城市气候学05.ppt

第五章城市气温场,1,主要内容,城市热岛效应城市热岛强度的周期性和非周期性变化城市热岛效应的地区差异和垂直结构城市热岛的形成城市热岛的影响,2,1.城市热岛效应,城市热岛(urbanheatisland)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。,3,城市热岛,定义：城市所发出的巨大热量，使得城区成为好比在冷凉郊区农村包围中的温暖岛屿。,4,1.城市热岛效应,城市热岛效应可以从两个方面来分析：（1）同一时间城市和郊区气温的对比（2）同一城市历史发展过程中气温的前后对比,5,城市热岛温度剖面示意图,6,（1）城、郊气温对比,（1）城、郊气温对比,Tu-r热岛强度=同时间同高度(离地1.5m)热岛中心与近郊的气温差值。“城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上,国内外均如此:冬季傍晚上海市区比郊外要高25C;巴黎城中心年均温比郊区高1.7C,7,（2）城市发展过程中气温的前后对比,随城市化发展,市区呈现出越来越暖的趋势.如东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段19201942年:气温变化趋势逐年上升(城市发展)19421945年:气温变化趋势逐年下降(值第二次世界大战期间,东京城市受到大规模的破坏,城市热岛效应不存在)19451967年:气温变化趋势逐年上升(战后城市建设迅速恢复,气温又开始回升),8,日本东京19161965年年平均气温的变化,9,半个世纪来惠州气温的变化特征,10,11,12,2.城市热岛强度的变化,（1）周期性变化日变化年变化周变化（2）非周期性变化,13,（1）城市热岛强度的周期性变化,日变化:夜晚强,白昼午间弱年变化:冬秋两季比夏春两季表现更明显,可能归因于冬季城市取暖耗能较多,释放大量人为热量周变化:明显受工休日周期影响,周末弱,周内强,14,蒙特利尔夏季热岛强度的日变化(无云无风天气),逐时降温率T/t(C.h-1),热岛强度Tu-r(C),城市,乡村,15,维也纳城市和郊区气温差值的日变化,16,美国两座城市冬季热岛强度Tu-r()的周变化,17,（2）城市热岛强度的非周期性变化,临界风速：风速大则热岛效应小，超过临界风速时则消失云量：强热岛大多出现在无云的天气状态下,18,北京地区热岛消失的临界风速,19,3.城市热岛效应的地区差异和垂直结构,（1）城市热岛强度的地区差异城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切关系。团块状紧凑布局，城中心增温效应强。条形分散结构，城中心增温效应弱。盆地或凹地，由于风速小，热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷空气的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心城市规模（面积、人口及其密度等）对热岛强度亦有影响,20,城市规模与城乡气温(夜晚)差别的关系,21,（1）城市热岛强度的地区差异,城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质亦对城市热岛强度起一定作用。无绿化的宽阔街道和广场，到中午时剧烈增温，在夜里又急剧冷却，气温日振幅最大。林荫道和有绿化的广场白昼较凉爽，气温的日振幅较小,22,上海市区公园同其附近街道的气温平均差值(),23,（1）城市热岛强度的地区差异,城市的区域气候条对城市热岛强度也有影响。在高纬度寒冷地区，城市人工取暖耗能多，人为热排放量大，热岛强度强。在长年湿热多云多雨或多大风的城市热岛强度偏弱。,24,3.城市热岛效应的地区差异和垂直结构,（2）城市热岛效应的垂直结构白天午后（约1415时）城、郊气温垂直分布形式差异不大；夜间城郊气温垂直分布形式却不大相同城市中心气温垂直梯度的昼夜变化比较小夜晚市中心气温垂直廓线与上风方向的郊区大不相同城市热岛效应所及的高度与城市规模、建筑物高度和下垫面粗糙度的关系较大城市热岛的垂直结构还与风速有关,25,4.城市热岛的形成,（1）人为因素城市下垫面因素人为热量温室气体大气污染（2）局地天气气象条件,26,城市下垫面因素,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。下垫面的热性质城市下垫面的导热率、热容量和热导纳比郊区大。下垫面的几何形状城市复杂立体下垫面上的天穹可见度比平坦郊区小得多。,27,人为热量,在中高温度城市，特别是冬季，城市中排放大量的人为热是热岛形成的一个重要因素。城市热岛冷季比暖季大，工作日热岛强度比休假日大，都说明人为热因子在起主要的作用。,28,温室气体,二氧化碳（CO2）水汽(H2O)甲烷(CH4)氧化亚氮(N2O)氯氟烃(CFC3),29,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。,30,天气形势与气象条件,气压梯度稳定的气压梯度小的天气形势有利于热岛的形成，不稳定的气压梯度大的锋面天气则不利于城市热岛的形成温度层结稳定度空气层结不稳定，城市与郊区空气的水平和垂直方向的混合作用强，热岛效应不明显。空气层结稳定，城郊间空气的混合减弱，出现了热岛。风速大小（临界风速）云量多少,31,5.城市热岛的影响,*使城市气候舒适度变差*加重能源消耗（比如增加对降温电器的使用）*加重空气污染*增加水资源消耗*增加病菌繁殖的条件*对城市生存物种会影响生态平衡*影响城市的风场和降水等,32,减轻城市热岛效应的主要措施,要开发和保护好城区的绿地、水体面积。在城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。加强城市通风减少人为的热释放,尽量将民用煤改变为液化气、天然气，集中供热也是根本对策。,33,附1.北京城市热岛与土地利用覆盖变化的关系,研究区范围,34,地表温度与NDVI的关系研究,35,北京土地利用/覆盖类型的遥感分类,36,北京夏季热岛的空间格局分析,1997,2001,20