1、影响城市小气候的因素
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2、如何改善城市小气候
人类活动对气候的影响在城市中表现最为显著。根据设在城区和其周围郊区的气象站同时间观测资料表明,城市气候与郊区相比有“热岛”、“干岛”、“湿岛”、“混浊岛”和“雨岛”等“五岛”效应。
热岛:
在晴稳无风的夜晚,由郊区进入城区,气温会明显升高,在城中心人口密度和建筑密度最大区及工厂密集区气温高出郊区之值更大。以上海为例,在冬夜和夏夜曾出现过城、郊气温最大差值分别为6.8℃和4.8℃的记录。穿城而过,再至郊区,气温又陡降,在气温分布图上呈现出清晰的“城市热岛”。
热岛效应的原因,首先是因为城市中除少数绿地外,绝大部分是人工铺砌的道路,参差错落的建筑物和构筑物,形成许多高宽比不同的“城市街谷”。在白天太阳照射下,由于街谷中墙壁与墙壁间,墙壁与地面之间多次的反射和吸收,能够比附近的平旷郊区获得较多的太阳热能。如果墙壁和屋顶涂刷较深的颜色,那么其反射率会更小,吸收的太阳热能将更多,并且因为砖瓦、沥青和水泥板等建筑材料又具有较大的导热率和热容量,城市街谷于日间吸收和贮存的热量远比郊区地面多。城区下垫面不透水面积大,降雨之后雨水很快从排水管道流失,其可供蒸发的水分远比郊区农田绿野少,消耗于蒸发的潜热亦少,其所获得的太阳热能主要用于下垫面增温,形成“下垫面温度热岛”。然后再通过湍流交换和长波辐射等方式将热量输送给空气增温,空气对太阳光热不善于吸收,对上述来自下垫面的热量却极易吸收而增加其气温。
另外,城市中因能源消耗量和人口密度远比郊区大,其排放至空气中的人为热和温室气体(如二氧化碳等)又比郊区多,这又有助于城市热岛的形成,在夜晚风速一般比白天小,城郊之间的热量交换弱,城市街谷白天蓄热多,夜晚散热慢,其气温下降速度比郊区更慢,因此这时城市热岛效应更为显著。
干岛、湿岛:
城市对大气湿度的影响比较复杂。以上海为例,1984—1990年7年间城市11个站水汽压的平均值与同时期周围近郊4个站平均水汽压相比较,皆是城区低于郊区,呈现出“城市干岛”效应。干岛平均强度(指城区平均水汽压低于郊区平均水汽压之值)以7月份为最大。(0.56百帕),1月份差值(绝对值)最小(仅0.02百帕)。但城郊水汽压的差值有明显的日变化。如果按一天中4个观测时刻(02、08、14、20时)分别计算其平均值,则发现在一年中从4月到10月,夜间02时城区平均水汽压却大于同时刻的郊区平均水汽压,出现明显的“城市湿岛”。湿岛平均强度以8月份为最大。以1984年为例,在当年8月份02时城区水汽压比郊区水汽压大0.6百帕,其最大差值达2.0百帕,而在白昼08时、14时则相反,城区显著低于郊区,尤以午后14时干岛强度最大,在当年7、8两月份14时平均干岛强度分别为1.7和1.6百帕,干岛最大强度皆为3.0百帕,在20时城区与郊区水汽压相差不大,常出现弱干岛。这种城市干岛与城市湿岛昼夜交替的现象在欧美许多城市亦经常出现于暖季
上述现象的形成,既有下垫面因素又与天气条件密切相关。在白天太阳照射下,下垫面通过蒸散(含蒸发和植物蒸腾)过程而进入低层空气中的水汽量,城区却小于郊区,特别是在盛夏季节,郊区农作物生长茂密,城、郊之间自然蒸散量的差值更大。城区由于下垫面粗糙度大(建筑群密集、高低不齐),又有热岛效应,其机械湍流和热力湍流都比郊区强。通过湍流的垂直交换,城区低层水汽向上层空气的输送量又比郊区多,这两者都导致城区近地面的水汽压小于郊区,形成“城市干岛”。到了夜晚,风速减小,空气层结稳定,郊区气温下降快,饱和水汽压减低,有大量水汽在地表凝结成露水,存留于低层空气中的水汽量少,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交换量小,城区近地面的水汽压乃高于郊区,出现“城市湿岛”。这种由于城郊凝露量不同而形成的城市湿岛称为凝露湿岛。它大都在日落后1—4小时内形成,在日出后因郊区气温升高,露水蒸发,很快又转变成“城市干岛”,在城市干岛和湿岛出现时必伴有城市热岛。笔者通过对上海1984年全年逐日逐个观测时刻大气中水汽压的城、郊对比分析,还发现上海城市湿岛的形成,除上述凝露湿岛外,还有结霜湿岛、雾天湿岛、雨天湿岛和雪天湿岛,它们都必须在风小而伴有城市热岛时才能出现。
混浊岛:
投射到地表的太阳辐射,可以分为两部分:一部分是以平行光线方式射来的直接阳光,称为太阳直接辐射s;另一部分是太阳辐射经过地球大气圈时,因为受到空气分子、悬浮颗粒物和云粒的散射作用而向四面八方散射出的光亮,称为散射辐射D。在相同强度的太阳辐射下,混浊空气中的散射粒子多,其散射辐射比干洁空气强,直接辐射则大为削弱。气象学者乃以D/S表示大气的混浊度(又称混浊度因子)。城市中因工业生产、交通运输和居民炉灶等排放出的烟尘污染物比郊区多。这些污染物又大都是善于吸水的凝结核。城市中垂直湍流比较强,因此有利于低云的发展。大量观测资料证明,城区的低云量多于附近郊区,这就使得城市的散射辐射比郊区强,直接辐射比郊区弱,大气的混浊度显著大于郊区。以上海为例,根据近27年的辐射资料统计平均上海台的混浊度D/S为1.17。比同时期十个郊区站的混浊度D/S平均要大15.8%。在上海混浊度分布图上,城区呈现出一个明显的混浊岛,在国外许多城市都有类似现象。
雨岛:
城市对降水的影响问题,国际上存在着不少争论。美国曾在其中部平原密苏里州的圣路易斯城及其附近郊区设置了稠密的雨量观测网,运用先进技术进行持续5年的观测研究,证实了城市及其下风方向确有“雨岛效应”。我们曾应用上海地区170多个雨量观测站点的资料,结合天气形势,进行众多个例分析和分类统计,发现上海城市对降水的影响以汛期(5一9月)暴雨比较明显,在上海近30年汛期降水分布图上,城区的降水量明显高于郊区,呈现出清晰的城市雨岛,在非汛期(10月到次年4月)及年平均雨量图上则无此现象。
城市雨岛形成的条件是在大气环流较弱,有利于在城区产生降水的大尺度天气形势下,由于城市热岛所产生的局地气流的辐合上升,有利于对流雨的发展;下垫面粗糙度大,对移动滞缓的降雨系统有阻障效应,使其移速更为缓慢,延长城区降雨时间;再加上城区空气中凝结核多,其化学组分不同,粒径大小不一,当有较多大核(如硝酸盐奖)存在时有促进暖云降水作用,上述种种因素的影响,会“诱导”暴雨最大强度的落点位于市区及其下风方向,形成城市雨岛。
综上所述可见城市气候中的“五岛”效应是人类在城市化过程中无意识地对局地气候所产生的影响。研究其中规律,不仅有助于城市天气气候预报;并且还可通过一定的人为措施如加强城市绿化,调整能源结构,合理规划城市建设,控制城市大气污染等,有意识地改善城市气候条件,使之向有利于居民生活和生产方向发展。
3、小气候有哪些特点
与大范围气候相比较,小气候具有以下有五个特点:
(1) 范围小。铅直方向(是指专垂直地面方向)大概在100米以内,属主要在两米以下,水
平方向可以从几毫米到几十千米,因此,常规气象站网的观测不能反映小气候差异。
对小气候研究必须专门设置测点密度大,观测次数多,仪器精度高的小气候考察。
(2) 差别大。无论铅直方向或水平方向气象要素的差异都很大。
(3) 变化快。
在小气候范围内,温度、湿度或风速随时间的变化都比大气候快,具有脉动性。
(4) 日变化剧烈。越接近下垫面,温度、湿度、风速的日变化越大。
(5) 小气候规律较稳定。 只要形成小气候的下垫面物理性质不变,它的小气候差异也就不变。
因此,可从短期考察了解某种小气候特点。
由于小气候影响的范围与人类生产和生活的空间息息相关,因此研究小气候具有重要实用意义。还可以利用小气候知识为人类服务,例如:城市中合理植树种花,绿化庭院,改善城市下垫面状况,可以使城市居民住宅区或工厂区的小气候条件得到改善,减少空气污染,提高空气质量,见到更多的蓝天白云。
4、城市绿地对改善城市小气候效应有哪些
(1)城市的辐射和光照状况:城市的辐 射和光照受空气污染物的影响, 这些污染 物增加了大气混浊度, 减少了到达城市地 面上的太阳辐射; 市区的散射辐射也被削 弱,但不如太阳直接辐射明显;市区的日照 时数、照度都有所减少。(2)城内的温度状 况: 城市的温度状况是城市小气候的另一 个重要特点,即存在所谓“热岛”效应。这是 因为城市上空的污染物增加了大气逆辐 射,减小了有效辐射而具有保温作用;城市 下垫面的蒸发耗热少, 获得的净辐射主要 用于加热空气; 市区风速小, 减少了热量的 水平输送;城市人工热源的加热作用; 以及 生物体的热交换等。(3)城市的风状况:当空 气流经城市时, 因受建筑物的阻碍, 在迎风 面一部分气流被迫上升, 在城市上空风速 增大, 乱流加强。 2 城市绿地改善城市小气候功能研究 2. 1 调节小气候作用 (1)调节气温作用。 由于乔灌木的树冠阻挡, 吸收和反射 太阳辐射, 植被的蒸腾吸收了一些热量, 以 及乔灌草枝叶阻挡空气快速流通作用, 缓 和了气温的日变化,缩小了日振幅, 所以可 形成较好的绿地小气候环境。绿化地区的 小气候较为稳定, 温差较小, 绿地的平均温 度及最高温度均比无绿化的地方低, 而最 低温度则较高。 (2)增加湿度作用。 植物从土壤吸收大量水分, 叶片在生 长季节进行大量的蒸腾作用, 挥发大量了 水分,占从根部吸进水分的99.8%。单株大 树在一天可蒸发450L水,转移了可提高空 气温度的230000kcal(lcal=4.1858J)的能量, 相当于5个空调共同运作19h,这样就提高 了空气湿度。 (3)通风防风。 林带可以降低风速, 减轻风害, 发挥防 护作用。一条宽30米的防护林带可以使 20~25倍树高距离内的风速降低至10%~ 50%。城市带状绿地,包括城市道路与滨水 绿地是城市绿色的通风渠道, 特别是当带 状绿地的方向与夏季主导风向一致的情况 ——可以将城市郊区的气流趁着风势引入 城市中心地区, 为炎热的城市通风创造良 好条件。 2 . 2 缓解“城市热岛”效应的作用 “城市热岛”是指城市区域温度高于城 市郊区和农村的现象, 它是城市区域的特 有气候特征。城市“热岛效应”(Urban Heat Island Effect)主要是由于城市下垫面性质 的改变和城市中大量热量集中排放而造成 的, 另外城市建筑物以及污染气体的排放 使得热量在城市区域积聚,也促使了“热岛 效应”的产生。绿地的减少是造成城市“热 岛效应”的主要原因。很多研究显示, 城市 绿地格局可以影响城市热岛的分布, 增加 绿地可以减弱热岛效应。 2 . 3 城市绿地的间接节能效应 城市绿地对太阳辐射的遮蔽, 反射作 用, 自身生理的蒸腾和树冠对气流的阻挡 作用都对小气候的稳定产生积极的影响。 美国学者H.Akbari等在“冷屋顶”和遮荫树 对节能和改善空气质量的研究中提出了可 行的策略方法(见图1),认为“冷屋顶”和遮 荫树可以降低能耗, 在很大程度上可以减 少对臭氧层的破坏, 在节能减排方面也可 以起到促进作用。 因此城市绿地改善小气候效应是从直 接和间接两方面进行的,它通过多种途径来 改善城市的生态环境,对城市的长期可持续 发展具有良好的促进作用,是发挥城市功能 的不可或缺的重要的生态保障部分。
5、举例说明如何形成地方小气候
城市小气候
城市下垫面是一个人造的下垫面,其特点是人为的建筑面积占绝对优势,居民的生产、生活活动排放出大量废气和热量,在这些因素影响下,城市出现了与郊区显然不同的局地气候,称为城市气候。
城市气候的主要特征是“城市热岛”现象。“城市热岛”即城市内部气温比郊区高。城郊气温差称为热岛强度。城市热岛主要是由大量人为热排放造成的。
城市人为热源包括燃烧燃料释放的热量、人体散发的热量、交通运输排放、居民炉灶等,在一些高纬度城市,如莫斯科等,平均人为热的排放大于太阳净辐射;中纬度城市如蒙特利尔、曼哈顿等,因人均耗能量大,人为热排放亦大于净辐射,特别是蒙特利尔,冬季因空调取暖耗能特别大,其人为热竟相当于太阳净辐射的11倍以上。低纬度城市,其人为热排放与太阳净辐射相比就微乎其微了。除人为热排放外,造成城市热岛的原因还有以下几点:城市不透水的人为建筑覆盖率大、植物少,消耗于蒸发的热量减少;市区风速减弱,减弱了热量的水平输送;城市上空污染物质多,产生了保温作用,增加了大气逆辐射;城市下垫面的热容量常大于郊区,夜间冷却降温比郊区缓慢。
除城市热岛现象外,城市气候中还有“干岛”,“雨岛”等现象。城市空气的水汽压比郊区水汽压平均低0.3~0.7hPa,相对湿度低4%~6%。由于城市上空存在大量凝结核,加上热岛效应以及城市粗糙表面的阻碍作用,气流作上升运动。因此,城市上空的云量和降水均比郊区多。
一般来说,城市愈大,人口密度越大,城市气候特征愈明显。
6、在城市地区,什么是最重要的气候因素之一
普通的影响气候的基本因素是纬度位置大气环流、海陆分布、地貌等。
就你说的城市地区属于小气候了,人为地影响是比较明显的,比如说城市规模,二氧化碳的排量等,城市大的话会形成热岛效应,提升温度。
7、人们常说的小气候是怎么样形成的
城市小气候
城市下垫面是一个人造的下垫面,其特点是人为的建筑面积占绝对优势,居民的生产、生活活动排放出大量废气和热量,在这些因素影响下,城市出现了与郊区显然不同的局地气候,称为城市气候。
城市气候的主要特征是“城市热岛”现象。“城市热岛”即城市内部气温比郊区高。城郊气温差称为热岛强度。城市热岛主要是由大量人为热排放造成的。
城市人为热源包括燃烧燃料释放的热量、人体散发的热量、交通运输排放、居民炉灶等,在一些高纬度城市,如莫斯科等,平均人为热的排放大于太阳净辐射;中纬度城市如蒙特利尔、曼哈顿等,因人均耗能量大,人为热排放亦大于净辐射,特别是蒙特利尔,冬季因空调取暖耗能特别大,其人为热竟相当于太阳净辐射的11倍以上。低纬度城市,其人为热排放与太阳净辐射相比就微乎其微了。除人为热排放外,造成城市热岛的原因还有以下几点:城市不透水的人为建筑覆盖率大、植物少,消耗于蒸发的热量减少;市区风速减弱,减弱了热量的水平输送;城市上空污染物质多,产生了保温作用,增加了大气逆辐射;城市下垫面的热容量常大于郊区,夜间冷却降温比郊区缓慢。
除城市热岛现象外,城市气候中还有“干岛”,“雨岛”等现象。城市空气的水汽压比郊区水汽压平均低0.3~0.7hPa,相对湿度低4%~6%。由于城市上空存在大量凝结核,加上热岛效应以及城市粗糙表面的阻碍作用,气流作上升运动。因此,城市上空的云量和降水均比郊区多。
一般来说,城市愈大,人口密度越大,城市气候特征愈明显。