城市氣象學(xué)全冊配套最完整精品課件2

1、教材及參考書（一）教材及參考書（一）最新的研究進展一般來說都在這些文獻里！最新的研究進展一般來說都在這些文獻里！好消息！另有練習(xí)題一個：污染擴散模式編程及好消息！另有練習(xí)題一個：污染擴散模式編程及繪圖。可作可不作，作了就會有效益！繪圖?？勺骺刹蛔?，作了就會有效益！閱讀閱讀35篇文獻，寫出閱讀報告。文獻自找、題目自篇文獻，寫出閱讀報告。文獻自找、題目自定，可以是關(guān)于城市氣象（候）及防災(zāi)減災(zāi)的任何內(nèi)定，可以是關(guān)于城市氣象（候）及防災(zāi)減災(zāi)的任何內(nèi)容，例如：容，例如：大氣污染、城市熱島、城市熱島環(huán)流、城市風(fēng)場、污大氣污染、城市熱島、城市熱島環(huán)流、城市風(fēng)場、污染與城市規(guī)劃、數(shù)值模擬、城市氣候資源利用、城

2、市染與城市規(guī)劃、數(shù)值模擬、城市氣候資源利用、城市氣象災(zāi)害等等。氣象災(zāi)害等等。本課程停課期末考試前交打印稿或發(fā)給我電子版，推本課程停課期末考試前交打印稿或發(fā)給我電子版，推薦后者。薦后者。污染與氣象條件關(guān)系污染與氣象條件關(guān)系喬喬xx 0232310 xxxx 0232310 xx摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市污染越來越嚴(yán)重，大氣污染是城摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市污染越來越嚴(yán)重，大氣污染是城市污染的一個重要方面。在短期內(nèi)空氣污染物排放量變化不大市污染的一個重要方面。在短期內(nèi)空氣污染物排放量變化不大的情況下，近地面空氣污染物在大氣中的稀釋、遷移、擴散等的情況下，近地面空氣污染物在大氣中的稀釋、遷移、擴散等

3、過程主要受氣象條件的制約。風(fēng)、層結(jié)穩(wěn)定度、天氣形勢等都過程主要受氣象條件的制約。風(fēng)、層結(jié)穩(wěn)定度、天氣形勢等都與近地面大氣污染有密切關(guān)系。與近地面大氣污染有密切關(guān)系。關(guān)鍵詞：大氣污染關(guān)鍵詞：大氣污染 氣象條件氣象條件 城市氣候城市氣候 關(guān)系關(guān)系正文：正文：一、氣象條件與大氣污染的關(guān)系一、氣象條件與大氣污染的關(guān)系1. 1. 風(fēng)、湍流與污染物的關(guān)系風(fēng)、湍流與污染物的關(guān)系。二、二、 大氣污染對城市氣候的影響大氣污染對城市氣候的影響 。三、小結(jié)三、小結(jié)參考文獻：參考文獻：1. 1.孟小絨孟小絨, ,王建鵬王建鵬, ,林楊林楊, ,鄧小麗，氣象條件與西安污染物的關(guān)系及預(yù)報方法，鄧小麗，氣象條件與西安污染物

4、的關(guān)系及預(yù)報方法，陜西氣象，陜西氣象，20012001，6 6，23-2623-262. 2.張伯寅張伯寅, ,李長令李長令, ,桑建國桑建國, , 層結(jié)大氣中煙氣擴散的實驗和數(shù)值模擬層結(jié)大氣中煙氣擴散的實驗和數(shù)值模擬, , 大氣科學(xué)大氣科學(xué), , 1999, 23(01), 19-24 .1999, 23(01), 19-24 .。人類活動對氣候的影響可分為兩類：一是無意識的影響，即在人類活動對氣候的影響可分為兩類：一是無意識的影響，即在人類活動中對氣候產(chǎn)生的副作用；二是為達到某種目的，采取人類活動中對氣候產(chǎn)生的副作用；二是為達到某種目的，采取一定措施，有意識改變氣候條件。周淑貞，一定措施，

5、有意識改變氣候條件。周淑貞，城市氣候?qū)W城市氣候?qū)W 城市氣候定義城市氣候定義：在：在區(qū)域氣候區(qū)域氣候背景上，經(jīng)背景上，經(jīng)城市化城市化后，在城市特殊后，在城市特殊下墊面下墊面和城市和城市人類活動人類活動的影響下（主要是的影響下（主要是無意識無意識的）而形成的的）而形成的一種一種局地氣候局地氣候。 城市化地區(qū)的特點：城市化地區(qū)的特點：非農(nóng)業(yè)非農(nóng)業(yè)人口高密度聚集、高強度經(jīng)濟活動區(qū)、特殊下墊面人口高密度聚集、高強度經(jīng)濟活動區(qū)、特殊下墊面城市氣候影響因子城市氣候影響因子: :地理緯度、太陽輻射、大氣環(huán)流、海陸位置、地理緯度、太陽輻射、大氣環(huán)流、海陸位置、地形地貌。人類活動影響：太陽輻射、熱力作用、空氣質(zhì)量

6、、地形地貌。人類活動影響：太陽輻射、熱力作用、空氣質(zhì)量、動力學(xué)等動力學(xué)等 最早人們憑直觀感覺認(rèn)識到城市氣候的一個顯著特點是空氣混最早人們憑直觀感覺認(rèn)識到城市氣候的一個顯著特點是空氣混濁、多煙多塵。唐代詩人劉禹錫濁、多煙多塵。唐代詩人劉禹錫玄都觀桃花玄都觀桃花中寫道：中寫道：“紫紫陌紅塵撲（拂）面來，無人不道看花回；玄都觀里桃千樹，盡陌紅塵撲（拂）面來，無人不道看花回；玄都觀里桃千樹，盡是劉郎去后栽。是劉郎去后栽。”形容長安城街市繁華，飛塵撲面。在外國古形容長安城街市繁華，飛塵撲面。在外國古代文獻中關(guān)于城市空氣污染的記載亦很多，例如代文獻中關(guān)于城市空氣污染的記載亦很多，例如 Horacer 在公

7、在公元前元前24年就在詩歌中描寫古羅馬城中煙塵蔽日的景象。年就在詩歌中描寫古羅馬城中煙塵蔽日的景象。我國的重慶和英國的倫效都是遠近馳名的我國的重慶和英國的倫效都是遠近馳名的“霧都霧都”。“蜀犬吠日，吠所怪也蜀犬吠日，吠所怪也”形容重慶冬季多濃霧蔽天，偶逢日出，形容重慶冬季多濃霧蔽天，偶逢日出，犬都會因奇怪而吠叫。倫敦英國皇族自然科學(xué)家犬都會因奇怪而吠叫。倫敦英國皇族自然科學(xué)家John Evelyn在在1661年曾大聲疾呼，反對在倫敦城以大量劣質(zhì)煤作為燃料。年曾大聲疾呼，反對在倫敦城以大量劣質(zhì)煤作為燃料。他再三闡明燒煤是導(dǎo)致倫敦多霧的重要原因。他再三闡明燒煤是導(dǎo)致倫敦多霧的重要原因。對城市氣候系

8、統(tǒng)地研究始自對城市氣候系統(tǒng)地研究始自19世紀(jì)初世紀(jì)初期英國的期英國的Luke Howard (1818),他是一他是一位化學(xué)家和業(yè)余氣象學(xué)者位化學(xué)家和業(yè)余氣象學(xué)者,曾對倫敦市曾對倫敦市內(nèi)和郊區(qū)的氣象記錄進行對比分析內(nèi)和郊區(qū)的氣象記錄進行對比分析,從從大量的觀測資料中總結(jié)出倫敦城市氣大量的觀測資料中總結(jié)出倫敦城市氣候的特點候的特點,并出版巨著并出版巨著倫敦氣候倫敦氣候。20世紀(jì)世紀(jì)30年代以前，關(guān)于城市氣候的研究以描述城市年代以前，關(guān)于城市氣候的研究以描述城市氣候的特征和現(xiàn)象為主，很少闡述分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象氣候的特征和現(xiàn)象為主，很少闡述分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，而在的原因，而在30年代以后，城市氣候

9、的研究有了迅速年代以后，城市氣候的研究有了迅速的發(fā)展。如的發(fā)展。如Kratzer (1956) 在修訂再版的在修訂再版的城市氣候城市氣候一書中增添了大量內(nèi)容，是世界上第一部通論性的城一書中增添了大量內(nèi)容，是世界上第一部通論性的城市氣候?qū)Ｖ?，在城市氣候研究史上具有承上啟下的重市氣候?qū)Ｖ?，在城市氣候研究史上具有承上啟下的重要作用。要作用?0年代之后，又有兩部通論性的城市氣候?qū)Ｖ鴨柺溃甏?，又有兩部通論性的城市氣候?qū)Ｖ鴨柺?，第一是第一是Landsberg (1981)的的城市氣候城市氣候，該著作對世，該著作對世界特別是發(fā)達國家城市氣候研究工作進行總結(jié)，系統(tǒng)界特別是發(fā)達國家城市氣候研究工作進行總

10、結(jié)，系統(tǒng)分析了城市和郊區(qū)氣候的差異及其形成原因。第二是分析了城市和郊區(qū)氣候的差異及其形成原因。第二是周淑貞和束炯周淑貞和束炯（1994）合寫的）合寫的城市氣候?qū)W城市氣候?qū)W，該書，該書不僅從理論上闡明城市氣候的特征和形成過程，同時不僅從理論上闡明城市氣候的特征和形成過程，同時對城市氣候與城市規(guī)劃建設(shè)的關(guān)系進行了探討，對推對城市氣候與城市規(guī)劃建設(shè)的關(guān)系進行了探討，對推動我國城市氣候的研究起到了積極的促進作用動我國城市氣候的研究起到了積極的促進作用Computational Fluid Dynamics對比對比 Oke 的劃分方法的劃分方法城市邊界層城市邊界層（Urban Boundary Laye

11、r, UBL）：在中緯度地區(qū)，）：在中緯度地區(qū)， 晴朗天氣，其高度大約晴朗天氣，其高度大約1000m1500m，夜晚約，夜晚約200250m。城市冠層城市冠層（Urban Canopy Layer, UCL）：建筑物平均高度之）：建筑物平均高度之下的大氣，下的大氣，1987年由年由Oke首次提出這個概念。首次提出這個概念。城市尾羽層城市尾羽層（Urban Plume, UPUrban Plume, UP）：城市對大氣邊界層的下風(fēng)）：城市對大氣邊界層的下風(fēng)方向影響的范圍，可及方向影響的范圍，可及30km30km，最大可達，最大可達100km100km。當(dāng)出現(xiàn)區(qū)域微。當(dāng)出現(xiàn)區(qū)域微風(fēng)或者靜風(fēng)時，風(fēng)或

12、者靜風(fēng)時，UPUP消逝，出現(xiàn)熱島環(huán)流，此時的城市大氣邊界消逝，出現(xiàn)熱島環(huán)流，此時的城市大氣邊界層呈現(xiàn)出穹隆式的形狀，稱作城市塵蓋（層呈現(xiàn)出穹隆式的形狀，稱作城市塵蓋（Urban DomeUrban Dome）。）。城市氣候?qū)W的研究范圍包括了城市氣候?qū)W的研究范圍包括了UBLUBL、UCLUCL、UPUP。 塵罩Dust Dome / 污染罩 Pollution Dome逆溫冷冷Logo首屆首屆Luke Howard 獎獲得者獎獲得者 Tim Oke城市氣候研究方法主要包括：城市氣候研究方法主要包括：外場觀測、物理模擬和外場觀測、物理模擬和數(shù)值計算數(shù)值計算。外場觀測是取得第一手研究資料的較好方。外

13、場觀測是取得第一手研究資料的較好方案，但是其觀測方案設(shè)計需要很高的技巧，另外該方案，但是其觀測方案設(shè)計需要很高的技巧，另外該方法對規(guī)劃項目實效。物理模擬實驗?zāi)軌驅(qū)α鲌黾皵U散法對規(guī)劃項目實效。物理模擬實驗?zāi)軌驅(qū)α鲌黾皵U散特征進行詳細(xì)研究，成本較高是其缺陷。數(shù)值模式的特征進行詳細(xì)研究，成本較高是其缺陷。數(shù)值模式的優(yōu)點在于能夠提供詳細(xì)的流場以及污染物濃度場等特優(yōu)點在于能夠提供詳細(xì)的流場以及污染物濃度場等特征，前提是必須經(jīng)過外場觀測或者實驗驗證。征，前提是必須經(jīng)過外場觀測或者實驗驗證。外場觀測外場觀測外場觀測可以直接獲得城市氣候有關(guān)參數(shù)，并可提供數(shù)值模式基本參外場觀測可以直接獲得城市氣候有關(guān)參數(shù)，并可

14、提供數(shù)值模式基本參數(shù)和對比依據(jù)，其主要監(jiān)測手段有數(shù)和對比依據(jù)，其主要監(jiān)測手段有地面監(jiān)測站、氣象觀測塔、低空探地面監(jiān)測站、氣象觀測塔、低空探空、風(fēng)廓線儀、雷達和衛(wèi)星遙感空、風(fēng)廓線儀、雷達和衛(wèi)星遙感 。這些監(jiān)測手段各有優(yōu)缺點，其中。這些監(jiān)測手段各有優(yōu)缺點，其中地面監(jiān)測站地面監(jiān)測站只能進行近地面的監(jiān)測，而只能進行近地面的監(jiān)測，而氣象觀測塔氣象觀測塔（如中科院大氣所（如中科院大氣所325m氣象觀測塔）可以觀測邊界層中下層的各種氣象要素，這兩種氣象觀測塔）可以觀測邊界層中下層的各種氣象要素，這兩種手段的優(yōu)點在于可長期連續(xù)觀測。手段的優(yōu)點在于可長期連續(xù)觀測。低空探空低空探空可以得到地面至可以得到地面至20

15、00m高高度的氣象資料，但因成本較高，不能進行長期觀測。度的氣象資料，但因成本較高，不能進行長期觀測。雷達和衛(wèi)星遙感雷達和衛(wèi)星遙感因資料的同步性、點位的密集性以及均勻性彌補了前三種方法不足，因資料的同步性、點位的密集性以及均勻性彌補了前三種方法不足，在大氣環(huán)境監(jiān)測，如城市熱島及氣溶膠分布狀況等方面發(fā)揮著重要作在大氣環(huán)境監(jiān)測，如城市熱島及氣溶膠分布狀況等方面發(fā)揮著重要作用。另外，近幾年內(nèi)針對城市街谷大氣環(huán)境研究進行的外場實驗發(fā)展用。另外，近幾年內(nèi)針對城市街谷大氣環(huán)境研究進行的外場實驗發(fā)展也很迅速，也很迅速，Pearlmutter對位于以色列境內(nèi)的一個街谷進行了詳盡的觀對位于以色列境內(nèi)的一個街谷進

16、行了詳盡的觀測，觀測項目包括太陽短波輻射、長波輻射、氣溫、地表溫度、墻面測，觀測項目包括太陽短波輻射、長波輻射、氣溫、地表溫度、墻面溫度以及風(fēng)向風(fēng)速，作者同時還結(jié)合一個位于街谷中央的人體表面能溫度以及風(fēng)向風(fēng)速，作者同時還結(jié)合一個位于街谷中央的人體表面能量平衡模式，討論了建筑物布局與人體舒適度之間的關(guān)系。量平衡模式，討論了建筑物布局與人體舒適度之間的關(guān)系。Pfeffer(1995) 采用采用NO2、CO、苯及煙塵等污染物的監(jiān)測資料（街谷位、苯及煙塵等污染物的監(jiān)測資料（街谷位于德國埃森），分析了各污染物濃度之間的相關(guān)以及不同氣象條件對于德國埃森），分析了各污染物濃度之間的相關(guān)以及不同氣象條件對污染

17、物濃度的影響。污染物濃度的影響。物理模擬物理模擬物理模擬的實驗裝置有物理模擬的實驗裝置有風(fēng)洞和水槽風(fēng)洞和水槽，前者應(yīng)用更為廣泛，前者應(yīng)用更為廣泛，但二者的理論基礎(chǔ)是相同的，均為相似性原理（包括幾但二者的理論基礎(chǔ)是相同的，均為相似性原理（包括幾何相似、動力相似、大氣邊界層相似等）。物理模擬可何相似、動力相似、大氣邊界層相似等）。物理模擬可以對個別現(xiàn)象進行獨立而詳細(xì)的研究，同時也可以對數(shù)以對個別現(xiàn)象進行獨立而詳細(xì)的研究，同時也可以對數(shù)值模式的精確性進行檢驗值模式的精確性進行檢驗 。Farell（1999）用風(fēng)洞試驗）用風(fēng)洞試驗?zāi)M了一個城市邊界層的結(jié)構(gòu)特征。模擬了一個城市邊界層的結(jié)構(gòu)特征。Liu

18、et al（2001）用水槽試驗?zāi)M了香港島在不同氣象條件下的流場和污用水槽試驗?zāi)M了香港島在不同氣象條件下的流場和污染物擴散特征。染物擴散特征。Kastner(1999) 在中性大氣邊界層風(fēng)洞中在中性大氣邊界層風(fēng)洞中進行了示蹤實驗，綜合考察了城市街谷幾何尺寸、建筑進行了示蹤實驗，綜合考察了城市街谷幾何尺寸、建筑物不同配置、屋頂形狀以及風(fēng)向等因素對街谷內(nèi)污染物物不同配置、屋頂形狀以及風(fēng)向等因素對街谷內(nèi)污染物濃度分布的影響。濃度分布的影響。數(shù)值模擬數(shù)值模擬數(shù)值模式利用大氣方程組以及污染物傳輸擴散方程，數(shù)值模式利用大氣方程組以及污染物傳輸擴散方程，結(jié)合先進的計算機技術(shù)，模擬大氣邊界層及大氣環(huán)境結(jié)合

19、先進的計算機技術(shù)，模擬大氣邊界層及大氣環(huán)境特征。數(shù)值模擬可以詳細(xì)描述大氣邊界層結(jié)構(gòu)和大氣特征。數(shù)值模擬可以詳細(xì)描述大氣邊界層結(jié)構(gòu)和大氣運動變化以及污染物傳輸擴散規(guī)律，考察各種影響因運動變化以及污染物傳輸擴散規(guī)律，考察各種影響因子的相對重要性，并提出有效的污染控制方案，因此子的相對重要性，并提出有效的污染控制方案，因此數(shù)值模擬已經(jīng)成為城市大氣邊界層和大氣環(huán)境科學(xué)研數(shù)值模擬已經(jīng)成為城市大氣邊界層和大氣環(huán)境科學(xué)研究中十分重要的手段究中十分重要的手段城市化對城市氣候有諸多方面的影響，如城市風(fēng)、溫、濕、能城市化對城市氣候有諸多方面的影響，如城市風(fēng)、溫、濕、能源消耗以及空氣污染等。在充分了解城市化對氣候產(chǎn)

20、生的影響源消耗以及空氣污染等。在充分了解城市化對氣候產(chǎn)生的影響之后，城市氣候?qū)W另一個重要的任務(wù)就是研究如何改變或改善之后，城市氣候?qū)W另一個重要的任務(wù)就是研究如何改變或改善局地氣候，從而提高人類的居住環(huán)境。城市通風(fēng)能力是建筑群局地氣候，從而提高人類的居住環(huán)境。城市通風(fēng)能力是建筑群設(shè)計需要考慮的重要問題，如設(shè)計需要考慮的重要問題，如阿根廷首都阿根廷首都布宜諾斯艾利斯商業(yè)布宜諾斯艾利斯商業(yè)區(qū)的改造，該區(qū)原來由與拉普拉塔河平行的若干商業(yè)街構(gòu)成，區(qū)的改造，該區(qū)原來由與拉普拉塔河平行的若干商業(yè)街構(gòu)成，舊建筑是相同高度的板式樓群。夏季河面上涼爽濕潤的空氣很舊建筑是相同高度的板式樓群。夏季河面上涼爽濕潤的空氣

21、很難穿過建筑群深入到商業(yè)區(qū)中。在新方案中，將商業(yè)街的商用難穿過建筑群深入到商業(yè)區(qū)中。在新方案中，將商業(yè)街的商用建筑改為高低錯落、有良好通風(fēng)性能的建筑群，改善了商業(yè)區(qū)建筑改為高低錯落、有良好通風(fēng)性能的建筑群，改善了商業(yè)區(qū)的空氣質(zhì)量和局地氣候，從而使其更具吸引力和經(jīng)濟效益。的空氣質(zhì)量和局地氣候，從而使其更具吸引力和經(jīng)濟效益。另另一個實例一個實例也反證了城市建設(shè)充分考慮城市氣候因素的重要性，也反證了城市建設(shè)充分考慮城市氣候因素的重要性，瑞典港口城市歌德堡在將一個造船廠開發(fā)改造為居住區(qū)時，建瑞典港口城市歌德堡在將一個造船廠開發(fā)改造為居住區(qū)時，建筑師和規(guī)劃人員沒有充分考慮氣象學(xué)家提出的改善風(fēng)環(huán)境的建筑師

22、和規(guī)劃人員沒有充分考慮氣象學(xué)家提出的改善風(fēng)環(huán)境的建議，導(dǎo)致居住區(qū)建成后出現(xiàn)局地強風(fēng)，大大影響了居住舒適性。議，導(dǎo)致居住區(qū)建成后出現(xiàn)局地強風(fēng)，大大影響了居住舒適性。城市熱島是在城市化的人為因素和局地天氣氣象條件共同作用城市熱島是在城市化的人為因素和局地天氣氣象條件共同作用下形成的，具體影響因子包括以下幾個方面：下形成的，具體影響因子包括以下幾個方面：（1）特殊下墊面性質(zhì)特殊下墊面性質(zhì)：城市下墊面的建筑物和構(gòu)筑物熱容量比：城市下墊面的建筑物和構(gòu)筑物熱容量比郊區(qū)大，這是城市熱島強度夜晚大于白晝的重要原因；城市覆郊區(qū)大，這是城市熱島強度夜晚大于白晝的重要原因；城市覆蓋層內(nèi)部街谷中天穹可見度小，大大減少

23、了地面長波輻射損失，蓋層內(nèi)部街谷中天穹可見度小，大大減少了地面長波輻射損失，而天空視因子與夜間最大熱島強度呈明顯負(fù)相關(guān)而天空視因子與夜間最大熱島強度呈明顯負(fù)相關(guān) ；城市不透水；城市不透水面積較郊區(qū)為大，導(dǎo)致潛熱蒸發(fā)遠小于通過湍流輸送給空氣的面積較郊區(qū)為大，導(dǎo)致潛熱蒸發(fā)遠小于通過湍流輸送給空氣的顯熱，這對城市氣溫增加起著相當(dāng)重要的作用；顯熱，這對城市氣溫增加起著相當(dāng)重要的作用；（2） 城市上空城市上空污染覆蓋層污染覆蓋層的存在：覆蓋層吸收地面長波輻射，的存在：覆蓋層吸收地面長波輻射，特別是溫室氣體特別是溫室氣體CO2吸收能力很強，導(dǎo)致城市夜晚氣溫比郊區(qū)吸收能力很強，導(dǎo)致城市夜晚氣溫比郊區(qū)高，大氣

24、逆輻射又比郊區(qū)強，地面更不易冷卻；高，大氣逆輻射又比郊區(qū)強，地面更不易冷卻；（3）人為熱及污染物人為熱及污染物：人為熱量排放導(dǎo)致城市氣溫升高。污：人為熱量排放導(dǎo)致城市氣溫升高。污染物（如煙塵）漂移到城市上空形成染物（如煙塵）漂移到城市上空形成“塵蓋塵蓋”，從而冷卻吸附，從而冷卻吸附水汽結(jié)為霧障，大大減少城市有效輻射，特別是冬季對中高緯水汽結(jié)為霧障，大大減少城市有效輻射，特別是冬季對中高緯度的城市影響很大，導(dǎo)致熱島強度冷季比暖季大，周度的城市影響很大，導(dǎo)致熱島強度冷季比暖季大，周1周周5的的熱島強度比周日大；熱島強度比周日大；（4）天氣形勢和氣象條件天氣形勢和氣象條件：在同一時期，同一城市中，下

25、墊：在同一時期，同一城市中，下墊面因子、人為熱、溫室氣體及大氣污染物排放源地和源強基本面因子、人為熱、溫室氣體及大氣污染物排放源地和源強基本相同，但其熱島現(xiàn)象時有時無，時強時弱，這就取決于當(dāng)時的相同，但其熱島現(xiàn)象時有時無，時強時弱，這就取決于當(dāng)時的天氣系統(tǒng)和氣象條件。如周淑貞天氣系統(tǒng)和氣象條件。如周淑貞(1989) 在對上海城市熱島的研在對上海城市熱島的研究中發(fā)現(xiàn)，在高壓無降水的天氣型中有熱島出現(xiàn)的概率為究中發(fā)現(xiàn)，在高壓無降水的天氣型中有熱島出現(xiàn)的概率為70.1%，而在強冷鋒過境時無熱島現(xiàn)象。，而在強冷鋒過境時無熱島現(xiàn)象。影響熱島強度的影響熱島強度的因素因素?zé)釐u強度熱島強度熱島強度熱島強度熱島

26、強度城巿規(guī)模大小風(fēng)速雲(yún)量氣溶膠的輻射作用，主要發(fā)生在白天，所謂的氣溶膠的輻射作用，主要發(fā)生在白天，所謂的陽傘效應(yīng)。如東北重工業(yè)城市沈陽，冬季燃煤陽傘效應(yīng)。如東北重工業(yè)城市沈陽，冬季燃煤量很大，因而排放的煙塵量很大，在系統(tǒng)風(fēng)較量很大，因而排放的煙塵量很大，在系統(tǒng)風(fēng)較弱情況下，易產(chǎn)生白天的冷島效應(yīng)。弱情況下，易產(chǎn)生白天的冷島效應(yīng)。n干、島濕島晝夜交替出現(xiàn)：白天，城區(qū)水汽壓小于干、島濕島晝夜交替出現(xiàn)：白天，城區(qū)水汽壓小于郊區(qū)干島；夜間，城區(qū)水汽壓大于郊區(qū)濕島。郊區(qū)干島；夜間，城區(qū)水汽壓大于郊區(qū)濕島。n以干島效應(yīng)尤為突出！強度大、持續(xù)時間長。以干島效應(yīng)尤為突出！強度大、持續(xù)時間長。n出現(xiàn)條件與熱島效應(yīng)

27、類似，晴朗弱風(fēng)。白天，郊區(qū)出現(xiàn)條件與熱島效應(yīng)類似，晴朗弱風(fēng)。白天，郊區(qū)蒸發(fā)（騰）量比城區(qū)大；夜間，郊區(qū)冷卻快，層結(jié)穩(wěn)蒸發(fā)（騰）量比城區(qū)大；夜間，郊區(qū)冷卻快，層結(jié)穩(wěn)定，水汽凝結(jié)，水汽壓低，另外，市區(qū)氣溫高，增加定，水汽凝結(jié)，水汽壓低，另外，市區(qū)氣溫高，增加蒸發(fā)力，有部分人為水汽，凝露量小，綜合起來使市蒸發(fā)力，有部分人為水汽，凝露量小，綜合起來使市區(qū)水汽壓高于郊區(qū)，形成濕島。區(qū)水汽壓高于郊區(qū)，形成濕島。n形成在弱環(huán)流條件下形成在弱環(huán)流條件下n熱島效應(yīng)助長局地氣流輻合上升熱島效應(yīng)助長局地氣流輻合上升n下墊面粗糙度大，阻礙降雨系統(tǒng)移動，延長雨時下墊面粗糙度大，阻礙降雨系統(tǒng)移動，延長雨時n城區(qū)凝結(jié)核多，

28、益于成云，利于暖云降水城區(qū)凝結(jié)核多，益于成云，利于暖云降水n簡單說：就是城區(qū)污染物濃度高于郊區(qū)。簡單說：就是城區(qū)污染物濃度高于郊區(qū)。Dust domen混濁度因子：散射輻射混濁度因子：散射輻射D和直接輻射和直接輻射S之比，之比，=D/S。n混濁度與污染物濃度、云量、陰天、晴天等有關(guān)混濁度與污染物濃度、云量、陰天、晴天等有關(guān)n形成條件兩個方面：一是人為因素；二是弱背景環(huán)形成條件兩個方面：一是人為因素；二是弱背景環(huán)流；此時凸現(xiàn)城鄉(xiāng)差異。一般熱島、干島、混濁島出流；此時凸現(xiàn)城鄉(xiāng)差異。一般熱島、干島、混濁島出現(xiàn)頻率較高?，F(xiàn)頻率較高。n相互聯(lián)系、制約。如，熱島強，導(dǎo)致相對濕度降低，相互聯(lián)系、制約。如，熱

29、島強，導(dǎo)致相對濕度降低，利于干島形成。輻合氣流利于成云致雨及混濁島的形利于干島形成。輻合氣流利于成云致雨及混濁島的形成。相反，混濁島影響輻射從而影響熱（冷）島效應(yīng)。成。相反，混濁島影響輻射從而影響熱（冷）島效應(yīng)。雨島會減弱熱島及混濁島。雨島會減弱熱島及混濁島。城市化所引起的局地大氣邊界層改變，將對低層氣流和湍流特城市化所引起的局地大氣邊界層改變，將對低層氣流和湍流特征產(chǎn)生顯著影響，這些影響主要包括以下方面：征產(chǎn)生顯著影響，這些影響主要包括以下方面：（1）城市化對盛行風(fēng)速的影響：城市建筑物導(dǎo)致下墊面粗糙度城市化對盛行風(fēng)速的影響：城市建筑物導(dǎo)致下墊面粗糙度加大，其阻礙效應(yīng)消耗了空氣水平運動的動能，

30、因而使城區(qū)的加大，其阻礙效應(yīng)消耗了空氣水平運動的動能，因而使城區(qū)的平均風(fēng)速降低；平均風(fēng)速降低；（2）城市熱島環(huán)流：底層向城區(qū)的輻合流場和城市熱島環(huán)流：底層向城區(qū)的輻合流場和上升氣流。在幾百米的高度上又以相反的方向從城市向郊外流上升氣流。在幾百米的高度上又以相反的方向從城市向郊外流出并下沉，形成一緩慢的熱島環(huán)流；出并下沉，形成一緩慢的熱島環(huán)流；（3）城市化對流場垂直結(jié)城市化對流場垂直結(jié)構(gòu)的影響：不同高度上的城郊風(fēng)向差別主要以熱島環(huán)流為其基構(gòu)的影響：不同高度上的城郊風(fēng)向差別主要以熱島環(huán)流為其基本特點；而由于城市下墊面的摩擦作用，城市風(fēng)速隨高度的增本特點；而由于城市下墊面的摩擦作用，城市風(fēng)速隨高度的

31、增加率明顯大于郊區(qū)；加率明顯大于郊區(qū)；（4）城市化對湍流場的影響：與郊區(qū)相比，城市化對湍流場的影響：與郊區(qū)相比，城市邊界層有著更為明顯的湍流運動，這對城市邊界層的形成城市邊界層有著更為明顯的湍流運動，這對城市邊界層的形成至關(guān)重要。至關(guān)重要。此類問題此類問題是研究熱是研究熱點，其結(jié)點，其結(jié)果可用于果可用于城市規(guī)劃城市規(guī)劃設(shè)計設(shè)計城市大氣污染防治：防治大氣污染的對策甚多，歸納城市大氣污染防治：防治大氣污染的對策甚多，歸納起來有兩個主要方向，一是控制起來有兩個主要方向，一是控制污染源污染源的排放，二是的排放，二是合理規(guī)劃城市功能區(qū)的合理規(guī)劃城市功能區(qū)的布局布局。在歐美和日本等發(fā)達國。在歐美和日本等發(fā)

32、達國家污染源控制已取得明顯成效。根據(jù)城市氣候條件，家污染源控制已取得明顯成效。根據(jù)城市氣候條件，按照大氣污染物傳輸、擴散、稀釋和凈化的規(guī)律，進按照大氣污染物傳輸、擴散、稀釋和凈化的規(guī)律，進行合理布局，安排不同功能區(qū)，對減輕大氣污染物對行合理布局，安排不同功能區(qū)，對減輕大氣污染物對城市環(huán)境的影響，也是有裨益的。朱瑞兆根據(jù)我國城市環(huán)境的影響，也是有裨益的。朱瑞兆根據(jù)我國600多個臺站多個臺站1月份、月份、7月份和年風(fēng)向玫瑰圖進行相似月份和年風(fēng)向玫瑰圖進行相似性分類，再按不同類型提出了城市規(guī)劃布局方案。性分類，再按不同類型提出了城市規(guī)劃布局方案。Craig(2001) 討論了城市建筑物的理想配置，從

33、而減小討論了城市建筑物的理想配置，從而減小污染物的峰值濃度，該方法有助于交通道路及城市街污染物的峰值濃度，該方法有助于交通道路及城市街谷優(yōu)化設(shè)計。谷優(yōu)化設(shè)計。城市高溫防御及城市高溫防御及綠化綠化：可以通過以下途徑降低城市：可以通過以下途徑降低城市熱島效應(yīng)，一是減少人為熱和溫室氣體排放；二是熱島效應(yīng)，一是減少人為熱和溫室氣體排放；二是增大城市下墊面的反照率，三是增加城區(qū)水域面積，增大城市下墊面的反照率，三是增加城區(qū)水域面積，四是擴大城市綠地覆蓋率，五是合理規(guī)劃城市布局。四是擴大城市綠地覆蓋率，五是合理規(guī)劃城市布局。Herbert(1998) 對建筑物不同表面涂料的熱效應(yīng)進行對建筑物不同表面涂料的

34、熱效應(yīng)進行了數(shù)值實驗，指出城市規(guī)劃對局地氣候影響的重要了數(shù)值實驗，指出城市規(guī)劃對局地氣候影響的重要性，性，Ashie（1999）采用數(shù)值模式研究了建筑物屋頂）采用數(shù)值模式研究了建筑物屋頂或墻面綠化效應(yīng)，大約可降低氣溫或墻面綠化效應(yīng)，大約可降低氣溫0.41.3，可節(jié)，可節(jié)約空調(diào)能源約空調(diào)能源325%，Urano（1999）采用中尺度模式）采用中尺度模式研究了建筑物布局及建筑物高度對城市熱力環(huán)境的研究了建筑物布局及建筑物高度對城市熱力環(huán)境的影響。佟華等（影響。佟華等（2003）采用北京大學(xué)三維復(fù)雜地形）采用北京大學(xué)三維復(fù)雜地形中尺度模式分析了城市規(guī)劃對大氣環(huán)境及空氣質(zhì)量中尺度模式分析了城市規(guī)劃對大

35、氣環(huán)境及空氣質(zhì)量的影響，并考察了綠化對城市熱力環(huán)境改善的效應(yīng)。的影響，并考察了綠化對城市熱力環(huán)境改善的效應(yīng)。The EndThank you一、關(guān)于地球系統(tǒng)一、關(guān)于地球系統(tǒng)二、全球大城市分布二、全球大城市分布三、城市下墊面組成及描述三、城市下墊面組成及描述四、城市生態(tài)系統(tǒng)四、城市生態(tài)系統(tǒng)“印痕印痕”（Footprint）廣州，搜狗lTowns and cities are the most densely populated areas on Earth and will continue to be the artificial landscapes most widely used by

36、the greater part of the Earths population in the future. In 2030 more than 60% of humans will live in cities. lChanges in urban conditions have often caused deterioration in environmental quality and may result in damage to the health of city-dwellers. lThe differences between the climate of a city

37、and the climate of its surroundings are referred to as the “urban climate”. The most important features of urban climate include higher air and surface temperatures, changes in radiation balances, lower humidity, and restricted atmospheric exchange that causes accumulations of pollutants from a vari

38、ety of sources. lAlthough these changes mainly affect local or regional conditions, persistent substances released into the atmosphere may also affect larger areas or even the global climate.Causes of Urban ClimateThe four main causes of urban climate, which result from different uses of built-up ar

39、eas, are:l replacement of natural soil by sealed surfaces, mostly artificial and having a strong 3-D structure;l reduction of the surface area covered by vegetation;l reduction of long-wave emission of the surface by street canyons andl release of gaseous, solid and liquid atmospheric pollutants, an

40、d waste heat.The thermal behaviour of sealed surfaces is largely determined by the density, heat capacity, thermalconductivity, thermal diffusivity and thermal admittance of the materials used10-6The 3-D relief of cities multiplies effective surface area. The aerodynamic properties of surfaces can b

41、e characterized by the roughness length (z0) and the zero plane displacement (d0), which together measure the unevenness of a surface with respect to the surfaces effects on the horizontal and vertical wind vectors.Urban Boundary LayerCompared with the surrounding countryside, the radiation and heat

42、 balances of an urban area aresubject to a wide variety of effects. These are caused by gaseous, particulate and liquid air pollutants,which reflect, scatter and absorb radiation, and the type, structure, use and exposure of urban surfaces. The short and long-wave albedo long wave emission, effectiv

43、e radiation and thermal behaviour of the surface are determined by the composition of the urban atmosphere and the citys surface conditions. During low advection conditions without precipitation, the radiation and heat balance of the ground/air boundary layer is:The urban atmospheric moisture enviro

44、nment depends on the water balance of the urban area:lPrecipitation patterns are odd in urban areas - most rain falls on the lee side of the city, due to the urban heat island effect, the urban emission of particles which become condensation nuclei and, the higher roughness length which causes rain

45、not to fall vertically.lRelative humidity is affected by the pattern of rainfall. During the day it will be lower in the city than in the surroundings because of higher runoff, sealed surfaces and loss of vegetation. But at night the city can be more humid because of higher temperatures and less dew

46、-fall than in the countryside . lIn former days towns and conurbations in industrialized countries had more fog days than did their surroundings. But the number of foggy days is decreasing, due to cleaner air and a stronger urban heat island effect caused by a decrease in the percentage of natural s

47、urfaces within the cities.Air and surface temperatures in cities are normally higher than in the surrounding areas. Urbanexcess heating is the result of the different importance of the various factors in the energy balance and air movement in cities and surrounding areas. The severity of excess heat

48、ing, known as theUrban Heat Island Intensity (UHII), is normally expressed in terms of the horizontal temperaturedifference (tu-r) between the city (u) and the surrounding area (r). lUrban air quality is mainly determined by road traffic, industry, power and heating plants and households. The most i

49、mportant pollutants in urban atmospheres include NO, NO2, CO, NMVOC (Non-Methane Volatile Organic Compounds), O3, SO2, dust and soot. lMost air quality problems are caused by SO2, NO2 and SST/PM 10. In western industrialised countries classical air pollutants such as SO2 are no longer a serious prob

50、lem in most areas.The footprint function f describes the source area Q of a measuring signal (scalar, flux) in relation to its spatial extent and its distribution of intensity, as illustrated in Fig. 3.16, and is given by:How Can Cities be Sustainable?Whats Your Suggestion?.The End 簡史簡史 空氣污染物（類型和源地）

51、空氣污染物（類型和源地） 影響污染的因素影響污染的因素 空氣污染和城市環(huán)境空氣污染和城市環(huán)境 酸沉降酸沉降 室內(nèi)污染室內(nèi)污染 擴散模式及練習(xí)題擴散模式及練習(xí)題 人類發(fā)明火以后，“煙問題”；愛德華一世國王在1273年簽署一項法令禁止使用海煤；在1850前，倫敦 “濃豌豆湯”霧而聲名狼藉；1911年前后，“smog”(煙霧)一詞，煙和霧的混合體；1952年12月的第一周，倫敦災(zāi)難(煤煙型煙霧)；工業(yè)革命把污染帶入美國(光化學(xué)煙霧)；中國的污染. 直接排放入大氣中的空氣污染物 氮氧化物一次污染物和空氣中的某些成分經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)才成為的污染物，稱二次污染物，如水汽和其他污染物等反應(yīng)生成的污染物，硝酸、硫

52、酸、臭氧等。 氣溶膠 一氧化碳（CO） 二氧化硫（SO2 ） 揮發(fā)性有機化合物（VOCs） 氮氧化物 近地層臭氧氣溶膠氣溶膠足夠小的能懸浮在空氣中的固態(tài)粒子和液滴有些使人不愉快但無害，有些是危險的。 在云霧降水中的作用：凝結(jié)核 對大氣輻射過程的影響：散射和吸收 對大氣光學(xué)特性的影響：大氣能見度 對大氣電學(xué)特性的影響：捕獲帶電離子，影響大氣電場 在大氣化學(xué)過程中的作用：吸附或參與反應(yīng)生成新的微粒一氧化碳一氧化碳城市空氣主要污染物，無色，無味，巨毒的氣體(易被紅血球獲得)，由含碳燃料的不完全燃燒產(chǎn)生。一次污染物中最豐富。 無色有臭味氣體，主要是由燃燒含硫化石燃料而來（如煤和石油），源地：發(fā)電廠、加

53、熱設(shè)備、熔爐、石油精練和造紙廠等，火山噴發(fā)、或從海洋飛沫中的硫酸鹽粒子而來。 危害：呼吸、減少某些植物產(chǎn)量、生成硫酸。英國倫敦?zé)熿F主要物質(zhì)為飄塵和這種物質(zhì)。揮發(fā)性有機化合物揮發(fā)性有機化合物(VOCs)主要是碳?xì)浠衔铮瑔为毜挠袡C化合物由氫和碳組成。室溫環(huán)境是固、液和氣態(tài)存在。數(shù)千種，但甲烷（自然產(chǎn)生，對健康危害未知）是最豐富的，其他包括苯、醛和一些氟氯烴。某些(如苯)致癌，一些反應(yīng)成為二次有害污染物 氮氧化物氮氧化物來自燃料高溫燃燒時氧和氮的反應(yīng)。兩種主要的氮污染物是NO2和NO，統(tǒng)稱NOx，或氮氧化物。傷害心肺、呼吸器官，生成硝酸、導(dǎo)致光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧“落衫基煙霧”ba NO+O3NO

54、2+O2NO2+ONO+O2氟立昂(CFCs)進入平流層，紫外能量使其分解成Cl原子，然后進行下面的過程：Cl+O3ClO+O2ClO+OCl+O2 皮膚癌增加；皮膚癌增加； 眼睛白內(nèi)障和太陽灼傷驟增；眼睛白內(nèi)障和太陽灼傷驟增； 人的免疫系統(tǒng)受抑制；人的免疫系統(tǒng)受抑制； 紫外輻射對農(nóng)作物和動物有不利影響；紫外輻射對農(nóng)作物和動物有不利影響； 海洋浮游植物生長減緩；海洋浮游植物生長減緩； 平流層變冷導(dǎo)致氣流方式改變，影響平流層變冷導(dǎo)致氣流方式改變，影響O3的生成和損耗。的生成和損耗。 風(fēng)的影響； 逆溫； 大氣穩(wěn)定度； 地形的作用城市熱島效應(yīng)：城市比周圍鄉(xiāng)村暖強熱島：夜晚冬天夜晚長被高壓控制，晴朗、

55、無風(fēng)空氣潮濕。北京城市熱島1980年 繼“煤煙型”(倫敦?zé)熿F)、“光化學(xué)煙霧型”（落杉基煙霧）的污染后， 現(xiàn)代人正進入“室內(nèi)空氣污染”為標(biāo)志的第三污染時期。一種無色易溶的刺激性氣體，甲醛可經(jīng)呼吸道吸收。有致畸、致癌作用，長期接觸甲醛，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮膚和消化道的癌癥。對神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等都有毒害。一種無色而具有強烈刺激性臭味的氣體，堿性物質(zhì)。吸收組織水分，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，減弱人體對疾病的抵抗力。濃度過高有腐蝕作用，還會導(dǎo)致心臟停搏和呼吸停止。 無色具有特殊芳香氣味的液體，是室內(nèi)揮發(fā)性有機物的一種。 已經(jīng)被確認(rèn)是嚴(yán)重致癌物質(zhì)。 中毒會造成嗜睡、頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、胸部

56、緊束感、視物模糊，震顫、呼吸淺而快、心律不齊、抽搐和昏迷。 苯在各種建筑材料的有機溶劑中大量存在，比如各種油漆的添加劑和一些防水材料等等。 由鐳衰變產(chǎn)生的自然界惟一的天然放射性惰性氣體，它沒有顏色，也沒有任何氣味。 容易被呼吸系統(tǒng)截留，并在局部區(qū)域不斷累積而誘發(fā)肺癌。氡是導(dǎo)致人類肺癌的第二大殺手（吸煙第一），世界衛(wèi)生組織把它列為使人致癌的19種物質(zhì)之一。各種天然石材由于產(chǎn)地、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和生成年代不同，其放射性也不同。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局曾對市場上的天然石材進行了監(jiān)督抽查，從檢測結(jié)果看，其中花崗巖超標(biāo)較多，放射性較高。天然石材中的放射性危害主要有兩個方面，即體內(nèi)輻射與體外輻射。 1.通風(fēng)換氣；2.合

57、理采光；3.新裝修的房屋經(jīng)通風(fēng)換氣后請有檢驗資格的技術(shù)部門檢驗合格后方宜入住。 1998年2月28日，北京市開始向社會公布空氣質(zhì)量周報；1999年3月1日，開始公布空氣質(zhì)量日報；1999年6月1日，北京市在全國率先公布對人體健康威脅較大的可吸入顆粒物；1999年8月1日，公布二氧化氮；目前，每天公布的空氣質(zhì)量指標(biāo)共5項：二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、可吸入顆粒物(PM10)。空氣中存在著各種各樣的污染物，就一個地區(qū)而言，各種污染物濃度交替變化。為了評估該地區(qū)的空氣質(zhì)量，目前世界上許多發(fā)達國家或地區(qū)，采用空氣污染指數(shù)(簡稱API)來表示區(qū)域空氣質(zhì)量狀況。

58、 API是將一系列復(fù)雜繁多的監(jiān)測數(shù)據(jù)，按一定方法進行處理，變成廣大市民便于理解和掌握的形式。目前，我國空氣質(zhì)量劃分為五級7檔。1984年北京市在全國率先建立空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測空氣中二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮)、臭氧和可吸入顆粒物等污染物，以及測定溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象參數(shù)。目前的空氣質(zhì)量日報是根據(jù)國家環(huán)保局認(rèn)證的、位于市區(qū)7個國控監(jiān)測點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)換算為空氣污染指數(shù)后，通過新聞媒體(WWW)向群眾公布。七、擴散模式：七、擴散模式：無界空間連續(xù)點源擴散模式無界空間連續(xù)點源擴散模式 )exp()exp(),(22bzayAzyxccdycdyyy22cdzc

59、dzzz22)2/(12ya)2/(12zbcudydzq)2/(zyuqA)(21exp2),(2222zyzyzyuqzyxc高架連續(xù)點源擴散高架連續(xù)點源擴散 高架連續(xù)點源的擴散必須考慮地表對擴散的影響，最高架連續(xù)點源的擴散必須考慮地表對擴散的影響，最簡單的方法是假設(shè)地表對污染物沒有吸收、吸附作用，簡單的方法是假設(shè)地表對污染物沒有吸收、吸附作用，即全反射，可以用即全反射，可以用“像源像源”法處理。法處理?？臻g任一點的濃度可以看成兩部分濃度之和：一部分空間任一點的濃度可以看成兩部分濃度之和：一部分是不存在地面時該點的濃度；另一部分是由于地面全是不存在地面時該點的濃度；另一部分是由于地面全反射

60、作用而增加的污染物濃度。相當(dāng)于不存在地面時反射作用而增加的污染物濃度。相當(dāng)于不存在地面時位置在（位置在（0，0，H）實源和在（）實源和在（0，0，H）的）的“像源像源”在該點造成的濃度之和。在該點造成的濃度之和。 2222222)(exp2)(exp2exp2);,(zzyzyHzHzyuqHzyxc22222exp2exp); 0 ,(zyzyHyuqHyxc222exp); 0 , 0 ,(zzyHuqHxc城市大氣污染的擴散模式城市大氣污染的擴散模式城市中分布有大量的污染源，在模式計算時，一般采用固定坐標(biāo)系，即城市中分布有大量的污染源，在模式計算時，一般采用固定坐標(biāo)系，即x軸指向東方，軸