城市气象学第八章：城市辐射收支平衡

1、城市辐射收支平衡城市辐射收支平衡,LQDSQI,(1)nILLQQQQSD, LQIQ3,DnILLQQSQQ地表净辐射太阳总辐射太阳直接辐射太阳散射辐射下垫面反射率大气长波逆辐射（方向向下）地面长波逆辐射（方向向上）DSQI,(1)nILLQQQQ454L,Q=T地面相对发射率）（波尔兹曼常数，斯蒂芬428-W/105.6696-km）下垫面温度（ KTQLQL长波辐射大长波辐射大 67,LQ经验公式经验公式8Q QLL大气逆辐射强大气逆辐射强 风速愈大风速愈大, ,气温热岛强度愈弱气温热岛强度愈弱, ,大气逆辐射大气逆辐射Q QLL城乡差异愈小。城乡差异愈小。 晴昼城市大气逆辐射晴昼城市大

2、气逆辐射Q QLL与郊区的差值比晴夜与郊区的差值比晴夜更大。更大。 10111314n城市具有特殊性质的下垫面，城市中的能城市具有特殊性质的下垫面，城市中的能量平衡和水分平衡就比较复杂。量平衡和水分平衡就比较复杂。n建筑物建筑物-空气空气-地面系统地面系统nFHESAnFHESAQQQQQQQQQQQQ其中，：地面净辐射：人为热：下垫面与空气间的湍流显热：下垫面与空气间的潜热交换：下垫面内部贮热量的变化：热平流量的变化17PFIErSA 18能量平衡与水分平衡之间的关系能量平衡与水分平衡之间的关系 城市中水分平衡与能量平衡的关系十分密城市中水分平衡与能量平衡的关系十分密切，特别是表现在蒸散这一

3、过程中。切，特别是表现在蒸散这一过程中。 城市中由于下垫面不透水面积大，植被少，城市中由于下垫面不透水面积大，植被少，蒸散量远比郊区小。导致能量平衡方程中蒸散量远比郊区小。导致能量平衡方程中的潜热交换远比郊区小。的潜热交换远比郊区小。二、城市中的人为热二、城市中的人为热 工业生产工业生产 家庭炉灶家庭炉灶 空调制冷空调制冷 机动车排放机动车排放 冬季取暖等冬季取暖等26城市人为热排放分类研究及其对气城市人为热排放分类研究及其对气温的影响温的影响n摘要：利用上海市近各区县月均温数据，分析城市摘要：利用上海市近各区县月均温数据，分析城市中人为热排放。绘制人为热排放流程图，并将城市人为热源中人为热排

4、放。绘制人为热排放流程图，并将城市人为热源进行分类，分析所有可能成为人为热排放源的设施以便定性进行分类，分析所有可能成为人为热排放源的设施以便定性及控制研究。分别计算燃油排热和燃煤排热以估算上海市人及控制研究。分别计算燃油排热和燃煤排热以估算上海市人为热排放总量，统计上海市区和郊区的年均温及年均温差随为热排放总量，统计上海市区和郊区的年均温及年均温差随时间变化及其与人为热排放之间的关系，发现两者之间有很时间变化及其与人为热排放之间的关系，发现两者之间有很好的相关性；最后就上海市夏季空调使用排热对上海市温度好的相关性；最后就上海市夏季空调使用排热对上海市温度影响进行了定性研究，发现空调排热与地面

5、温度反演有着非影响进行了定性研究，发现空调排热与地面温度反演有着非常良好的一致性。常良好的一致性。人为热的影响因素人为热的影响因素人为热的空间变化人为热的空间变化人为热的空间变化人为热的季变化人为热的季变化人为热的日变化人为热的日变化广州人为热 2009北京 2001城市内人为热的变化城市内人为热的变化城市能量平衡研究方法城市能量平衡研究方法n直接观测法直接观测法n将测量热通量的感应元件放在屋顶、道路将测量热通量的感应元件放在屋顶、道路或者其他物体的下面。或者其他物体的下面。n用具有代表性的若干种下垫面研究其用具有代表性的若干种下垫面研究其 与净辐射的相互关联，求出其线性经验方与净辐射的相互关

6、联，求出其线性经验方程，并加以组合。程，并加以组合。城市热贮量城市热贮量n城区的热贮量比郊区高城区的热贮量比郊区高n城区建筑物材料，如混凝土、石料、砖瓦城区建筑物材料，如混凝土、石料、砖瓦及钢材的热容量及钢材的热容量C都比郊区干燥的土壤高。都比郊区干燥的土壤高。n大多数情况下，城市下垫面的导热率大多数情况下，城市下垫面的导热率K比郊比郊区大区大3倍，热容量倍，热容量C比郊区大比郊区大1/3。城市热贮量城市热贮量城市白天能够积蓄较多热量城市白天能够积蓄较多热量思考题 城市建筑常见的遮阳措施有哪些？城市建筑常见的遮阳措施有哪些？ 城市太阳辐射的时空变化特征及原因？城市太阳辐射的时空变化特征及原因？

7、 什么是地表净辐射？什么是地表净辐射？ 城市下垫面反射率有哪些特点及其原因？城市下垫面反射率有哪些特点及其原因？ 城市的大气逆辐射与郊区相比有什么特点？城市的大气逆辐射与郊区相比有什么特点？思考题思考题 城市热量平衡方程及参数意义？城市热量平衡方程及参数意义？ 人为热的主要来源？人为热的主要来源？ 人为热的时间变化和空间变化特征？人为热的时间变化和空间变化特征？ 城市贮热量的特征？城市贮热量的特征？计算公式计算公式城市中大气稳定度一般比郊区小，容易发生热力湍流，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，又有利于机械湍同时城市下垫面的粗糙度也比郊区大，又有

8、利于机械湍流的发展，因此，城市的显热总是比郊区大。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。提供的潜热远小于郊区。57地气显热交换特征n下垫面对城市热量平衡的影响下垫面对城市热量平衡的影响606162思考题思考题n城市热量平衡方程及参数意义？城市热量平衡方程及参数意义？n人为热的主要来源？人为热

9、的主要来源？n人为热的时间变化和空间变化特征？人为热的时间变化和空间变化特征？n城市贮热量的特征？城市贮热量的特征？n地地-气系统的显热交换和潜热交换特征？气系统的显热交换和潜热交换特征？nFHESAnFHESAQQQQQQQQQQQQ其中，：地面净辐射：人为热：下垫面与空气间的湍流显热：下垫面与空气间的潜热交换：下垫面内部贮热量的变化：热平流量的变化64nFHESAnFHESPAnHESPAPQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ城市：近郊：远郊：式中为植物光合作用能量的变化n 城市、近郊和远郊热量平衡方程：城市、近郊和远郊热量平衡方程：65n根据根据OkeOke对温哥华的研究，城市与近郊

10、、远郊相比能量平衡各对温哥华的研究，城市与近郊、远郊相比能量平衡各分量的日变化差异：分量的日变化差异：城市系统出现的净辐射正值时间比远、近郊都短，在夜间城市系统出现的净辐射正值时间比远、近郊都短，在夜间长波净辐射的失热比近郊少。长波净辐射的失热比近郊少。城市街道中白天正午获得的盈余净辐射约有城市街道中白天正午获得的盈余净辐射约有64%64%通过湍流通过湍流交换将显热交换将显热QHQH输送出去，仅有输送出去，仅有10%10%的热量用于蒸发潜热的的热量用于蒸发潜热的输送，其鲍恩比高达输送，其鲍恩比高达6.46.4，这是近、远郊无法相比的。，这是近、远郊无法相比的。城市夜间湍流微弱，城市夜间湍流微弱，QHQH、QEQE都很小，其长波辐射失得热量都很小，其长波辐射失得热量几乎全靠白天贮存在墙内和地面的热量来补充。几乎全靠白