城市的輻射和日照

　　城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)

　　城市的風(fēng)及局部環(huán)流

　　城市的降水及水分平衡

　　城市的大氣污染及與城市氣候的關(guān)系

　　城市氣候與城市規(guī)劃和城市建設(shè)

　　4．1 影響城市氣候的因素

　　城市除了受當(dāng)?shù)鼐暥�、大氣環(huán)流、海陸位置、地形等區(qū)域氣候因素的作用外，還受人類（生產(chǎn)與生活）活動中放出熱量及水汽的影響，因而形成有別于近郊區(qū)和鄉(xiāng)村的局地氣候。通常我們稱之為城市氣候

　　城市氣候所涉及的范圍主要包括三個部分：即城市覆蓋層、城市邊界層和市尾煙氣層

　　在城市高強度的經(jīng)濟活動中，要消耗大量能源。據(jù)統(tǒng)計一個百萬人口的城市，每天要消耗煤3000t，石油2800t，天然氣2700t，同時排放出粉塵約150t，二氧化硫150t，一氧化碳450t，一氧化氮100t。當(dāng)這些粉塵和有害氣體進入空氣后，會改變大氣的組成成分，影響城市空氣的透明度和輻射熱能收支，減弱能見度，為云霧提供豐富的凝結(jié)核，從多方面影響氣候。如果污染物超過大氣的自凈能力，還會造成城市大氣污染。

　　由于城市居民的生活和生產(chǎn)活動，如家庭爐灶、取暖、工廠生產(chǎn)、公共交通、人、畜的新陳代謝和其他各種能源燃燒所排放的熱量，使城市比郊區(qū)增加了許多額外的熱量收入。這種人為的熱量在某些中高緯度城市可以接近或超過太陽輻射熱量。如在德國的漢堡每天從煤燃燒所產(chǎn)生的熱量為167J?cm2，而冬季地面從太陽直接輻射和天空輻射一天中所得到的熱量為175J?cm2。在莫斯科，人為熱竟超過太陽輻射熱的3倍，對城市增溫的影響十分顯著。

　　此外由于城市供水、排水的方式和農(nóng)村不同，在燃燒和某些工業(yè)生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生一定量的“人為水汽”進入大氣，致使城市中的水分平衡與農(nóng)村有明顯差異。

　　4．2 城市的輻射與日照

　　城市太陽總輻射較鄉(xiāng)村少

　　污染物濃度大?直接輻射少?散射輻射多?總輻射少

　　城市下墊面反射率小

　　冬季更是如此．反射率小意味著吸收率高

　　總體說，城市地面吸收的太陽輻射與鄉(xiāng)村差別不大

　　城市日照總時數(shù)和日照百分率小于鄉(xiāng)村

　　1 大氣污染物多，云霧多，透明度��；

　　2 熱島效應(yīng)所引起的對流云經(jīng)常出現(xiàn)

　　城市內(nèi)部日照地區(qū)差異明顯

　　此為建筑物遮陰所致，主要取決于街道走向，及建筑群高度與街道寬度之比：H/D

　　北墻冬半年完全蔭蔽，夏半年一天兩次日照，但時間不長；南墻每天一次，但隨太陽赤緯增加而減少

　　城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)

　　熱量平衡

　　人為熱的大量輸入：工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、空調(diào)制冷、機動車排放、冬季取暖等

　　下墊面導(dǎo)熱率高出鄉(xiāng)村3倍，熱容量較鄉(xiāng)村大1/3倍，因而貯熱量大

　　熱收入遠(yuǎn)高于鄉(xiāng)村

　　城市熱島效應(yīng)

　　城市熱島（urban heat island）—城市內(nèi)部氣溫比周圍郊區(qū)高的現(xiàn)象，城市氣候中最典型的特征之一，無論是在中高緯度或低緯度地區(qū)，這一現(xiàn)象均普遍存在。

　　城市熱島效應(yīng)可以從兩個方面來分析：

　　同一時間城市和郊區(qū)氣溫的對比

　　同一城市歷史發(fā)展過程中氣溫的前后對比

　　城、郊?xì)鉁貙Ρ?/p>

　　Tu-r—熱島強度＝同時間同高度（離地1.5m）熱島中心與近郊的氣溫差值。

　　“城市熱島”矗立在農(nóng)村較涼的“海洋”之上，國內(nèi)外均如此：

　　冬季傍晚上海市區(qū)比郊外要高2～5?C；

　　巴黎城中心年均溫比郊區(qū)高1.7?C

　　城市發(fā)展過程中氣溫的前后對比

　　隨城市化發(fā)展，市區(qū)呈現(xiàn)出越來越暖的趨勢．如東京歷史時期氣溫逐年變化可分三個階段

　　1920～1942年：氣溫變化趨勢逐年上升（城市發(fā)展）

　　1942～1945年：氣溫變化趨勢逐年下降（值第二次世界大戰(zhàn)期間，東京城市受到大規(guī)模的破壞，城市熱島效應(yīng)不存在）

　　1945～1967年：氣溫變化趨勢逐年上升（戰(zhàn)后城市建設(shè)迅速恢復(fù)，氣溫又開始回升）

　　城市熱島強度的變化

　　周期性

　　日變化：夜晚強，白晝午間弱

　　年變化：冬秋兩季比夏春兩季表現(xiàn)更明顯，可能歸因于冬季城市取暖耗能較多，釋放大量人為熱量

　　周變化：明顯受工休日周期影響，周末弱，周內(nèi)強

　　非周期性

　　1）臨界風(fēng)速：風(fēng)速大則熱島效應(yīng)小，超過臨界風(fēng)速時則消失

　　2）云量：強熱島大多出現(xiàn)在無云的天氣狀態(tài)下

　　城市熱島強度的地區(qū)差異

　　城市熱島強度與城市的布局形狀、城市地形等有密切關(guān)系。團塊狀緊湊布局，城中心增溫效應(yīng)強。條形分散結(jié)構(gòu)，城中心增溫效應(yīng)弱。盆地或凹地，由于風(fēng)速小，熱島效應(yīng)特別強，這里不僅抵消了冷空氣的下沉作用，反而成為最暖的熱島中心

　　城市規(guī)模（面積、人口及其密度等）對熱島強度亦有影響

　　城市附近自然景觀以及城市內(nèi)部下墊面性質(zhì)亦對城市熱島強度起一定作用。無綠化的寬闊街道和廣場，到中午時劇烈增溫，在夜里又急劇冷卻，氣溫日振幅最大。林蔭道和有綠化的廣場白晝較涼爽，氣溫的日振幅較小

　　此時郊區(qū)因近地面層空氣流失需要補充，于是熱島中心上升的空氣又在一定高度上流回到郊區(qū)，在郊區(qū)下沉，形成一個緩慢的熱島環(huán)流（local heat island circulation），又稱城市風(fēng)系。在近地面部分風(fēng)由郊區(qū)向城市輻合，稱為鄉(xiāng)村風(fēng)（country breeze）。

　　應(yīng)該指出，向城市中心輻合的鄉(xiāng)村風(fēng)，并不是很穩(wěn)定的，它往往具有間歇性或脈動性（周期性），即吹一段時間，要停一段時間。此脈動周期約為1.5～2.0h。這種脈動性在夜間特別明顯。

　　城市發(fā)展對盛行風(fēng)的影響

　　隨著城市的發(fā)展，人口增多，建筑物的密度和高度增加，下墊面的粗糙度加大，因而有使城市年平均風(fēng)速減小的趨勢。

　　城市的平均風(fēng)速比郊區(qū)小。

　　城市與郊區(qū)風(fēng)速的差值還因時、因風(fēng)速而異：一般是白天差值大，晚上��；夏季大，冬季小。

　　城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地差異

　　從城市整體而言，其平均風(fēng)速比同高度的開曠郊區(qū)小，但在城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地性差異很大。有些地方風(fēng)速極微；而在特殊情況下，某些地點其風(fēng)速亦可大于同時期同高度的郊區(qū)。造成城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)速差異的主要原因是由于街道的走向、寬度、兩側(cè)建筑物的高度、形式和朝向不同，當(dāng)風(fēng)吹過城市中鱗次櫛比、參差不齊的建筑物時，因阻障效應(yīng)產(chǎn)生不同的升降氣流、渦動和繞流等，使風(fēng)的局地變化復(fù)雜化。

　　盛行風(fēng)遇到不能穿透的建筑物時，在迎風(fēng)面上一部分氣流上升越過屋頂，一部分氣流下沉降至地面，另一部分則繞過建筑物的周側(cè)向屋后流去。當(dāng)盛行風(fēng)向與街道平行時，由于狹管效應(yīng)，風(fēng)速會加大。如果風(fēng)向與街道成一定角度則風(fēng)受阻而速度減小。在街道中部風(fēng)速要比人行道靠近建筑物的部分大些。如果以街道中心的風(fēng)速算作100%的話，那么在迎風(fēng)面的人行道風(fēng)速為90%，背風(fēng)面的人行道風(fēng)速只有45%。人行道旁如果種植行道樹，樹葉茂盛時風(fēng)速將再減低20%～30%；在公園的濃蔭中，風(fēng)速更會削弱50%上下。