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第五章：城市风环境主要讨论：1、城市区域风速的纵向分布，平面风场的风向和风速；2、城市构筑物的布局产生的风场变异情况；3、合理利用风场、防止灾害的规划设计方法。零、风的描述风向：风吹来的方向风速：空气水平移动的速度，风向频率：某一风向在一年中出现的频率风速频率：某一风速在一年中出现的频率风的等级：12级陆地风风的起因：气压热的地方空气轻，压力小；冷的地方空气重，压力大。当两地的了热温度不同时。空气压力大小也不同，压力大的空气回向压力小的空气方向流动，从而形成了风。热冷低气压a高气压c高气压b低气压d热力环流地面高空热力环流形成的原理地面冷热不均形成的空气环流叫热力环流。认识风的种类海陆风、季风、信风、台风、山谷风、龙卷风、飓风、白天的风海洋陆地热凉上空上空（遇冷）海陆风热凉夜晚的风海洋陆地上空（遇冷）上空1、概念：大范围地区盛行风随季节有显著改变的现象，成为季风。2、种类：冬季风：大陆海洋夏季风：海洋陆地季风信风是一种非常守信用的风，它是固定地区定时出现，而且风向不变。信风山谷风龙卷风龙卷风是一种威力比台风还大的旋风。古人称它为“龙摆尾”。飓风风向风力等级表风级风速（米）*陆地物象海面波浪浪高（米）0无风0.0-0.2烟直上平静0.01软风0.3-1.5烟示风向微波峰无飞沫0.12轻风1.6-3.3感觉有风小波峰未破碎0.23微风3.4-5.4旌旗展开小波峰顶破裂0.64和风5.5-7.9吹起尘土小浪白沫波峰1.05劲风8.0-10.7小树摇摆中浪折沫峰群2.06强风10.8-13.8电线有声大浪到个飞沫3.07疾风13.9-17.1步行困难破峰白沫成条4.08大风17.2-20.7折毁树枝浪长高有浪花5.59烈风20.8-24.4小损房屋浪峰倒卷7.010狂风24.5-28.4拔起树木海浪翻滚咆哮9.011暴风28.5-32.6损毁普遍波峰全呈飞沫11.512台风32.7-摧毁巨大海浪滔天14.0第一节：大气边界层物理特性第二节：边界层沿纵向风速分布第三节：风向分布与规划设计第一节：大气边界层物理特性一、地球大气圈的结构定义：随地球引力而旋转的大气层叫做大气圈。厚度:1000~1400km对流层：大气污染层温度随高度增加而下降平流层：温度随高度的增加而上升吸收太阳辐射中的大部分紫外线对流层12公里厚，对地球生物影响最大1）、影响城市的得热和热交换2）、影响城市空气质量3）、影响陆地海洋风的产生4）、影响大气环流5）、产生气候现象。平流层臭氧，保护地区不受紫外线的侵袭地球上空的大气约有3／4在对流层内，97％在平流层以下，平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。某些高空火箭可进入中间层。人造卫星的最低轨道在热成层内，其空气密度为地球表面的1％。在大气边界层中的每一点，垂直运动速度都比平行于地面的水平运动速度小得多，而垂直方向上的速度梯度则比水平方向上的大得多。此外，由于地球自转的影响，水平风速的大小在随高度变化的同时，风向也随之变化。大气边界层的特点大气边界层的另一个重要特征就是由于热力作用而导致的强烈的日变化。大气边界层的特点大气边界层的特点夜间稳定边界层比起白天的对流边界层来有显著的不同，特别是，夜间经常在很低的高度上出现较强的逆温，严重阻碍了物质和能量的扩散。二、大气边界层1、基本概念1）从地球表面到500-1000米高的空气层称作大气边界层。其厚度受地平面粗糙度、地形、地貌、气流等的影响；平原地区薄，山区和市区较厚。2）城市边界层二、大气边界层3）接地层：从地球向上50-100米，城市覆盖层气温、风速、风向的变化都很复杂是与人关系最密切的一层与城市规划、布局、建筑物密度、高度、几何形状、街道宽度、走向、建筑材料、空气污染浓度、人为热与人为水汽、绿化覆盖率及水系等因素有关。二、大气边界层三、边界层内气温的周期性变化气温的日变化特点：一天当中有一个最高值和一个最低值最高值在14：00左右，最低值在凌晨日出前气温日较差：一天当中气温的最高值和最低值之差。海洋小于陆地、沿海小于内陆、风向海上吹得的地方小于风向陆地吹来的地方、山顶小于山谷、高地小于凹地、阴天小于晴天2、气温的年变化大陆度：将一个地区一年中绝对最高气温值与最低气温值之差称为该地区的大陆度。气温年较差：将一年中日平均气温的最高值与最低值之差称为气温年较差。高纬度大于低纬度、陆地大于海洋气温日变化、年变化是造成气压和风形成的直接原因。三、边界层内温度层结1、定义：边界层内，气温随高度而变化的分布状况，即气温在垂直方向的分布程度，称为温度层结。层内的空气运动相对剧烈，即层流；层间的空气运动需要具备一定条件方能发生，如果发生就运动剧烈。温度层结的影响1）、影响同一层内污染物和温度的分布情况2）、影响同一层内空气运动情况3）、影响层之间温度和污染物的扩散情况2、近地面温度层结种类1）气温垂直递减率：温度在垂直方向上随高度升高而降低的数值。对流层内每升高100米气温平均约降低0.6℃。实际上大气中气温垂直递减率随时在变化，其大小是由季节和天气系统等因素决定的。2）假定空气块在垂直运动中与外界不发生热量交换，既无热量输入，也无热量输出，叫绝热过程。3）由于空气的导热率很小，垂直运动中经历各气层的时间又很短，所以，运动气块与周围空气的热量交换作用极微弱，可看作空气作绝热运动。4）大气中的干空气和未饱和的湿空气块在作垂直的绝热运动时，气温会发生变化。5）干空气或未饱和的湿空气在作绝热升降运动时，每升高或降低100米，温度变化的数值叫干绝热递减率，为1k。注意：干绝热递减率与垂直递减率概念完全不同边界层结分类根据气温垂直递减率的不同可以分为三类状态：r0:气温随高度增加而递减，变温层r=0:气温随高度增加不变化，等温层r0:气温随高度增加而升高，逆温层1）、气温随高度递减地球上所有热量来源于太阳地面吸热系数大于空气低层空气中成分及密度都多于高层2）、等温层多发生在阴天分层不明显，运动不剧烈，热交换不明显，温差不大3）、逆温3、逆温层的分类和形成机理辐射逆温湍流逆温下沉逆温平流逆温地形逆温蒸腾逆温接地逆温悬浮逆温0）、接地逆温和悬浮逆温1）辐射逆温由于地面向空气强烈辐射热量而导致地面冷却而形成的逆温晴天、无云、微风或无风、日落后，太阳停止向地面辐射，但地面仍然向空气辐射热量，导致近地空气降温快，气温低，高层空气降温慢，气温高；随地面冷却，逆温向上扩展并增强，日出后又减弱，8、9点消失。2）、下沉逆温由于空气下沉压缩增温而形成的逆温。多出现在高压区，由反气旋下沉导致。3）地形逆温局部地形产生日落，山坡散热快，导致冷空气沿山坡下滑至谷底，形成逆温。4）蒸腾逆温炎热、无风、地面热、突降雨，地面雨水强烈蒸发吸热降温，导致低层气温低于上层，形成逆温。多发生在城市和沙漠边界层一方面要对大尺度气压场(天气形势)作出响应，另一方面又要对下垫面的物理状况作出响应。因此，发生在边界层内的运动是非常复杂的。4、逆温对大气污染的影响逆温违反了空气流动的规律逆温层污染物停滞不动，不利于污染物的流动和扩散稀释。050100150200250300-9-8-7-6-5-4-3-2-1高度2001年1月27日-28日逆温生消的演变过程28日03时28日10时27日18时白天•050•100150•200250300350400450•0•5•10•15•20•25•30•35•050•100150•200250300350400450051015202530日出前日落后滞留的空气、大量的粉尘以及在建筑物密集地区上空的气流，导致在整个城市上空形成粉尘、烟雾的穹顶和热岛。五、大气稳定度1、云及云量1）云影响太阳辐射、气温、风雨等,直接影响太阳辐射到达地表面及地面的升温与降温对逆温有直接影响按高度分为高、中、低3种2）云量：云遮蔽天空的百分比。将天空分为10份，根据云遮蔽的份数来确定云量多少。2、大气稳定度大气层的稳定程度。指大气层稳定的程度，其大气中某一高度上的一场空袭在垂直方向上相对稳定的程度。稳定：自起点移动一小段距离后又返回它原来位置不稳定：自起点一直向下或向上运动中性状态：介乎上述两种情况之间大气稳定度影响：风、空气成分、污染物扩散，太阳辐射和天气变化2、大气稳定度3、大气稳定度分类青藏高原各种条件下的大气边界层专项观测实验南沙北极淮河观测非均匀边界层•超声阵列测量（HATS计划）•观测飞机•带平衡陀螺仪的汽艇•雷达观测汽艇2000年7月30日5时36分北京城近郊区热岛状况遥感监测图