城市气象学第八章：城市辐射收支平衡

城市辐射收支平衡

城市的辐射收支

城市的辐射收支3

城市地-气长波辐射能的交换

在辐射平衡方程中，除了短波辐射之外，还有地-气间的长波辐射能的交换。地-气间的长波辐射主要有两个方向：一是地面辐射QL↑，它的方向向上；另一个是大气逆辐射QL↓，它的方向指向地面。这两种长波辐射能量在城市和郊区都各不相同。45QL↑-地面辐射（1）地面长波辐射QL↑

城市地-气长波辐射能的交换地面长波辐射QL↑大于郊区

城市下垫面温度高长波辐射大

62.3.3

城市地-气长波辐射能的交换（2）大气逆辐射7经验公式8

城市地-气长波辐射能的交换城市大气逆辐射QL↓大于郊区城市大气CO2含量高大气逆辐射强风速愈大,气温热岛强度愈弱,大气逆辐射QL↓城乡差异愈小。晴昼城市大气逆辐射QL↓与郊区的差值比晴夜更大。

102.3.4城市的净辐射

下垫面的净辐射Qn是由太阳总辐射QI，下垫面反射率α，大气逆辐射QL↓和地面辐射QL↑四项来决定的。城市对这四项皆有明显的影响。到达城市下垫面的太阳总辐射比郊区小，但其下垫面的反射率亦比郊区小。在短波辐射收支上，城市与郊区的差别不大。城市中大气逆辐射虽比郊区大，但地面长波辐射QL↑城市大于郊区，因此在长波辐射收支上，城、郊的差别亦不大。总体说,城市地面吸收的太阳净辐射与乡村差别不大。11城市的能量平衡和水分平衡13主要内容城市的能量平衡与水分平衡方程城市中的人为热城市下垫面贮热量城市中的地-气显热交换和地-气潜热交换城市与郊区热量平衡的日变化城市的水分平衡及特征14一、城市的能量平衡与水分平衡方程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。建筑物-空气-地面系统（1）城市的能量平衡方程城市的热量平衡方程17（2）城市的水分平衡方程城市建筑-空气-地面系统的水分平衡方程：18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，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。二、城市中的人为热城市中的人为热（QF）：工业生产家庭炉灶空调制冷机动车排放冬季取暖等26城市人为热排放分类研究及其对气温的影响摘要：利用上海市近５０ａ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温度反演有着非常良好的一致性。人为热的影响因素12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日变化广州人为热2009北京2001城市内人为热的变化三、城市下垫面贮热量城市能量平衡研究方法直接观测法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。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，求出其线性经验方程，并加以组合。城市热贮量城区的热贮量比郊区高城区建筑物材料，如混凝土、石料、砖瓦及钢材的热容量C都比郊区干燥的土壤高。大多数情况下，城市下垫面的导热率K比郊区大3倍，热容量C比郊区大1/3。城市热贮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？城市太阳辐射的时空变化特征及原因？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？城市的大气逆辐射与郊区相比有什么特点？思考题城市热量平衡方程及参数意义？人为热的主要来源？人为热的时间变化和空间变化特征？城市贮热量的特征？城市中的地-气显热交换和地-气潜热交换计算公式地-气系统的显热交换和潜热交换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，城市下垫面向大气提供的潜热远小于郊区。57地气显热交换特征下垫面对城市热量平衡的影响6061总的情况来看，在中纬度城市中，所吸收的净辐射中平均有44%用于地气显热交换，29%用于蒸散向大气输送潜热，其余27%贮存在下垫面内部。而且，市区的鲍因比变化范围最大。城市的热收入远高于乡村。62思考题城市热量平衡方程及参数意义？人为热的主要来源？人为热的时间变化和空间变化特征？城市贮热量的特征？地-气系统的显热交换和潜热交换特征？（1）城市的热量平衡方程城市的热量平衡方程642.城市与郊区热量平衡的日变化城市、近郊和远郊热量平衡方程：652.城市与郊区热量平衡的日变化根据Oke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：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。城市街道中白天正午获得的盈余净辐射约有64%通过湍流交换将显热QH输送出去，仅有10%的热量用于蒸发潜热的输送，其鲍恩比高达6.4，这是近、远郊无法相比的。城市夜间湍流微弱，QH、QE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。66南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析

南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析城、郊不同下垫面地表热量平衡各分量平均日变化特征分析68不同天气条件下城、郊热量平衡各分量的平均特征南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析693.城市的水分平衡及特征城市的水分平衡方程城市中水分收入项城市下垫面的蒸散量和水分贮存量城市的径流量70（1）城市的水分平衡方程城市建筑-空气-地面系统的水分平衡方程：71(2)城市中水分收入项多数学者研究证明城市及其下风向降水量P一般比郊区多，大约多5-15%。城市中由于工业生产和居民生活需要燃烧大量的化石燃料要向空中释放大量的水汽F。城市的管道输水量I也较郊区大得多。所以，城市水分收入项比郊区大。72（3）城市下垫面的蒸散量和水分贮存量

二者都比郊区小。城区植被面积小，建筑物和人工铺砌的道路、广场等不透水面积远比郊区大，降水之后雨水很快从下水道中排泄，所以下垫面的蒸发和蒸腾量都比郊区小。城市下垫面的材料多为不透水的人工材料，降水时下渗很少，加上植被覆盖小，不能截留雨水让根部吸水贮存，又有人工排水管道，很快流失，因此贮存在城市下垫面的水量甚少。73城市下垫面善于贮存热量,却不善于贮存水分。这自然是由于城市中建筑物密集,植被覆盖率小,又有人工排水管道,降水后水分渗透并贮存在下垫面中极少的缘故。（3）城市下垫面的蒸散量和水分贮存量

74（4）城市的径流量城市的径流量普遍比郊区大，雨后径流峰值也比郊区高，出现洪峰的时间比郊区早。城市下垫面的水分收入量比郊区多,而向空气的蒸散量和向下垫面内部的渗透贮存量比郊区少,则其径流量必然要比郊区大得多。城市在降雨后,径流量急剧增高,很快出现峰值,然后又迅速降低,其径流曲线非常陡峻,急升急降。郊区径流曲线则平缓得多,其峰值比市区低,出现时间比市区迟,缓升缓降。75降雨后城市