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1、第二节 城市生态系统及其组成,城市生态系统的概念、结构和功能 城市气候及其生态环境效应 城市水文水资源及其生态环境效应 城市环境下的生物群落园林绿地及其生态环境效应 城市环境污染 城市土壤,、 城市生态系统( ): 城市居民与其周围环境进行物质能量流动，通过生命代谢、投入产出链、生产消费链进行物质交换、能量流动、信息传递而发生相互作用，相互制约，构成具有一定结构和功能的有机联系的整体称为城市生态系统。 有的称之为人类生态系统（ ），还有称为人工生态系统（ ），也有称之为生态经济系统（ ）。,一、城市生态系统的概念、结构和功能,城市生态系统的基本特点： ）城市生态系统是人工生态系统，人是这个系统
2、的核心和决定因素； ）城市生态系统是消费者占优势的生态系统，生物量结构呈倒金字塔，对外部资源有极大的依赖性； ）城市生态系统是分解功能不充分的生态系统，物质循环基本上是线状的而不是环状的，造成严重的环境污染； ）城市生态系统是自我调节和自我维持能力很薄弱的生态形体哦能够； ）城市生态系统是受社会经济多种因素制约的生态系统。,城市生态系统示意图,城市复合生态系统结构功能示意图,自然社会经济复合生态系统示意图,城乡复合生态系统示意图,城市生态系统义和它周围的农村生态系统结合成为城乡复合生态系统,城市居民或人群,城市环境系统,城市生态系统,自然环境,社会环境,生命 非生命,政治 法律 经济 文化教育
3、,、城市生态系统的组成和结构,组成城市生态环境系统的各部分、各要素在空间上的配置和联系为城市生态系统的结构,城市生态系统的组成,城市生态系统,自然生态系统 经济生态系统 社会生态系统,生命 非生命,人类的经济活动 第一产业 第二产业 第三产业,文化 政治 科学 法律 政策,城市生态系统的组成,城市自然生态,城市人工生态,物理环境,生物环境,城市地质地貌 城市气候与大气 城市水文水资源 城市土地,城市动物、植物、微生物,建筑物 交通设施 管线设施 环境设施,劳动力 科教 政法 其他（医疗、文体、旅游、娱乐、宗教等,城市设施,社会服务,生产对象,工业、农业、交通、商贸、建筑、金融、信息等,城市生态
4、环境系统,结构：,、城市生态系统的基本功能,城市生态系统的功能指城市生态系统各组成部分及其综合体状态变化过程对城市居民的作用或贡献,生产功能 城市生态环境利用城市内外系统提供的物质和能量等资源，生产出产品的功能，包括生物生产和非生物生产；非生物生产又分为物质生产和非物质生产 生活功能 城市生态环境要给城市居民提供高质量的生存空间和生存条件，以有利于工作和方便生活。 还原净化和资源再生功能,还原净化和资源再生,功能：,二、城市气候及其生态环境效应,城市化对气候的影响及其机制 城市热岛效应 城市大气水分效应 城市主要气象灾害,（一）城市化对气候的影响及其机制,、城市气候的基本特征 ）城市直接辐射和
5、总辐射比郊区少 （人为活动使空气混浊，削弱空气的透明度，减少到达城市的辐射） ）城市气温比郊区高，形成城市热岛（下垫面性质和人为热） ）城市的风速比郊区小，风向不稳定（建筑物和下垫面影响） ）城市空气多湍流运动，有热岛环流和城市风 ）城市蒸散量和空气湿度比郊区少（下垫面性质） ）城市云量比郊区多，尤其是低云（热岛效应、凝结核多） ）城市的雾比郊区多，有的还有光化学烟雾（凝结核、污染） ）城市对流性降水比郊区多（凝结核、下垫面性质，气流上升）,）城市下垫面性质变化及其影响 下垫面的热力学性质影响温度（比热、热容量、导热率、吸热、反射、透射、蓄热能力等） ； 下垫面的水分循环特性影响湿度（蒸发、蒸
6、腾、凝结、透水、储水的性能）； 下垫面的动力学特性影响气流（摩擦、阻滞、抬升等性能，使城市下垫面粗糙度比郊区大，风速小，风向不稳）；,、城市化对气候影响的机制,）城市大气成分改变及其影响 城市中固态颗粒物质和气态的有害气体的含量高。 一方面造成大气污染， 另一方面吸收地面长波辐射，产生温室效应,）城市人为热释放及其影响 人为热指由于人类生产、生活活动及其生物新陈代谢所产生的热量。城市人为热的产生，尤其在冬季和高纬度城市产生的热量非常大，从而改变城市区域的能量平和，形成城市热岛,（二）城市热岛效应,、含义： 城市气温高于四周郊区的温差现象称为城市热岛效应,、温度对比的方法: ）用同一观测时段城市
7、与郊区不同测点的气温对比（注意测点的代表性和典型性）； ）用城市发展过程中统一测站气温的前后对比,、城市热岛的时空分布特征,）城市高温中心出现在人口密集、建筑物密集、工商业最集中的城区；,上海城市热岛图（.）,）城市高温区内等温线稀疏、气温水平梯度小，而城区边缘气温水平梯度大、等温线密集,）闭合等温线分布和走向大致与城区轮廓平行,）城区内由于土地利用类型和下垫面性质不同，气温也有高低之别。工商业、住宅用地是热岛的中心所在，而农业用地、绿化、水域是凉区所在。,）城市热岛强度有日变化和季节变化 日变化：中纬度城市在理想状况下，热岛强度在很大程度上是一种夜间现象。（因为城乡冷却率的差异而不是加热率的
8、差异，特别是日落后小时，乡村一般以每小时度的速度冷却，而城市的冷区率比较小，此时，热岛强度最大； 季节变化视区域气候条件和城市人为因素而异,加重城市空气污染； 影响取暖季节和能耗（可缩短取暖时间，削减大气污染）； 影响城市积雪（使城市积雪少于郊区，减少建筑物的雪压）； 影响无霜期和物候期； 夏季热岛效应加强城市高温的酷热程度，易产生高温灾害，影响健康舒适；同时制冷空调的使用，又增加能源消耗和环境污染，进一步加强城市热岛,、 城市热岛的生态环境效应,、防治城市热岛的对策,削减人为热的排放 措施：控制城市人口，减少煤炭、石油等矿物燃料的消耗量，提高利用效率和开发新能源,削减城市净辐射量 措施：）增
9、大城市反射率，如用浅色的建筑物外墙涂料等； ）合理规划城市建筑物的高度、密度，根据城市所在地的纬度、地形、风向、风速、日照、辐射等，确定道路网的方位、建筑密度、朝向、间距及形体，增大地面长波射出辐射，达到削减净辐射； ）削减大气污染，以减少大气逆辐射，也可使城市净辐射减少,增加植物的光合作用能量转化，增加地面和空气之间的潜热（包括地面蒸发、植物蒸腾）交换量，减少显热交换量 措施： ）增加城区水域面积和喷水洒水设施； ）提高城市绿地覆盖率,（三）城市大气水分效应,城市空气湿度 城市的云和雾 城市降水,、城市会对城市空气湿度的影响 ）一般，城市化使得城市的绝对湿度和相对湿度小于周围郊区 原因： （
10、城市的“干岛效应”） 城市路面不保水、干燥、蒸发量小； 城市植被覆盖面积小，蒸腾量小； 城市下垫面粗糙度大，湍流比郊区强，近地面有限的水汽通过湍流不断上传扩散； 热岛效应使空气温度比郊区高，相对湿度比较小； 城市风速小，也不利于水分蒸发,）特殊情况下也会出现城市湿岛,在夜间静风或小风天气、城市热岛较强的情况下， 郊区由于下垫面温度及近地气温下降比城区快，凝露量达，空气中水汽含量迅速减少，而市区由于热岛效应，温度较高，凝露量小，湍流强度又比白天弱，水汽上传量减少，会出现城区水汽含量比郊区大的“城市湿岛”现象，称为“凝露湿岛”（主要由于凝露作用的差异产生湿岛）。 另外，在结霜、雾天、融雪、下雨等天
11、气情况下，也到导致城市湿岛,、城市化对于云、雾的影响,）城市云量多于郊区，尤其是低云 污染导致的凝结核多； 热岛效应使气流复合上升，绝热冷却，利于水汽饱和 ）城区雾量大于郊区，尤其是浊雾,城市有时由于大气污染严重，低空吸水性物质丰富，往往在相对湿度以下，甚至以下便有雾出现，这种低相对湿度的雾称为“浊雾”,危害：影响交通，妨碍城市正常的生产、生活； 加剧污染,、城市化对于降水影响,）关于城市化降水效应的不同观点： 城市化有使降水增加的效应，尤其是城市的下风方； 城市化对降水有减少的效应； 城市化对降水没有影响； 城市化使对流性降水明显增多,）城市化影响降水的机制,热岛效应 由于热岛效应，热能促使
12、城市大气层结不稳定，有利于产生热力对流运动，容易形成对流云和对流性降水； 混浊岛效应 由于空气污染，凝结核丰富，利于水汽凝结，生成降水； 摩擦阻挡效应 城市参差不齐的建筑物对气流由机械阻障、促发湍流和抬升作用，使云滴绝热升降，凝结碰并增长形成降水。城市特殊的下垫面对天气系统的移动还有阻滞作用，使其移苏减慢，停留降水，增长城市降水持续时间,多数学者认为：城市化使城市降水多于郊区，尤其是下风方向,城市建筑物、不透水的下垫面，使城市空气湿度减小，不利于形成降水,有学者认为：城市对降水的影响因素互相抵消，没有使降水增加，甚至有使降水减少的效应,）城市降水变化的生态环境效应,城市降水强度增加（单位时间降
13、水量），使城市雨洪径流增大，洪水增多，加剧土壤侵蚀，加速河湖和下水道系统淤积， 使城市排水管网漫溢增多，要提高防洪标准，加增费用开支； 降水总量增大，冲洗污染物增多，水体污染加剧； 强对流性降水增多，常伴随冰雹、雷暴等灾害性天气； 降水量减少，导致缺水、干旱，使供水费用增加,在城市规划中，要充分考虑城市对降水的影响，合理安排不同土地利用区位和各种 防治措施，尽可能减少损失,）酸雨,富含有硫酸、亚硫酸和硝酸的降水，当其值小于时，称为酸雨,酸雨的生成： 城市大气中含有大量的二氧化硫和氮氧化物，这些物质在一定温度和湿度的条件下，通过光化学反应和催化氧化反应，生成硫酸、亚硫酸和硝酸。这些酸不能以气态形
14、式存在，而是存在于小微粒上或溶于云滴或雨滴中，随江水落至地面，形成酸雨,酸雨的生态环境效应： 酸雨淋溶土壤，使营养元素流失；抑制微生物固氮和分解有机活动，使土壤贫瘠； 酸雨影响植物生长，危害城市绿化，减弱作物的光合作用和抗病虫害能力，影响生产； 使地下水酸化，微量元素超标，影响供水条件； 使水体酸化，危害水生生物，破坏生态平衡，对人类健康造成危害； 腐蚀建筑材料、文物古迹、桥梁、船舶、车辆、机电设备等,（四）城市主要气象灾害 城市暴雨灾害 城市大风灾害 城市高温灾害,大风与飞机事故,城市高温,杭州抵御年一遇的持续高温灾害,三、城市水文水资源及其生态环境效应,城市水系 城市化的水文效应 城市水资
15、源系统及其管理,、城市与河流,城市是人类活动的聚集区，从傍水而居的先民开始，城市的发展就与河流息息相关；（河流：人类文明的摇篮） 城市已成为自然河流系统中对河流生态系统原有平衡破坏最集中、影响力最大的人工子系统；（城市：河流的梦魇）,）相互作用,（一）城市水系,对城市发展的最大威胁是来自大自然的报复 （特别是来自河流水系的报复）； 灾害的根源是人的行为不当（急功近利、鹊占鸠巢、近水楼台、眼不见为净等行为阻断了自然水文循环的通道）；,城市与水系,河道整治规划,、城市化对水系的影响 ）地面水系人工化 对河道的裁弯取直、修建水库和其他水利设施、开辟人工河道等 ）地下建成排水系统 下水道以河涌（河道的
16、支流）为单元铺开与河道呈正交布置，形成网络化的地下排水系统,、河流在城市生态环境建设中的功能 就近供水 供绿和降温增湿 提供便捷的交通 提供生物多样性存在的基地 提供城市居民亲近自然的场所,、城市河流的合理开发利用和保护 ）保持河流原来的自然地貌特征 河流形态、河床地貌是河流发育过程中形成的一种自然特征，受到河流自然地理发育过程控制。 人类开发利用河流资源包括利用河岸地貌资源，必须遵循其自然规律。河道的人为改变，会影响城市地表水、地下水的时空分布。 如在季节性河道上建设，会加剧城市洪涝灾害； 河道束窄会使河流水文特征、泥沙输送、堆积方式发生变化，加剧河道护理难度,多部门联合采取行动，依法对十里河滩余平方米的违章建筑进行了拆除。,）维持河流的水文特征 河流水文特征（流速、流量等）人为改变后的状态，与依靠河流而自然形成的 生态系统节律不相匹配，其结果导致生态环境系统的变化,）保持河流水质清洁 城市河流的生态功能，在很大程度上是依靠河流水质的清洁作用来实现的。河流水质的污染，对城市生态环境将产生严重影响,）合理开发利用
