2010年城市規劃師相關知識輔導：相關知識影響城市氣候

城市的輻射和日照

　　城市的熱量平衡與城市熱島效應

　　城市的風及局部環流

　　城市的降水及水分平衡

　　城市的大氣污染及與城市氣候的關系

　　城市氣候與城市規劃和城市建設

　　4．1 影響城市氣候的因素

　　城市除了受當地緯度、大氣環流、海陸位置、地形等區域氣候因素的作用外，還受人類（生產與生活）活動中放出熱量及水汽的影響，因而形成有別于近郊區和鄉村的局地氣候。通常我們稱之為城市氣候

　　城市氣候所涉及的范圍主要包括三個部分：即城市覆蓋層、城市邊界層和市尾煙氣層

　　在城市高強度的經濟活動中，要消耗大量能源。據統計一個百萬人口的城市，每天要消耗煤3000t，石油2800t，天然氣2700t，同時排放出粉塵約150t，二氧化硫150t，一氧化碳450t，一氧化氮100t。當這些粉塵和有害氣體進入空氣后，會改變大氣的組成成分，影響城市空氣的透明度和輻射熱能收支，減弱能見度，為云霧提供豐富的凝結核，從多方面影響氣候。如果污染物超過大氣的自凈能力，還會造成城市大氣污染。

　　由于城市居民的生活和生產活動，如家庭爐灶、取暖、工廠生產、公共交通、人、畜的新陳代謝和其他各種能源燃燒所排放的熱量，使城市比郊區增加了許多額外的熱量收入。這種人為的熱量在某些中高緯度城市可以接近或超過太陽輻射熱量。如在德國的漢堡每天從煤燃燒所產生的熱量為167J?cm2，而冬季地面從太陽直接輻射和天空輻射一天中所得到的熱量為175J?cm2。在莫斯科，人為熱竟超過太陽輻射熱的3倍，對城市增溫的影響十分顯著。

　　此外由于城市供水、排水的方式和農村不同，在燃燒和某些工業生產過程中還產生一定量的“人為水汽”進入大氣，致使城市中的水分平衡與農村有明顯差異。

　　4．2 城市的輻射與日照

　　城市太陽總輻射較鄉村少

　　污染物濃度大?直接輻射少?散射輻射多?總輻射少

　　城市下墊面反射率小

　　冬季更是如此．反射率小意味著吸收率高

　　總體說，城市地面吸收的太陽輻射與鄉村差別不大

　　城市日照總時數和日照百分率小于鄉村

　　1 大氣污染物多，云霧多，透明度小；

　　2 熱島效應所引起的對流云經常出現

　　城市內部日照地區差異明顯

　　此為建筑物遮陰所致，主要取決于街道走向，及建筑群高度與街道寬度之比：H/D

　　北墻冬半年完全蔭蔽，夏半年一天兩次日照，但時間不長；南墻每天一次，但隨太陽赤緯增加而減少

　　城市的熱量平衡與城市熱島效應

　　熱量平衡

　　人為熱的大量輸入：工業生產、家庭爐灶、空調制冷、機動車排放、冬季取暖等

　　下墊面導熱率高出鄉村3倍，熱容量較鄉村大1/3倍，因而貯熱量大

　　熱收入遠高于鄉村

　　城市熱島效應

　　城市熱島（urban heat island）—城市內部氣溫比周圍郊區高的現象，城市氣候中最典型的特征之一，無論是在中高緯度或低緯度地區，這一現象均普遍存在。

　　城市熱島效應可以從兩個方面來分析：

　　同一時間城市和郊區氣溫的對比

　　同一城市歷史發展過程中氣溫的前后對比

　　城、郊氣溫對比

　　Tu-r—熱島強度＝同時間同高度（離地1.5m）熱島中心與近郊的氣溫差值。

　　“城市熱島”矗立在農村較涼的“海洋”之上，國內外均如此：

　　冬季傍晚上海市區比郊外要高2～5?C；

　　巴黎城中心年均溫比郊區高1.7?C

　　城市發展過程中氣溫的前后對比

　　隨城市化發展，市區呈現出越來越暖的趨勢．如東京歷史時期氣溫逐年變化可分三個階段

　　1920～1942年：氣溫變化趨勢逐年上升（城市發展）

　　1942～1945年：氣溫變化趨勢逐年下降（值第二次世界大戰期間，東京城市受到大規模的破壞，城市熱島效應不存在）

　　1945～1967年：氣溫變化趨勢逐年上升（戰后城市建設迅速恢復，氣溫又開始回升）

　　城市熱島強度的變化

　　周期性

　　日變化：夜晚強，白晝午間弱

　　年變化：冬秋兩季比夏春兩季表現更明顯，可能歸因于冬季城市取暖耗能較多，釋放大量人為熱量

　　周變化：明顯受工休日周期影響，周末弱，周內強

　　非周期性

　　1）臨界風速：風速大則熱島效應小，超過臨界風速時則消失

　　2）云量：強熱島大多出現在無云的天氣狀態下

　　城市熱島強度的地區差異

　　城市熱島強度與城市的布局形狀、城市地形等有密切關系。團塊狀緊湊布局，城中心增溫效應強。條形分散結構，城中心增溫效應弱。盆地或凹地，由于風速小，熱島效應特別強，這里不僅抵消了冷空氣的下沉作用，反而成為最暖的熱島中心

　　城市規模（面積、人口及其密度等）對熱島強度亦有影響

　　城市附近自然景觀以及城市內部下墊面性質亦對城市熱島強度起一定作用。無綠化的寬闊街道和廣場，到中午時劇烈增溫，在夜里又急劇冷卻，氣溫日振幅最大。林蔭道和有綠化的廣場白晝較涼爽，氣溫的日振幅較小

　　此時郊區因近地面層空氣流失需要補充，于是熱島中心上升的空氣又在一定高度上流回到郊區，在郊區下沉，形成一個緩慢的熱島環流（local heat island circulation），又稱城市風系。在近地面部分風由郊區向城市輻合，稱為鄉村風（country breeze）。

　　應該指出，向城市中心輻合的鄉村風，并不是很穩定的，它往往具有間歇性或脈動性（周期性），即吹一段時間，要停一段時間。此脈動周期約為1.5～2.0h。這種脈動性在夜間特別明顯。

　　城市發展對盛行風的影響

　　隨著城市的發展，人口增多，建筑物的密度和高度增加，下墊面的粗糙度加大，因而有使城市年平均風速減小的趨勢。

　　城市的平均風速比郊區小。

　　城市與郊區風速的差值還因時、因風速而異：一般是白天差值大，晚上小；夏季大，冬季小。

　　城市覆蓋層內部風的局地差異

　　從城市整體而言，其平均風速比同高度的開曠郊區小，但在城市覆蓋層內部風的局地性差異很大。有些地方風速極微；而在特殊情況下，某些地點其風速亦可大于同時期同高度的郊區。造成城市覆蓋層內部風速差異的主要原因是由于街道的走向、寬度、兩側建筑物的高度、形式和朝向不同，當風吹過城市中鱗次櫛比、參差不齊的建筑物時，因阻障效應產生不同的升降氣流、渦動和繞流等，使風的局地變化復雜化。

　　盛行風遇到不能穿透的建筑物時，在迎風面上一部分氣流上升越過屋頂，一部分氣流下沉降至地面，另一部分則繞過建筑物的周側向屋后流去。當盛行風向與街道平行時，由于狹管效應，風速會加大。如果風向與街道成一定角度則風受阻而速度減小。在街道中部風速要比人行道靠近建筑物的部分大些。如果以街道中心的風速算作100%的話，那么在迎風面的人行道風速為90%，背風面的人行道風速只有45%。人行道旁如果種植行道樹，樹葉茂盛時風速將再減低20%～30%；在公園的濃蔭中，風速更會削弱50%上下。