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城市热岛产生的能量基础

发布时间:2016-02-20

热量平衡是城市热岛形成的能量基础,城市化改变了下垫面的性质和结构,增加了人为热,从而影响城市能量平衡 各分量的变化。其表达式为:

  乡村:Qr=H+LE+G+A+P

  城市:Qu+QF=QH+QE+QG+QA+QP

  式中:Qu、Qr分别表示城市和乡村的净辐射;QH、H分别表示城市和乡村下垫面与空气间显热交换;QE、LE分别表示城市和乡村下垫面与空气间潜热交换;QE、LE分别表示城市和乡村下垫面(包括建筑物和地面)贮热量;QA、A分别表示城市和乡村热平流量的变化;OP、P分别表示城市 和乡村植物光合作用富集能量;QF表示城市人为热释放量。

  城市到达地面的太阳总辐射比乡村小,但城市反射率也比乡村小,所以在短波福射的收支上,城乡差别不大。城市 地面温度及近地气温比乡村高,故城市地面和大气的辐射能力都比乡村强。所以在长波辐射的收支上,城乡差别也不大。因此,对于净辐射来说城市与乡村无多大差别,差别在于城市热量平衡方程式的左边多了一项人为热。因城市植被少,吸收富集太阳辐射能力小,城市空气微粒多,吸收地面 和大气的辐射也多;而且,由于城市覆盖层呈几何形状,增大了热交换的面积和时间,加上天穹可见度变化,也影响指 向天空的长波辐射,从而使城市的辐射和能量平衡时空变化都十分复杂。

  下垫面忙热量除取决于净辐射之外,还与下垫面物质的传热和蓄热能力以及建筑物的几何形状和密度有关。城市建 筑材料的热容量和导热率比乡村大,故蓄热多。城市贮热量相当于净辐射的15%〜30%,乡村贮热量仅相当于净辐射的5%~15%;夜间辐射冷却城市缓慢而乡村快。显热交换量大小取决于垂直气温梯度和湍流交换系数, 气温垂直梯度和下垫面粗糖度均是城市大于乡村,故城市的显热交换比乡村大。潜热交换大小取决于下垫面蒸散量,乡村植被多,蒸散耗热占净辐射的70%。城市用于蒸散的热 蛍只相当于净辐射的10%~ 15%,乡村水相变化调节了温 度。城市显热多、潜热少,使气温升高,产生热岛。