《城市环境气象学》学习资料：十二 城市气象学

1、城市气象学,复习总结,城市气候所波及的范围,城市的大气成分,（1）干洁空气 （2）水汽 （3）固态、液态颗粒,大气：由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成 。,干洁空气,概念： 大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。 成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体 。 特点：(1)组成干洁空气的各种成分总是维持基本恒定，(2)干洁空气的平均分子量是28.996，(3)在垂直高度90km以下干洁空气的主要成分所占比例不变， 100 km以上氧分子离解为氧原子，250km氮基本离解。, 二氧化碳 (CO2) 占空气容积仅 0.035

2、的二氧化碳，来源地表火山喷发、燃料燃烧、动植物呼吸及有机物腐败等，主要集中在20km以下大气浅薄底层。含量城市工业中心、火山周围较高，农村较少。最大特点：对太阳辐射吸收很少，主要吸收和放射长波辐射。对大气有增温作用，被称为“温室气体”，直接干扰气温垂直变化规律，间接影响气候变化。,臭氧 最大特点：能大量吸收太阳紫外线增暖气温。直接影响气温垂直分布规律，但吸收高层大气大量太阳紫外线使地表生物和人类免遭伤害。 臭氧受人类不自觉破坏已在极地上空等局部区域日趋变薄，并已行成空洞，使过多紫外线通过臭氧层空洞进入低层大气。导致人类众多疾病（皮肤癌、白内障、）发生，危害人们健康。,大气污染,概念：指排入大气

3、的污染物或由其转化的二次污染物的数量、浓度及在空中的滞留时间达到了妨碍人体健康、影响动植物生存以及损坏各种设备、器物即破坏自然环境的危害现象。 来源：自然过程和人为因素 三个环节：污染物排放、大气传播、人与物受害,8,大气污染物的来源,大 气 污 染 源,天然源：自然界自行向大气排放污染物的污染源.,人为源：人类的生产活动和生活活 动所形成的污染源。,1.2 城市大气污染源,9,一次污染物：直接从污染源排放的污染物。 主要有SO2、H2S 、NO、NH3 、CO、CO2 、HF、HCl 、C1C12化合物 。,二次污染物：是指由一次污染物在大气中 互相作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污

4、染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。 主要有SO3、H2SO4、O3 、 NO2、醛类、酮类、酸类。,气 态 污 染 分 类,硫酸烟雾系大气中的 SO2等硫化物 ，在有水雾 、含有重金属 的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成 的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要 比 SO2气体强烈得多。,硫酸烟雾,10,光化学烟雾,定义：由汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧(O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应

5、过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。 产生条件：充足的太阳光；当地排放的污染物的浓度；气象条件（大气稳定度、气温、相对湿度和风等）；其他地理环境因素（纬度和海拔高度等）,11,粉尘,定义：粉尘类的大气污染物是工业生产排放出的废气中含有的固体微粒，它的大小不一，从0.1到几百微米。,分类：大气粉尘颗粒分为:（a）飘尘（直径小于10微米）;（b）降尘（直径大于10微米）;（c）总悬浮微粒（直径小于100微米）的所有颗粒总称。即飘尘和降尘的总和。,气溶胶状态污染物,气溶胶状态污染物,烟尘,定义：一般指由冶金或化学过程形成的固体粒子气溶胶或由燃烧过程产生的飞灰和黑烟

6、。 特点：粒度大都比较细，其粒子直径仅为0.01-0.1微米左右,雾,定义：雾是气体中液滴悬浮物的总称，它是由流体蒸汽的凝结液体的雾化及化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、油雾、碱雾等。,什么是PM2.5？ PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。,PM2.5,TSP,即总悬浮微粒，又称总悬浮颗粒物。指悬浮在空气中的空气动力学当量直径100m的颗粒物。,逆温对城市大气污染的影响,当逆温出现时，表征气层非常稳定，会阻碍空气上升运动的发展，从而形成污染物扩散的阻挡层，使近地层的污染物质不容易穿透逆温的屏障向上扩散，只能在逆温层下部有限的空间内聚积，形成高浓度污染。

7、逆温强度越大，厚度越厚，维持的时间越长，造成的污染危害越大。,城市上空的云量一般比郊区乡村多，特别是在夏 季，城市上空积云形成较多。 城市化有使城市云量增多的效应，低云量的增加 更为明显；而且城市的阴天日数也比乡村要多。,城市云量,由于城市上空对流发展比较旺盛，且凝结核较多，因此，在市区上空常会形成对流云。有统计资料 表明，城区平均云量可比郊区增加510%。市区 晴天日数减少，阴天、云天增多。,城市云量,导致市区云量特别是低云量比郊区多的原因： 城市的热岛效应产生的热岛环流使市区内 的上升气流加强，有利于云的形成。 城市空气中含有较多的凝结核，尽管绝对 湿度小，但吸湿性凝结核有利于云的形成。

8、城市的摩擦阻障作用使得锋面、切变线等 天气系统在市区的移动速度减慢，云层在市区 滞留时间加长；建筑物加大了空气的被迫抬升， 有利于云特别是低云的增加。,城市云量,日照（sunshine）,日照：描述太阳辐射强度的物理量。 日照时数：某天某地实际上获得日照的小时数。 可照时数：某天某地理论上应有的日照小时数。 日照百分率=日照时数/可照时数100%,20,建筑间距系数： 指遮挡阳光的建筑与被遮挡阳光的建筑的间距为遮挡阳光的建筑高度的倍数。,城市太阳总辐射特征,城市太阳总辐射与郊区相比，具有如下特征：,（1）城市太阳总辐射较乡村少 污染物浓度大直接辐射少散射辐射多总辐射少 （2）城市总辐射中短波辐

9、射衰减的更显著 （3）城市太阳总辐射的时空变化比郊区复杂,22,城市中到达的紫外辐射量减少，将影响城市居民健康。紫外辐射减少状况由大气透明度和太阳高度角决定，空气的混浊度大，太阳高度角越低，减少越厉害。市区对于紫外辐射的削弱非常明显。,城市太阳辐射的波长变化,城市热岛,城市内部气温比周围郊区高的现象，城市气候中最典型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象均普遍存在。,城市热岛形成的人为因素有哪些？请详细举例说明。,人为因素 城市下垫面因素 人为热量 温室气体 大气污染,下垫面的透水性 城市中除少数绿地外，绝大部分的下垫面透水性差。 下垫面的几何形状 城市复杂立体下垫面上的天穹可见度

10、比平坦郊区小得多 下垫面的热性质 城市下垫面的导热率、热容量比郊区大。,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,27,温室气体,二氧化碳（CO2） 水汽(H2O) 甲烷(CH4) 氧化亚氮(N2O) 氯氟烃(CFC3),28,大气污染,白天，城市大气中悬浮颗粒物的“阳伞效应”对城市覆盖层白昼增温不利。 夜晚，这些颗粒物形成“雾障”，笼罩在城区上空，增加长波逆辐射，对加强夜间城市热岛强度有利。,29,城市的风场,城市化对风的影响主要表现在两个方面： 城市作为一种特殊的立体粗糙表面，对气流运动的影响很大。城市地面风速迅速减小，而湍流混合以及风的阵性度明显增加。 由于城郊热力差异，可形成类似于海陆风的市区与郊区之间的局地环流。,白天，在太阳照射下，下垫面通过蒸散过程进入空气中的水汽量，城区小于郊区；特别是在盛夏季节，城郊之间自然蒸散量的差值更大。城区下垫面粗糙度大，有热岛效应，湍流运动比郊区强，通过湍流的垂直交换，城区低层水汽向上层的输送量比郊区多，导致城区近地面水汽压小于郊区，形成“城市干岛”。,城市干岛,夜晚，风速逐渐减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存在于低层空气中的水汽减少，水汽压迅速降低。城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小