方向； 主导风向区：工厂布置在主导风向的下

10、风侧；居住区置于上风侧； 无主导风向区：工厂置于最大平均风速风向的下风方向，或置于污染系数或污染风频最小的方位； 准静止风型区：工厂置于卫生防护距离之外。第22页/共34页第二十二页，共35页。2. 局地环流与城市规划海陆风，山谷风城市热岛环流街道(jido)风、弄堂风第23页/共34页第二十三页，共35页。第24页/共34页第二十四页，共35页。第25页/共34页第二十五页，共35页。第四节 城市(chngsh)(chngsh)“五岛”效应 “五岛”效应：热岛、干岛、湿岛、浑浊岛、雨岛1. 城市干岛 城区的绝对湿度和相对湿度都比郊区小。 城市特殊下垫及发达的排水系统，使其地面比较(bjio)

11、干燥，蒸发很少，因而水汽含量(绝对湿度)低于郊区；相对湿度则因市区温度高，以致偏低更甚 。第26页/共34页第二十六页，共35页。2. 城市湿岛 夜间，地面迅速(xn s)冷却，气温垂直递减率减小，水汽向上输送量随之减少；由于城市热岛效应使市区气温较高，水汽不易凝结。从而近地层空气中的水汽含量反而高于郊区。 但与“干岛”效应相比，这是次要的。第27页/共34页第二十七页，共35页。3. 城市混浊岛 城市工业、交通、居民生活等排放大量的烟尘，大气(dq)能见度低；另一方面，城市大气(dq)中含较多的吸湿性微粒，在70%的相对湿度下，就能使水汽凝结，雾日增多。第28页/共34页第二十八页，共35页

12、。4. 城市雨岛 城市上空大气层结不稳定，有利于热力对流，在水汽充足时，易形成(xngchng)对流性降水； 城市参差不齐的建筑物对气流有机械阻障，引发湍流，导致城市降水强度增强，降水时间延长； 城市空气中凝结核多，可促使水气凝结生成雨滴，从而增加降水 。第29页/共34页第二十九页，共35页。 城市降水量增加的直接后果： 雨洪径流量增大； 加 剧 地 面 侵 蚀 ， 受 纳 水 体 污 染 加 剧 ， 河 道(hdo)淤积； 冰雹、雷暴等对人民生命财产危害，下雨能见度低，使交通事故增加； 利：使枯季径流增大，缓解枯季供水紧张状况。第30页/共34页第三十页，共35页。 酸雨 使土壤(trng

13、)贫瘠，损害植物生长，减弱作物的光合作用和抗病虫害能力，影响生产； 地下水酸化，微量元素超标； 河湖水酸化，危害水生生物，鱼虾死亡，破坏生态平衡； 腐蚀建筑材料和文物古迹。第31页/共34页第三十一页，共35页。 在五岛之中，以热岛、干岛和混浊(hnzhu)岛出现的频率最大；湿岛仅出现在夏季晴朗无风的短暂时段内；雨岛集中出现在汛期大气经向环流较弱时的下风向处。第32页/共34页第三十二页，共35页。 作业： 城市人为环境对城市气候的影响(yngxing)表现在哪些方面？第33页/共34页第三十三页，共35页。谢谢您的观看(gunkn)！第34页/共34页第三十四页，共35页。NoImage内容(nirng)总结第一节 城市气候概述。减弱太阳入