城市生态学复习资料-课本整理

3.3 城市的热量平衡与城市热岛效应
一：热量平衡 1.人为热的大量输入: 工业生产、家庭炉灶、空调制冷、机动车排放、冬季取暖等 2.下垫 面导热率高出乡村 3 倍, 热容量较乡村大 1/3 倍, 因而贮热量大 3.热收入远高于乡村 二：城市热岛(urban heat island)—城市内部气温比周围郊区高的现象，城市气候中最典型的 特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象均普遍存在。 三：城市热岛效应可以从两个方面来分析： 同一时间城市和郊区气温的对比 同一城市历史发展过程中气温的前后对比 四：Tu-r—热岛强度=同时间同高度(离地 1.5m)热岛中心与近郊的气温差值。 “城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上, 国内外均如此: 五：城市热岛强度的变化 1．周期性 日变化: 夜晚强, 白昼午间弱 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 周变化: 明显受工休日周期影响, 周末弱, 周内强 2.非周期性 1）临界风速：风速大则热岛效应小，超过临界风速时则消失 2）云量：强热岛大多出现在无云的天气状态下 六：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。团块状紧凑布局，城中心增温 效应强。条形分散结构，城中心增温效应弱。 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）对热岛强度亦有影响 城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质亦对城市热岛强度起一定作用。 无绿化的宽阔 街道和广场，到中午时剧烈增温，在夜里又急剧冷却，气温日振幅最大。林荫道和有绿化的 广场白昼较凉爽，气温的日振幅较小 七*：城市热岛环流 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，形成一个缓慢的热岛环流 (local heat island circulation)，又称城市风系。在近地面部分风由郊区向城市辐合,称为乡村风。
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1.1 城市的发展与城市化
一： 城市(city)—是非农业人口为居民主体, 以空间与环境利用为基础, 以聚集经济效益为特 点, 以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体—人 类社会与地域空间的高度结合 二：城市的形成(三次社会分工与私有制) 1 第一次:畜牧业与农业分离—聚落(城市胚胎) 第二次:农业与手工业分离—产生聚落中心 第三次:手工业与商业分离—“市”(集)形成 2 私有制产生—聚落争斗防卫—“城”(镇)形成 三：城市的发展 自然条件：大河冲积平原区； 经济技术发展水平：冲破自然束缚向外扩张拓展 四：城市化—通常是指农业人口转化为城市人口的过程。其表现为：空间上城市规模的扩 大，数量上农业人口转变为城镇非农业人口，质量上城市居民生活方式的现代化 五：城市化发展过程 孤立农家 市井集镇 老工业区 新工业区 六：城市化的特点（8 个） 人口集中，产业集中，能源结构改变，需水量增加，信息传递快速，不透水地面增加，绿地 减少，人们相应的生活习惯的改变
3.2 城市的辐射与日照
一：城市气候所涉及的范围主要包括三个部分: 即城市覆盖层、城市边界层和市尾烟气层 二：城市的辐射与日照 城市太阳总辐射较乡村少：污染物浓度大直接辐射少散射辐射多总辐射少。 城市下垫面反射率小：冬季更是如此.反射率小意味着吸收率高。
总体说,城市地面吸收的太阳辐射与乡村差别不大 三：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 四：城市内部日照地区差异明显 此为建筑物遮阴所致, 主要取决于街道走向, 及建筑群高度与街道宽度之比: H/D 北墙冬半年完全荫蔽, 夏半年一天两次日照, 但时间不长; 南墙每天一次, 但随太阳赤纬增 加而减少
3.5 城市的降水及水分平衡 一*：城区年均绝对湿度和相对湿度比郊区低 城区比郊区雾多，能见度低 二：城市的降水与水分平衡 1）城市水分收入项比郊区大 城市水分收入比郊区大, 首先在于城市中的降水量一般比郊区多, 一般比郊区多 5%~15%。 形成城市降水较多的原因有三： 第一, 城市热岛效应。 城市由于有热岛效应, 空气层结不稳定, 有利于产生热力对流, 当城市 中水汽充足时(城市中还有一定量的人为水汽和人工管道供应的水分), 容易形成对流云和对 流性降水。 第二, 城市阻滞效应。城市因有高高低低的建筑物, 其粗糙度比附近郊区平原大。它不仅能 引起机械湍流, 而且对移动滞缓的降水系统有阻滞效应 ,使其移动速度减慢 , 在城区滞留时 间加长, 因而导致城区的降水强度增大, 降水的时间延长。 第三, 城市凝结核效应。 城市因生产和生活强度较大, 空气中尘粒及其它微粒比周围地区多, 为形成降水提供了丰富的凝结核。 2） 城市下垫面蒸散量和水分贮存量比郊区小 城市由于地面一般经人工铺装 , 植被覆盖率低, 不透水面积大 , 降雨后雨水滞留地面时 间短, 地面水分蒸发量及植物蒸腾量均小于郊区 城市下垫面善于贮存热量, 却不善于贮存水分。 这自然是由于城市中建筑物密集, 植被覆 盖率小, 又有人工排水管道, 降水后水分渗透并贮存在下垫面中极少的缘故 3) 城市径流量比郊区大, 峰值出现时间早 城市下垫面的水分收入量比郊区多, 而向空气的蒸散量和向下垫面内部的渗透贮存量比 郊区少, 则其径流量必然要比郊区大得多。 城市在降雨后, 径流量急剧增高, 很快出现峰值, 然后又迅速降低, 其径流曲线非常陡峻, 急升急降。郊区径流曲线则平缓得多, 其峰值比市区低, 出现时间比市区迟, 缓升缓降。 在城市水分平衡中, 上述三个特征对于如何规划城市的排水管道, 有极重要的意义。 3.7 城市气候与城市规划和城市建设 一：合理布局减轻居住区的大气污染 工业区应布置在主导风向的下风方向, 居住区在其上风方向, 以减少居民受工厂烟尘的 危害。该原则对欧洲各地比较适用 我国在上世纪 50 年代以来也一直沿用。 然而我国属季风气候区, 该原则其实并不适用: 因 为我国冬季风与夏季风一般是风频相当, 风向相反的, 在冬季属上风方向的区域夏季就会成 为下风方向 此外, 该原则对全年有两个主导风向以及静风频率在 50%以上的或各风向频率相当的地 区, 也都不适用 朱瑞兆于 1980 年根据我国 600 多个气象台站 1 月、7 月及年的风向频率玫瑰图进行相似 形分类, 将我国按风向大致划分为 4 大类型区: 季风变化型: 中国东半壁多属之, 盛行风向随季节变化而转变, 冬季风向偏 N, 夏季偏 S 全 年最小风频方向为西北偏西, 工业企业应布置在这个方向, 居住区应在东南偏东方向 主导风向型: 一年中不管什么季节都有相同的盛行风向, 新疆-内蒙(W), 云贵(SW), 青藏(W) 可将排放有害物质的工业企业布置在常年主导风向的下风侧, 居住区布置在主导风向上风 侧 无主导风向型: 全年风向不定, 各方位风向频率相当, 没有一个较突出的盛行风向, 宁夏-甘 肃河西走廊-陇东-内蒙阿拉善 将向大气排放有害物质的工业企业布置在污染系数最小的 方位, 或最大风速风向的下风方向上。居住区在污染系数最大的方位。
准静止风型: 全年静风频率在 50%以上, 年平均风速在 1.0m/s 以下的地区, 四川, 西双版纳 工业企业布置在居住区的卫生防护距离之外。居民区应布在烟囱有效高度 20 倍距离之外的 地区 沿海地区城市功能分区应与海岸平行布局。在山岭环抱的盆地城市, 气流不通畅, 静风日数 多, 又因热力作用形成山谷风局地环流, 在夜晚山风作用下, 极易发生“地形逆温”。这些气 象条件对污染物的扩散十分不利, 在这种城市中不宜建立可能会严重污染环境的工业区。 二：城市总体规划与日照 建筑日照间距—保证建筑物朝阳面有不过少日照持续时间而留有的建筑物与建筑物间的 空地,以间距系数—日照间距与建筑物计算高度的比值, 亦称间距比, 来表示。 建筑日照标准—衡量建筑物日照效果的最低限度指标,因地理位置,气候条件,生活习惯,居 住卫生要求和节约用地的不同而异. 日照间距和日照标准两者之间是相辅相成的关系: 标准高, 则相应的间距大; 间距大则 标准高 建筑布局形式对日照的影响 在建筑群体间安排通道, 不仅有利于交通联系和小区内部通风 , 还可以大大地改善日照 时间。 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，减少过道面积等优点， 而且在充分保护采光日照条件下，可以大大缩小建筑物间距系数，以达到节约用地的目的。 街道走向对日照的影响 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 在同样走向的街道中, 由于街道相对间距不同, 每天被两侧房屋遮挡太阳光线的时间长 短不同, 其可照时间也有很大差异。随着相对间距的增大, 街道可照时间增加。但当相对间 距增大到一定大以后趋于平缓 , 再后就很少增加了。同时街道可照时间夏季比冬季平均多 1~2h 在城镇街道规划时, 应适当考虑这些因素 三：.城市居住区的自然通风 城市居住区自然通风 , 可以排出室内的污浊气体 , 有利于居住卫生, 同时可以降低空气 的相对湿度, 帮助人体散热和汗液的蒸发, 使人感到舒适。在不同的气候条件下, 有不同的 通风要求。研究建筑物自然通风的物理机制, 针对各城市的通风要求, 进行建筑设计, 充分 利用自然通风, 少用机械通风, 也有助于城市降低消耗,节约能源 通风的作用和要求 健康通风 : 新鲜空气与混浊空气相互交换流通 ,保证室内空气质量维持在健康所允许的 最低水平时的通风量 舒适通风: 温度舒适要求上的通风。在夏季, 正常人坐着休息时, 舒适的风速为 0.23m/s; 冬季为 0.15m/s. 在冬季潮湿但温度不十分寒冷的城市，其人口密集的居住区，如果没有暖气管设备，那 么房屋自然通风的速度要减小，避免室温太低。但因湿度大，特别是厨房、浴室这类房间， 相对湿度过大，容易导致水汽凝结，在此情况下，就需要有排湿通风的设备，使室内水汽排 出，避免空气过湿发生凝结现象 在炎热的城市，则须根据其温度情况对住宅区采取相应的通风速度，以保证居民在室内 有比较舒适的温度，并能促进汗水的蒸发。一般在湿热地区，室内风速需要有 2m/s 左右。 在干热地区，白天可关闭一部分门窗，通风速度可适当减小，维持到健康通风的水平之上。 在夜晚室内气温和墙面温度比室外高，则需要打开门窗，增加通风速度，以便使室内温度合 适。这时室外环境温度已不甚高，只需大约 1m/s 的风速即可
2.1 生态平衡及生态危机
一：生态平衡(ecological equilibrium)— 指生态系统的一种相对稳定状态。 当处于这一状态时, 生态系统内生物之间和生物与环境之 间相互高度适应, 种群结构和数量比例长久保持相对稳定, 生产与消费和分解之间相互协调, 系统能量和物质的输入与输出之间接近平衡。生态系统平衡是一种动态平衡, 因为能量流动 和物质循环仍在不间断地进行, 生物个体也在不断地进行更新。 二：生态系统的稳定性至少包含两方面的涵义：抵抗力、恢复力。两者难以兼得, 恢复力强 则抵抗力弱 三：生态危机 严重的生态平衡失调 , 从而威胁到人类的生存时 , 称为生态危机 (ecological crisis)—由于人 类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚至整个生物圈结构和功能的失调。 生态平衡失调起初往往不易被人们觉察, 如果一旦出现生态危机就很难在短期内恢复平 衡。 因此, 人类应该正确处理人与自然的关系, 在发展生产, 提高生活水平的同时, 注意保持 生态系统结构和功能的稳定与平衡, 实现人类社会的可持续发展。 四：生态学的一般规律： 相互依存与相互制约规律 物质循环与再生规律 物质输入输出的动态平衡规律 （当输 入不足时, 会产生生态匮乏,当城市物资供应足够但输出不足, 又会导致生态滞留,） 资源环 境的有效极限规律