城市气候学04.ppt

第四章城市的热量平衡和水分平衡,1,主要内容,城市的热量平衡方程及特征城市与郊区热量平衡的日变化城市的水分平衡及特征,2,1.城市的热量平衡及特征,城市的热量平衡方程城市中的人为热城市下垫面储热量城市中地-气系统的显热交换和潜热交换,3,（1）城市的热量平衡方程,热量平衡,4,全球的热量平衡,5,（1）城市的热量平衡方程,城市的热量平衡方程,6,城市中的人为热（QF）：,（1）城市的热量平衡方程,工业生产家庭炉灶空调制冷机动车排放冬季取暖等,7,（1）城市的热量平衡方程,城市下垫面贮热量（QS）,城市下垫面导热率高出乡村3倍,热容量较乡村大1/3倍,因而贮热量大。,8,（1）城市的热量平衡方程,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。,9,（1）城市的热量平衡方程,下垫面对城市热量平衡的影响,10,11,（1）城市的热量平衡方程,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。,12,2.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：,13,2.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。,14,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,观测期间城、郊热量平衡中主要分量随时间变化特征,16,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,17,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,18,不同天气条件下城、郊热量平衡各分量的日变化特征,19,3.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,20,（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：,21,(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。,22,（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。,23,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,24,（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