《城市气象学》复习提纲汇总剖析Word文档格式.docx
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④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？
（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？
（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，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》
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？
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/W<
0.5，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。
5、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。
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？
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。
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。
热岛效应与低云量具有明显的相关性。
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
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？
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；
而在屋顶平均高度以上，经常会出现一个较大风速区，称为屋顶小急流
3、汽车风：
城市里还有一种范围更小的风系，可以叫做“汽车风”。
这是由于马路中央线两侧连续驶过相反方向高速车辆所造成，是机械摩擦作用所造成。
汽车流量减小，或者车速减慢，汽车风就停了。
4、风荷载：
风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。
风荷载ш与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关
建筑物上实际受到的风压称为风荷载P，即
其中：
P0为基本风压，是自然界中风的压力，K是风载体型系数（表示稳定风压在建筑物上的分布），指在风场中建筑物所受到的压力的实际效应与原来风速计算求得的理论风压（即风洞试验时计算风压）的比值，Kz为风压高度变化系数
问答：
1.城市化对风速、风向有何影响？
一、城市发展对风速的影响
城市具有特殊的粗糙表面，各种高度的建筑物，纵横交错的街道，对气流运动的摩擦阻滞作用很大。
城市化效应对盛行风风速具有削弱作用，与城市规模、建筑物的高度及密度有关。
城区风速的年振幅一般小于郊区城郊风速差异的日变化反映了城区风速夜间趋于增大的风场特征，表明存在“临界风速”，夜间城市风速增大的主要原因包括三个方面，是微弱的盛行风场、趋于稳定的郊区大气层结和强烈发展的城市热岛共同作用的结果。
二、城市对风向变化的影响
城市风向的改变，实际上是气压梯度力、摩擦力和科氏力在平衡状态下的扰动。
城市近地面层风向发生变化的主要原因，是城市下垫面的阻碍作用所致。
城郊大气层结稳定度的差异是城市风加速的主要机制，也是风向发生转变的一个重要因素。
2．街道风分布的影响因素？
城市覆盖层内风向、风速的差异，在很大程度上取决于街道走向和高宽比的不同；
这种不同使风与街道的交角发生变化，导致气流方向的改变。
城市覆盖层内街道风速的主要影响因素：
①盛行风速大小和盛行风与街道交角的大小。
②街道高宽比的大小和街道所处位置。
③盛行风向与车流方向。
城市街道对气流有引导作用，迫使气流改变方向沿着街道运动。
3.热岛环流的影响因素、时空变化？
影响因素：
城市热岛环流受大范围盛行风的制约。
当盛行风速超过3m/s时，城郊间的热岛环流将遭到破坏。
热岛环流的垂直范围约为100~300m，并随城市覆盖层高度的增加而增高。
热岛环流与地形作用密切相关。
城市地理位置对热岛环流的影响很大。
时空变化：
热岛环流强度夜间大于白天；
热岛环流明显的准周期性特征（热岛边缘冷空气加热，辐合上升，并在高空向外辐散，结果形成辐合上升、暂停、再辐合上升的准周期性运动）；
参考：
《2012年南京夏季城市热岛时空分布特征观测及模拟研究》姜润
结论：
（1）2010年南京夏季典型高温晴天的日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天，强热岛出现在晴朗、无风的天气条件下。
夏季风速较小的情况下,热岛强度随风速增加而减弱。
（2）白天,城区大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;
夜间,城区大气的不稳定层结易于形成混合层。
（3）夏季晴好天气下,南京地区昼夜均在边界层内形成热岛。
与白天相比,夜间城市大气相对稳定,热岛在近地面分布范围更广且强度更大。
4.城市风场的垂直变化特征、风廓线形式？
（1）城郊边界层风场的垂直变化，包括风向的切变、地转风高度、日变化、季节变化、风速廓线和垂直运动等，与当地、当时的天气气候背景紧密相关。
（2）不同层结条件下的风速廓线
①对数风速廓线：
其中，d为零平面位移。
②简单指数律
非中性层结条件下的风速廓线，可以用简单指数律拟合，其表达式为
其中，u（z1）为zl高度上的平均风速，α为依赖于地面粗糙度和大气层结稳定度的参数；
d为零平面位移，可取地面粗糙元平均高度的3/4。
③综合指数律
Д.Л.Лайхтман提出的综合指数律公式，考虑了温度层结对湍流交换的影响，表达式为：
逆温时ε为正，其值为0<
ε<
0.5；
不稳定层结时ε为负，其值为-0.5<
ε<
0；
中性时ε=0。
④对数线性风廓线
以Монин－Обухов相似理论为基础的风廓线表达式为
L为层结稳定度参数，称为M-O特征长度；
β为经验系数；
ψ为积分相似函数。
5.城市风脉动对建筑物的影响？
《城市风的脉动特性对建筑通风效果的影响》
不同进风口的脉动关联性分析：
虽然两个进风口的水平朝向、大小、高度均相同，但是室外来流方向的风速却有差异，这种差异证实了旋涡的存在对主流风的影响，旋涡的大小和旋转快慢也影响了主流横向上不同测点的风速大小
不同出风口的脉动关联性分析：
出口风速越大CO2浓度越低则排除CO2能力越强，这说明与进风口距离越远，通风效果越差。
进风口与出风口的间距越远，湍流强度衰减得越明显，排除室内污染物的能力越差
《高层建筑考虑脉动风荷载作用下的有限元分析》
脉动风荷载是周期性的动荷载，在水平方向除了按静力荷载作用于结构外还要附加惯
性力，所以对结构内力和位移产生影响。
（1）脉动风荷载对高层建筑结构的内力与变形都有不同程度的影响，其对结构的剪力墙部分影响较大。
（2）实例的脉动风荷载与正常设计下的阶梯型静风荷载计算的内力和变形相差不大，在特定的风荷载与建筑高度下设计的结构还是比较符合实际的。
但这一现象是否能在多数高层框架剪力墙结构中普遍存在，还有待在更广泛的范围内对更多具体结构进行进一步的分析研究。
第五章云雾降水
1、原生污染物:
是由污染源直接排入环境后，其理化性状未发生改变的污染物，如SO2、CO等
2、次生污染物:
是指有些一次污染物进入环境后,由于物理、化学或生物学作用，或与其它物质发生反应而形成的、与原来污染物的理化性状完全不同的新的污染物。
3、平流雾:
平流雾是由于来自海上的暖湿空气，平流输入大量的水汽，从而使上海城区的水汽压不断升高，在达到或接近饱和时所形成的雾。
4、辐射雾:
辐射雾是在天气形势稳定、夜晚无云或少云、无风或风速很小时，辐射冷却作用使近地面空气温度下降，达到饱和或接近饱和时而形成的雾。
5、锋面雾:
锋面雾是当移动缓慢的锋面经过上海或其附近地区时，如果风速较小，锋面逆温层距离地面的高度低，锋面两侧气温差异较大时所形成的雾。
从雾的形成机制而言，又可分为锋面降水雾与锋面混合雾两种。
1.干岛、湿岛、雨岛、混浊岛的主要特征、形成原因？
（1）干岛：
主要特征：
导致城区近地面水汽压小于郊区，形成城市“干岛”
形成原因：
①城市对空气湿度的影响。
由于城市下垫面多为建筑物和不透水地面，雨后径流系数大，蒸发和蒸腾量较小，进入大气的水汽量少，加上城市气温又比郊区高，通常城市空气的绝对湿度和相对湿度都低于临近的郊区。
尤其是盛夏季节郊区农作物与林草植被生长茂密，城郊间蒸散量差值更大。
②城市由于建筑物密集和高低不一，下垫面的粗糙度大，加上热岛环流，机械湍流和热力湍流都强于郊区，通过湍流垂直交换向上层输送的水汽量比郊区多。
③由于以上，导致城市近地面水汽压小于郊区，形成干岛。
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
（2）湿岛：
夜间，城市近地面的水汽压有时要高于郊区，从绝对湿度的角度看，形成湿岛。
夜间，风速减小，空气层结稳定，郊区气温下降更快，使饱和水汽压减低，大量水汽在地表凝成露水，使存留于低层空气的水汽减少，水汽压迅速降低。
而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”。
（3）雨岛：
城市及其下风方向的降水比其他地方多。
①城市热岛所产生的局地气流的辐合上升，有利于对流雨的发展；
②城市下垫面粗糙度大，对移动滞缓的降雨系统有阻碍效应，使其移速更为缓慢，延长了城区降雨时间；
③城区空气中凝结核多，其化学组分不同，粒径大小不一，当有较多大核（如硝酸盐等）存在时有促进暖云降水的作用。
④综合上述种种因素的影响，会诱导暴雨最大强度的落点位于市区及其下风方向，形成雨岛。
城市雨岛的形成原因与城市云量增多的原因基本相同；
但降水需要更强的上升运动和冰核存在。
（4）混浊岛：
①城市大气中的污染物质比郊区多。
②城市低云量和阴天日数比郊区多。
③散射粒子多，太阳散射辐射强。
④城区的能见度小于郊区。
城市大气污染远比郊区严重，工业生产、交通运输和居民炉灶等排放的烟尘远比郊区多，又大多是吸水力很强的凝结核，在城市中垂直湍流的作用下有利于低云的发展。
低云量的增加使得城市散射辐射比郊区强，直接辐射比郊区弱，大气浑浊度显著大于郊区，形成混浊岛。
2.城市空气湿度的日变化特征？
（1）绝对湿度日变化
城市绝对湿度日变化为单峰型。
午后16—17时绝对湿度最低，这是因为午后城市气温垂直递减率大，空气湍流扰动强，由地面蒸散的水汽量少，而通过湍流向上输送的水汽量多，故绝对湿度逐渐减少，一直延续到16—17时左右，降至谷值。
此后气温直减率变小，水汽向上输送减少，而地面仍有一定量的水汽蒸散至低空，自子夜附近至日出后2小时左右，这一段时间城市所获得的自然蒸散量与人为水汽虽比白天稍逊，但因湍流弱向上输送量少，又因气温比郊区高，凝露量少，空气中水汽反而比郊区多，形成城市绝对湿度日变化中的高峰。
之后，绝对湿度有急降，到午后16—17时达到最低点。
（2）相对湿度日变化（单峰型）
在子夜至日出前为相对湿度最高时段，而午后16—17时为最低时间。
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”。
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”。
3.城市低云量比郊区多的原因（凝结核、热岛、粗糙度等）？
、
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，有利于对流云的形成。
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；
建筑物对气流的强迫抬升，有利于云特别是低云的增加。
城市工厂区有一定的人为水汽排放到低空。
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。
2.城市化效应对城市雾的产生有何影响？
城市雾是发生在人类活动集中的城区及相关设施的雾，城市雾的出现往往叠加了城市环境和人类活动的影响，城市雾发
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