城市气象学一

1、韩玮Email: 2013年9月绪论城市大气城市日照与辐射城市热量平衡与水分平衡城市热岛城市风场城市湿度、雾与水平能见度城市云与降水城市气象灾害为什么要学习城市气象学？为什么要学习城市气象学？大气污染大气污染城市汽车城市汽车废气废气 霾 由于我国城市机动车辆的迅速增长，城市空气污染正由煤烟型污染向煤烟与机动车混合型污染转变，一些大中城市频繁出现灰霾天气。机动车污染导致大中城市频繁出现灰霾天气。 十面霾伏十面霾伏 1月月13日，故宫博物院被雾霾笼罩。当日，雾霾仍盘日，故宫博物院被雾霾笼罩。当日，雾霾仍盘踞京城，北京已连续踞京城，北京已连续3天空气质量六级污染。天空气质量六级污染。 北京市通州区梨

2、园地区某小区外的一片空地,每天都有数辆次机动三轮车前来倾倒垃圾,而每隔三两天便会就地焚烧一次,伴随着浓烟的是刺鼻的气味。2000年时，乌鲁木齐柴窝堡湖还是水泊荡漾近年来，乌鲁木齐柴窝堡湖水位下降明显，不少水域裸露出来。 北京市昌平区小汤山镇官牛坊 ， 这座垃圾场就在一条小河的边上，河水不可避免地遭受到垃圾的污染。什么是城市气象？什么是城市气象？城市气象学城市学气象学天气的概念：指一个地区短时间内大气指一个地区短时间内大气 的具体状态。的具体状态。 例如：三亚市某日的最高气温30C，最低气温20C ，午后有雷阵雨，这些都属于天气现象。气候的概念：指一个地方多年的天气平均状况。指一个地方多年的天气

3、平均状况。例如：在中国，东部地区7月较为闷热；北方地区1月和2月多严寒天气；某市年平均气温为25C，昆明四季如春，这些都属于气候现象。l气候学（climatology）概念：某地气候在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间的相互作用下，某时段内（一般指30年以上）大量天气过程的综合。 四个基本特征： （1）气候和天气关系密切，却是既有联系又有区别的二个不同概念。 天气（weather）概念某地区，在某短时间内气象要素（气温、气压、湿度等）和天气现象（云、雨、雾等）的综合。微观 （2）气候是长期天气状况的综合。 天气过程短期过程。 天气特征瞬息万变的不稳定特性。 气候过程长期天气过程。

4、气候特征相对稳定特性。（3）气候具有显著的区域性 外地气候规律不能完全适合于本地，而本地气候规律必须据本地气候资料并结合本地的地理环境来进行探索。（4）气候虽具一定稳定性，但仍有变化 如：南京春末初夏出现常规梅雨气侯，但有些年份 则出现无雨的空梅或雨量过多的梅雨现象。气候的形成和变化气候的形成和变化 形成因子形成因子：A、太阳辐射、太阳辐射大气运动最根本的能源。大气运动最根本的能源。 B、地面状况、地面状况大气直接的热源和水源。大气直接的热源和水源。 C、大气环流、大气环流双重性质双重性质。 D、人类活动、人类活动释放能量、改变地表特性释放能量、改变地表特性。 太阳辐射太阳辐射大气环流大气环流

5、气候气候地面状况地面状况人类活动人类活动在区域气候背景下，经过城市化后，在大城市的特殊下垫面和城市中人类活动的影响下形成的一种局地气候。城市气象是指在区域气候背景上，在城市的特殊下垫面和城市中人类活动的影响下，气象要素发生了一系列变化，形成了有别于郊区的城市气象要素特征。 思考题 1. 城市发展面临的环境恶化问题。城市发展面临的环境恶化问题。 2. 大气污染产生的后果。大气污染产生的后果。 3. 什么是酸雨？什么是酸雨？ 4. 什么是城市气象？什么是城市气象？1.3 城市气象的特点、成因、研究对象和任务城市与郊区气象差异的比较城市与郊区气象差异的比较城市气象的特点城市气象的特点浑浊岛浑浊岛热岛

6、热岛干岛干岛湿岛湿岛雨岛雨岛城市气象城市气象 主要特征主要特征城市气象的特点城市气象的特点城市气象的特点城市气象的特点马斯河谷事件马斯河谷事件 1930年12月的某天，比利时缪斯河谷地区数百位居民突然病倒，其中60人死亡。多诺拉事件多诺拉事件 1948年10月末，美国1.4万人的工业小镇多诺拉一下子有6000多人患病，17人死亡。伦敦烟雾事件伦敦烟雾事件1952年12月5-8日，大雾笼罩伦敦城，死亡4000多人。两个月后，又有陆续8000人丧生。城市气象的特点城市气象的特点美国洛杉矶光化学烟油事件（光化学反应形成二次美国洛杉矶光化学烟油事件（光化学反应形成二次污染物）污染物） 洛杉矶是美国的工

7、业城市，洛杉矶是美国的工业城市，1952年洛杉矶有年洛杉矶有250多万辆汽车，这些汽车排放大量的多万辆汽车，这些汽车排放大量的氮氧化物、氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳碳氢化合物和一氧化碳。由于阳光强烈，汽车排放。由于阳光强烈，汽车排放的尾气引起的尾气引起以臭氧为主的光化学烟雾以臭氧为主的光化学烟雾，使，使数百人死数百人死亡，植物大面积受害亡，植物大面积受害。日本四日市事件（大气污染）日本四日市事件（大气污染） 1955年日本四日市建成第一座炼油厂，年日本四日市建成第一座炼油厂，1961年因当地年因当地工厂废气排放工厂废气排放，造成，造成哮喘病大流行哮喘病大流行，到，到1972年为止，患者达年为

8、止，患者达6000多人多人。大气污染产生的后果大气污染的后果能有多严重？大气污染的后果能有多严重？外星人被熏掉下来了外星人被熏掉下来了城市气象的特点城市气象的特点大气污染产生的后果大气污染的后果能有多严重？大气污染的后果能有多严重？骑扫帚飞的巫婆被熏掉下来了骑扫帚飞的巫婆被熏掉下来了城市气象的特点城市气象的特点大气污染产生的后果大气污染的后果能有多严重？大气污染的后果能有多严重？丘比特都被熏掉下来了丘比特都被熏掉下来了城市气象的特点城市气象的特点城市热岛城市气象的特点城市气象的特点广州市热岛分布图广州市热岛分布图利用实测气象数据进行北京市热岛分布研究利用实测气象数据进行北京市热岛分布研究效果图

9、效果图城市气象的特点城市气象的特点城市气候的成因城市气候的成因 城市化的特点城市化的特点非农业人口高度聚居的区域非农业人口高度聚居的区域高强度的经济活动地区高强度的经济活动地区具有特殊性质的下垫面具有特殊性质的下垫面下垫面下垫面 ( underlying surface) 是指与大气下层直接接触的地球表面。大是指与大气下层直接接触的地球表面。大气圈以地球的水陆表面为其下界，称为大气层气圈以地球的水陆表面为其下界，称为大气层的下垫面。它包括地形、地质、土壤和植被等，的下垫面。它包括地形、地质、土壤和植被等，是影响气候的重要因素之一。是影响气候的重要因素之一。 具有特殊性质的下垫面具有特殊性质的下

10、垫面 人工建筑物高度集中，以人工建筑物高度集中，以水泥水泥、沥青沥青、砖砖石石、金属金属和和合成材料合成材料等坚硬密实、干燥不透水的等坚硬密实、干燥不透水的建筑材料代替了原来建筑材料代替了原来疏松疏松和和植物覆盖植物覆盖的的土壤土壤或或空空旷的荒地旷的荒地，城市下垫面的物质构成和几何形状与，城市下垫面的物质构成和几何形状与郊区不同。郊区不同。城市气候的成因城市气候的成因城市用地组成城市用地组成城市气候的成因城市气候的成因 城市用地组成：城市用地组成：（1）工业用地工业用地（2）商业用地商业用地（3）生活居住生活居住用地用地（4）对外交通用地对外交通用地（5）仓库用地仓库用地；（6）学校用地学校

11、用地；（；（7）园林绿化用地园林绿化用地；（；（8）公共建筑用地公共建筑用地；（；（9）特殊用地特殊用地（10）公共公共事业用地事业用地（11）其它用地其它用地（12）水面水面城市气候的成因城市气候的成因（1）同体积的城市下垫面与农村下垫面相比，城市）同体积的城市下垫面与农村下垫面相比，城市下垫面具有较大的导热率和较小的热容量。这种差下垫面具有较大的导热率和较小的热容量。这种差异使得城市下垫面增温比农村下垫面要快；在同样异使得城市下垫面增温比农村下垫面要快；在同样的入射强度下，温度升高的要多。城市的立体建筑的入射强度下，温度升高的要多。城市的立体建筑更增大了受热面积，使得城市下垫面总的热容量要

12、更增大了受热面积，使得城市下垫面总的热容量要比农村的大。比农村的大。 城市气候的成因城市气候的成因（2） 城市的植被面积小，不透水面积大，使城市城市的植被面积小，不透水面积大，使城市下垫面的下垫面的储藏水分的能力比郊区农村小储藏水分的能力比郊区农村小，因而水，因而水分蒸发小，分蒸发小，蒸发耗热也小蒸发耗热也小。因此。因此城市下垫面热量城市下垫面热量容易积聚容易积聚。 （3）此外，城市下垫面比郊区农村的粗糙，）此外，城市下垫面比郊区农村的粗糙，低层风速低层风速小小。城市气候的成因城市气候的成因（4）城市高强度的经济活动中，要消耗大量的能源城市高强度的经济活动中，要消耗大量的能源 影响城市空气的影

13、响城市空气的透明度，减弱能见度透明度，减弱能见度，为，为云、云、雾和降水提供丰富的凝结核雾和降水提供丰富的凝结核。 另外在各种燃料燃烧时所排放出的另外在各种燃料燃烧时所排放出的二氧化碳二氧化碳虽虽然无毒，但产生的然无毒，但产生的温室效应温室效应。城市气候的成因城市气候的成因（5）工业生产、居民生活消耗能源的同时产生了一）工业生产、居民生活消耗能源的同时产生了一定量的定量的“废热废热”及空调热量和人体新陈代谢等所排及空调热量和人体新陈代谢等所排出的出的“人为热人为热”另外在化石燃料燃烧过程中还有另外在化石燃料燃烧过程中还有“人为水汽人为水汽”的排放，这些又使城市的能量平衡和的排放，这些又使城市的

14、能量平衡和水分平衡与郊区不同。水分平衡与郊区不同。 正是由于城市化地区的特点，使城市除了受当地纬度、太阳辐射、大气环流和海陆位置和地形地貌等区域气候因素的所用外，还在人类活动的影响下，通过下垫面和近层大气的辐射、热力、水分、空气质量和空气动力学性质的改变，形成了有别于附近郊区的局地气候。城市气候的成因城市气候的成因城市气候学研究尺度城市气候学研究对象 城市气候所涉及的范围主要包括三个部分城市气候所涉及的范围主要包括三个部分: 即即城市覆盖层城市覆盖层、城市边界层城市边界层和和市尾烟气层市尾烟气层城市气候所波及的范围城市气候所波及的范围应用新动向应用新动向(1)城市生命线的气象保障。城市生命线的气象保障。(2)城市建设规划与城市环境气象。城市建设规划与城市环境气象。