城市气象学第五章：城市的云量、日照和辐射

城市的云量、日照和辐射1、城市云量2、城市的日照3、城市的辐射4、城市太阳总辐射特征5、城市下垫面的反射率6、城市地气长波辐射能的交换7、城市的净辐射主要内容1.城市云量云5高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500米以下）云（cloud）概念—由漂浮在大气中的水滴、过冷水滴、冰晶或它们混合组成的可见悬浮体。水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。云是高层大气中水汽凝结、凝华的产物，能反映当时的大气状况和作为判断天气的依据（云是天气的招牌）。6高云5km以上中云2.5~5km低云2.5km以下①根据云底高度划分云的分类：②根据云的形态划分积状云层状云波状云③根据成因划分锋面云地形云平流云对流云气旋云7世界云协会关于云的分类8云族云属云类低云积云淡积云、碎积云、浓积云积雨云秃积雨云、鬃积雨云层积云透光、蔽光、积云性、堡状、荚状层积云层云层云、碎层云雨层云雨层云、碎雨云中云高层云透光、蔽光高层云高积云透光、蔽光、积云性、堡状、荚状、絮状高积云高云卷云毛卷云、密卷云、伪卷云、钩卷云卷层云薄幕卷层云、毛卷层云卷积云卷积云9云量云量cloudamount：指云遮蔽天空视野的成数。估计云量的地点必须能见全部天空，当天空部分地为障碍物如山、房屋等所遮蔽时，云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应作为被产生降水的云遮蔽来看待。云量云量观测包括总云量、低云量。总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的总成数。低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成数。均记整数。云量的记录方法：a)全天无云，总云量记0；b)天空完全为云所遮蔽，记10；c)天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10—；d)云占全天十分之一，总云量记1；云占全天十分之二，总云量记2，其余依次类推；e)天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量记0。城市？云量城市的云量根据大量观测事实和理论分析，城市有使云量增多的效应，尤其是对低云量的影响更大。城市对云量的影响城市上空的云量一般比郊区乡村多，特别是在夏季，城市上空积云形成较多。城市化有使城市云量增多的效应，低云量的增加更为明显；而且城市的阴天日数也比乡村要多。城市云量由于城市上空对流发展比较旺盛，且凝结核较多，因此，在市区上空常会形成对流云。有统计资料表明，城区平均云量可比郊区增加5~10%。市区晴天日数减少，阴天、云天增多。城市云量城市云量城市云量城市云量城市云量城市化对北京地区日照时数和云量变化趋势的影响利用１９６１～２００８年北京城区和郊区１２个台站的气候观测资料，采用趋势分析和累积距平的方法，研究了北京城区和郊区近４８年的日照时数、总云量及低云量的年际和四季变化趋势，并探讨了城市化进程对日照和云量变化的影响。城市化对北京地区日照时数和云量变化趋势的影响结果表明：城区的总云量和日照时数呈减少趋势，但低云量呈增加趋势；郊区的总云量和低云量呈增加趋势，而日照时数呈减少趋势；低云量与日照时数表现出明显负相关特征，这与北京城市化发展对区域气候的影响有密切的关系。京津冀地区气溶胶季节变化及与云量的关系利用2000年3月—2008年2月中分辨率成像光谱仪(MODIS)的卫星资料,分析了京津冀平原地区大气气溶胶光学厚度(AOD)和气溶胶细粒子组分比率(FMF)的时空分布特征.结果表明:通过AOD与FMF的组合特征可判别气溶胶季节变化特征.冬、春季以粗粒子为主,但冬季AOD偏小,而在春季急剧增大;夏、秋季均以细粒子为主,但夏季AOD达到最大,秋季较小.京津冀平原地区夏季AOD与云量(CF)呈正相关,AOD增加,特别是细粒子增加可能导致局地云量增多.京津冀地区气溶胶季节变化及与云量的关系导致市区云量特别是低云量比郊区多的原因：☆①城市的热岛效应产生的热岛环流使市区内的上升气流加强，有利于云的形成。☆②城市空气中含有较多的凝结核，尽管绝对湿度小，但吸湿性凝结核有利于云的形成。☆③城市的摩擦阻障作用使得锋面、切变线等天气系统在市区的移动速度减慢，云层在市区滞留时间加长；建筑物加大了空气的被迫抬升，有利于云特别是低云的增加。城市云量2城市的日照日照（sunshine）日照：描述太阳辐射强度的物理量。日照时数：某天某地实际上获得日照的小时数。可照时数：某天某地理论上应有的日照小时数。日照百分率=日照时数/可照时数×100%33一、城市日照的特点城市中的日照相当复杂。与郊外相比，其差异主要表现为：市内总日照时数和日照百分率均小于郊区，城市内部日照的地区性差异远比平坦和开旷的郊区大。由于房屋的间距和朝向不同，即使同一座楼房，日照时间可以完全不同。日照（sunshine）1.城市的日照–城市日照总时数和日照百分率小于乡村（1）大气污染物多,云雾多,透明度小;（2）热岛效应所引起的对流云经常出现35乌鲁木齐、昌吉、米泉的日照时数比较(h)东京年日照时数和日照百分率的变化由此可见，城市日照时数比郊区少，而且随时间推移在不断减小。伦敦市区与郊区平均日照的比较(时数／日)呼和浩特市近46年日照时数变化特征及影响因素分析利用呼和浩特市1961-2005年逐月日照时数以及与日照变化相关的总云量、低云量、烟雾日数和浮尘日数等资料，采用数理统计方法，分析了呼和浩特市日照的变化及日照减少的可能影响因素。呼和浩特市近46年日照时数变化特征及影响因素分析结果表明：呼和浩特市日照时数近46年减少了377小时，减少趋势非常明显，并呈阶段性变化；1989年之前为日照时数偏多期，从1987年日照时数开始减少，在90年代之后下降趋势明显加快。这与20世纪90年代之后低云量、总云量和雾日数增加的增加趋势相一致。说明9O年代后期低云量、总云量和雾日数的增加，是导致呼和浩特市日照减少的主要原因。太阳光是天然的光源，也是地球上最主要的能源。阳光里的紫外线有杀菌抗病的能力。例如那些威胁很大的白色葡萄球菌和甲型链球菌。它们都是引起人体上呼吸道感染的病毒菌。另外，阳光对结核杆菌，伤寒菌等都有杀菌的功能。阳光的照射还可以防止佝偻病的发生，给人类健康带来很大的好处，所以有“谁家阳光多，没有病人乐呵呵”的谚语。日照（sunshine）城市的光照条件和太阳辐射状况是当前城市气象的重要研究内容之一。近年来城市中高层建筑的不断增加和居民法律意识的提高，各地不断出现“阳光权”纠纷，从而使城市中的光照条件得到人们的普遍关注。日照（sunshine）城市日照时数一般比乡村少，与空气污染关系密切。在城市内部，日照时数的局地差异很大。在城市覆盖层内，由于建筑物的相互遮蔽的影响，差别很大；而且这种差别还与季节、地理纬度、城市街道走向及其相对宽度有关。日照（sunshine）建筑对日照的要求：主要依据建筑的不同使用性质而定需要争取日照的建筑：病房、幼儿活动室和农用日光室等，它们对日照各有特殊要求。需要避免日照的建筑有两类：一类是防止室内过热；另一类是避免眩光和防止化学作用的建筑，如展览室、阅览室、精密仪器车间，以及某些工厂，实验室，药品车间等。45日照（sunshine）建筑日照设计的要求:应考虑日照时间、面积及其变化范围，以保证必需的日照或避免阳光过量射入以防室内过热。要相应地采取建筑措施，正确选择房屋的朝向、间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，且综合考虑地区气候特点，房间的自然通风及节约用地等因素而防止片面性。46日照（sunshine）★日照与城市总体布局建筑物被遮挡的阳光不仅与建筑物高度有关，还与建筑物的长度、方位以及朝向有关，建筑日照环境中的日照时间不同于气象上的日照时数，它是指建筑物相互遮挡而不考虑天气状况，也不是一年，一月或一日的累计时间，而是在某地点要求可能得到的日照时间，必须确定一哪一天作为日照时间的标准日，并且日照时间最少要求多少小时。建筑日照时间的标准日，是考察最不利的情况，即冬至左右，这时太阳高度角在一年中最低，只要这一天能达到建筑日照时间的要求，其它所有时间都能满足要求。但若以冬至为标准日，则要求建筑间距太大，而且使文化，卫生，商业等的服务半径增大，各国大都不以冬至日作为标准，如英国70年代初规定的标准日为每年的3月1日。1986年北京城市规划管理局进行大量的工作，认为北京居住建筑采用大寒日为日照时间的标准日，日照2小时的间距系数为设计依据是合理的（对佝偻病降低有明显作用，起到促进机体免疫力的作用）。日照（sunshine）北京日照时间和间距系数冬至大寒雨水春分2小时1.891.641.180.783小时1.961.711.200.78建筑间距系数：指遮挡阳光的建筑与被遮挡阳光的建筑的间距为遮挡阳光的建筑高度的倍数。在建筑群体间安排缺口，不仅有利于内外交通联系，有利于小区内部通风，而且还可以大大的改善日照时间。有人研究得出，一南北平行布置的两幢住宅，若其间距系数较小，且建筑物长度又很大，则后排住宅层有些冬至前后会全天都见不到太阳光。如图，若在中间打开一个缺口15米宽的缺口，则后排建筑物前正面90米面宽内的日照可得到改善。建筑物布局形式对日照的影响南北平行两幢住宅日照示意两幢楼间日照轨迹高层塔式住宅不仅有加大建筑的南北进深，增加电梯服务户数，减少交通面等优点，而且充分保证采光日照条件下，可以大大缩小建筑物间距系数，以达到节约用地的目的。如：北京20层60米高塔楼，南北楼间排列距离30米，其间距系数仅0.5，冬至日后排每日仍有5h的日照。日照（sunshine）偏东南或偏西南平行布置的居住建筑较正南北向布置的居住建筑有利于日照。如北京正南北向的建筑，在冬至日后排见不到阳光，若将正南北朝向的建筑扭转30°时，可得到日照时间约5h。这样又造成夏季的东西日晒之弊，但在东半年却能适当改善日照条件。这适合高纬度地区，它可使冬季得到更多的日照。日照（sunshine）城市街道中日照的长短不仅随纬度而变，还与街道中的可照时间及当地的云量等有关；而在一定纬度上，街道中的可照时间又决定于街道的走向和相对宽度L/H。例如，按照我国的卫生标准，则街道相对宽度在纬度30º处是L/H≥1.36，在纬度45º处L/H≥2.56，即纬度愈高，所需街道相对宽度愈大。日照（sunshine）城市中的街道走向不同，房屋朝向不同，其可照时间亦不同。各种不同走向的街道在冬至日和夏至日的最长可照时间差异很大。如果相对宽度取L/H=1.8，则冬至日街道中的最多可照时间如图2.1所示。日照（sunshine）可照时数随地理纬度、太阳赤纬、楼房高度、房屋朝向、街道走向、间距等变化对于不同走向的街道，以东西向日照条件最好，南北向最差。日照（sunshine）一般来说，北半球随着纬度的增大日照时数逐渐减少；但在低纬度(小于23.5˚)地区的夏至日前后，H/L1.0时，高纬度地区日照时数反而比低纬度地区大，与夏至日的太阳视轨道有关。日照（sunshine）在夏半年，绝大多数情况下，东西走向街道的可照时数都要比南北向多，并且差别相当显著。从理论上说，在夏半年由于日出方位偏北，所以在东西向街道中，南侧和北侧房屋将分别对街道中的测点产生遮蔽作用。日照（sunshine）思考题城市云量与郊区比有何特点？原因是什么？日照时数的定义如何？什么是建筑间距系数？城市日照与郊区比有何特点？原因是什么？城市中影响可照时数的因素有哪些？气象学着重研究的是太阳、地球和大气的热辐射，它们的波长范围大约在0.15—120μm之间。其中：太阳辐射波长0.15－4m，习惯称短波辐射，地面、大气间（简称地－气系统）物质（辐射）能量交换波长3－120m，习惯称长波辐射。在气象学中，通常以焦耳(J)作为辐射能的单位。62名称波长范围紫外线100埃～0.4微米可见光0.4微米～0.76微米红外线近红外0.76微米～3.0微米中红外3.0微米～6.0微米远红外6.0微米～15微米超远红外15微米～1000微米微波毫米波1～10毫米厘米波1～10厘米分米波10厘米～1米色彩名称波长范围紫0.40～0.43微米蓝0.43～0.47微米青0.47～0