城市氣象學(xué)第八章：城市輻射收支平衡

城市輻射收支平衡

城市的輻射收支

城市的輻射收支3

城市地-氣長(zhǎng)波輻射能的交換

在輻射平衡方程中，除了短波輻射之外，還有地-氣間的長(zhǎng)波輻射能的交換。地-氣間的長(zhǎng)波輻射主要有兩個(gè)方向：一是地面輻射QL↑，它的方向向上；另一個(gè)是大氣逆輻射QL↓，它的方向指向地面。這兩種長(zhǎng)波輻射能量在城市和郊區(qū)都各不相同。45QL↑-地面輻射（1）地面長(zhǎng)波輻射QL↑

城市地-氣長(zhǎng)波輻射能的交換地面長(zhǎng)波輻射QL↑大于郊區(qū)

城市下墊面溫度高長(zhǎng)波輻射大

62.3.3

城市地-氣長(zhǎng)波輻射能的交換（2）大氣逆輻射7經(jīng)驗(yàn)公式8

城市地-氣長(zhǎng)波輻射能的交換城市大氣逆輻射QL↓大于郊區(qū)城市大氣CO2含量高大氣逆輻射強(qiáng)風(fēng)速愈大,氣溫?zé)釐u強(qiáng)度愈弱,大氣逆輻射QL↓城鄉(xiāng)差異愈小。晴晝城市大氣逆輻射QL↓與郊區(qū)的差值比晴夜更大。

102.3.4城市的凈輻射

下墊面的凈輻射Qn是由太陽(yáng)總輻射QI，下墊面反射率α，大氣逆輻射QL↓和地面輻射QL↑四項(xiàng)來(lái)決定的。城市對(duì)這四項(xiàng)皆有明顯的影響。到達(dá)城市下墊面的太陽(yáng)總輻射比郊區(qū)小，但其下墊面的反射率亦比郊區(qū)小。在短波輻射收支上，城市與郊區(qū)的差別不大。城市中大氣逆輻射雖比郊區(qū)大，但地面長(zhǎng)波輻射QL↑城市大于郊區(qū)，因此在長(zhǎng)波輻射收支上，城、郊的差別亦不大。總體說(shuō),城市地面吸收的太陽(yáng)凈輻射與鄉(xiāng)村差別不大。11城市的能量平衡和水分平衡13主要內(nèi)容城市的能量平衡與水分平衡方程城市中的人為熱城市下墊面貯熱量城市中的地-氣顯熱交換和地-氣潛熱交換城市與郊區(qū)熱量平衡的日變化城市的水分平衡及特征14一、城市的能量平衡與水分平衡方程城市具有特殊性質(zhì)的下墊面，城市中的能量平衡和水分平衡就比較復(fù)雜。建筑物-空氣-地面系統(tǒng)（1）城市的能量平衡方程城市的熱量平衡方程17（2）城市的水分平衡方程城市建筑-空氣-地面系統(tǒng)的水分平衡方程：18能量平衡與水分平衡之間的關(guān)系城市中水分平衡與能量平衡的關(guān)系十分密切，特別是表現(xiàn)在蒸散這一過(guò)程中。城市中由于下墊面不透水面積大，植被少，蒸散量遠(yuǎn)比郊區(qū)小。導(dǎo)致能量平衡方程中的潛熱交換遠(yuǎn)比郊區(qū)小。二、城市中的人為熱城市中的人為熱（QF）：工業(yè)生產(chǎn)家庭爐灶空調(diào)制冷機(jī)動(dòng)車(chē)排放冬季取暖等26城市人為熱排放分類(lèi)研究及其對(duì)氣溫的影響摘要：利用上海市近５０ａ各區(qū)縣月均溫?cái)?shù)據(jù)，分析城市中人為熱排放。繪制人為熱排放流程圖，并將城市人為熱源進(jìn)行分類(lèi)，分析所有可能成為人為熱排放源的設(shè)施以便定性及控制研究。分別計(jì)算燃油排熱和燃煤排熱以估算上海市人為熱排放總量，統(tǒng)計(jì)上海市區(qū)和郊區(qū)的年均溫及年均溫差隨時(shí)間變化及其與人為熱排放之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者之間有很好的相關(guān)性；最后就上海市夏季空調(diào)使用排熱對(duì)上海市溫度影響進(jìn)行了定性研究，發(fā)現(xiàn)空調(diào)排熱與地面溫度反演有著非常良好的一致性。人為熱的影響因素12人為熱的空間變化人為熱的空間變化人為熱的季變化人為熱的日變化廣州人為熱2009北京2001城市內(nèi)人為熱的變化三、城市下墊面貯熱量城市能量平衡研究方法直接觀測(cè)法將測(cè)量熱通量的感應(yīng)元件放在屋頂、道路或者其他物體的下面。用具有代表性的若干種下墊面研究其與凈輻射的相互關(guān)聯(lián)，求出其線性經(jīng)驗(yàn)方程，并加以組合。城市熱貯量城區(qū)的熱貯量比郊區(qū)高城區(qū)建筑物材料，如混凝土、石料、磚瓦及鋼材的熱容量C都比郊區(qū)干燥的土壤高。大多數(shù)情況下，城市下墊面的導(dǎo)熱率K比郊區(qū)大3倍，熱容量C比郊區(qū)大1/3。城市熱貯量城市白天能夠積蓄較多熱量思考題城市建筑常見(jiàn)的遮陽(yáng)措施有哪些？城市太陽(yáng)輻射的時(shí)空變化特征及原因？什么是地表凈輻射？城市下墊面反射率有哪些特點(diǎn)及其原因？城市的大氣逆輻射與郊區(qū)相比有什么特點(diǎn)？思考題城市熱量平衡方程及參數(shù)意義？人為熱的主要來(lái)源？人為熱的時(shí)間變化和空間變化特征？城市貯熱量的特征？城市中的地-氣顯熱交換和地-氣潛熱交換計(jì)算公式地-氣系統(tǒng)的顯熱交換和潛熱交換城市中大氣穩(wěn)定度一般比郊區(qū)小，容易發(fā)生熱力湍流，同時(shí)城市下墊面的粗糙度也比郊區(qū)大，又有利于機(jī)械湍流的發(fā)展，因此，城市的顯熱總是比郊區(qū)大。城區(qū)下墊面都是一些不透水的人工材料組成，并供蒸發(fā)的水汽量遠(yuǎn)比郊區(qū)自然的泥土地表少，且植被覆蓋也小，植被蒸騰的水汽量也少，因此，城市下墊面向大氣提供的潛熱遠(yuǎn)小于郊區(qū)。57地氣顯熱交換特征下墊面對(duì)城市熱量平衡的影響6061總的情況來(lái)看，在中緯度城市中，所吸收的凈輻射中平均有44%用于地氣顯熱交換，29%用于蒸散向大氣輸送潛熱，其余27%貯存在下墊面內(nèi)部。而且，市區(qū)的鮑因比變化范圍最大。城市的熱收入遠(yuǎn)高于鄉(xiāng)村。62思考題城市熱量平衡方程及參數(shù)意義？人為熱的主要來(lái)源？人為熱的時(shí)間變化和空間變化特征？城市貯熱量的特征？地-氣系統(tǒng)的顯熱交換和潛熱交換特征？（1）城市的熱量平衡方程城市的熱量平衡方程642.城市與郊區(qū)熱量平衡的日變化城市、近郊和遠(yuǎn)郊熱量平衡方程：652.城市與郊區(qū)熱量平衡的日變化根據(jù)Oke對(duì)溫哥華的研究，城市與近郊、遠(yuǎn)郊相比能量平衡各分量的日變化差異：城市系統(tǒng)出現(xiàn)的凈輻射正值時(shí)間比遠(yuǎn)、近郊都短，在夜間長(zhǎng)波凈輻射的失熱比近郊少。城市街道中白天正午獲得的盈余凈輻射約有64%通過(guò)湍流交換將顯熱QH輸送出去，僅有10%的熱量用于蒸發(fā)潛熱的輸送，其鮑恩比高達(dá)6.4，這是近、遠(yuǎn)郊無(wú)法相比的。城市夜間湍流微弱，QH、QE都很小，其長(zhǎng)波輻射失得熱量幾乎全靠白天貯存在墻內(nèi)和地面的熱量來(lái)補(bǔ)充。66南京冬季城、郊下墊面能量平衡特征分析

南京冬季城、郊下墊面能量平衡特征分析城、郊不同下墊面地表熱量平衡各分量平均日變化特征分析68不同天氣條件下城、郊熱量平衡各分量的平均特征南京冬季城、郊下墊面能量平衡特征分析693.城市的水分平衡及特征城市的水分平衡方程城市中水分收入項(xiàng)城市下墊面的蒸散量和水分貯存量城市的徑流量70（1）城市的水分平衡方程城市建筑-空氣-地面系統(tǒng)的水分平衡方程：71(2)城市中水分收入項(xiàng)多數(shù)學(xué)者研究證明城市及其下風(fēng)向降水量P一般比郊區(qū)多，大約多5-15%。城市中由于工業(yè)生產(chǎn)和居民生活需要燃燒大量的化石燃料要向空中釋放大量的水汽F。城市的管道輸水量I也較郊區(qū)大得多。所以，城市水分收入項(xiàng)比郊區(qū)大。72（3）城市下墊面的蒸散量和水分貯存量

二者都比郊區(qū)小。城區(qū)植被面積小，建筑物和人工鋪砌的道路、廣場(chǎng)等不透水面積遠(yuǎn)比郊區(qū)大，降水之后雨水很快從下水道中排泄，所以下墊面的蒸發(fā)和蒸騰量都比郊區(qū)小。城市下墊面的材料多為不透水的人工材料，降水時(shí)下滲很少，加上植被覆蓋小，不能截留雨水讓根部吸水貯存，又有人工排水管道，很快流失，因此貯存在城市下墊面的水量甚少。73城市下墊面善于貯存熱量,卻不善于貯存水分。這自然是由于城市中建筑物密集,植被覆蓋率小,又有人工排水管道,降水后水分滲透并貯存在下墊面中極少的緣故。（3）城市下墊面的蒸散量和水分貯存量

74（4）城市的徑流量城市的徑流量普遍比郊區(qū)大，雨后徑流峰值也比郊區(qū)高，出現(xiàn)洪峰的時(shí)間比郊區(qū)早。城市下墊面的水分收入量比郊區(qū)多,而向空氣的蒸散量和向下墊面內(nèi)部的滲透貯存量比郊區(qū)少,則其徑流量必然要比郊區(qū)大得多。城市在降雨后,徑流量急劇增高,很快出現(xiàn)峰值,然后又迅速降低,其徑流曲線非常陡峻,急升急降。郊區(qū)徑流曲線則平緩得多,其峰值比市區(qū)低,出現(xiàn)時(shí)間比市區(qū)遲,緩升緩降。75降雨后城市