城市气象学_5zfm

城市气象学UrbanMeteorology任课教师：张方敏[e-mail]2015年9月FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》2城市气象学第五章城市云雾降水和能见度第一节城市的空气湿度第二节城市的云雾第三节城市化与降水第四节城市能见度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》3第五章城市云雾降水和能见度城市空气湿度、云雾、降水和能见度，既受区域气候因素的制约，同时又受城市人为因素的影响。城市空气湿度小于乡村；城市化有使云量增多的效应；城市雾日比乡村有所减少；城市降水与城市云量的增加有关，主要是增加阵性降水；市区雷暴、雹日等都有所增加；城市的的能见度小于郊区。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》4第一节城市的空气湿度影响城市空气湿度的因素很多。城市下垫面的不透水性，使降水到达地面后迅速变成径流；城市植被覆盖面积小，使蒸发和蒸腾作用大为减弱；城市近地层湍流交换强，有利于水汽向高层输送；机动车和燃烧过程中排放的碳氢化合物，会增加空气中的水汽含量。城市湿度场研究，尤其是城市“干岛”和“湿岛”效应，是一个比较复杂的问题。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》5第一节城市的空气湿度一、城市和乡村的湿度差异城市下垫面大多为人工铺设的水泥、柏油路面，与郊区农村的田野植被和土壤不同；市区由于排水良好，降水后雨水很快流失，地表层水分含量少，地面比较干燥，蒸发快且蒸发量有限，因此城市的绝对湿度比郊区小。夏季绝对湿度的城郊差别要比冬季大；夜间，由于城市的温度比郊外高，城市的绝对湿度往往高于乡村。平均而言，城市的空气湿度比郊区农村小。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》6第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》7第一节城市的空气湿度白天，郊区的蒸发和蒸腾作用比市区大，因此，郊区水汽压比市区高，形成城市“干岛”现象。夜晚，郊区的空气冷却快，并且层结比市区覆盖层稳定，水汽集结在贴近地面的下层，有大量的露水凝结出来，因此水汽压降低。市区夜间热岛效应强，气温比郊区高，蒸发强，水汽凝露量小；夜间湍流交换强度比白天减弱，垂直向上输送的水汽减少，致使市区近地层空气的水汽压反而比郊区大，形成城市“湿岛”。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》8第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》9第一节城市的空气湿度1.城市的绝对湿度城市中由于下垫面性质的改变，导致城区的绝对湿度小于附近的郊区。城市绝对湿度的日变化与郊区也不相同，城郊绝对湿度差值的日变化因自然地理条件、季节和当时的天气状况而异。上海城区植被覆盖率较小，而郊区水田面积广，郊区的自然蒸散量比城区要大得多。一年中多数时间是城区的水汽压小于郊区，只有在夜晚或清晨短时间内出现城区水汽压超过郊区的现象。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》10第一节城市的空气湿度上海城区月平均水汽压都比同时期的郊区小，其差值的绝对值以盛夏7~8月为最大，冬季12~2月最小，且秋季一般大于春季。随着城市的发展，城市绝对湿度小于郊区有逐渐增强的趋势。项目ABCDED-CE-D1940~19491950~19591960~19691970~19791980~1989Ⅰ上海台16.6616.3516.4316.2115.97-0.22-0.24Ⅱ上海县郊县观测记录开始年代比上海台迟16.6516.6016.41-0.05-0.19Ⅲ川沙县16.7816.6916.42-0.09-0.29Ⅳ南汇县16.8016.7916.59-0.01-0.20ΔeⅠ-Ⅱ-0.22-0.39-0.44ΔeⅠ-Ⅲ-0.35-0.48-0.45ΔeⅠ-Ⅳ-0.37-0.58-0.62FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》11第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》12第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》13第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》14第一节城市的空气湿度2.城市的相对湿度城市平均绝对湿度一般比郊区小，气温又比郊区高，这就使得城市相对湿度与郊区的差值比绝对湿度更为明显；特别是在城市热岛强度较大的时候，城市的干岛效应就更为突出。例如，墨西哥城市热岛强度在冷季夜间最强，同时城郊相对湿度差值也出现最大值。伦敦城中出现强热岛时，郊区相对湿度在90~100％之间，愈接近市区相对湿度愈低，在市中心相对湿度仅78％，与郊区的最大差值达22％。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》15第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》16第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》17第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》18第一节城市的空气湿度随着城市的发展，城市相对湿度有逐年减小的趋势，城市“干岛”效应也越来越明显。北京城区相对湿度比郊区小。北京近郊区相对湿度为56％，城区为54％。城郊相对湿度差异的季节性变化表现明显。月份123456789101112年城区42404650545467726063654554城郊差值355-2-7-6-5-7-8-8-22-2.5城区变化-3-26440139-33-3-101.5郊区变化-4-571091135-81-13-130.3FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》19第一节城市的空气湿度表5.4上海1940~1989年平均相对湿度(%)的年代变化及城郊对比项目ABCDED-CE-D1940~19491950~19591960~19691970~19791980~1989Ⅰ上海台80.980.279.078.676.3-0.3-2.4Ⅱ上海县郊县观测记录开始年代比上海台迟81.181.981.30.8-0.6Ⅲ川沙县81.582.680.91.1-1.7Ⅳ南汇县81.983.182.11.2-1.0ΔeⅠ-Ⅱ-2.1-3.2-5.0ΔeⅠ-Ⅲ-2.5-3.9-4.6ΔeⅠ-Ⅳ-2.9-4.4-5.8FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》20第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》21第一节城市的空气湿度二、城市干岛和湿岛效应城市相对湿度比郊区小，有明显的干岛效应。城市对水汽压的影响比较复杂。表5.5上海各月平均水汽压和相对湿度的城郊对比(1984~1987年)表5.6上海逐月各观测时刻城郊平均水汽压差值（hPa）（1984年）月份123456789101112年Δe(hPa)-0.3-0.3-0.4-0.7-0.8-0.7-1.4-1.2-0.9-0.8-0.5-0.4-0.68ΔRH(%)-7.0-7.0-6.3-6.8-6.0-4.0-5.5-6.2-7.7-8.0-6.5-5.5-5.80T/M123456789101112年02h0.0-0.1-0.10.10.20.20.20.60.30.30.40.20.1908h0.10.0-0.1-0.4-0.4-0.2-1.2-0.3-0.8-0.60.00.2-0.3114h0.00.0-0.2-0.5-0.9-0.7-1.7-1.6-1.1-0.7-0.20.0-0.6320h-0.1-0.2-0.20.0-0.4-0.2-0.90.0-0.4-0.10.10.1-0.19FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》22第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》23第一节城市的空气湿度这种现象的形成，既与下垫面因素又与天气条件密切相关。白天，在太阳照射下，下垫面通过蒸散过程进入空气中的水汽量城区小于郊区；特别是盛夏季节，城郊之间自然蒸散的差值更大。城区下垫面粗糙度大，有热岛效应，湍流运动强，低层水汽向上输送多，导致城区近地面水汽压小于郊区，形成城市“干岛”。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》24第一节城市的空气湿度夜晚，风速逐渐减小，空气层结稳定，郊区气温下降快，饱和水汽压减低，有大量水汽在地表凝结成露水，存在于低层空气中的水汽减少，水汽压迅速降低。城区因有热岛效应，其凝露量远比郊区少，夜晚湍流弱，与上层空气间的水汽交换量小，城区近地面的水汽压就会高于郊区，出现城市“湿岛”。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》25第一节城市的空气湿度由于城郊凝露量不同而形成的城市湿岛，称为“凝露湿岛”。大都在日落后若干小时内形成，夜间一直维持。但在日出以后，因郊区气温升高，露水蒸发，很快郊区水汽压又高于城区，转变为城市干岛。在城市干岛和城市湿岛出现时，必然伴有城市热岛。因为城市干岛是城市热岛形成的原因之一，而城市湿岛的形成又必须先存在城市热岛。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》26第一节城市的空气湿度城区平均水汽压比郊区低，由于存在热岛效应，所以其相对湿度比郊区更小。研究结果还表明，即使在城郊水汽压分布表现为城市湿岛的情况下，在城郊相对湿度的分布上仍然表现为城区相对湿度小于四周郊区，即城市相对湿度总是呈现干岛分布。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》27第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》28第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》29第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》30第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》31第一节城市的空气湿度上海市城区白天水汽压比郊区小，夜间因城区凝露量小于郊区，使其水汽压高于郊区，出现干岛、湿岛昼夜交替的现象。从形成原因上分析，可分为四类：凝露湿岛、结霜湿岛、雾天湿岛和雨天湿岛；其中凝露湿岛最多，全年各月均有出现。湿岛出现时都伴有城市热岛，而且都在风速微弱时存在。水汽压日平均值绝大多数都是城市小于郊区；在水汽压和相对湿度的月平均和年平均值分布图上，上海市的干岛效应都十分明显。FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》32第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》33第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》34第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》35第一节城市的空气湿度FangminZhang,[e-mail]《城市气象学》36第二节城市的云雾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。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