城市氣候?qū)W課件

城市生態(tài)學(xué)3城市氣候?qū)W

影響城市氣候的因素

城市的輻射和日照城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)

城市的風(fēng)及局部環(huán)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(guān)係城市氣候與城市規(guī)劃和城市建設(shè)3城市氣候?qū)W3.1

影響城市氣候的因素城市除了受當(dāng)?shù)鼐暥?、大氣環(huán)流、海陸位置、地形等區(qū)域氣候因素的作用外,還受人類(生產(chǎn)與生活)活動中放出熱量及水汽的影響,因而形成有別於近郊區(qū)和鄉(xiāng)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範(fàn)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城市氣候所波及的範(fàn)圍城市氣候所波及的範(fàn)圍3城市氣候?qū)W在城市高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動中,要消耗大量能源。據(jù)統(tǒng)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(dāng)這些粉塵和有害氣體進(jìn)入空氣後,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,為雲(yún)霧提供豐富的凝結(jié)核,從多方面影響氣候。如果污染物超過大氣的自淨(jìng)能力,還會造成城市大氣污染。3城市氣候?qū)W由於城市居民的生活和生產(chǎn)活動,如家庭爐灶、取暖、工廠生產(chǎn)、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(qū)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(chǎn)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。3城市氣候?qū)W此外由於城市供水、排水的方式和農(nóng)村不同,在燃燒和某些工業(yè)生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生一定量的“人為水汽”進(jìn)入大氣,致使城市中的水分平衡與農(nóng)村有明顯差異。3城市氣候?qū)W3.2城市的輻射與日照城市太陽總輻射較鄉(xiāng)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(xiāng)村差別不大3城市氣候?qū)W城市日照總時數(shù)和日照百分率小於鄉(xiāng)村1大氣污染物多,雲(yún)霧多,透明度小;2熱島效應(yīng)所引起的對流雲(yún)經(jīng)常出現(xiàn)城市內(nèi)部日照地區(qū)差異明顯此為建築物遮陰所致,主要取決於街道走向,及建築群高度與街道寬度之比:H/D

北牆冬半年完全蔭蔽,夏半年一天兩次日照,但時間不長;南牆每天一次,但隨太陽赤緯增加而減少西安(北緯34)街道可照時間(h)3城市氣候?qū)W3.3城市的熱量平衡與城市熱島效應(yīng)熱量平衡人為熱的大量輸入:工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、空調(diào)製冷、機(jī)動車排放、冬季取暖等下墊面導(dǎo)熱率高出鄉(xiāng)村3倍,熱容量較鄉(xiāng)村大1/3倍,因而貯熱量大熱收入遠(yuǎn)高於鄉(xiāng)村3城市氣候?qū)W城市熱島效應(yīng)城市熱島(urbanheatisland)—城市內(nèi)部氣溫比周圍郊區(qū)高的現(xiàn)象，城市氣候中最典型的特徵之一，無論是在中高緯度或低緯度地區(qū)，這一現(xiàn)象均普遍存在。城市熱島效應(yīng)可以從兩個方面來分析：同一時間城市和郊區(qū)氣溫的對比同一城市歷史發(fā)展過程中氣溫的前後對比3城市氣候?qū)W城、郊?xì)鉁貙Ρ?/p>

Tu-r—熱島強(qiáng)度=同時間同高度(離地1.5m)熱島中心與近郊的氣溫差值?！俺鞘袩釐u”矗立在農(nóng)村較涼的“海洋”之上,國內(nèi)外均如此:冬季傍晚上海市區(qū)比郊外要高2~5C;巴黎城中心年均溫比郊區(qū)高1.7C城市熱島溫度剖面示意圖3城市氣候?qū)W城市發(fā)展過程中氣溫的前後對比隨城市化發(fā)展,市區(qū)呈現(xiàn)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(fā)展)1942~1945年:氣溫變化趨勢逐年下降(值第二次世界大戰(zhàn)期間,東京城市受到大規(guī)模的破壞,城市熱島效應(yīng)不存在)1945~1967年:氣溫變化趨勢逐年上升(戰(zhàn)後城市建設(shè)迅速恢復(fù),氣溫又開始回升)日本東京1916~1965年年平均氣溫的變化3城市氣候?qū)W城市熱島強(qiáng)度的變化週期性日變化:夜晚強(qiáng),白晝午間弱年變化:冬秋兩季比夏春兩季表現(xiàn)更明顯,可能歸因於冬季城市取暖耗能較多,釋放大量人為熱量周變化:明顯受工休日週期影響,週末弱,周內(nèi)強(qiáng)蒙特利爾夏季熱島強(qiáng)度的日變化(無雲(yún)無風(fēng)天氣)逐時降溫率

T/

t(C.h-1)熱島強(qiáng)度

Tu-r

(C)城市鄉(xiāng)村維也納城市和郊區(qū)氣溫差值的日變化美國兩座城市冬季熱島強(qiáng)度

Tu-r(℃)的周變化3城市氣候?qū)W非週期性1）臨界風(fēng)速：風(fēng)速大則熱島效應(yīng)小，超過臨界風(fēng)速時則消失2）雲(yún)量：強(qiáng)熱島大多出現(xiàn)在無雲(yún)的天氣狀態(tài)下北京地區(qū)熱島消失的臨界風(fēng)速3城市氣候?qū)W城市熱島強(qiáng)度的地區(qū)差異城市熱島強(qiáng)度與城市的佈局形狀、城市地形等有密切關(guān)係。團(tuán)塊狀緊湊佈局，城中心增溫效應(yīng)強(qiáng)。條形分散結(jié)構(gòu)，城中心增溫效應(yīng)弱。盆地或凹地，由於風(fēng)速小，熱島效應(yīng)特別強(qiáng)，這裏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(guī)模（面積、人口及其密度等）對熱島強(qiáng)度亦有影響城市規(guī)模與城鄉(xiāng)氣溫(夜晚)差別的關(guān)係3城市氣候?qū)W城市附近自然景觀以及城市內(nèi)部下墊面性質(zhì)亦對城市熱島強(qiáng)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，在夜裏又急劇冷卻，氣溫日振幅最大。林蔭道和有綠化的廣場白晝較涼爽，氣溫的日振幅較小上海市區(qū)公園同其附近街道的氣溫平均差值(℃)3城市氣候?qū)W3.4城市的風(fēng)及局部環(huán)流城市熱島環(huán)流在天氣睛朗無雲(yún)，大範(fàn)圍內(nèi)氣壓梯度極小的形勢下，由於城市熱島的存在，城市中形成一個低壓中心，並出現(xiàn)上升氣流。從熱島垂直結(jié)構(gòu)看來，在一定高度範(fàn)圍內(nèi)，城市低空都比郊區(qū)同高度的空氣為暖，因此隨著市區(qū)熱空氣的不斷上升，郊區(qū)近地面的空氣必然從四面八方流入城市，風(fēng)向向熱島中心輻合。在晴朗的夜間城市熱島環(huán)流模式3城市氣候?qū)W此時郊區(qū)因近地面層空氣流失需要補(bǔ)充，於是熱島中心上升的空氣又在一定高度上流回到郊區(qū)，在郊區(qū)下沉，形成一個緩慢的熱島環(huán)流(local

heatislandcirculation)，又稱城市風(fēng)系。在近地面部分風(fēng)由郊區(qū)向城市輻合,稱為鄉(xiāng)村風(fēng)(countrybreeze)。應(yīng)該指出,向城市中心輻合的鄉(xiāng)村風(fēng),並不是很穩(wěn)定的,它往往具有間歇性或脈動性(週期性),即吹一段時間,要停一段時間。此脈動週期約為1.5~2.0h。這種脈動性在夜間特別明顯。3城市氣候?qū)W城市發(fā)展對盛行風(fēng)的影響隨著城市的發(fā)展，人口增多，建築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(fēng)速減小的趨勢。上海歷年風(fēng)速(m/s)3城市氣候?qū)W城市的平均風(fēng)速比郊區(qū)小。城市與郊區(qū)風(fēng)速的差值還因時、因風(fēng)速而異:一般是白天差值大，晚上??；夏季大，冬季小。上海地區(qū)1980年年平均風(fēng)速示意圖3城市氣候?qū)W城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地差異從城市整體而言，其平均風(fēng)速比同高度的開曠郊區(qū)小，但在城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)的局地性差異很大。有些地方風(fēng)速極微；而在特殊情況下，某些地點其風(fēng)速亦可大於同時期同高度的郊區(qū)。造成城市覆蓋層內(nèi)部風(fēng)速差異的主要原因是由於街道的走向、寬度、兩側(cè)建築物的高度、形式和朝向不同,當(dāng)風(fēng)吹過城市中鱗次櫛比、參差不齊的建築物時,因阻障效應(yīng)產(chǎn)生不同的升降氣流、渦動和繞流等,使風(fēng)的局地變化複雜化。3城市氣候?qū)W盛行風(fēng)遇到不能穿透的建築物時,在迎風(fēng)面上一部分氣流上升越過屋頂,一部分氣流下沉降至地面,另一部分則繞過建築物的周側(cè)向屋後流去。當(dāng)盛行風(fēng)向與街道平行時,由於狹管效應(yīng),風(fēng)速會加大。如果風(fēng)向與街道成一定角度則風(fēng)受阻而速度減小。在街道中部風(fēng)速要比人行道靠近建築物的部分大些。如果以街道中心的風(fēng)速算作100%的話,那麼在迎風(fēng)面的人行道風(fēng)速為90%,背風(fēng)面的人行道風(fēng)速只有45%。人行道旁如果種植行道樹,樹葉茂盛時風(fēng)速將再減低20%~30%;在公園的濃蔭中,風(fēng)速更會削弱50%上下。3城市氣候?qū)W3.5城市的濕度、降水及水分平衡城區(qū)年均絕對濕度和相對濕度比郊區(qū)低歐洲幾座城市年平均濕度的城鄉(xiāng)差異

維也納柏林特利爾科隆弗羅茨瓦夫慕尼克

(20年平均)(14年平均)(2年平均)(3年平均)(9年平均)(4年平均)城鄉(xiāng)絕對濕度差(Pa)

-20 -20 -50 -40 -50 -25城鄉(xiāng)相對濕度差(%)

-4 -6 -6 -6 -6 -5.53城市氣候?qū)W城區(qū)比郊區(qū)霧多，能見度低城市多霧的原因，首先是因為人為造成的大氣污染，顆粒物質(zhì)為霧的形成提供了豐富的凝結(jié)核。城市中鱗次櫛比的建築物群，增加了下墊面的粗糙度，減少了風(fēng)速，為霧的形成提供了合適的風(fēng)速條件。又由於城市熱島環(huán)流，郊區(qū)農(nóng)村帶來的水汽，使低空輻合上升凝結(jié)成霧的機(jī)率增大。3城市氣候?qū)W城市的大霧阻礙交通，使航班停開，增加城市交通事故。大霧阻滯了空氣中污染物的稀釋與擴(kuò)散，加重了大氣污染。城市霧還減弱了太陽輻射，不利於人類與其它生物的生活。3城市氣候?qū)W城市的降水與水分平衡1)城市水分收入項比郊區(qū)大城市水分收入比郊區(qū)大,首先在於城市中的降水量一般比郊區(qū)多,一般比郊區(qū)多5%~15%。形成城市降水較多的原因有三：第一,

城市熱島效應(yīng)。城市由於有熱島效應(yīng),空氣層結(jié)不穩(wěn)定,有利於產(chǎn)生熱力對流,當(dāng)城市中水汽充足時(城市中還有一定量的人為水汽和人工管道供應(yīng)的水分),容易形成對流雲(yún)和對流性降水。3城市氣候?qū)W第二,城市阻滯效應(yīng)。城市因有高高低低的建築物,其粗糙度比附近郊區(qū)平原大。它不僅能引起機(jī)械湍流,而且對移動滯緩的降水系統(tǒng)(如靜止鋒、靜止切變、緩進(jìn)冷鋒等)有阻滯效應(yīng),使其移動速度減慢,在城區(qū)滯留時間加長,因而導(dǎo)致城區(qū)的降水強(qiáng)度增大,降水的時間延長。第三,城市凝結(jié)核效應(yīng)。城市因生產(chǎn)和生活強(qiáng)度較大,空氣中塵粒及其它微粒比周圍地區(qū)多,為形成降水提供了豐富的凝結(jié)核。3城市氣候?qū)W2)城市下墊面蒸散量和水分貯存量比郊區(qū)小城市由於地面一般經(jīng)人工鋪裝,植被覆蓋率低,不透水面積大,降雨後雨水滯留地面時間短,地面水分蒸發(fā)量及植物蒸騰量均小於郊區(qū)。根據(jù)在美國東北部一個小流域的觀測研究估算:當(dāng)流域面積的25%為不透水區(qū)時,其年蒸騰量要減少19%;若不透水面積增加到50%,年蒸騰量減少38%;不透水面積增大到75%時,則年蒸騰量減少59%3城市氣候?qū)W城市下墊面善於貯存熱量,卻不善於貯存水分。這自然是由於城市中建築物密集,植被覆蓋率小,又有人工排水管道,降水後水分滲透並貯存在下墊面中極少的緣故。3城市氣候?qū)W3)城市徑流量比郊區(qū)大,峰值出現(xiàn)時間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。城市在降雨後,徑流量急劇增高,很快出現(xiàn)峰值,然後又迅速降低,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)時間比市區(qū)遲,緩升緩降。降雨後城市與郊區(qū)徑流曲線的圖式曲線下的面積

代表徑流總量3城市氣候?qū)W在城市水分平衡中,上述三個特徵對於如何規(guī)劃城市的排水管道,有極重要的意義。3城市氣候?qū)W3.6城市大氣污染與城市氣候的關(guān)係

城市中大氣污染物和污染源污染源固定源：燃料燃燒、廢物焚化、工業(yè)生產(chǎn)流動源：汽車、火車、輪船、飛機(jī)等自然環(huán)境與城市環(huán)境比較:城市大氣污染源3城市氣候?qū)W城市大氣中的主要污染物

分類 成分 煙塵,粉塵碳粒,飛灰,碳酸鈣,氧化鋅,氧化鋁硫化物二氧化硫,三氧化硫,硫酸,硫化氫,硫醇氮化物

一氧化氮,二氧化氮,氨等 氧化物臭氧,過氧化物,一氧化碳等 鹵化物氯,氟化氫,氯化氫等 有機(jī)化合物甲醛,有機(jī)酸,焦油,有機(jī)鹵化物,酮等3城市氣候?qū)W城市大氣污染與氣象條件對大氣污染物的稀釋和擴(kuò)散作用1風(fēng)和湍流的影響風(fēng)對排入大氣中的污染物有顯著的輸送、沖淡、稀釋和擴(kuò)散作用。城市中嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象都出現(xiàn)在風(fēng)速小的時候,一般在風(fēng)速

2m/s或

3m/s時大氣中污染物濃度與風(fēng)速的關(guān)係3城市氣候?qū)W必須指出,風(fēng)速與污染濃度的關(guān)係是比較複雜的,如其它條件相同,一般呈反比關(guān)係。但如果風(fēng)速劇增,在煙囪的下風(fēng)方向近地面層反而會出現(xiàn)較高的污染濃度。這是因為煙囪下風(fēng)方向近地面空氣污染濃度不僅與風(fēng)速有關(guān),也與煙囪的有效高度有關(guān)。煙囪的有效高度：煙囪的實體高度與煙氣高度之和,也就是煙流中心線完全變成水準(zhǔn)時的高度煙囪的有效高度3城市氣候?qū)W煙囪有效高度越高,下風(fēng)方向地面濃度也越小,但隨著風(fēng)速增大煙氣離煙囪口以後的上升高度隨之降低,從而使煙囪有效高度也隨之降低,這樣使地面附近濃度增大。這個效果正好與風(fēng)速對濃度影響效果相反。所以當(dāng)風(fēng)速增大到某一定值時,在煙囪附近的下風(fēng)方向,就有可能出現(xiàn)最高的地表濃度。特別是當(dāng)煙氣從煙囪口排出的速度小於風(fēng)速時,煙氣就在煙囪背後發(fā)生渦流,在附近建築物影響下,渦流捲入渦旋,急速降落地面。這種現(xiàn)象稱為下曳氣流(downdraft)煙囪附近的下曳氣流

(使煙囪附近地面層空氣形成高濃度污染)3城市氣候?qū)W

2

大氣穩(wěn)定度的影響大氣穩(wěn)定度(

):表示空氣是否安於原在的層次,是否易於發(fā)生垂直運(yùn)動,即是否易於發(fā)生對流的量度

假定有一微團(tuán)空氣受到對流衝擊力的作用產(chǎn)生上下移動後,如果該空氣微團(tuán)減速,並有返回原來高度的趨勢,這時的氣層對於該空氣微團(tuán)而言是穩(wěn)定的;3城市氣候?qū)W如果空氣微團(tuán)一離開原位後,就逐漸加速運(yùn)動,並有遠(yuǎn)離起始高度的趨勢,這時的氣層對於該空氣微團(tuán)而言是不穩(wěn)定的;如果空氣微團(tuán)被推到某一高度後,既不加速也不減速,而是隨遇而安,這時的層,對於該空氣微團(tuán)而言,它的穩(wěn)定度是中性的。大氣是否穩(wěn)定，通常用周圍空氣的“溫度直減率(γ)”與上升空氣微團(tuán)的“幹絕熱直減率(γd)”的對比來判斷3城市氣候?qū)W幹絕熱直減率γd是每上升100m溫度降低1℃。而周圍空氣氣溫隨高度變化的直減率γ是多種多樣的：γ>γd:每隔100m高度氣溫降低很快,空氣層處於不穩(wěn)定狀態(tài)(不穩(wěn)定層結(jié))γ<γd:每隔100m高度氣溫降低很少,甚至隨高度而遞增,稱為“逆溫”,空氣層處於穩(wěn)定狀態(tài)(穩(wěn)定層結(jié))γ=γd:每隔100m高度剛好是減低1℃,空氣層的穩(wěn)定度處於中性狀態(tài)(中性層結(jié))城市上空空氣層結(jié)對污染物擴(kuò)散的影響3城市氣候?qū)W大氣穩(wěn)定度是影響污染物在大氣中擴(kuò)散的極重要因素當(dāng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定時,熱力湍流發(fā)展旺盛,對流強(qiáng)烈,污染物容易擴(kuò)散當(dāng)大氣層結(jié)穩(wěn)定時,湍流受到抑制,污染物不易擴(kuò)散稀釋。特別是當(dāng)有逆溫層出現(xiàn)時,通常風(fēng)力微弱甚或平靜無風(fēng),低空好象蒙上一個“蓋子”,使煙塵聚集地表,造成嚴(yán)重污染3城市氣候?qū)W從煙囪排出的煙流形狀看大氣穩(wěn)定度的影響：全層不穩(wěn)定(波浪型):晴午後;煙源附近污染全層中性(錐型):風(fēng)力較大的夜間出現(xiàn)全層穩(wěn)定(扇型):晴,風(fēng)小的夜或晨;易污染下層穩(wěn)定上層不穩(wěn)定(屋脊型,上揚(yáng)型):日落後不久出現(xiàn);地面可免受污染下層不穩(wěn)定上層穩(wěn)定(熏煙型,漫煙型):日出後風(fēng)力微弱時易出現(xiàn);下風(fēng)處嚴(yán)重污染大氣穩(wěn)定度和煙型全層不穩(wěn)定(波浪型)全層中性(錐型)下層穩(wěn)定上層不穩(wěn)定(屋脊型)下層不穩(wěn)定上層穩(wěn)定(熏煙型)全層穩(wěn)定(扇型)環(huán)境層結(jié)線幹絕熱線3城市氣候?qū)W對大氣污染物的沖洗、凝聚和化學(xué)反應(yīng)影響降水的淋洗作用:雨滴在下降過程中捕獲顆粒污染物,從而“清冼大氣”霧的凝聚作用:水汽與凝結(jié)核結(jié)合形成霧滴.高濃度的SO2污染常與濃霧相伴出現(xiàn)光化學(xué)反應(yīng)作用:高溫與強(qiáng)光照下易發(fā)生,光化學(xué)煙霧呈淺藍(lán)色,其化學(xué)反應(yīng)複雜3城市氣候?qū)W城市大氣污染實況1城市大氣污染的地區(qū)差異不同城市對比雷克雅未克(Reykjavik,冰島首都):無煙城市,可謂天藍(lán)、地綠、水清、氣爽中國城市:屬煤煙型污染,北方城市比南方城市更甚,尤其是在冬天我國因能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主,因此各大城市大氣污染狀況基本上類似3城市氣候?qū)W同一城市內(nèi)部不同區(qū)域大氣污染濃度分佈不均勻:靠近工業(yè)區(qū)污染最為嚴(yán)重;靠近市中心的交通和商業(yè)區(qū)污染次之,也較嚴(yán)重;綠化區(qū)稍好些當(dāng)市內(nèi)的污染區(qū)風(fēng)速較小,低空又有逆溫層存在時,在市區(qū)上空往往形成一穹隆形的塵蓋。如果風(fēng)速達(dá)到3.5m/s,就會使穹形塵蓋破壞,形成鳥羽狀塵蓋。在強(qiáng)污染源的排放下,如果低空層結(jié)穩(wěn)定,地面風(fēng)能將城市羽狀塵蓋向下風(fēng)方向擴(kuò)展數(shù)百千米城市上空的塵蓋3城市氣候?qū)W2城市大氣污染的類型及其日變化和年變化倫敦型：大氣污染源主要來自工業(yè)爐窯和民用爐灶,使用燃料為煤炭類,排出的主要污染物為煙塵、SO2、CO等。在冬季因取暖用的燃料較多,排放的煙塵量大,再加上冬季輻射逆溫頻率大,湍流弱,煙塵不易擴(kuò)散,因此大氣中煙塵濃度冬季最高,春秋次之,夏季最小。日變化煙塵濃度以早晨8時左右為最大3城市氣候?qū)W洛杉磯型：大氣污染源主要來自汽車等交通工具。污染物為汽車尾氣排出的一次污染物

NOX、HXCX、CO和鉛塵等經(jīng)光化學(xué)變化產(chǎn)生的二次污染物光化學(xué)氧化劑PAN。濃度年變化:夏、秋季節(jié)(5月~9月)為最濃,冬季最淡。日變化:光化學(xué)煙霧只在白天出現(xiàn),以中午附近為最濃。夜晚無日照,因而不會有污染現(xiàn)象出現(xiàn)。3城市氣候?qū)W城市大氣污染的影響1對城市氣候的影響

城市大氣污染與整個城市氣候是相互影響相互制約的。城市中的風(fēng)、大氣穩(wěn)定度、天氣形勢、降水、霧、溫度和日照等影響和制約著城市大氣污染的濃度及其時空分佈；而城市大氣污染又反過來影響城市的氣候。其中最突出的影響有以下幾方面：減少太陽入射輻射和日照時數(shù)增加城市煙霧頻率、減小能見度改變城市的熱狀況3城市氣候?qū)W2 對城市居民健康的危害呼吸道疾病、致癌、心血管、消化道、神經(jīng)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)疾病等3對各種物品的腐蝕城市紀(jì)念性建築物(30=500)、藝術(shù)品等4酸雨及其危害pH＜5.6；跨地區(qū)、跨國界；我國西南嚴(yán)重，以貴州、重慶、四川盆地較集中；北方較輕3城市氣候?qū)W3.7城市氣候與城市規(guī)劃和城市建設(shè)1合理佈局減輕居住區(qū)的大氣污染

1914年德國學(xué)者Schmaess提出,在考慮城市佈局時,工業(yè)區(qū)應(yīng)佈置在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)方向,居住區(qū)在其上風(fēng)方向,以減少居民受工廠煙塵的危害。該原則對歐洲各地比較適用我國在上世紀(jì)50年代以來也一直沿用。然而我國屬季風(fēng)氣候區(qū),該原則其實並不適用:因為我國冬季風(fēng)與夏季風(fēng)一般是風(fēng)頻相當(dāng),風(fēng)向相反的,在冬季屬上風(fēng)方向的區(qū)域夏季就會成為下風(fēng)方向此外,該原則對全年有兩個主導(dǎo)風(fēng)向以及靜風(fēng)頻率在50%以上的或各風(fēng)向頻率相當(dāng)?shù)牡貐^(qū),也都不適用朱瑞兆於1980年根據(jù)我國600多個氣象臺站1月、7月及年的風(fēng)向頻率玫瑰圖進(jìn)行相似形分類,將我國按風(fēng)向大致劃分為4大類型區(qū):3城市氣候?qū)W季風(fēng)變化型:中國東半壁多屬之,盛行風(fēng)向隨季節(jié)變化而轉(zhuǎn)變,冬季風(fēng)向偏N,夏季偏S主導(dǎo)風(fēng)向型:一年中不管什麼季節(jié)都有相同的盛行風(fēng)向,新疆-內(nèi)蒙(W),雲(yún)貴(SW),青藏(W)無主導(dǎo)風(fēng)向型:全年風(fēng)向不定,各方位風(fēng)向頻率相當(dāng),沒有一個較突出的盛行風(fēng)向,寧夏-甘肅河西走廊-隴東-內(nèi)蒙阿拉善準(zhǔn)靜止風(fēng)型:全年靜風(fēng)頻率在50%以上,年平均風(fēng)速在1.0m/s以下的地區(qū),四川,西雙版納城市規(guī)劃風(fēng)向分區(qū)圖(朱瑞兆,1980)3城市氣候?qū)W季風(fēng)變化型:中國東半壁多屬之,盛行風(fēng)向隨季節(jié)變化而轉(zhuǎn)變,冬季風(fēng)向偏N,夏季偏S例如南昌市,冬季盛行北風(fēng),風(fēng)頻27%,加上東北偏北風(fēng),風(fēng)頻為52%;夏季盛行西南風(fēng),風(fēng)頻為19%,加上西南偏南風(fēng),風(fēng)頻為36%,夾角為135~180,全年最小風(fēng)頻方向為西北偏西,風(fēng)頻為0.6%,工業(yè)企業(yè)應(yīng)佈置在這個方向,居住區(qū)應(yīng)在東南偏東方向南昌風(fēng)向頻率玫瑰圖(於志熙,1992)3城市氣候?qū)W主導(dǎo)風(fēng)向型:一年中不管什麼季節(jié)都有相同的盛行風(fēng)向,新疆-內(nèi)蒙(W),雲(yún)貴(SW),青藏(W)可將排放有害物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)佈置在常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè),居住區(qū)佈置在主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)側(cè)無主導(dǎo)風(fēng)向型:全年風(fēng)向不定,各方位風(fēng)向頻率相當(dāng)(<10%),沒有一個較突出的盛行風(fēng)向,寧夏-甘肅河西走廊-隴東-內(nèi)蒙阿拉善這類區(qū)域在城市規(guī)劃佈局時常用污染係數(shù)(煙汙係數(shù),衛(wèi)生防護(hù)係數(shù))Cp來表示:3城市氣候?qū)W式中,CP—某方向污染係數(shù)

f—某方向風(fēng)向頻率

v—該方向平均風(fēng)速它說明來自某方向的污染程度,與該方向風(fēng)向頻率成正比,與該方向平均風(fēng)速成反比?？梢杂嬎愠龈黠L(fēng)向的污染係數(shù),並繪成玫瑰圖。將向大氣排放有害物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)佈置在污染係數(shù)最小的方位,或最大風(fēng)速風(fēng)向的下風(fēng)方向上。居住區(qū)在污染係數(shù)最大的方位。3城市氣候?qū)W準(zhǔn)靜止風(fēng)型:全年靜風(fēng)頻率在50%以上,年平均風(fēng)速在1.0m/s以下的地區(qū),四川,西雙版納在規(guī)劃佈局上,必須將向大氣排放有害物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)佈置在居住區(qū)的衛(wèi)生防護(hù)距離之外。一般說來,在風(fēng)速不大,大氣較穩(wěn)定和地形較平坦的條件下,污染物質(zhì)最大著地濃度出現(xiàn)在煙囪煙體上升有效高度10~20倍之間,因此居民區(qū)應(yīng)布在煙囪有效高度20倍距離之外的地區(qū)考慮風(fēng)對大氣污染影響作用的城鎮(zhèn)佈局圖式3城市氣候?qū)W上面所指均是對平原地區(qū)而言。在地形複雜的山地、海濱或盆地地區(qū),情況較為特殊:在一山地的迎風(fēng)區(qū),居民區(qū)與工廠區(qū)的安排按前述原則是適宜的(下頁圖左邊位置);但在背風(fēng)區(qū)(下頁圖右邊位置),雖然居民區(qū)位於上風(fēng)方向,然而因渦流作用,不但山下工廠的煙塵擴(kuò)散困難,並且還會反卷至山坡,對居民區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染,這樣的佈局顯然不妥當(dāng)?shù)匦螌S區(qū)佈局的影響3城市氣候?qū)W沿海城市(如日本神戶,大阪,橫濱,中國的天津等)為了海運(yùn)方便，往往將工業(yè)區(qū)設(shè)在海濱,生活區(qū)放在內(nèi)地然而由於海濱地區(qū)有海陸風(fēng)的影響，白天工業(yè)區(qū)的污染物會順著海風(fēng)吹向內(nèi)地生活區(qū),從而造成污染。世界許多沿海城市均有過這樣的“經(jīng)歷”，一時成為空氣污染防治的難題因而沿海地區(qū)城市功能分區(qū)應(yīng)與海岸平行佈局海濱地區(qū)城市功能分區(qū)佈局圖式3城市氣候?qū)W在山嶺環(huán)抱的盆地城市,氣流不通暢,靜風(fēng)日數(shù)多,又因熱力作用形成山谷風(fēng)局地環(huán)流,在夜晚山風(fēng)作用下,極易發(fā)生“地形逆溫”。這些氣象條件對污染物的擴(kuò)散十分不利,在這種城市中不宜建立可能會嚴(yán)重污染環(huán)境的工業(yè)區(qū)谷地晝夜空氣環(huán)流情況山風(fēng)穀風(fēng)3城市氣候?qū)W2城市總體規(guī)劃與日照

日照不僅可以殺菌抗病,促使人體生成維生素D,給寒冷的冬季室內(nèi)增加溫暖,而且更重要的是促進(jìn)人們的精神爽快和精力充沛,對人們的健康狀況和工作效率起著有益的作用原則:節(jié)約用地,保證建築物和綠化帶有合理日照,在城市總體規(guī)劃和社區(qū)規(guī)劃中,必須考慮日照的變化規(guī)律,根據(jù)日照標(biāo)準(zhǔn),合理確定道路網(wǎng)的方位,寬度,建築物的朝向,間距及建築形體,綜合考慮通風(fēng),採光及調(diào)溫等,做出合理規(guī)劃設(shè)計3城市氣候?qū)W建築日照間距—保證建築物朝陽面有不過少日照持續(xù)時間而留有的建築物與建築物間的空地,以間距係數(shù)—日照間距與建築物計算高度的比值,亦稱間距比,來表示建築日照標(biāo)準(zhǔn)—衡量建築物日照效果的最低限度指標(biāo),因地理位置,氣候條件,生活習(xí)慣,居住衛(wèi)生要求和節(jié)約用地的不同而異.日照間距和日照標(biāo)準(zhǔn)兩者之間是相輔相成的關(guān)係:標(biāo)準(zhǔn)高,則相應(yīng)的間距大;間距大則標(biāo)準(zhǔn)高室內(nèi)日照時間指標(biāo)(吉林省)3城市氣候?qū)W通常計算建築日照標(biāo)準(zhǔn)的日子是以最不利的情況即冬至(12月22日)前後為準(zhǔn)。這時北半球太陽高度角在一年中最低,晝最短,夜最長,只要這一天能達(dá)到建築日照時間的要求,其他所有的時間都能滿足要求。但若以冬至為標(biāo)準(zhǔn)日,則要求建築間距太大,同時使文化、衛(wèi)生和商業(yè)等設(shè)施的服務(wù)範(fàn)圍增大舉例說,如果北京在冬至日日照保證2h,其間距係數(shù)為1.89,在大寒日(1月22日)日照保證2h,其間距係數(shù)為1.64北京日照時間和間距係數(shù)3城市氣候?qū)W由此可見,冬至與大寒二者間距係數(shù)相差0.25。若以冬至為標(biāo)準(zhǔn)日,比大寒為標(biāo)準(zhǔn)日要少建住宅15m2/100m2,降低了土地利用率。從北京的情況來看,若以大寒日為標(biāo)準(zhǔn)日,間距係數(shù)為1.64,冬至日不保證日照的窗戶約有7%左右。考慮到日照對機(jī)體的生物學(xué)效應(yīng)、土地利用和氣候特徵等多種因素,綜合起來看,北京居住建築採用大寒日為日照時間的標(biāo)準(zhǔn)日,按日照2h決定間距係數(shù)是合理的3城市氣候?qū)W

建築佈局形式對日照的影響在建築群體間安排通道,不僅有利於交通聯(lián)繫和社區(qū)內(nèi)部通風(fēng),還可以大大地改善日照時間南北平行兩幢住宅樓日照示意房屋間缺口安排對街坊內(nèi)日照的影響3城市氣候?qū)W高層塔式住宅不僅有加大建築的南北進(jìn)深，增加電梯服務(wù)戶數(shù)，減少過道面積等優(yōu)點，而且在充分保護(hù)採光日照條件下，可以大大縮小建築物間距係數(shù)，以達(dá)到節(jié)約用地的目的。如北京20層60m高塔樓，南北排列距離只30m，冬至日後排每日仍有5h的日照3城市氣候?qū)W街道走向?qū)θ照盏挠绊懫珫|南或偏西南平行佈置的居住建築，較正南北向佈置的居住建築有利於日照

如北京正南北向的建築，在冬至日後排見不到陽光，若將正南北朝向扭轉(zhuǎn)30

時，可得到日照約5h。這樣雖造成夏季的部分東西曬之弊，但在冬半年卻能適當(dāng)改善日照條件，適於高緯度地區(qū)如果按間距係數(shù)1.8計算冬至日各種不同走向街道中的最多可照時間:各種不同走向的街道中冬至日的最多可照時間3城市氣候?qū)W在同樣走向的街道中,由於街道相對間距(L/H,L是街道寬度,H是建築物高度)不同,每天被兩側(cè)房屋遮擋太陽光線的時間長短不同,其可照時間也有很大差異。如以北緯32

為例(下頁圖),隨著相對間距的增大,街道可照時間增加。但當(dāng)相對間距增大到3(即L/H=3)以後趨於平緩,再後就很少增加了。同時街道可照時間夏季比冬季平均多1~2h在城鎮(zhèn)街道規(guī)劃時,應(yīng)適當(dāng)考慮這些因素在北緯32

處南北走向街道中的

可照時間隨街道相對距離的變化3城市氣候?qū)W