城市气象学第十二章：城市气象学复习总结

1、城市气象学城市气象学复习总结复习总结城市气候所波及的范围城市气候所波及的范围（1）干洁空气）干洁空气（2）水汽）水汽（3）固态、液态颗粒态、液态颗粒大气：大气：由多种气体混合组成的气体及浮悬其中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的液态和固态杂质所组成 。概念：概念： 大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。合气体。成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体 。特点特点：(1)(1)组成干洁空气的各种成分总

2、是维持基本恒组成干洁空气的各种成分总是维持基本恒定，定，(2)(2)干洁空气的平均分子量是干洁空气的平均分子量是28.99628.996，(3)(3)在在垂直高度垂直高度90km90km以下干洁空气的主要成分所占比例以下干洁空气的主要成分所占比例不变，不变， 100 km100 km以上氧分子离解为氧原子，以上氧分子离解为氧原子，250km250km氮基本离解。氮基本离解。 概念：指排入大气的污染物或由其转化的二次污概念：指排入大气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、碍人体健康

3、、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。器物即破坏自然环境的危害现象。 来源：自然过程和来源：自然过程和人为因素人为因素 三个环节：污染物排放、大气传播、人与物受害三个环节：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物的来源大大气气污污染染源源天然源：自然界自行向大气排放污天然源：自然界自行向大气排放污染物的污染源染物的污染源. .人为源：人类的生产活动和生活活人为源：人类的生产活动和生活活 动所形成的污染源。动所形成的污染源。9二次污染物二次污染物：是指由一次污染物在大气中：是指由一次污染物在大气中 互相互相作用，经化学反应或作用，经化学反应或光化学反

4、应光化学反应形成的与一次形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物的物理、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。污染物，其毒性比一次污染物还强。主要有主要有SO3、H2SO4、O3 、 NO2、醛类、酮类、酸类。、醛类、酮类、酸类。 气气态态污污染染分分类类 硫酸烟雾系大气中的硫酸烟雾系大气中的 SO SO2 2等硫化物等硫化物 ，在有水雾在有水雾 、含有重金属、含有重金属 的飘尘或氮氧的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成反应而生成 的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。硫酸烟雾引起的刺激作用和

5、生理反应等硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要危害，要 比比 SO SO2 2气体强烈得多。气体强烈得多。 硫酸烟雾硫酸烟雾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

6、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。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。什么是什么是PM2.5？PM2.5是指大气中直径小于或等于是指

7、大气中直径小于或等于2.5微米的微米的颗粒物颗粒物，也称为可入肺颗粒物。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，形成高浓度污层下部有限的空间内聚积，形成高浓度污染。逆温强度越

8、大，厚度越厚，维持的时染。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。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。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。更为明显；而且城市的阴天日数也比乡村要多。城市云量城市云量 由于城市上空对流发展比较旺盛，且凝结核较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。有统计资料多，因此，在市区上空常会形成对流云

9、。有统计资料表明，城区平均云量可比郊区增加表明，城区平均云量可比郊区增加510%。市区。市区晴天日数减少，阴天、云天增多。晴天日数减少，阴天、云天增多。城市云量城市云量导致市区云量特别是低云量比郊区多的原因：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。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。湿度小，但吸湿性凝结核有利于云的形成。城市的摩擦阻障作用使得锋面、切变线等城市的摩擦阻障作用使得锋面、切变

10、线等天气系统在市区的移动速度减慢，云层在市区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，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。有利于云特别是低云的增加。城市云量城市云量20建筑间距系数：建筑间距系数：指遮挡阳光的建筑与被遮挡阳光的建筑的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。间距为遮挡阳光的建筑高度的倍数。 （1 1）城市太阳总辐射较乡村少）城市太阳总辐射较乡村少 污染物浓度大污染物浓度大直接辐射少直接辐射少散射辐射多散射辐射多总辐射少总辐射少（2 2）城市总辐射中短波辐射衰减的更显著）城市总辐射中

11、短波辐射衰减的更显著（3 3）城市太阳总辐射的时空变化比郊区复杂）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。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

12、，无论是在中高纬度或低纬度最典型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象均普遍存在。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。 人为因素人为因素u城市下垫面因素城市下垫面因素u人为热量人为热量u温室气体温室气体u大气污染大气污染 下垫面的透水性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。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城市复杂立体下垫面上的天穹可见度比平坦郊区小得多 下垫面的热性质下垫面的热性质 城市下垫面的导热率、热容量比郊区大。城市下垫面

13、的导热率、热容量比郊区大。 工业生产工业生产 家庭炉灶家庭炉灶 空调制冷空调制冷 机动车排放机动车排放 冬季取暖等冬季取暖等27 二氧化碳（二氧化碳（CO2） 水汽水汽(H2O) 甲烷甲烷(CH4) 氧化亚氮氧化亚氮(N2O) 氯氟烃氯氟烃(CFC3)28 大气污染 白天，城市大气中悬浮颗粒物的白天，城市大气中悬浮颗粒物的“阳伞效阳伞效应应”对城市覆盖层白昼增温不利。对城市覆盖层白昼增温不利。 夜晚，这些颗粒物形成夜晚，这些颗粒物形成“雾障雾障”，笼罩在，笼罩在城区上空，增加长波逆辐射，对加强夜间城区上空，增加长波逆辐射，对加强夜间城市热岛强度有利。城市热岛强度有利。29城市化对风的影响主要表

14、现在两个方面：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。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。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

15、散量的差值更大。城区下垫面粗糙度大，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，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，形成面水汽压小于郊区，形成“城市干岛城市干岛”。城市干岛城市干岛 夜晚，风速逐渐减小，空气层结稳定，郊区夜晚，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，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远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压就会高于郊区，交换量小，城区近地面的水汽压就会高于郊区，出现出现“城市湿