《城市气象学》复习提纲汇总

1《城市气象学》课程复习提纲第一章绪论1.城市化：城市化(UrbanizationorUrbanisation)也称为城镇化、都市化。指人口、用地和经济、文化模式由农村型转向城市型的过程和趋势。城市化是衡量一个国家社会经济发展水平的重要标志。《社会科学词典》中定义：城市中心对农村腹地影响的传播过程；全社会逐步接受城市文化的过程；人口集中的过程，包括集中点的增加和每个集中点的扩大；城市人口与全社会人口比例提高的过程。《中华人民共和国国家标准城市规划术语》中定义：城市化是人类生产与生活方式由农村型向城市型转化的历史过程，主要表现为农村人口转化为城市人口及城市不断发展完善的过程。2.城市边界层：由建筑屋顶向上到积云中部高度，这一层成为城市边界层。它受城市大气质量（污染物性质及其浓度）和参差不齐屋顶的热力和动力影响，与城市覆盖层间存在物质交换和能量交换，并受四周环境（区域气候因子）的影响，属于中尺度气候。3.城市覆盖层：在城市建筑屋顶以下至地面的这一层成为城市覆盖层。这一层气候变化受人类活动的影响最大。它与建筑物密度、高度、几何形状、街道宽度、走向、建筑材料、空气中污染物浓度以及“人为热”和“人为水汽”的排放量关系很大，属于小尺度气候。4.,城市尾烟层：在城市的下风方向还有一个城市尾烟层，这一层空气中的污染物、云、雾、降水和气温等方面都受到城市的影响。5.历史比较法：为了研究城市对气候的影响，对某些发展的比较快的城市，可以对比其多年气候资料，分析它在城市化前后和发展过程中气候变化的情况。6.城市气象的主要特点、影响因素及形成原因？答：（1）城市气象的主要特征可以归纳为城市的“五岛”效应，即混浊岛、热岛、干岛、湿岛、雨岛。（2）影响因素：每一个地区都有其独特的气象条件，不同的下垫面性质是产生不同的气象现象的主导因素。城市下垫面的影响，表现在5个方面：①城市由无数建筑物和街道组成，它们具有独特的热力特征；城市中长波辐射强，反射率因多次反射而减小。②城市中不同高度的建筑物形成特殊的粗糙度(Fig)，对气流运动和湍流扩散影响很大；城市中风速较小，热量的水平输送弱。③城市工业区和采暖设备能提供相当数量的人工热源，增强城市热岛效应。2④城市有良好的排水设备，积雪被及时清除，地面渗水能力差，蒸发耗热低；表现为城区气温高，湿度低。⑤城市中空气污染严重，排放大量固体、液态和气态污染物质；表现为到达地表的太阳总辐射减小，局地性降水或阵性降水增多。（3）形成原因：城市化效应：①人口密度大。②经济活动集中。③具有特殊性质的下垫面。7.城市气象学的研究内容、研究方法？答：（1）研究内容：1．城市气象观测研究；2．分析气象要素特征；3．研究城市气象形成的原因和过程；4．城市大气动力学研究；5．探讨改善城市气象条件的途径；6．有关城市气象的应用研究等。（2）研究方法：主要分为：1）理论研究方法。2）实验研究方法。3）半经验半理论方法。常用研究方法：1．历史对比法2．周末与工作日对比法3．城郊对比法4．城市内部不同性质下垫面对比法5．大小尺度因素相结合的方法6．模拟实验法7．数学物理方法8．气候学研究方法9.统计学方法10.数值模拟方法8.城市化的主要特征？对城市气象的影响如何？答：（1）城市化地区的特点：①非农业人口高密度聚居的区域。②高强度的经济活动区域。③具有特殊的下垫面(Underlayingsurface)。（2）对城市气象的影响：①自然因素：②人为因素：城市化过程中由于人口高度密集，特殊的城市下垫面，高强度的经济活动消耗大量能源，释放出有害气体，集中表现在五岛效应。第二章日照与辐射1、理论日照时数：是指某地点四周不存在任何地形、地物遮蔽的情况下接受日照的时间，它主要受该地点的地理纬度、经度及季节的影响。2、实际日照时数：由于地形地物的阻挡或遮蔽，某地实际接受日照的时间，3且实际日照时数小于理论上的可能日照时数。3、遮蔽角：雷达在某个方向上发现目标的最小高低角叫遮蔽角。中文名称：保护角；英文名称：angleofshade；其它名称：遮蔽角；定义：通过地线的垂直平面与通过地线和被保护受雷击的导线的平面之间的夹角4、城市日照的影响因素、时间变化和空间分布？地形对日照的影响，周围地形的屏蔽遮蔽作用影响日照时间长短的因素昼长、地势（地势高，日出早，日落晚，日照时间长）、天气状况城市日照的影响因素、时间变化和空间分布？（以近５０年上海地区日照时数的变化特征及影响因素为例）一、时间变化：（1）年际变化：１９６０—２００９年，上海地区日照时数呈显著减少的趋势（2）季节变化：过去５０年间，上海地区日照时数除春季增减趋势不明显外，在其余３个季节均呈减少趋势，其中以夏季减少趋势最为显著。（3）空间分布：１９６０—２００９年，上海地区各站日照时数均呈减少趋势，并且减少趋势由北向南逐渐减弱，即上海北部日照时数减少较多，而南部日照时数减少较少。二、影响因素：影响日照时数变化的因子很多，其中云量、降水、大气透明度（水汽含量、大气气溶胶含量）等因子影响较大。（以安徽省50年日照时数的变化特征及影响因素为例）一、时间变化（1）日照时数月变化：日照时数的月变化呈单峰型,其中,7月的日照时数是一年之中最高的。（2）年变化：从总体来看,安徽省日照时数呈明显减少的趋势（3）季节变化：安徽省各季节日照时数均呈减少的趋势;夏、秋、冬三季日照时数下降趋势都是显著的,春季的下降趋势不显著（4）空间分布：年日照时数大致呈纬向分布,其中北高南低的分布形式。二、影响因素日照时数的变化与许多因子有关。能见度、大气水汽压、降水量、云量是影响日照时数的因素;《山东省近45年日照时空变化特征分析》4山东省1965～2009年共45年的地面气象观测资料，分析了山东省的日照时数时空变化特征。结果表明，山东省的日照时数在省内有明显的“两边高，中间低”的地域分布特征。山东省日照时数和全国其他地区变化趋势基本相同，有明显的逐年下降趋势。在20世纪60年代中期到80年代为高日照时数期，从90年代开始日照时数有明显减少趋势。1965～1989年山东日照下降最明显的地区分别在中部南北两个方向上，以临沂和东营为中心的区域内，日照时数气候倾向率约为－250h/10a。1990～2009年山东省日照时数下降较为缓慢的地区为西北部大部分区以及东部的一小块地区。5、城市的辐射收支状况？能量平衡方程？答：城市下垫面的辐射平衡方程可以表示为Q*=K↓−K↑+L↓−L↑城市下垫面获得的净辐射能量包括短波净辐射和长波净辐射两部分，它们共同影响城市边界层内能量收支的辐射过程(图2.11)。由于白天和夜间的辐射收支差异，形成城市边界层中独特的天气气候特征。第三章城市热岛1、城市街谷：街谷几何形态各异，其尺寸一般有组成街谷两侧建筑物的高度H和街谷宽度W的比值H/W（街谷高宽比）表示，其分类大致分为：理想街谷H/W≈1；宽街谷H/W0.5，深街谷H/W≈2.2、天穹可见度：建筑物的遮蔽程度天弯可见度(SVF)的获取方法有多种,包括基于建筑几何特性和辐射交换模型的公式计算法，,运用鱼眼镜头拍摄半球面环境照片,进而提取SVF以及基于地理资讯系统构建数据库等途径。城市不同形态环境复杂多变,鱼眼镜头拍摄的半球面环境照片可真实反映建筑布局不同、大小差异、形状多变等现实情况下的室外环境,以其确定svF,可提高建筑物遮阴效应模拟精度。3、人为热：人为热是由人类生活和生产活动以及生物新陈代谢所产生的热量。人为热的排放具有明显的季节变化、日变化、地点变化、4、热岛强度：是以热岛中心气温减去同时间同高度（通常是距地1.5米高处）近郊的气温差值△Tu-r来表示的。△Tu-r越大，表示热岛发展越强。55、城市热岛的形成原因、影响因素、主要特点？（1）形成原因：①城市上空污染物质的保温作用，增加大气逆辐射，减小有效辐射；②城市热量平衡特征，蒸发耗热降低，活动层吸收的辐射热量主要用于加热城市空气；③市区风速较弱，减小热量水平输送；④城市人工热源的作用；⑤与生物体的热量交换等。（2）影响因素：1.下垫面因素、（城市下垫面性质的改变，是形成城市热岛效应的重要原因。①下垫面不透水面积大。②下垫面的热性质。③下垫面的几何形状。④天穹可见度）2.人为热和污染在中高纬度城市，特别是冬季，城市排放的大量人为热量是热岛形成的一个重要因素3.天气形势和气象条件（风速、云量）一般来说，在微风、晴朗少云、大气层结稳定、高压系统控制的天气条件下，最有利于城市热岛的形成。①天气形势。大量观测事实表明，天气晴稳、气压梯度小的天气形势有利于城市热岛效应的形成②风速。城市热岛效应与风速呈负相关③云量。低云量多时热岛强度小；晴空时热岛强度大。（3）主要特点：城市气温通常比其四周郊区高。随着城市规模的迅速发展，城市热岛的强度也越来越大。6、天气形势和气象条件对城市热岛有何影响？答：①天气形势。大量观测事实表明，天气晴稳、气压梯度小的天气形势有利于城市热岛效应的形成。北京热岛效应形成的天气条件是天气晴稳、气压梯度小、风速小、晴天或少云、层结稳定。②风速。城市热岛效应与风速呈负相关，在气象要素中风速对热岛形成和消除的影响最大。当城市风速大时，空气层结不稳定，城郊之间空气的水平和垂直方向的混合作用较强，则城郊温度差异不明显。当风速大到一定临界值时则无热岛现象出现。当风速小时，空气层结趋于稳定，城郊之间空气的混合作用减弱，这时城郊气温差异才会表现出来，形成热岛效应。一般情况是夜间风速小，空气稳定度增大，热岛效应增强。③云量。热岛效应与低云量具有明显的相关性。低云量多时热岛强度小；晴空时热岛强度大。当低云量多时，白天阳光无法穿过云层到达地表，使太阳直接辐射减少，城区下垫面吸收及贮存的热量大大减少；夜间由于多云使郊区和城区的地6面有效长波辐射都减少，城市热岛效应不明显。反之，当低云量少时，热岛强度增强。在晴天无云时，城郊之间的反射率差异和长波辐射差异明显，有利于城市热岛的形成。7、城市人为热的时空变化特征？（1）时间变化：同一城市的人为热排放量具有明显的季节变化和日变化。1）季节变化：冬季太阳高度角较低，白昼时间短，净辐射小，居民取暖消耗的能源量大大增加，因此许多城市冬季人为热比净辐射量还多。夏季情况相反，净辐射大于人为热。这种冬夏季变化的幅度又因区域气候条件而异。2）日变化：人为热的日变化随着人类活动规律而变。主要由空调取暖、交通运输和电力消耗等人为热源的昼夜变化所决定；而工业生产大多为轮班连续性作业，其排放的人为热量可作为常数来考虑。（2）空间变化：同一城市内部由于人口密度不均，各部分功能区性质不同，能源消耗量多少不一，所排放的人为热也有明显差异。城市能源消耗量也随城市规模的扩大、工商业的发展、人口的增加、居民生活水平的提高等因素在不断增加。8、城市热岛对大气污染的影响？答：1.城市热岛环流与大气污染城区上空的污染物随热岛环流向郊区扩散，在郊区下沉到地面附近，又会随着地面气流向城市中心辐合；显然，热岛环流不利于污染物的输送和扩散。2、热岛效应影响污染物质的扩散规律城市热岛效应对近地面源和高架源的影响不同。城市热岛效应使高架污染源的地面污染浓度增大，而使近地面污染源所产生的地面污染浓度减小。这是因为城市下垫面的动力和热力作用改变了大气边界层的温度结构和湍流结构所致。3、城市热岛与二次污染城市热岛形成之后，城市上空往往形成一个大尘盖(图3.41)，使整个城区空气流通不畅，环境质量下降，容易造成严重空气污染或二次污染，给人类带来各种疾病，甚至灾难。4.热岛的城、郊差与SO2浓度热岛效应的存在会使城、郊温差发生变化，强热岛的过程也易于造成大气中污染物出现高浓度。第四章城市风场1、热岛环流：在大范围气压梯度很小的天气形势下，由于城市热岛的存在，使得城市空气温度高于乡村，在市区形成一个弱低压中心，温度差7异引起气压梯度，造成气流在城市中心辐合上升，到达一定高度后向四周辐散，在城市外围郊区下沉，而郊区近地层气流又向城市中心流动。这种城郊之间有规律的气流运动现象，称为城市热岛环流2、屋顶小急流：城市覆盖层内的风速一般比上层小