城市热岛与极端高温教学PPT.ppt

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1、城市热岛与极端高温城市热岛与极端高温城市热岛效应：概念 城市热岛效应也称“大气热污染现象”,是指当城市发展到一定规模,由于城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等因素使同一时期，城郊对比，气温城区明显高于郊区的现象。形成类似高温孤岛的现象,在气象学上被形象地称为城市热岛。在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿。在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6甚至更高，形成高强度的热岛。城市热岛在冬季最为明显，夜间比白天明显，是城市气候最显著的特征之一。分析和评价城市热岛效应已成为当前城市气候与环境研究的重要

2、内容之一，也是全球变化研究的重要方面。热岛效应：中外城市Brussels,Belgium Credit:Hamdi,R,2010 城市热岛城市热岛环流环流 在天气睛朗无云，大范围内气压梯度极小的形势下，由于城市热在天气睛朗无云，大范围内气压梯度极小的形势下，由于城市热岛的存在，城市中形成一个低压中心，并出现上升气流。从热岛岛的存在，城市中形成一个低压中心，并出现上升气流。从热岛垂直结构看来，在一定高度范围内，城市低空都比郊区同高度的垂直结构看来，在一定高度范围内，城市低空都比郊区同高度的空气为暖，因此随着市区热空气的不断上升，郊区近地面的空气空气为暖，因此随着市区热空气的不断上升，郊区近地面的

3、空气必然从四面八方流入城市，风向向热岛中心辐合。必然从四面八方流入城市，风向向热岛中心辐合。此时郊区因近地面层空气流失需要补充，于是热岛中心上升的空此时郊区因近地面层空气流失需要补充，于是热岛中心上升的空气又在一定高度上流回到郊区，在郊区下沉，形成一个缓慢的气又在一定高度上流回到郊区，在郊区下沉，形成一个缓慢的热热岛环流岛环流(local heat island circulation)(local heat island circulation)。晴朗夜间城市热岛环流模式晴朗夜间城市热岛环流模式乡村风乡村风 热岛环流热岛环流(local heat island circulation)(lo

4、cal heat island circulation)又称城市风系又称城市风系。在近地面部分风由郊区向城市辐合在近地面部分风由郊区向城市辐合,称为称为乡村风乡村风(country(country breeze)breeze)。应该指出应该指出,向城市中心辐合的乡村风向城市中心辐合的乡村风,并不是很稳定的并不是很稳定的,它往往具有它往往具有间歇性或脉动性间歇性或脉动性(周期性周期性),),即吹一段时间即吹一段时间,要停要停一段时间。此脉动周期约为一段时间。此脉动周期约为1.5-2.0h1.5-2.0h，这种脉动性在夜间，这种脉动性在夜间特别明显。特别明显。城市发展过程中气温的前后对比随着城市化

5、发展随着城市化发展,市区呈现出越来越暖的趋势市区呈现出越来越暖的趋势.如如东京东京历史时期历史时期气温逐年变化可分三个阶段气温逐年变化可分三个阶段1920192019421942年年:气温变化趋势逐年上升气温变化趋势逐年上升(城市发展城市发展)1942194219451945年年:气温变化趋势逐年下降气温变化趋势逐年下降(值第二次世界大战期间值第二次世界大战期间,东京城市受到大规模的破坏东京城市受到大规模的破坏,城市热岛效应不存在城市热岛效应不存在)1945194519671967年年:气温变化趋势逐年上升气温变化趋势逐年上升(战后城市建设迅速恢复战后城市建设迅速恢复,气温又开始回升气温又开始

6、回升)日本东京日本东京1916191619651965年年平均气温的变化年年平均气温的变化城市热岛强度的时间差异周期性 年变化:冬秋两季比夏春两季表现更明显,可能归因于冬季城市取暖耗能较多,释放大量人为热量 日变化:夜晚强,白昼午间弱 季变化：城市热岛在冬季最为明显 周变化:明显受工休日周期影响,周末弱,周内强以西安为例：年变化由图可见：西安城市热岛强度从1995年开始上升速度更快，热岛强度更加明显。出现这种现象的原因可能是：近50年来随着西安城市的发展、城区内部进行了大规模的改造，建筑密度、下垫面的性质都有了较大的改变。此外，能源消耗剧增、人为热排放增大等因素加剧了城市化效应，使得城郊温差越

7、来越大，从而导致城市热岛越发明显，热岛效应逐渐增大。另外，在全球变暖的气候背景下，城市地区的高强度经济活动也增加了城郊温差。西安热岛效应的日变化较为明显。日变化中存在两个明显的峰值，第一个峰值出现在早上5时前后，随后热岛强度迅速减弱，到11时达到最低值，自12时起热岛强度缓慢增加，17时起热岛强度迅速增加，至夜晚21时热岛强度达到第二个峰值。白天向夜间过渡，城市热岛加强；夜间向白天过渡，城市热岛减弱。夜晚的热岛强度普遍高于白天，中午最弱。以西安为例：日变化由图可见：热岛强度冬季最强（1.05），其次是春季（1.03），秋季（0.51），夏季最弱（0.39）。造成热岛强度冬季强，夏季弱的主要原因

8、是：1）西安处于季风气候区，季节变化明显。冬季受干冷西伯利亚来的气团控制，湿度小，云量少，利于热岛的形成与发展。2）西安冬季正值采暖期，城区人为热量排放比夏季多，大气中烟尘等污染物浓度增大，使得城市大气逆辐射增多，而夏季城区人为热和大气逆辐射比冬季相对减少，城郊的热量收入相差不大，不利于热岛的发展。以西安为例：季变化城市热岛强度的地区差异 城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切关系：1、条形带状结构：城中心增温效应弱；2、团块状紧凑布局：城中心增温效应强；3、盆地或凹地：由于风速小，热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷空气的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心。城市规模（面积、人口及其密度等）

9、对热岛强度亦有影响条形带状结构：以兰州为例 兰州市城市热岛的空间分布与延展基本与城市建成区的布局相一致。兰州是一东西长、南北窄的带状河谷盆地城市。兰州市的土地覆盖类型的改变对城市热岛的分布起决定性作用。城市热岛基本集中在工商业集中和人口密集的地区，温度由这些地区向周围逐渐降低。此外，随着城市规模的扩展和河谷内城市整体建筑密度的增大，城市热岛呈现出以黄河为低温带，在一定范围内，温度有由黄河向两岸逐渐降低的趋势，距离黄河低温带较远的城区，温度较高。黄河及两岸的绿化带形成了明显的长条形的相对低温带。条形带状结构：以兰州为例团块状紧凑布局：以西安为例 造成以上城市热岛效应的空间分布的差异，与周围地形、

10、建筑构成、自动站所在地理位置有关。城市热岛呈明显的马蹄形分布，中间强，周围弱。西安城市强热岛中心空间分布表现在人口密集，建筑物密度大，工商业最集中地地区，而城乡结合部地区则有较好的植被覆盖，或者农田密布，热岛强度小，不会出现强热岛中心。团块状紧凑布局：以西安为例盆地或凹地：以重庆为例盆地或凹地：以重庆为例独特的山水地貌格局的影响：从大的地貌格局来讲，重庆位于四川盆地的东部，在北方有秦岭、大巴山，南方有云贵高原北缘的大娄山，南北来气流均受到阻挡，自然通风条件很差。都市区地处盆地东平行岭谷低山求领带，长江、嘉陵江从全区域流过。河谷地形影响，城市排放出的废气和热量不易扩散，则易形成城市热岛。河谷气候

11、的影响：都市区“两江”环绕，属于典型的河谷气候，逆温天气多，副热带高压控制时间长，大气层结稳定，这就加剧了城市热岛效应。下垫面性质改变产业结构及布局的影响能源结构不合理城市人为热的大量释放盆地或凹地：以重庆为例城市热岛效应：形成原因 城市污染物的增加 城市下垫面性质变化 城市人工热源增加 城市建筑规模膨胀原因1：城市污染物的增加 正常的空气中含21%氧气和78%氮气,还有1%是其他物质。随着城市化发展，城市中由于大量的机动车、工业生产以及居民生活等人为因素的影响,城区大气中CO、SO2、NO x等有毒气体浓度大,总悬浮颗粒物密集,温室气体的含量高。其中对城市热岛效应影响最显著的是城市大气总悬浮

12、颗粒物与温室气体的影响。来自工业生产的废气、汽车尾气以及日常生活中的大气污染物，有效增加了城市空气中CO2、NO x、SO2、气溶胶粒等有害物质的浓度，这些污染物善于吸收长波辐射能，尤以CO2吸收长波辐射的能力更强；且城市上空的污染物层如同保温层一样包围在城市上空，有效阻止长波辐射的逸出，增加大气逆辐射，使热岛效应在夜间尤为突出原因2：城市下垫面性质变化 城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。对太阳辐射影响反应由弱到强依次是:水体、

13、草地、泥地、混凝。在夏天草坪温度32、树冠温度30的时候，水泥地面的温度可以达到57，柏油马路的温度更高达63，这些高温物体形成巨大的热源。这样的下垫面强烈地吸收太阳辐射能量,然后再将其中的大部分以辐射的方式传送给大气,使空气得到过多的热量,气温急剧升高。原因3：城市人工热源增加 工厂生产、交通运输以及居民生活都需要消耗各种燃料,把大量的废热排放到城市大气中。随着经济快速发展,城市化进程的加快、人口、生产、交通集中,在工业生产、家庭炉灶、内燃机等方面消耗能源的同时,废热排放增多,使城市区域增加许多额外的热量输入。而大城市里面高楼鳞次栉比，商业建筑与日增多，这些地方热量不易于散发，人口集中，风扇

14、，空调的耗能更是惊人。据调查，城市内人为释放的热量，在美国一般相当于地表所吸收的太阳净辐射热的1015。城市内大量的人为释放引起城市地区局部升温，从而在温度空间分布图上出现一个个高温中心。据1984年统计。上海城区耗煤量为36874 6ta km，是近郊的1 704倍，市区的耗油量为11533 6ta km，相当于郊区的1.508倍。仅就此两项而论，市区每平方公里上空所获得的人为热相当于郊区的3.2倍强，如果再加上空凋排热等其他的人为热，市区与郊区人为热的差异更大。都市越大，现代化程度越高，热岛效应就越明显。可以说，城市热岛效应是城市化进程的副产物。原因4：城市建筑规模膨胀 城市化的发展，使城

15、内建筑的密度和高度都在不断增加。大量的高层建筑减低了风速，增加了热量水平交换难度。城市建筑密度越大，热岛强度愈大。建筑物高度对地表温度有着至关重要的影响，一方面高大建筑物的巨大阴影可降低地表温度，另一方面建筑物的每一个表面都能吸收太阳辐射和长波辐射，且高大建筑物有效阻止了太阳热辐射的逸出。研究者通过对城市表层气温的空间分区特点分析了热岛效应的成因，认为城市热岛形成的原因主要是各个区域不同的建筑结构（几何结构）和建筑材料所引起，城市中温度最高的区域往往与最深的城市街谷相对应，即通常分布在市中心4。城市热岛效应：极端高温的影响与危害 一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是

16、夏季高温天气的热岛效应。医学研究表明，环境温度与人体的生理活动密切相关，环境温度高于28时，人们就会有不舒适感；温度再高就易导致烦躁、中暑、精神紊乱；气温高于34度，并且频繁的热浪冲击，还可引发一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，死亡率明显增加。城市地面散发的热气，形成近地面暖气团，使得城市烟尘流通受阻，对人体形成有害的“烟尘穹隆”。高温还加快光化学的反应速率，加剧对大气的污染。城市产生的上升热气流，与潮湿的海陆气流相遇，会在局部地区上空形成乱积云，引起暴雨，从而在某些地区引发洪水灾害，以及造成山体滑坡和道路塌陷等。高温预警信号等级中国气象局 黄色预警：连续三天日最高气温将在35以上。橙色预警：24小时内最高气温将升至37以上。红色预警：24小时内最高气温将升至40以上。高温中暑气象等级 高温中暑事件卫生应急预案卫应急发2007229号 一级预警（红色预警）高温中暑事件级别达到级，且高温中暑气象预报级别达“极易发生中暑”，高温天气还有持续或加重趋势的。二级预警（橙色预警）高温中暑事件级别达到级，且高温中暑气象预报级别达“易发生中暑”以上，高温天气还有持续或加重趋