城市气象学第五章：城市的云量、日照和辐射

1、城市的云量、日照和辐射城市的云量、日照和辐射1、城市云量、城市云量 2、城市的日照、城市的日照3、城市的辐射、城市的辐射4、城市太阳总辐射特征、城市太阳总辐射特征5、城市下垫面的反射率、城市下垫面的反射率6、城市地气长波辐射能的交换、城市地气长波辐射能的交换7、城市的净辐射、城市的净辐射主要内容主要内容5高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500米以下）6高云高云5km以上以上中云中云2.55km低云低云2.5km以下以下根据云底高度划分根据云底高度划分根据云的形态划分根据云的形态划分积状云积状云层状云层状云波状云波状云根据成因划分根据成因划分锋面云锋面云地形云地形云平流

2、云平流云对流云对流云气旋云气旋云78云族云族云属云属云类云类低低云云积云积云淡积云、碎积云、浓积云淡积云、碎积云、浓积云积雨云积雨云秃积雨云、鬃积雨云秃积雨云、鬃积雨云层积云层积云透光、蔽光、积云性、堡状、荚状层积云透光、蔽光、积云性、堡状、荚状层积云层云层云层云、碎层云层云、碎层云雨层云雨层云雨层云、碎雨云雨层云、碎雨云中中云云高层云高层云透光、蔽光高层云透光、蔽光高层云高积云高积云透光、蔽光、积云性、堡状、荚状、絮状高积云透光、蔽光、积云性、堡状、荚状、絮状高积云高高云云卷云卷云毛卷云、密卷云、伪卷云、钩卷云毛卷云、密卷云、伪卷云、钩卷云卷层云卷层云薄幕卷层云、毛卷层云薄幕卷层云、毛卷层云

3、卷积云卷积云卷积云卷积云9城市城市 ？云量？云量 根据大量观测事实和理论分析，城市有使根据大量观测事实和理论分析，城市有使云量增多的效应，尤其是对低云量的影响更大。云量增多的效应，尤其是对低云量的影响更大。城市对云量的影响城市对云量的影响 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

4、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。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。城市云量城市云量城市云量城市云量城市云量城市云量城市云量城市云量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，

5、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33一、城市日照的特点一、城市日照的特点城市中的日照相当复杂。与郊外相比，其差城市中的日照相当复杂。与郊外相比，其差异主要表现为：市内总日照时数和日照百分异主要表现为：市内总日

6、照时数和日照百分率均小于郊区，城市内部日照的地区性差异率均小于郊区，城市内部日照的地区性差异远比平坦和开旷的郊区大。由于房屋的间距远比平坦和开旷的郊区大。由于房屋的间距和朝向不同，即使同一座楼房，日照时间可和朝向不同，即使同一座楼房，日照时间可以完全不同。以完全不同。35乌鲁木齐、昌吉、米泉的日照时数比较乌鲁木齐、昌吉、米泉的日照时数比较(h)东京年日照时数和日照百分率的变化东京年日照时数和日照百分率的变化由此可见，城市日照时数比郊区少，而且由此可见，城市日照时数比郊区少，而且随时间推移在不断减小。随时间推移在不断减小。呼和浩特市近呼和浩特市近4 6年日照时年日照时 数数变化特征及影响因素分析

7、变化特征及影响因素分析n利用呼和浩特市利用呼和浩特市1961-2005年逐月日年逐月日照时数以及与日照变化相关的总云量、照时数以及与日照变化相关的总云量、低云量、烟雾日数和浮尘日数等资料，低云量、烟雾日数和浮尘日数等资料，采用数理统计方法，分析了呼和浩特市采用数理统计方法，分析了呼和浩特市日照的变化及日照减少的可能影响因素。日照的变化及日照减少的可能影响因素。呼和浩特市近呼和浩特市近4 6年日照时年日照时 数数变化特征及影响因素分析变化特征及影响因素分析n结果表明：呼和浩特市日照时数近结果表明：呼和浩特市日照时数近46年减少年减少了了377小时，减少趋势非常明显，并呈阶段小时，减少趋势非常明显

8、，并呈阶段性变化；性变化；1989年之前为日照时数偏多期，从年之前为日照时数偏多期，从1987年日照时数开始减少，在年日照时数开始减少，在90年代之后年代之后下降趋势明显加快。这与下降趋势明显加快。这与20世纪世纪90年代之后年代之后低云量、总云量和雾日数增加的增加趋势相低云量、总云量和雾日数增加的增加趋势相一致。说明一致。说明9O年代后期低云量、总云量和雾年代后期低云量、总云量和雾日数的增加，是导致呼和浩特市日照减少的日数的增加，是导致呼和浩特市日照减少的主要原因。主要原因。城市的光照条件和太阳辐射状况是当前城市气城市的光照条件和太阳辐射状况是当前城市气象的重要研究内容之一。象的重要研究内容

9、之一。近年来城市中高层建筑的不断增加和居民法律近年来城市中高层建筑的不断增加和居民法律意识的提高，各地不断出现意识的提高，各地不断出现“阳光权阳光权”纠纷，纠纷，从而使城市中的光照条件得到人们的普遍关注。从而使城市中的光照条件得到人们的普遍关注。城市日照时数一般比乡村少，与空气污染关城市日照时数一般比乡村少，与空气污染关系密切。系密切。在城市内部，日照时数的局地差异很大。在在城市内部，日照时数的局地差异很大。在城市覆盖层内，由于建筑物的相互遮蔽的影城市覆盖层内，由于建筑物的相互遮蔽的影响，差别很大；而且这种差别还与季节、地响，差别很大；而且这种差别还与季节、地理纬度、城市街道走向及其相对宽度有

10、关。理纬度、城市街道走向及其相对宽度有关。 需要争取日照的建筑：病房、幼儿活动室和农需要争取日照的建筑：病房、幼儿活动室和农用日光室等，它们对日照各有特殊要求。用日光室等，它们对日照各有特殊要求。 需要避免日照的建筑有两类：一类是防止室内需要避免日照的建筑有两类：一类是防止室内过热；另一类是避免眩光和防止化学作用的建筑，过热；另一类是避免眩光和防止化学作用的建筑，如展览室、阅览室、精密仪器车间，以及某些工厂，如展览室、阅览室、精密仪器车间，以及某些工厂，实验室，药品车间等。实验室，药品车间等。45 应考虑日照时间、面积及其变化范围，以保证应考虑日照时间、面积及其变化范围，以保证必需的日照或避免

11、阳光过量射入以防室内过热。必需的日照或避免阳光过量射入以防室内过热。 要相应地采取建筑措施，正确选择房屋的朝向、要相应地采取建筑措施，正确选择房屋的朝向、间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，且综合考间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，且综合考虑地区气候特点，房间的自然通风及节约用地等因虑地区气候特点，房间的自然通风及节约用地等因素而防止片面性。素而防止片面性。46 日照与城市总体布局日照与城市总体布局 建筑物被遮挡的阳光不仅与建筑物高度有关，还与建筑物被遮挡的阳光不仅与建筑物高度有关，还与建筑物的长度、方位以及朝向有关，建筑日照环境建筑物的长度、方位以及朝向有关，建筑日照环境中的日照时间不同于

12、气象上的日照时数，它是指建中的日照时间不同于气象上的日照时数，它是指建筑物相互遮挡而不考虑天气状况，也不是一年，一筑物相互遮挡而不考虑天气状况，也不是一年，一月或一日的累计时间，而是在某地点要求可能得到月或一日的累计时间，而是在某地点要求可能得到的日照时间，必须确定一哪一天作为日照时间的标的日照时间，必须确定一哪一天作为日照时间的标准日，并且日照时间最少要求多少小时。准日，并且日照时间最少要求多少小时。 建筑日照时间的标准日，是考察最不利的情况，即冬建筑日照时间的标准日，是考察最不利的情况，即冬至左右，这时太阳高度角在一年中最低，只要这一天能达至左右，这时太阳高度角在一年中最低，只要这一天能达

13、到建筑日照时间的要求，其它所有时间都能满足要求。但到建筑日照时间的要求，其它所有时间都能满足要求。但若以冬至为标准日，则要求建筑间距太大，而且使文化，若以冬至为标准日，则要求建筑间距太大，而且使文化，卫生，商业等的服务半径增大，各国大都不以冬至日作为卫生，商业等的服务半径增大，各国大都不以冬至日作为标准，如英国标准，如英国70年代初规定的标准日为每年的年代初规定的标准日为每年的3月月1日。日。 1986年北京城市规划管理局进行大量的工作，认为北年北京城市规划管理局进行大量的工作，认为北京居住建筑采用大寒日为日照时间的标准日，日照京居住建筑采用大寒日为日照时间的标准日，日照2小时的小时的间距系数

14、为设计依据是合理的（对佝偻病降低有明显作用，间距系数为设计依据是合理的（对佝偻病降低有明显作用，起到促进机体免疫力的作用）。起到促进机体免疫力的作用）。 北京日照时间和间距系数北京日照时间和间距系数 冬至冬至大寒大寒 雨水雨水 春分春分 2小时小时 1.89 1.64 1.18 0.78 3小时小时 1.96 1.71 1.20 0.78建筑间距系数：指遮挡阳光的建筑与建筑间距系数：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被遮挡阳光的建筑的间距为遮挡阳光的建筑高度的倍数。的建筑高度的倍数。 在建筑群体间安排缺口，不仅有利于内外交通联系，在建筑群体间安排缺口，不仅有利于内外交通联系，有

15、利于小区内部通风，而且还可以大大的改善日照时间。有利于小区内部通风，而且还可以大大的改善日照时间。有人研究得出，一南北平行布置的两幢住宅，若其间距系有人研究得出，一南北平行布置的两幢住宅，若其间距系数较小，且建筑物长度又很大，则后排住宅层有些冬至前数较小，且建筑物长度又很大，则后排住宅层有些冬至前后会全天都见不到太阳光。后会全天都见不到太阳光。 如图，若在中间打开一个缺口如图，若在中间打开一个缺口15米宽的缺口，则后排米宽的缺口，则后排建筑物前正面建筑物前正面90米面宽内的日照可得到改善。米面宽内的日照可得到改善。 高层塔式住宅不仅有加大建筑的南北进高层塔式住宅不仅有加大建筑的南北进深，增加电

16、梯服务户数，减少交通面等优点，深，增加电梯服务户数，减少交通面等优点，而且充分保证采光日照条件下，可以大大缩而且充分保证采光日照条件下，可以大大缩小建筑物间距系数，以达到节约用地的目的。小建筑物间距系数，以达到节约用地的目的。如：北京如：北京20层层60米高塔楼，南北楼间排米高塔楼，南北楼间排列距离列距离30米，其间距系数仅米，其间距系数仅0.5，冬至日，冬至日后排每日仍有后排每日仍有5h的日照。的日照。 偏东南或偏西南平行布置的居住建筑较正南偏东南或偏西南平行布置的居住建筑较正南北向布置的居住建筑有利于日照。北向布置的居住建筑有利于日照。 如北京正南北向的建筑，在冬至日后排见不如北京正南北向

17、的建筑，在冬至日后排见不到阳光，若将正南北朝向的建筑扭转到阳光，若将正南北朝向的建筑扭转30 时，可时，可得到日照时间约得到日照时间约5h。这样又造成夏季的东西日晒。这样又造成夏季的东西日晒之弊，但在东半年却能适当改善日照条件。这适之弊，但在东半年却能适当改善日照条件。这适合高纬度地区，它可使冬季得到更多的日照。合高纬度地区，它可使冬季得到更多的日照。城市街道中日照的长短不仅随纬度而变，还与街道中城市街道中日照的长短不仅随纬度而变，还与街道中的可照时间及当地的云量等有关；而在一定纬度上，的可照时间及当地的云量等有关；而在一定纬度上，街道中的可照时间又决定于街道的走向和相对宽度街道中的可照时间又

18、决定于街道的走向和相对宽度L/H。例如，按照我国的卫生标准，则街道相对宽度在纬度例如，按照我国的卫生标准，则街道相对宽度在纬度30处是处是L/H1.36，在纬度，在纬度45处处L/H2.56，即纬度愈，即纬度愈高，所需街道相对宽度愈大。高，所需街道相对宽度愈大。城市中的街道走向不同，房屋朝向不同，其可照时间城市中的街道走向不同，房屋朝向不同，其可照时间亦不同。亦不同。各种不同走向的街道在冬至日和夏至日的最长可照时各种不同走向的街道在冬至日和夏至日的最长可照时间差异很大。如果相对宽度取间差异很大。如果相对宽度取L/H=1.8，则冬至日街，则冬至日街道中的最多可照时间如图道中的最多可照时间如图2.

19、1所示。所示。可照时数随地理纬度、太阳赤纬、楼房高度、房屋朝可照时数随地理纬度、太阳赤纬、楼房高度、房屋朝向、街道走向、间距等变化向、街道走向、间距等变化对于不同走向的街道，以东西向日照条件最好，南北对于不同走向的街道，以东西向日照条件最好，南北向最差。向最差。一般来说，北半球随着纬度的增大日照时数逐渐一般来说，北半球随着纬度的增大日照时数逐渐减少；但在低纬度减少；但在低纬度(小于小于23.5)地区的夏至日前后，地区的夏至日前后，H/L 784I 定律定律 意义意义7980812I8283848586太阳高度角太阳高度角 太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐太阳高度角为太阳光线与

20、地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。射强弱的最主要的因子之一。 h ho o即太阳高度角，它随时间而变化。即太阳高度角，它随时间而变化。 ho ho 太阳光线 地面 季节变化季节变化全年夏季最大，冬季最小。全年夏季最大，冬季最小。纬度愈低，总辐射愈大纬度愈低，总辐射愈大; 反之就愈小。反之就愈小。最大值在最大值在20 N20 S赤道带附近赤道带附近, 气候上称该纬度为热赤道。气候上称该纬度为热赤道。总辐射总辐射 纬度变化纬度变化112113114115116概念概念表示物体反射辐射情况。一般用反射（照）率表示。表示物体反射辐射情况。一般用反射（照）率表示。 反射辐射（反射辐射（Qr）与总辐射（）与总辐射（Q0）之比称为反射率（）之比称为反射率（r），）， 单位：。单位：。 表达式：表达式：r Qr