城市温度环境

发布时间:2023-04-22 16:04:49浏览次数:99
第三节城市温度环境热量是植物生命活动过程中不可缺少的重要生活条件,它会影响植物的生理代谢反应,并能使土壤 、空气、植物体增温。在地球表面,温度与水因子有规律性分布,共同形成各种气候条件,从而影响各种植物的地理分布。城市温度条件与农村地区比较有很大差异,热岛效应是其主要特点,建筑物的影响常使局部地区的温度条件产生大的变化,影响园林植物的栽培养护,同时园林植物主要通过蒸腾作用对城市温度发挥重要调节作用,因此,温度是一个极为中重要的生态因子。太阳辐射是光的来源,亦是地球表面主要的热量源泉。所以温度条件与光照状况密切相关。由于地表的光照强度呈时间空间变化的特点,温度亦伴随时间空间而变化。一、温度及其变化规律(一)热量平衡太阳辐射是地表面的热源,地面因吸收太阳辐射而增温,同时又不断放出辐射,即地面辐射。地面辐射是近地面层大气的主要热源。大气通过接受地面辐射而增温,同时又向外辐射,其中射向地面的那部分辐射称为大气逆辐射,它也是地面热量的一个来源。早晨,当太阳升起时,地表开始接受辐射能,当地表接受到的辐射能大于地面有效辐射时,即 R 为正值时,温度开始上升,直到 13:00 左右,温度达到最高值,此时及为零。午后,太阳辐射开始变弱,地面有效辐射慢慢超过所获得的太阳辐射能,即及为负值,地面温度开 始下降。日落后,由于地面继续进行有效辐射,温度继续下降,直至日出前后,温度达一天中最低值。(二)温度变化规律1、温度在空间上的变化地球表面上各地的温度条件随所处的纬度、海拔高度、地形和海陆分布等条件的不同而有很大变化 。从纬度来说,随着纬度增高,太阳高度角减小,太阳辐射量随之减少,温度也逐渐降低。一般纬度每增高1 度(约 111km),年平均温度下降 0.5—0.7℃(1 月为 0.7℃,6 月为 0.3℃)。所以,从赤道到 北极可划分出:热带、 亚热带、暖温带、 温带 、寒温带和寒带。 我国 领土辽阔,南北纬 度相差49.34 度,因此,我国南北各地的太阳辐射量和热量相差很大。温度还随海拔高度而发生规律性的变化。随着海拔升高,虽然太阳辐射增强,但由于大气层变薄,大气密度 下降,保温作用差 .因 此温度下降。一般 海拔 每升高 1000m,气温下降 5.5℃。北京 市海 拔52.3m,年均温为 11.8℃,最冷月均温为-4.8℃;而处于相同纬度的五台山,海拔 2894m,年均温为-4.2℃,最冷月均温为一 19℃。温度与坡向也有密切的关系。北半球南坡接受的太阳辐射最多,空气和土壤温度都比北坡高,但土壤温度一般西南坡比南坡更高,这是因为西南坡蒸发耗热较少,热量多用于土壤、空气增温,所以南坡多生长阳性喜暖耐旱植物,北坡更适宜耐阴喜湿植物生长。封闭谷地和盆地的温度变化有其独特的规律。以山谷为例,由于谷中白天受热强烈,再加上地形封闭,热空气不易输出,所以白天谷中气温远较周围山地为高,如河谷城市南京、武汉、重庆为我国三大“火炉”城市。在夜间,因地面辐射冷却,近地面形成一层冷空气,冷空气密度较大,顺山坡向下沉降聚于谷底,而将暖空气抬高至一定高度,形成气温下低上高的逆温现象。在晴朗无风、空气干燥的夜晚,这种辐射逆温最易形成。在城市地区,混凝土与沥青下垫面冷却较快,常易形成逆温层。由于逆温层的形成,空气交流极弱,热量、水分不易扩散,易形成闷热天气,此外由于大气污染物的积累,常会加剧大气污染的危害程度。温度与海陆分布有关。海陆辐射和热量平衡的差异,形成温度或气压梯度,由此影响气团运行方向。我国位于欧亚大陆东南部,属季风气候。夏季行温暖湿润热带海洋性气团,从东南向西北方向运行;冬季盛行极地大陆性气团,寒冷而干燥,从西或北向东或南推进。因此,我国东南部多属于沿海气候,从东南向西北大陆性气候逐渐增强。与同纬度其他地区相比,我国大陆性气候特点显著,夏季酷热,冬季严寒漫长,温度年较差大。2.温度在时间上的变化太阳高度角是引起温度季节变化的原因,大陆性气候区温度的季节变化较海洋性气候区剧烈,温带和寒带气温较热带变化剧烈。温度的年 较差(一年中最热月与最冷月平均温度的差值 )是温度季节变化的一个重要指标。我国大部分地区一年中根据气候寒暖、昼夜长短的节律变化,可分为春、夏、秋、冬四季,一般冬季候(5 天 为 一候 )平均 气 温低 于 l0℃ , 春 、秋 季 候平 均 气 温在 10—22℃之 间, 夏 季 候平 均 气温 高 于22℃。我国大部分地区位于亚热带和温带,一般是春季气候温暖,昼夜长短相差不大;夏季炎热,昼长 夜短;秋季和春季相似;冬季则寒冷而昼短夜长。但由于各地所处位置及气候条件不同,四季长短及开始日期有很大差异。温度的昼夜变化也是很有规律的。一般气温的最低值出现在凌晨日出前。日出以后,气温上升,在13:00—14:00 达最高值,以后开始持续下降,一直到日出前为止。昼夜温差(日较差)一般随纬度的增加而增加。土表温度变化远较气温剧烈,昼间土表在太阳辐射下,其温度比气温升高快。夜间,因地面辐射冷却,土表温度低于气温。随土深增加,温度变幅渐小。到 35~lOOcm 深土以上,土温几乎无昼夜变化。随着深度增大,一昼夜中最高、最低温度有后延现象,如土表的最高温度出现在 13:00,而 lOcm 深度的最高土温可能出现在 16:00~17:00。温度的时间、空间变化,还表现为以地质年代为时间尺度的长期性演变和全球范围内的温度变化。例如冰期进退引起的气温变化,造成动、植物的迁移、灭绝和热量、植被带的位移。近年来,全球温暖化,带来的环境问题已引起了国际社会的关注。二、城市温度条件(一)热岛效应城市是人口、建筑物以及生产、生活活动集中地,其温度条件与周围的郊区比较有很大差异。城市热岛效应(heating island e!ect)是城市气候最明显的特征之一,它是指城市气温高于郊区气温的现象。形象化地显示出城市气温从城市中心向郊区农村递减的情况。城市的热岛效应是很明显的,在不同纬度的城市都普遍存在,一般城市年均气温比周围郊区高 0.5~2℃。徐兆生等人 1981 年的观察结果表明,北京市区年平均气温比郊区高 0.7—1℃;在夏季,日平均温度市区比郊区高 0.5—0.8℃,最高温度高 0.8~2℃,最低温度高 1.4—2.5℃,差值十分明显。而且,城市的这种增温作用影响范围可达到周围的郊区。城市热岛效应形成的主要原因如下。(1)城市下垫面的反射率比郊区小。城市绿地面积比郊区小,街道、建筑物等大量使用砖石、水泥、沥青、硅酸盐等建筑材料,这些建筑材料的反射率比植被低,特别是深色屋顶和墙面等反射率更低。并且由于建筑物密度大,形成一个立体下垫面,太阳辐射墙壁、屋顶、路面等之间多次反射吸收,最终被反射的能量减少。(2)城市下垫面建筑材料的热容量、导热率比郊区森林、草地、农田组成的下垫面要大得多,白天吸收积聚大量的辐射热,使地面温度上升,城市下垫面的温度远高于郊区,因而通过长波辐射提供给大气的热量比郊区多。(3)城市大气中二氧化碳和空气污染物含量高,形成覆盖层,对地面长波辐射有强烈的吸收作用,空气逆辐射也大于郊区,减少丁热量的散失。(4)城市内各种燃烧过程和人类活动产生的热量可能接近甚至超过太阳的辐射热量。(5)城市中建筑物密集,通风不良,不利于热量的扩散,加上城市地面不透水面积较大,排水系统发达,地面蒸发量小,同时植被较少,使得通过水分蒸腾、蒸发消耗热量的作用大大减小,这些也是引起热岛效应的重要因素。城市热岛效应是一种中小尺度的气象现象,它受大尺度天气形势的影响,当天气形势在稳定的高压控制下,气压梯度小,微风或无风,天气晴朗无云或少云,有下沉逆温时,易产生热岛效应。如在我国长江中下游沿线,由于地球行星风系的影响,形成副热带高压带,因此重庆、武汉和南京三大“火炉”城市都分布在该地区。城市热岛效应强度还因地区而异,它与城市规模、人口密度、建筑密度、城市布局、附近的自然环境有关。在城市人口密度大、建筑密度大、人为释放热量多的市区,形成高温中心。城市中的植被和水体增温缓和,可以降低热岛强度,因此在有植被和水体的地方形成低温带。中小城市的热岛效应较弱,如昌平城区年均气温比周围地区仅高 0.2℃。热岛效应还与季节有关,在一年当中,一般秋、冬季城市的热岛效应较强,而夏季较小。特别在北方城市,由于冬天取暖,人为散发热量大大增加,也增强了城市热岛效应。如天津市区与郊区年均温差为 1.0℃,秋季为 0.9℃,春季为 0.4℃,而在冬季温差最高可达 5.3℃。城市的热岛效应常会使城市春天来得较早,秋季结束较晚,城区的无霜期延长,极端低温趋向缓和,但这些有利于树木生长的条件,会由于温度过高、湿度降低而丧失。(二)城市小环境温度变化在城市局部地区,由于建筑物和铺装地面的作用,会极大地改变光、热、水分布,形成特殊的小气候,对温度因子的影响尤其明显。城市街道和建筑物受热后,如同一块不透水的岩石,其温度远远超过植被覆盖地区。在夏季导致温度过高,影响居民生活和植物的正常生长发育。由于建筑物南北向接受到的太阳辐射相差甚大以及风的影响,南北向的温度存在很大的差异,在冬季冻土层的深度和范围明显不一样。北京市园林科研所调查了建筑物附近的温度变化情况,冬季楼的朝向 对温度影响最大,楼南侧气温最高,北侧最低,东侧与西侧居中,其他季节楼朝向对气温影响较小,夏季楼西侧气温比南侧略高。地温受楼朝向的影响比气温高,楼南侧冻土期与冻土深度明显缩短,在 20m高楼南侧楼高范围内冻土期比露天对照减少 1 倍左右,而北侧冻土期比露天对照峪长,但冻土层深度明显高于对照,楼西与楼东差距不大,一般建筑对温度影响范围可达 3—5 倍楼高,以 1 倍楼高范围内最为明显。城市建筑物对温度、风以及湿度的影响,会在建筑物周围形成与郊区差异明显的特殊小气候,合理利用这些小气候,可以极大地丰富园林植物的多样性,如在楼南可栽种一些较温暖湿润地带的植物种类。
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