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城市环境物理 第一章 城市热湿环境 本章主要内容 城市热环境基本知识 城市气候 城市热平衡 城市湿平衡 城市热岛效应 不同城市下垫面对环境的影响 城市大气逆温现象 城市气候的基本特征 1）辐射和气温 城市直接辐射和总辐射比郊区少 城市气温比郊区高，形成城市热岛 2）风和湍流 城市的风速比郊区小，风向不稳定 城市空气多湍流运动，有城市环流和城市风 3）蒸散和湿度 蒸散量和空气湿度比郊区小 蒸散：地面蒸发 植物蒸腾 4）云和雾 城市云量比郊区多，尤其是低云 城市的雾比郊区多，有的是光化学烟雾 5）降水 城市气候 城市热环境—基本知识 城市气候涉及的范围： 大气边界层：大气环流受到地表（下垫面）的影响，形成的湍流（紊流）层； 城市边界层：城市区域的大气边界层； 城市覆盖层：城市下垫面为一立体化的下垫面层，称其为城市覆盖层。 城市（或城镇、工业小区）是具有特殊性质的立体化下垫面层，局部大气成分发生变化，其热量收支平衡关系与郊区农村显著不同。城市覆盖层可看作一城市“建筑物——空气系统” 城市热平衡方程 城市热平衡是指城市覆盖层的热量得失 Qn+Qf?Qh?Qe = Qs 式中： 1、Qn --城市覆盖层内净辐射得热量； 2、Qf --城市覆盖层内人为热释放量； 3、Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量； 4、Qe --城市覆盖层内的潜热交换量 5、Qs --城市覆盖层内下垫面层的储热量。 Qn—城市覆盖层内净辐射得热量 Qn=Is? ?+? ?IB-Ig Is – 太阳辐射强度 ? -- 覆盖层等效表面对太阳辐射的吸收系数 IB – 天空大气长波辐射强度 ? -- 覆盖层等效表面对大气长波辐射的吸收系数 Ig -- 覆盖层等效表面的长波辐射强度。 城市覆盖层净辐射得热量与郊区的差异 1、太阳直接辐射量减少，散射辐射量增加，总辐射量减弱。 2、城市覆盖层表面对太阳辐射的反射系数小于郊区。 反射系数大小取决于各个不同性质下垫面的反射率和城市建筑排列的几何形状被反射率的影响。 3、城市覆盖层长波辐射热量交换损失小于郊区 总之城市区域辐射得热量要大于郊区，这是由城市区域立体化下垫面层及受污染的大气所决定的 Qf --城市覆盖层内人为热释放量 城市覆盖层内单位面积上的人为热释放量Qf远大于郊区，接近太阳辐射得热量。 人为热阻在城市热平衡中的地位将越来越显示出其重要性。 Qh --城市覆盖层内大气与外部对流换热量 对流换热量主要包括热力紊流（大于郊区）和机械紊流（由大气系统风力引起机械紊流而产生的由城市向郊区的热量传递）。 1、风速较大时，与郊区相差不大； 2、风速较小时，小于郊区。 Qe --城市覆盖层内的潜热交换量 潜热交换量包括水分的相变吸（放）热和植物光合作用吸热； 城市覆盖层内的潜热交换量： 1、雨后大于郊区； 2、正常情况：远远小于郊区； 3、总量：小于郊区（不同地区有差异）。 城市潜热交换量主要包括水分的蒸发（或凝结）和地面的升华（或凝华）。 城市中潜热交换量的大小主要取决于水分相变量的大小。城市中水分相变量大大小于郊区，潜热交换量也大大小于郊区。原因是： 1、城市中不透水面积大； 2、城市水面的升华作用很小； 3、郊区有大片自然植被和人工种植的农作物。 城市热岛（urban heat island） 同一时间，城市气温比郊区高；越接近市中心，气温越高；其等温线图类似于“海岛”的等高线图。把这种温度分布现象称为“城市热岛”效应。 热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附件远郊的气温的差值。单位：℃ 城市热岛的形成原因 1、城市日辐射得热量多； 2、城市立体化下垫面层比郊区自然下垫面层的热容量大； 下垫面：大气底部与地表的接触面 3、大气污染、二氧化碳层形成温室效应； 4、人为热量多； 5、蒸发散热量少，通过紊流输送给空气的显热比郊区大； 6、城市建筑物密度大，通风不良。 城市热岛形成的外部条件： 天气形势须稳定，气压梯度小，风速微弱或无风，天气晴朗无云或少云，空气层结比较稳定。 城市热岛的特征 城市热岛是指温度的差异，与温度的绝对值没有直接关系； 城市规模越大，人口越多，密度越高，热岛效应越强； 热岛效应随季节和地区的不同而不同； 热岛效应白天弱、夜间强； 晴天无风时强、阴天风大时弱。 四、热岛对城市环境的影响 1、形成热岛环流