第三章 城市气候
? § 3-1 城市化对气候影响的机制
? § 3-2 城市热岛效应
? § 3-3 城市大气水分效应
? § 3-4 城市风的特征
? § 3-5 城市主要气象灾害及防御
§ 3-1 城市化对气候影响的机制
? 一,城市气候的基本特征
? 1,城市气候 ---城市内部形成的不同于城
市周围地区的特殊小气候 。
一,城市气候的基本特征
2,城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区
垂直方向：
? 城市覆盖层
? 城市边界层
? 城市羽尾层 （ 市尾烟气层 ）
? 乡村边界层
3,城市气候的基本特征
? 1） 辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少
城市气温比郊区高, 形成城市热岛
? 2） 风和湍流
城市的风速比郊区小, 风向不稳定
城市空气多湍流运动, 有城市环流和城市风
3、城市气候的基本特征
3） 蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小
蒸散：地面蒸发 植物蒸腾
4） 云和雾
城市云量比郊区多, 尤其是低云
城市的雾比郊区多, 有的是光化学烟雾
5） 降水
二、城市化对气候影响的机制
1,城市下垫面性质变化及其影响
1） 下垫面性质的变化
2)影响：下垫 面的热力学特性影响温度
比热、热容量、导热率、吸热、反射、蓄热能力
对太阳辐射的反射率比郊区小
导热率、热容量比郊区大，蓄热能力强；
下垫 面的水份循环特性影响湿度
蒸发、蒸腾、凝结、透水、贮水
贮藏水分能力差，蒸发（蒸腾）比郊区小；
下垫面粗糙度大, 风速小, 不利于热量扩散 。
下垫 面的动力学特性影响气流
二、城市化对气候影响的机制
2、大气成分改变及其影响
1） 主要是,CO2,NOx,CO,颗粒物, 二次污染物
2） 影响：
l 影响城市空气透明度, 减弱能见度
l 改变太阳入射辐射, 散射辐射和地面的长波辐射 。
? 特别是 CO2,CH4,O3等温室气体, 吸收地面长波辐射, 大
气逆温辐射, 地面不易冷却, 城市气温比郊区高 。
l 为云, 雾, 降水提供了凝结核 。
二、城市化对气候影响的机制
3,城市人为热释放及其影响
1)人为热,由于人类生产, 生活活动以及生物
新陈代谢所产生的热量 。
2） 影响,
l改变了城市区域的能量平衡, 形成城市热岛
l 产生局地气候变化
二、城市化对气候影响的机制
4,广州人为因素对城市气温的关联度
l 影响广州市气温地各因素情况：
建筑面积 > 人口规模 > 工业发展 > 交通运输
轻工业 >重工业 货运 >客运
l 从所影响的温度指标看：受认为因素影响的
年均最低气温 > 年均最高气温 > 年均气温
§ 3-2 城市热岛效应
? 一, 城市热岛及表示方法
1,城市热岛 （ heat island effet） 效应,
城市气温高于四周郊区气温的现象 。
? 纵坐标表示温度，横坐标表出农村、效区、城市的剖面，画
出温度变化曲线图
? 曲线图的变化基本上是：由农村至城市边缘的近郊，气温陡
然升高，形成“陡岸”，到了城市，温度梯度比较平缓，形
成“高原”，到城市中心．人口和建筑密度增加，温度更高，
形成“山峰”。
一、城市热岛及表示方法
? 2,城市热岛强度, （ △ Tu-r）, 城市气温与郊
区 同期 （ 瞬时, 日均, 月均, 年均等 ） 气温差值的
大小 （ 或等温线间距 ）
? 温度对比,
① 同一时段城市与郊区气温的对比； （ 测点：代表
性, 典型性 ）
② 城市发展过程中测站本身气温的前后对比； （ 以
滤去气候变化的影响 ）
二、城市热岛的时空分布特点
? 1.空间分布
l 水平方向
① 城市高温中心出现在人口密集, 建筑密度大,
工商业最集中地区
② 城市高温区内等温线稀疏, 气温水平梯度小
③ 城市边缘气温水平梯度大, 等温线密集
l 垂直方向：热岛强度随高度的变化因城市
不同而有所差别 地面附近热岛强度最大, 向上
逐渐减弱, 甚至出现负值
二、城市热岛的时空分布特点
? 2.时间分布
l有明显的周期性变化：主要是一种夜间现象
城乡冷却率的差异,21时为一天中最强, 日出后减弱,
午后 13时最弱
l 明显的季节变化：因区域气候条件和城市人
为因素而异
我国 季风气候区, 秋冬季大, 春夏季弱
二、城市热岛的时空分布特点
? 3,其他布规则变化
l 城市化程度越高, 热岛强度越强；
l 热岛分布还因城市土地利用类型和下垫面性
质不同而异；
l 区域气候条件也有影响；
l 城市热岛还与下垫面形状有关；
l 因天气气象条件和人为因素不同出现非周期
性变化 。
三、城市热岛形成的条件主要是
1,城市下垫面的性质特殊,
2,城市下垫面建筑材料的热容量, 导热率比
郊区农村自然界的下垫面要大得
3,城市户的建筑物, 道路, 广场不透水 。
4,城市中有较多的人为热进人大气层, 特别
是在冬季, 高纬度地区燃烧大量化石燃料采
暖,
5,城市建筑密集, 通风不良, 不利于热量的
扩散
四、城市热岛的生态环境效应
1、中纬度地区城市热岛生态环境效应：
l 冬季：节省取暖的能量消耗, 削减大气污染；
减少城市积雪, 延长无霜期, 利于植物生长 。
（ 有利 ）
l 夏季：加强城市高温的酷热程度, 严重时引
起中暑和心血管疾病；空调降温消耗能量, 污染
环境 。
2,削减夏季城市热岛效应是防御城市夏季
高温灾害, 减少经济损失和保护城市生态
环境的一项重要措施 。
?
§ 3-3 城市大气水分效应
一, 城市空气湿度
1,城市干岛,城区的绝对湿度和相对湿度都比郊
区小 。
? 2,城市 湿岛,夜间 （ 静风或小风 ） 城区水汽含量
比郊区大的, 城市湿岛, 现象 。 郊区由于凝露量大,
空气中水汽含量少
? 3,城市的云和雾
l 雾：水汽在凝结核上形成小水滴, 悬浮在空气
中, 水平能见度小于 1km时 。, 湿雾,,, 浊
雾, 。
对生态环境影响,① 影响能见度； ② 加剧污染浓度 。
l 云：城市化使云量增多 。 尤：低云量
二、城市降水的变化及其影响
1,城市化影响降水的机制
1) 城市热岛效应, 城市上空气层的层结不稳定, 有
利于热力对流, 在水汽充足时, 易形成对流云和对流
性降水；
2) 摩擦阻挡 （ 城市阻障 ） 效应, 城市参差不齐的
建筑物对气流有机械阻障, 触发湍流, 使移动的降水
系统移动减慢, 导致城市降水强度增强, 降水时间延
长 。
3) 城市凝结核效应, 城市空气中凝结核多, 可促使
生成水气凝结和雨滴, 从而增加降水
二、城市降水的变化及其影响
2,城市降水变化的生态环境效应
l 降水是城市生态环境重要自然因子之一
l 城市降水量增加的直接后果：
① 雨洪径流增大
② 地面侵蚀, 受纳水体污染加剧, 河道淤积
③ 冰雹, 雷暴等对人民生命财产危害, 下雨能见
度低, 使交通事故率增加
l优点：使枯季径流增大, 缓解枯季供水紧张
状况
二、城市降水的变化及其影响
3,酸雨
l 降水的 pH值小于 5.6时, 称为酸雨 。
l 危害：
① 使土壤贫瘠, 伤害植物生长, 减弱作物的光合作用和抗病
虫害能力, 影响生产；
② 地下水酸化, 微量元素超标；
③ 河湖水酸化, 危害水生生物, 鱼虾死亡, 破坏生态平衡；
④ 腐蚀建筑材料和文物古迹 。
§ 3-4 城市风的特征
? 一, 城市对风的影响
1,城市摩擦作用使风速减小
l 城区的平均风速比郊区小 。
l 临界风速
? 当盛行风风速小于临界风速时, 城区风速 > 郊区风速
? 当盛行风风速大于临界风速时, 城区风速 < 郊区风速
2,街道风,城市建筑物由于受热不均而产生
局部热力环流
3,峡谷效应和城市急流：
4,城市热岛环流
? 二, 城市低空风的垂直变化
对数率公式
指数率公式
三、风与城市规划
1,风的作用
2,盛行风与城市规划：
1） 季风区：排污的工厂布置在
城市最小风频方向的下风向, 居住地布置在
其上风方, 建厂在南北走向的谷地 。
2） 主导风向区：工厂布置在主导风向的下风向；
居住区置于上风方 。
三、风与城市规划
2,盛行风与城市规划
3） 无主导风向：着重考虑风速 。
l 工厂置于最大平均风速风向的下风方, 或置于
污染系数或污染风频最小的方位
?l 污染系数,Fi＝ fi/ui
fi ---为 i方位的风向频率 ui ---为 i方位的平均风速
?l 污染风频,Ri＝ fi·ū/ui
ū—该地的总平均风速
作为污染源的工厂应置于污染风频最低的方位
? 4） 准静止风型区,工厂置于卫生防护距离之外 。
三、风与城市规划
3,局地环流与城市规划
l 城市所在区域的局地环流, 海陆风, 山谷风等 。
l 城市热岛环流
l 街道风
三、风与城市规划
4,城市工业区布置与居住区的关系
? 城市工业区布置与居住区的关系通常表现
为以下 4个方面：
(1)生活居住区内布置工业 。
(2)生活居住区边缘地段布置工业, 或以工业街坊
的方式布置在居住区内
(3)工业区
(4)工业点
§ 3-5 城市主要气象灾害及防御
? 一, 城市暴雨灾害
1,暴雨对城市生态环境的影响
2,城市暴雨致灾原因
l 东部季风气候, 使降水集中于夏季
l,热岛效应,,, 雨岛效应, 加剧暴雨
l 下垫面的不透水性, 形成径流；排水设
施不足, 积水浸街 。
§ 3-5 城市主要气象灾害及防御
一, 城市暴雨灾害
3,我国城市暴雨洪涝灾害的类型
海滨城市, 地面沉降, 海水倒灌, 形成内涝, 台风, 暴潮,
海啸
湖滨城市, 汛期湖水位高涨，城市排水困难、暴雨形成的
地面径流倒流淹没城市低洼区
沿河城市, 内涝、江河决堤将遭受洪水围困
山区城市, 崩滑流
热带风暴袭击海南三
亚市，港口的鱼船被
吹得东倒西歪
厄尔尼诺袭击秘鲁,
洪涝成灾
厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道
海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相
互作用下造成的气候异常
? 二, 大风灾害
1,大风的灾害
2,热带风暴大风
3,冷空气大风
4,雷雨大风和龙卷风
2002年世界气象日主题
－－,降低极端天气和气候灾害的危害”
Reducing Vulnerability to Weather and Climate Extremes
飓风吹袭古巴
雾锁旧金山，金门桥
被迫封行
台风袭击香港，碗
粗树枝被吹断倒地
2003年世界气象日主题,我们未来的气候”
2003年世界气象日主题,我们未来的气候”
强风袭击英法两国，
孟加拉国发生洪涝，
一男童把小牛犊扛
在肩上
美国新墨西哥州强
风把卡车吹翻
? § 3-1 城市化对气候影响的机制
? § 3-2 城市热岛效应
? § 3-3 城市大气水分效应
? § 3-4 城市风的特征
? § 3-5 城市主要气象灾害及防御
§ 3-1 城市化对气候影响的机制
? 一,城市气候的基本特征
? 1,城市气候 ---城市内部形成的不同于城
市周围地区的特殊小气候 。
一,城市气候的基本特征
2,城市气候所涉及的范围：
水平方向：城区及城市影响所达郊区
垂直方向：
? 城市覆盖层
? 城市边界层
? 城市羽尾层 （ 市尾烟气层 ）
? 乡村边界层
3,城市气候的基本特征
? 1） 辐射和气温
城市直接辐射和总辐射比郊区少
城市气温比郊区高, 形成城市热岛
? 2） 风和湍流
城市的风速比郊区小, 风向不稳定
城市空气多湍流运动, 有城市环流和城市风
3、城市气候的基本特征
3） 蒸散和湿度
蒸散量和空气湿度比郊区小
蒸散：地面蒸发 植物蒸腾
4） 云和雾
城市云量比郊区多, 尤其是低云
城市的雾比郊区多, 有的是光化学烟雾
5） 降水
二、城市化对气候影响的机制
1,城市下垫面性质变化及其影响
1） 下垫面性质的变化
2)影响：下垫 面的热力学特性影响温度
比热、热容量、导热率、吸热、反射、蓄热能力
对太阳辐射的反射率比郊区小
导热率、热容量比郊区大，蓄热能力强；
下垫 面的水份循环特性影响湿度
蒸发、蒸腾、凝结、透水、贮水
贮藏水分能力差，蒸发（蒸腾）比郊区小；
下垫面粗糙度大, 风速小, 不利于热量扩散 。
下垫 面的动力学特性影响气流
二、城市化对气候影响的机制
2、大气成分改变及其影响
1） 主要是,CO2,NOx,CO,颗粒物, 二次污染物
2） 影响：
l 影响城市空气透明度, 减弱能见度
l 改变太阳入射辐射, 散射辐射和地面的长波辐射 。
? 特别是 CO2,CH4,O3等温室气体, 吸收地面长波辐射, 大
气逆温辐射, 地面不易冷却, 城市气温比郊区高 。
l 为云, 雾, 降水提供了凝结核 。
二、城市化对气候影响的机制
3,城市人为热释放及其影响
1)人为热,由于人类生产, 生活活动以及生物
新陈代谢所产生的热量 。
2） 影响,
l改变了城市区域的能量平衡, 形成城市热岛
l 产生局地气候变化
二、城市化对气候影响的机制
4,广州人为因素对城市气温的关联度
l 影响广州市气温地各因素情况：
建筑面积 > 人口规模 > 工业发展 > 交通运输
轻工业 >重工业 货运 >客运
l 从所影响的温度指标看：受认为因素影响的
年均最低气温 > 年均最高气温 > 年均气温
§ 3-2 城市热岛效应
? 一, 城市热岛及表示方法
1,城市热岛 （ heat island effet） 效应,
城市气温高于四周郊区气温的现象 。
? 纵坐标表示温度，横坐标表出农村、效区、城市的剖面，画
出温度变化曲线图
? 曲线图的变化基本上是：由农村至城市边缘的近郊，气温陡
然升高，形成“陡岸”，到了城市，温度梯度比较平缓，形
成“高原”，到城市中心．人口和建筑密度增加，温度更高，
形成“山峰”。
一、城市热岛及表示方法
? 2,城市热岛强度, （ △ Tu-r）, 城市气温与郊
区 同期 （ 瞬时, 日均, 月均, 年均等 ） 气温差值的
大小 （ 或等温线间距 ）
? 温度对比,
① 同一时段城市与郊区气温的对比； （ 测点：代表
性, 典型性 ）
② 城市发展过程中测站本身气温的前后对比； （ 以
滤去气候变化的影响 ）
二、城市热岛的时空分布特点
? 1.空间分布
l 水平方向
① 城市高温中心出现在人口密集, 建筑密度大,
工商业最集中地区
② 城市高温区内等温线稀疏, 气温水平梯度小
③ 城市边缘气温水平梯度大, 等温线密集
l 垂直方向：热岛强度随高度的变化因城市
不同而有所差别 地面附近热岛强度最大, 向上
逐渐减弱, 甚至出现负值
二、城市热岛的时空分布特点
? 2.时间分布
l有明显的周期性变化：主要是一种夜间现象
城乡冷却率的差异,21时为一天中最强, 日出后减弱,
午后 13时最弱
l 明显的季节变化：因区域气候条件和城市人
为因素而异
我国 季风气候区, 秋冬季大, 春夏季弱
二、城市热岛的时空分布特点
? 3,其他布规则变化
l 城市化程度越高, 热岛强度越强；
l 热岛分布还因城市土地利用类型和下垫面性
质不同而异；
l 区域气候条件也有影响；
l 城市热岛还与下垫面形状有关；
l 因天气气象条件和人为因素不同出现非周期
性变化 。
三、城市热岛形成的条件主要是
1,城市下垫面的性质特殊,
2,城市下垫面建筑材料的热容量, 导热率比
郊区农村自然界的下垫面要大得
3,城市户的建筑物, 道路, 广场不透水 。
4,城市中有较多的人为热进人大气层, 特别
是在冬季, 高纬度地区燃烧大量化石燃料采
暖,
5,城市建筑密集, 通风不良, 不利于热量的
扩散
四、城市热岛的生态环境效应
1、中纬度地区城市热岛生态环境效应：
l 冬季：节省取暖的能量消耗, 削减大气污染；
减少城市积雪, 延长无霜期, 利于植物生长 。
（ 有利 ）
l 夏季：加强城市高温的酷热程度, 严重时引
起中暑和心血管疾病；空调降温消耗能量, 污染
环境 。
2,削减夏季城市热岛效应是防御城市夏季
高温灾害, 减少经济损失和保护城市生态
环境的一项重要措施 。
?
§ 3-3 城市大气水分效应
一, 城市空气湿度
1,城市干岛,城区的绝对湿度和相对湿度都比郊
区小 。
? 2,城市 湿岛,夜间 （ 静风或小风 ） 城区水汽含量
比郊区大的, 城市湿岛, 现象 。 郊区由于凝露量大,
空气中水汽含量少
? 3,城市的云和雾
l 雾：水汽在凝结核上形成小水滴, 悬浮在空气
中, 水平能见度小于 1km时 。, 湿雾,,, 浊
雾, 。
对生态环境影响,① 影响能见度； ② 加剧污染浓度 。
l 云：城市化使云量增多 。 尤：低云量
二、城市降水的变化及其影响
1,城市化影响降水的机制
1) 城市热岛效应, 城市上空气层的层结不稳定, 有
利于热力对流, 在水汽充足时, 易形成对流云和对流
性降水；
2) 摩擦阻挡 （ 城市阻障 ） 效应, 城市参差不齐的
建筑物对气流有机械阻障, 触发湍流, 使移动的降水
系统移动减慢, 导致城市降水强度增强, 降水时间延
长 。
3) 城市凝结核效应, 城市空气中凝结核多, 可促使
生成水气凝结和雨滴, 从而增加降水
二、城市降水的变化及其影响
2,城市降水变化的生态环境效应
l 降水是城市生态环境重要自然因子之一
l 城市降水量增加的直接后果：
① 雨洪径流增大
② 地面侵蚀, 受纳水体污染加剧, 河道淤积
③ 冰雹, 雷暴等对人民生命财产危害, 下雨能见
度低, 使交通事故率增加
l优点：使枯季径流增大, 缓解枯季供水紧张
状况
二、城市降水的变化及其影响
3,酸雨
l 降水的 pH值小于 5.6时, 称为酸雨 。
l 危害：
① 使土壤贫瘠, 伤害植物生长, 减弱作物的光合作用和抗病
虫害能力, 影响生产；
② 地下水酸化, 微量元素超标；
③ 河湖水酸化, 危害水生生物, 鱼虾死亡, 破坏生态平衡；
④ 腐蚀建筑材料和文物古迹 。
§ 3-4 城市风的特征
? 一, 城市对风的影响
1,城市摩擦作用使风速减小
l 城区的平均风速比郊区小 。
l 临界风速
? 当盛行风风速小于临界风速时, 城区风速 > 郊区风速
? 当盛行风风速大于临界风速时, 城区风速 < 郊区风速
2,街道风,城市建筑物由于受热不均而产生
局部热力环流
3,峡谷效应和城市急流：
4,城市热岛环流
? 二, 城市低空风的垂直变化
对数率公式
指数率公式
三、风与城市规划
1,风的作用
2,盛行风与城市规划：
1） 季风区：排污的工厂布置在
城市最小风频方向的下风向, 居住地布置在
其上风方, 建厂在南北走向的谷地 。
2） 主导风向区：工厂布置在主导风向的下风向；
居住区置于上风方 。
三、风与城市规划
2,盛行风与城市规划
3） 无主导风向：着重考虑风速 。
l 工厂置于最大平均风速风向的下风方, 或置于
污染系数或污染风频最小的方位
?l 污染系数,Fi＝ fi/ui
fi ---为 i方位的风向频率 ui ---为 i方位的平均风速
?l 污染风频,Ri＝ fi·ū/ui
ū—该地的总平均风速
作为污染源的工厂应置于污染风频最低的方位
? 4） 准静止风型区,工厂置于卫生防护距离之外 。
三、风与城市规划
3,局地环流与城市规划
l 城市所在区域的局地环流, 海陆风, 山谷风等 。
l 城市热岛环流
l 街道风
三、风与城市规划
4,城市工业区布置与居住区的关系
? 城市工业区布置与居住区的关系通常表现
为以下 4个方面：
(1)生活居住区内布置工业 。
(2)生活居住区边缘地段布置工业, 或以工业街坊
的方式布置在居住区内
(3)工业区
(4)工业点
§ 3-5 城市主要气象灾害及防御
? 一, 城市暴雨灾害
1,暴雨对城市生态环境的影响
2,城市暴雨致灾原因
l 东部季风气候, 使降水集中于夏季
l,热岛效应,,, 雨岛效应, 加剧暴雨
l 下垫面的不透水性, 形成径流；排水设
施不足, 积水浸街 。
§ 3-5 城市主要气象灾害及防御
一, 城市暴雨灾害
3,我国城市暴雨洪涝灾害的类型
海滨城市, 地面沉降, 海水倒灌, 形成内涝, 台风, 暴潮,
海啸
湖滨城市, 汛期湖水位高涨，城市排水困难、暴雨形成的
地面径流倒流淹没城市低洼区
沿河城市, 内涝、江河决堤将遭受洪水围困
山区城市, 崩滑流
热带风暴袭击海南三
亚市，港口的鱼船被
吹得东倒西歪
厄尔尼诺袭击秘鲁,
洪涝成灾
厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道
海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相
互作用下造成的气候异常
? 二, 大风灾害
1,大风的灾害
2,热带风暴大风
3,冷空气大风
4,雷雨大风和龙卷风
2002年世界气象日主题
－－,降低极端天气和气候灾害的危害”
Reducing Vulnerability to Weather and Climate Extremes
飓风吹袭古巴
雾锁旧金山，金门桥
被迫封行
台风袭击香港，碗
粗树枝被吹断倒地
2003年世界气象日主题,我们未来的气候”
2003年世界气象日主题,我们未来的气候”
强风袭击英法两国，
孟加拉国发生洪涝，
一男童把小牛犊扛
在肩上
美国新墨西哥州强
风把卡车吹翻
