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1、Chapter 3 Urban Heat Islands （UHIs）城市热岛是城市近地面气温高于周围郊区的现象城市热岛：市区气温高于郊区的现象市区气温郊区气温LukeHoward1918首次发现伦敦热岛Image of Atlanta, Georgia, showing temperature distribution, with blue showing cool temperatures, red warm, and hot areas appear white.街道和建筑表面温度（可以烙饼），不等于城市空气温度，但影响空气温度UHIs 影响影响城市中由于在天气条件适宜时，经常会出城市中
2、由于在天气条件适宜时，经常会出现热岛效应，这就直接或间接地对当时当地现热岛效应，这就直接或间接地对当时当地有关气候要素，居民生活和城市经济产生多有关气候要素，居民生活和城市经济产生多种影响。有有利的一面，也有不利的一面。种影响。有有利的一面，也有不利的一面。城市变暖城市变暖积雪、霜冻积雪、霜冻健康影响健康影响对能源消耗的影响对能源消耗的影响对风云雨的影响（以后介绍）对风云雨的影响（以后介绍）在一些大城市，城市和乡村之间的温度差超过10oC。城市热岛一年四季均会出现，并和城市变暖相互关联，例如东京在过去135年间平均温度上升了2.8oC，远高于全球变暖的增温(0.9oC)。过去50-100年中，
3、北京，上海，香港等大城市的平均气温上升了2-2.5oC，这一增长速度超过了全球气候变暖的增长率。IchinoseT,ShimodozonoK,HanakiK.1999.ImpactofanthropogenicheatonurbanclimateinTokyo.AtmosEnviron,33:3897-3909.5www.hko.gov.hk老的经典文献举例OkeTR.Theenergeticbasisoftheurbanheatisland,QuarterlyJournaloftheRoyalMeteorologicalSociety,1982,108,1-24.IchinoseT,Shim
4、odozonoK,HanakiK.1999.ImpactofanthropogenicheatonurbanclimateinTokyo.AtmosEnviron,33:3897-3909.PengS.etal.Surfaceurbanheatislandacross419globalbigcities.EnvironSciTechnol,2012,46,696-703.ArnfieldAJ.Twodecadesofurbanclimateresearch:areviewofturbulence,exchangesofenergyandwater,andtheurbanheatisland.I
5、ntJofClimatol,2003，23(1),126.FernandoHJS.Fluiddynamicsofurbanatmospheresincomplexterrain.AnnuRevFluidMech,2010,42(1),365-389GrimmondCSB,RothM,etal.2010.ClimateandMoresustainablecities:Climateinformationforimprovedplanningandmanagementofcities.ProcEnvironSc,1,247-274.城市能耗城市热岛夏季城市气温每升高1oC，空调能耗增加5-10%。
6、华南深圳、广州等城市，夏季空调期长，建筑能耗是北京和上海的两倍。在夏季因热岛效应城区空调能耗可高于郊区25%至42%。日本大阪冬季热岛有利于降低取暖能耗；夏季热岛增大空调制冷能耗。城市城市热热浪往往浪往往导导致用致用电负电负荷急荷急剧剧增大！增大！发电量是有规划的！发电能力难急剧增加！香港为例美国马里兰大学美国马里兰大学Jelena Srebric教授教授（上亿的项目）能源消耗能源消耗lAnother consequence of urban heat islands is the increased energy required for air conditioning and refri
7、geration in cities that are in comparatively hot climates. The Heat Island Group estimates that the heat island effect costs Los Angeles about US$100 million per year in energy. Conversely, those that are in cold climates such as Moscow, Russia would have less demand for heating. However, through th
8、e implementation of heat island reduction strategies, significant annual net energy savings have been calculated for northern locations such as Chicago, Salt Lake City, and Toronto.健康健康l盛夏高温会降低工作效率。据统计如以气温盛夏高温会降低工作效率。据统计如以气温15时的工效为时的工效为100，则，则25时为时为92.5，35时为时为84.3。据武汉气象台统计当最高气温大于。据武汉气象台统计当最高气温大于37时，
9、时，则中署病人急剧增多。则中署病人急剧增多。lWithin the United States alone, an average of 1,000 people die each year due to extreme heat.1995年夏天芝加哥高温热浪事件导致700多人死亡；2003年欧洲高温热浪事件导致35000人死亡。2004年6月28日至7月4日一周的高温天气，广州中心城区的市民中暑死亡的案例高达39起，高温导致的重大交通事故累计死亡46人。高温会对城市居民健康和安全造成危害，例如香港夏季城市热岛强度每增高1oC，与热应激相关的疾病死亡率增加1.8%2。ChauPH,ChanKC
10、,WooJ,2009.HotweatherwarningmighthelptoreduceelderlymortalityinHongKong.IntJBiometeorol,53(5):461-468.内内 容容一、热岛成因、影响城市热环境的主要因素一、热岛成因、影响城市热环境的主要因素RapidurbanizationandurbanclimateWongetal.“HongKong,past,presentandfuture”l51%(i.e.3.5billion)of6.9billionby2010;60%(i.e.5.0billion)of8.3billionby2030.lLarg
11、ecitiesworldwide(1million):355,by2000;449by2010,668by2025.14Land use in Pear River Delta region(20002016)20002016一、一、UHI 成因成因城市热岛是在城市化的人为因素和局地天气气象城市热岛是在城市化的人为因素和局地天气气象条件共同作用下形成的。在人为因素中以下垫面条件共同作用下形成的。在人为因素中以下垫面性质的改变、人为热和过量温室气体的排放以及性质的改变、人为热和过量温室气体的排放以及大气污染等为最重要。在局地天气气象条件中则大气污染等为最重要。在局地天气气象条件中则以天气形势、风
12、、云等关系最大。以天气形势、风、云等关系最大。城市热岛的形成原因，通常被归结为，人为热源的增加、不透水路面和建筑储热的增加、太阳辐射吸收量的增加、城区通风能力的降低、蒸发冷却源的减少、温室气体效应等。影响城市大气环境的因素：风、热、人等(1)太阳辐射的反射和吸收(2)建筑蓄热、放热(3)城区湍流流动和通风效能(4)绿化、水体等蒸发冷却源(5)人为热源/污染源(6)温室效应郊区郊区 MacroclimateHeat balance of the earth (Lechner, 2001)城市能量平衡能量平衡：辐射Q*、显热QH、潜热QE、建筑蓄热、人为热QF19温温度度幅幅度度变变化化建筑蓄热的
13、重要作用：改变温度日循环， 城市热岛与冷岛通常都会出现 番禺年平番禺年平均风速及均风速及变化趋势变化趋势城市化导致城市风速降低，通风降温效果减弱Urbanairspeed香港风速城市下垫面因素城市下垫面因素有三个因素：有三个因素：下垫面不透水面积；下垫面的下垫面不透水面积；下垫面的热性质；下垫面的几何形状热性质；下垫面的几何形状。（1）下垫面不透水面积：城区大于郊区）下垫面不透水面积：城区大于郊区l 在能量平衡中，净辐射用于蒸发的潜热远比郊区在能量平衡中，净辐射用于蒸发的潜热远比郊区为少，而用于下垫面增温和向空气输送的湍流显热为少，而用于下垫面增温和向空气输送的湍流显热则比较多。这就使得城区下
14、垫面温度比郊区高，形则比较多。这就使得城区下垫面温度比郊区高，形成成“城市下垫面温度热岛城市下垫面温度热岛”，并从而通过湍流交换，并从而通过湍流交换和长波辐射使城区气温高于郊区。和长波辐射使城区气温高于郊区。l 即使在夜间，城区下垫面仍有湍流显热向空气输即使在夜间，城区下垫面仍有湍流显热向空气输送，而郊区却从空气层取得湍流显热，城市覆盖层送，而郊区却从空气层取得湍流显热，城市覆盖层的气温显著高于郊区。的气温显著高于郊区。（3）下垫面几何形状）下垫面几何形状l城市中建筑物参差错落，形成许多高宽比不同的城市中建筑物参差错落，形成许多高宽比不同的“城市街谷城市街谷”。在这种复杂的立体下垫面上其天空视
15、因。在这种复杂的立体下垫面上其天空视因子比平坦的郊区小得多，这种几何形状的差异对热岛子比平坦的郊区小得多，这种几何形状的差异对热岛的形成关系极大。的形成关系极大。白天时：白天时： 墙壁多次反射吸收更多的太阳辐射墙壁多次反射吸收更多的太阳辐射 墙壁深颜色吸收更多辐射墙壁深颜色吸收更多辐射 较大的热导纳等储存更多热量较大的热导纳等储存更多热量夜间时：夜间时： 街谷底部接收自大气和墙壁长波，长波辐射损失小街谷底部接收自大气和墙壁长波，长波辐射损失小 街谷中风小，热量不易扩散街谷中风小，热量不易扩散Viewfactors天空视角因子减小城市热岛的其他手段Oke根据资料回归得到的方程：根据资料回归得到的
16、方程：式中式中r2=0.88, 估计值的标准差为估计值的标准差为0.92Skyviewfactor天空视角因子蒙特利尔（蒙特利尔（1）和温哥华（）和温哥华（2）及乌普萨拉（）及乌普萨拉（3）从）从日落后热岛强度随时间的变化日落后热岛强度随时间的变化蒙特利尔（高宽比蒙特利尔（高宽比3.29）和温哥华（高宽比）和温哥华（高宽比1.50）及乌普萨拉（高宽比及乌普萨拉（高宽比0.76）从日落后实测的降温率）从日落后实测的降温率澳大利亚、欧洲、北美澳大利亚、欧洲、北美31个城市最大热岛强度与天个城市最大热岛强度与天空视因子关系点聚图空视因子关系点聚图Oke的实验：在实验的实验：在实验室考察街谷几何形室考
17、察街谷几何形状、材料性质对热状、材料性质对热岛强度的影响。将岛强度的影响。将模型模型20放在放在-8 冷室内开始降温。冷室内开始降温。郊区模型无街谷。郊区模型无街谷。模拟夜间无云无风模拟夜间无云无风情况。在街谷底部情况。在街谷底部中央安置热电偶测中央安置热电偶测温。温。高宽比高宽比0.25,0.5,1,2,3,4. 再将木板换成水泥板，考察材料的影再将木板换成水泥板，考察材料的影响。木板热导纳响。木板热导纳380J/(m2Ks0.5)，水泥热导纳，水泥热导纳1300模拟实验得出的最大热模拟实验得出的最大热岛强度、平均热岛强度岛强度、平均热岛强度与天空视域因子和城市与天空视域因子和城市街谷高宽比
18、的关系街谷高宽比的关系模拟实验测得的热岛强度随时间的变化，图中（模拟实验测得的热岛强度随时间的变化，图中（1）是几何形状引起的温差；（是几何形状引起的温差；（2）是热导纳引起的温差）是热导纳引起的温差模拟实验测得的城市和郊区日落后模拟实验测得的城市和郊区日落后温度随时间下降速度曲线温度随时间下降速度曲线请注意城区鲍恩比！请注意城区鲍恩比！Bowen ratio鲍恩比鲍恩比=显热显热/潜热潜热圣路易斯（圣路易斯（a）湍流显热通量，（）湍流显热通量，（b）潜热通量，）潜热通量，（c）鲍恩比的等值线（）鲍恩比的等值线（1976年年8月月18日下午）日下午）（2）下垫面热性质）下垫面热性质l城市下垫面
19、导热率、热容量、热导纳都比郊区大。城市下垫面导热率、热容量、热导纳都比郊区大。这些热性质的城、郊差异，导致城市下垫面的储热这些热性质的城、郊差异，导致城市下垫面的储热量显著高于郊区。日落后，郊区因白天下垫面储热量显著高于郊区。日落后，郊区因白天下垫面储热量小，通过长波净辐射，下垫面温度和近地面层气量小，通过长波净辐射，下垫面温度和近地面层气温的下降速度很快。城区因白天储存的热量较多，温的下降速度很快。城区因白天储存的热量较多，其其热导纳高热导纳高(热惯性大热惯性大)，下垫面温度和近地面气温下，下垫面温度和近地面气温下降的速度都比郊区慢。日落后下垫面温度降低速率：降的速度都比郊区慢。日落后下垫面
20、温度降低速率：为热导纳，为热导纳，t为日落后的时间，因城区热导纳大，为日落后的时间，因城区热导纳大，因而日落后温度下降的速度要比郊区慢，这是热岛因而日落后温度下降的速度要比郊区慢，这是热岛形成的重要原因。形成的重要原因。2、人为热、温室气体和大气污染、人为热、温室气体和大气污染城市中由于人口密度和能源消耗都比郊区大，城市中由于人口密度和能源消耗都比郊区大，其排放至大气中的人为热、温室气休以及在其排放至大气中的人为热、温室气休以及在工业生产、交通运输等过程中排放出的污染工业生产、交通运输等过程中排放出的污染物都比郊区多，它们在热岛形成中都起着一物都比郊区多，它们在热岛形成中都起着一定的作用定的作
21、用（1）人为热：与热岛强度正相关）人为热：与热岛强度正相关加拿大卡尔加里热岛强度日变化，煤气能量消耗日加拿大卡尔加里热岛强度日变化，煤气能量消耗日变化（变化（19741975年平均）年平均）人为热与热岛强度正相关，但峰值不一定一致人为热与热岛强度正相关，但峰值不一定一致Narumi 2009（2）温室气体）温室气体温室气体如温室气体如CO2，水汽等善于吸收地面长波辐射不，水汽等善于吸收地面长波辐射不易逸入太空，然后再以长波逆辐射形式投向地表，易逸入太空，然后再以长波逆辐射形式投向地表，使地表增温。使地表增温。CH4、N2O、CFCs、等、等300K黑体黑体辐射辐射（3）大气污染物）大气污染物
22、白天：城市大气中悬浮的颗粒状污染物在白天白天：城市大气中悬浮的颗粒状污染物在白天能吸收一定波长的太阳辐射，粒径小的浮尘对太能吸收一定波长的太阳辐射，粒径小的浮尘对太阳辐射有散射作用，使到达地面的太阳直接辐射阳辐射有散射作用，使到达地面的太阳直接辐射减弱，称为减弱，称为“阳伞效应阳伞效应”。这对城市覆盖层白昼。这对城市覆盖层白昼的增温是不利的。的增温是不利的。 夜晚：但在夜晚这些颗粒状污染物往往形成夜晚：但在夜晚这些颗粒状污染物往往形成“雾障雾障”，笼罩在城区上空，能增加长波逆辐射，笼罩在城区上空，能增加长波逆辐射，使城市覆盖层内的长波净辐射损失减少，对加强使城市覆盖层内的长波净辐射损失减少，对
23、加强夜间城市热岛强度是有利的。夜间城市热岛强度是有利的。 注意：注意：黑炭气溶胶会强烈吸收太阳辐射，会使黑炭气溶胶会强烈吸收太阳辐射，会使气温升高气温升高3、天气形势与气象条件对、天气形势与气象条件对UHIs的影响的影响在同一时期，同一城市中，其下垫面因子及在同一时期，同一城市中，其下垫面因子及人为热、温室气体和大气污染物的排放源强人为热、温室气体和大气污染物的排放源强和源地基本是相似的，但是热岛强度却时有和源地基本是相似的，但是热岛强度却时有时无，时强时弱。这就取决于当时的天气形时无，时强时弱。这就取决于当时的天气形势和气象条件。那么，什么天气形势和气象势和气象条件。那么，什么天气形势和气象
24、条件会使热岛强度加强呢？条件会使热岛强度加强呢？（1）大量观测事实证明，稳定的、气压梯度）大量观测事实证明，稳定的、气压梯度小的天气形势才有利于城市热岛的形成。小的天气形势才有利于城市热岛的形成。（2）卫星资料显示，下垫面温度的城、郊差异）卫星资料显示，下垫面温度的城、郊差异（下垫面温度热岛下垫面温度热岛）都是白昼午间大于夜间，）都是白昼午间大于夜间，但是城市（气温）热岛却是白昼午间小于夜晚，但是城市（气温）热岛却是白昼午间小于夜晚，为什么？产生这种现象的一个主要原因是气象为什么？产生这种现象的一个主要原因是气象条件的昼夜差异。条件的昼夜差异。晴朗天气下，午后晴朗天气下，午后风速风速较大，空气
25、较大，空气层结层结不稳不稳定，城、郊之间空气的水平和垂直方向的混定，城、郊之间空气的水平和垂直方向的混合作用较强，因此城郊气温差别不明显。合作用较强，因此城郊气温差别不明显。到了傍晚和夜间风速减小，空气层结趋于稳到了傍晚和夜间风速减小，空气层结趋于稳定，城、郊之间空气的混合减弱，城、郊气定，城、郊之间空气的混合减弱，城、郊气温的差别才表现出来。温的差别才表现出来。1984年2月26日20时1984年2月26日15时TuTr（3）云量对城市热岛的影响）云量对城市热岛的影响此外，云量的多少亦是影响城市热岛能否形此外，云量的多少亦是影响城市热岛能否形成的一个重要因子。当出现阴天时，没有太成的一个重要
26、因子。当出现阴天时，没有太阳直接辐射到达地表，在仅有散射辐射时，阳直接辐射到达地表，在仅有散射辐射时，城市与郊区下垫面温度的差别不大，没有城城市与郊区下垫面温度的差别不大，没有城市下垫面温度热岛作为基础，就难以形成较市下垫面温度热岛作为基础，就难以形成较强的城市强的城市(气温气温)热岛。热岛。不透水面积不透水面积热性质热性质几何形状几何形状城区鲍恩比大城区鲍恩比大城区储热多，夜间降温慢城区储热多，夜间降温慢3D影响辐射收支影响辐射收支温室效应温室效应夜间雾障夜间雾障白天阳伞白天阳伞下垫下垫面面人为人为热热大气大气污染污染温室温室气体气体天气天气气象气象稳定天气稳定天气风云层结风云层结城城市市热
27、热岛岛成成因因与热岛强度与热岛强度正相关正相关在不同纬度、不同区域气在不同纬度、不同区域气候条件下，不同的城市、候条件下，不同的城市、不同季节和一天中不同的不同季节和一天中不同的时段各因子在热岛形成中时段各因子在热岛形成中所起作用的程度是不同的。所起作用的程度是不同的。因此，在评述不同城市的因此，在评述不同城市的热岛成因时，应对其具体热岛成因时，应对其具体情况进行具体分析，不能情况进行具体分析，不能一概而论！一概而论！内内 容容一、热岛成因一、热岛成因二、热岛特征二、热岛特征和和文献评述（数值模拟、文献评述（数值模拟、实验观测、数据统计分析）实验观测、数据统计分析）三、热岛减缓措施和气候变化适
28、应性三、热岛减缓措施和气候变化适应性CFD数值模拟主研发的CFD代码1-2、AnsysFluent软件3、ENVI-met模型4等1马杰，李晓锋，朱颖心，2013。住区微气候的数值模拟方法研究。太阳能学报，34(12):2133-2138。2YangX,LiY,2015.Theimpactofbuildingdensityandbuildingheightheterogeneityonaverageurbanalbedoandstreetsurfacetemperature.BuildEnviron,90:146-156.3ToparlarY,BlockenB,etal.,2015.CFDsi
29、mulationandvalidationofurbanmicroclimate:AcasestudyforBergpolderZuid,Rotterdam.BuildEnviron,83:79-90.4MaggiottoG,BuccolieriR,etal.,2014.Validationoftemperature-perturbationandCFD-basedmodellingforthepredictionofthethermalurbanenvironment:theLecce(IT)casestudy.EnvironModelSoftw,60:69-83.城市热环境：湍流与辐射的耦
30、合辐射与湍流的耦合CFD数值模拟德国国鲁尔大学学者MichaelBruse4建立了ENVI-met模型，充分考虑了室外微气候的非稳态特性55中尺度1000km+微尺度CFD+城市冠层模式City-scalesimulation(10km)isabigchallengeFive billion grids for Tokyo Bay Area仪器布点观测困难布点观测建筑热力边界难准确描述真实城市空间复杂，难获取高质量的参数化外场实验数据较难建立建筑材质、表面材料和颜色等热力特性参数数据库lMulti-scale simulations were conductedlAnthropogenic h
31、eat is complicatedlBuilding material and parameters have to be simplified.Ashie and Kono (2011)中尺度模拟1000km目前应用较广的、结合了城市冠层影响的两类中小尺度模式是MM5模式(Meso-scaleModelversion5)和WRF(WeatherResearchandForecastingModel)模式。该类模式通常将城市冠层看作具有一定粗糙度、能对大气边界层产生影响(包含动量、热、水汽和污染物等通量)的特殊地表，大多是耦合城市冠层模式与中小尺度模式，或在中小尺度模式中发展城市冠层的参数化
32、方案。Rapid Urban Expansion in PRD and YRD长三角和珠三角的快速城市化长三角和珠三角的快速城市化1993 1993 2003 2003 PRD Area = 41700 km2, Population: 198620million, 2005 50 million YRD Area= 95225 km2, Population: 198630million, 2005 60 millionWang X.M., et al., 2009, Adv. Atmos. Sci. PRDYRDUrbanization Increases both Day- and Ni
33、ght-time 2-m Temperature 城市化导致城市温度上升（城市化导致城市温度上升（2米高处）米高处）Simulation Urban - Simulation PRE-Urban averaged for March 2001PRD has smaller increase of 2-m temperature than YRD YRDPRD中尺度模中尺度模拟拟：可以研究地形和各种：可以研究地形和各种风风的影响的影响For32urbanlandsurfaceschemes,Noindividualmodelperformsbestforallfluxes.Poorchoiceo
34、fparametervaluescancauseamuchworseperformance.Urban canopy model (UCM) can be coupled into meso-scale models, but UCM model requires further evaluation /improvement.建筑密度定义广州迎风面积密度1公里网格分辨率的广州城市冠公里网格分辨率的广州城市冠层数据数据库迎风面积密度平面面积密度城市建筑数据库需要更新：城市扩张和旧城改造66Coupling remote sensing with near-ground measurements
35、 by stationary devices or mobiles 各种测量手段相结合Remote sensing can only measure surface temperature, and depends on surface property data, not easy for vertical TMeasurement of PHEX-08 (美国凤凰城) By mobiles美国凤凰城FromFernadoetal.,(2010)移动式测量+静态布点测量缩尺尺度测量of 4867 2amMay2720082pmMay272008只能测量一侧的建筑表面温度分布of 4868 2
36、 pm2 amBuilding ABuilding B Building C22oC16oC38oC13oC39oC14oCYang and Li, Atmospheric Environment 2009Wide-rangeandhigh-resolutionnetworkmeasurementareexpensive高分辨率城市风温布点观测成本昂贵街区尺度热岛效应或热力过程可影响湍流与污染物扩散但风洞实验难模拟太阳辐射和建筑储热缩尺尺度外场实验可控性好、能满足热力学相似要求缩尺尺度外场实验可控性好、能满足热力学相似要求可为数值模拟提供较好的实验验证数据缩尺尺度城市的储热能力远小于真实城市美
37、国MUST研究租借1012船舶集装箱日本Kanda的COSMO研究采用512个立方体混凝土建筑 (1.5m)低密度城市模型中密度城市模型南装沙中空12.5m12.5m3212000个水泥模型高H=1.2m宽B=0.5m壁面厚1.5cm广州郊区缩尺尺度城市微气象实验（广州郊区缩尺尺度城市微气象实验（GSMUCOM）东东西西高宽比为H/W=3H=1.2mW=0.4mW=0.6m高宽比为H/W=2W=1.2m高宽比为H/W=1H=1.2mH=1.2m不同建筑热容（装沙模型中空模型）实验场地概况实验研究较宽街谷较窄街谷目标：揭示高宽比和建筑热容对街谷湍流和温度时空特征的定量影响英国英国Gill三维三维
38、超声风速仪超声风速仪红外相机40 oC24 oC日本日本R500热电偶测点h3=0.9mh4=1.1mh2=0.6mh1=0.3m纽扣式温湿度传感器测点K型热电偶型热电偶+安捷伦数采安捷伦数采00:0001:0002:0003:0004:0005:0006:0007:0008:0009:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0010:0011:0012:0013:0020:0021:0022:0023:00分析对象：2017年06月26日0时-23时，中空模型高宽比1：1的朝北侧壁40 oC24 oC分析与讨论午夜凌晨中午下午最热时刻晚上上午白天因太阳辐射上午升温，下午3
39、点-4点达到最高温（即能量滞后现象），夜间主要通过长波辐射和对流通风降温。因太阳辐射和建筑储热放热，温度具有明显的日循环特征晴朗天气Summary(1)byGrimmondetal.(2010)Need to evaluate urban land surface schemes inbothofflineandonlinemodeforawiderangeofconditionstoensurethatthemodelsarefitforpurpose.(H)Need to improve short-range high-resolution numerical prediction of
40、 weather, air quality and chemical dispersion in the urban zone throughimprovedmodellingofthebiogeophysicalfeaturesofthelandsurfaceandconsequentexchangeofheat,moisture,momentumandradiation(thesurfaceenergybalance)withtheUBL.(H)Need CFD/LES studies ofwindandpollutanttransportinregimesotherthanskimmin
41、gflowbycoupling wind and buoyancy.(H)Needtoimproveunderstandingoffeedbackmechanismsbetweentheurbanenvironmentalconditionsandhumanactivity.(H)Grimmond CSB,Roth M, et al. 2010. Climate and More sustainable cities: Climate information for improved planning and management of cities. Proc Environ Sc, 1,
42、247-274.Summary(1)byGrimmondetal.(2010)Needtoincorporatemorerealisticairpollutionchemistrymechanisms(forexample,O3titrationaturbancanopylevel)intomodels.(M)Need to further develop multiscale modelling toallowinvestigationssuchastheeffectoflarge-scaleatmosphericturbulenceontheneighbourhoodormicroscal
43、eturbulencebelowthecanopylevels;theinteractionbetweennaturalandartificiallandscapes;theassessmentofstreet-levelcomfort;buildingenergyconsumption;andurbandesign.(M)NeedlaboratoryandCFD/LESstudieswithstructuresthatmorecloselyresemblecitiesthanearlier,idealizedhomogenousarraystoinformmodeldevelopmentfo
44、rurbanRSLturbulence.(M)Grimmond CSB,Roth M, et al. 2010. Climate and More sustainable cities: Climate information for improved planning and management of cities. Proc Environ Sc, 1, 247-274.Summary(2)byGrimmondetal.(2010)Need operational urban meteorological networks and big data (within/aroundtheci
45、ty)withoptimumbalancebetweenresolutionandpracticability,networksthatincludesurface-basedinstrumentation(soilmoistureandair/soil/surfacetemperature)andverticalprofiles(fromwithinthedeepurbancanopylayertothetopoftheboundarylayer)oftemperature,humidity,wind,turbulence,radiation,rainfall,airquality(gase
46、sandparticles,precursorsandsecondary),reflectivityandrefractivity.(H)Need observations over and within a larger range of urban morphologies to establish universal flow and flux characteristics.Needtoensurethattherearelong-termdatasets(ratherthanshort-term)thathavewidespatialrepresentativeness.Theexi
47、stinglong-termmeasurementstationsshouldbepreserved.(H)NeedtomeasurefluxesofCO2usingeddycovarianceapproachcombinedwithisotopicanalysistodeterminenotonlythesizesofthesefluxesbutalsotoidentifyemissionsources(forexample,backgroundconcentration,gasolinecombustion,naturalgascombustionandrespiration)toeval
48、uate the role of cities on the earthatmosphere carbon exchange.(H)Summary(3)byGrimmondetal.(2010)Needtoundertakemeasurementstudiestovalidatequantitativeestimatesofanthropogenicheatandmoistureemissionsandimproveestimationtechniquesatarangeofscalesstartingwiththeindividualbuildingwheremeasurementscanc
49、losetheenergybudgetofacontrolvolume.(M)NeedsimultaneousmeasurementsofflowpropertiesatvarioussitesandlevelstobetterstudycoherentstructuresandintermittentventilationprocesseswithintheRSL.(M)Needtobetterassessurbansurfacecharacteristics(forexample,emissitivitytodevelopmethodstocorrectforthermalanisotro
50、py),anddeterminefluxesfromremotesensing.(M)Needtoexploretheuseofnewmeasurementtechniquesincludingtheuseofremote-sensingtechnologiesandsmaller,moremobileandaffordableinstruments.(M)83香港大学李玉国教授（Alice和杭建拍摄制作）二、二、UHIs特征特征1.UHI 强度描述强度描述2.UHI 周期性和非周期性变化周期性和非周期性变化3.UHI 地区差异地区差异4.UHI 垂直结构垂直结构1、描述、描述UHIs城市热岛
51、研究可从两个方面入手：城市热岛研究可从两个方面入手：l同一时间城郊气温对比，城市热岛强度：同同一时间城郊气温对比，城市热岛强度：同一时刻，同一高度（通常是离地面一时刻，同一高度（通常是离地面1.5m高处）高处），城市中心区气温和郊区气温差。，城市中心区气温和郊区气温差。如何选取如何选取代表站点，这是一个问题！代表站点，这是一个问题！l同一城市不同发展阶段气温的前后对比。同一城市不同发展阶段气温的前后对比。这这是热岛吗？区域气候变化的影响如何滤除？是热岛吗？区域气候变化的影响如何滤除？（1）、城郊气温对比方法）、城郊气温对比方法地名位置最大热岛强度Madras沿海4.0Vijayawada内陆2
52、.0Visakhapatnan 沿海0.6Pune内陆10.0Bombay沿海9.5Calcutta内陆4.0Bhopal内陆6.5NewDelhi内陆6.0印度若干城市热岛强度印度若干城市热岛强度如何选取代表性的城郊站点如何选取代表性的城郊站点l没有统一的选取站点标准，常用方法如下：没有统一的选取站点标准，常用方法如下：l城市中心区选一个，郊区选一个；城市中心区选一个，郊区选一个；l城市中心区选若干个，郊区选若干个；城市中心区选若干个，郊区选若干个；l整个城区站点平均，整个郊区站点平均；整个城区站点平均，整个郊区站点平均；l整个城区面平均，整个郊区面平均；整个城区面平均，整个郊区面平均；l注
53、意站点的海拔高度问题！例如站点高差超注意站点的海拔高度问题！例如站点高差超 过过100m则不选。则不选。（2）、城市气温的历史前后对比）、城市气温的历史前后对比l采用同一城市在其发展前后气温对比的方法，采用同一城市在其发展前后气温对比的方法，为了滤去同一时期大气候因素所造成的气温为了滤去同一时期大气候因素所造成的气温历史变化，历史变化，可以采用在相似区域气候条件下可以采用在相似区域气候条件下的郊区同期气温的变化作为参考。的郊区同期气温的变化作为参考。年份年份年平均气温年平均气温差差值值上海台上海台（市区）（市区） 上海上海县县（近郊）（近郊） 松江松江（远远郊）郊）1960196415.961
54、5.8415.800.120.160.041965196915.5415.3615.240.180.300.121970197415.4815.2815.260.200.220.021975197915.8815.6215.680.260.20-0.061980198415.7215.2615.280.460.44-0.021985198915.9615.4415.340.520.620.10上海上海19601989年气温的变化（年气温的变化（）概况来说，方法：用概况来说，方法：用实际观测资料减去再实际观测资料减去再分析资料，用于分析分析资料，用于分析下垫面温度的变化，下垫面温度的变化，从而考
55、察城市化及土从而考察城市化及土地利用类型变化所导地利用类型变化所导致的温度变化！致的温度变化！难点：大数据，难确难点：大数据，难确定站点的确切位置、定站点的确切位置、周边环境变化或是否周边环境变化或是否搬迁过搬迁过Impact of urbanization and land-use change on climate Eugenia Kalnay & Ming CaiUniversity of Maryland, College Park, Maryland 20770-2425, USANATURE |VOL 423 | 29 MAY 2003 | T为温度（为温度（）；）；e为水汽压（
56、为水汽压（hPa）。）。Park对汉城：（对汉城：（热岛强度和风速的统计回归热岛强度和风速的统计回归）另外，当风速大于某一值时，热岛现象将消失，另外，当风速大于某一值时，热岛现象将消失，这一风速值称为这一风速值称为临界风速临界风速：其中其中P为城市人口数。为城市人口数。热岛强度和气温直减率热岛强度和气温直减率Ludwig的统计结果：的统计结果：人口小于人口小于50万的城市：万的城市：人口人口50200万城市：万城市：人口大于人口大于200万城市：万城市：为城区地面温度直减率，为城区地面温度直减率，/hPa热岛强度和太阳辐射等因子的统计回归热岛强度和太阳辐射等因子的统计回归Nkemdirim，加
57、拿大，卡尔加利，加拿大，卡尔加利为空调的能耗（百万立方英尺为空调的能耗（百万立方英尺/小时；小时；为车流量（当时车流量占全天车流量的比例）；为车流量（当时车流量占全天车流量的比例）；为风速（为风速（ms1）；）；为云量（占全天面积的百分数）；为云量（占全天面积的百分数）；气温直减率（气温直减率（/100m）；）；为近郊机场气温（为近郊机场气温（），代表当地区域气温。），代表当地区域气温。热岛强度和当时天气系统：热岛强度和当时天气系统：广州城市热岛出现时地面天气系统百分率广州城市热岛出现时地面天气系统百分率月份月份强强热岛热岛中等中等强强度度热岛热岛弱弱热岛热岛1变变性高性高压压脊控制脊控制10
58、0%变变性高性高压压脊、脊、锋锋前前暖区各占暖区各占85.7%,14.3%变变性高性高压压脊、脊、锋锋前暖区各占前暖区各占75%,25%4变变性高性高压压脊控制脊控制100%无无静止静止锋锋、变变性高性高压压脊、冷脊、冷锋锋各占各占46.2%,30.7%,23.1%7副高副高83.3%,台台风风外外围围16.7%副高副高80%,台台风风外外围围20%副高副高89.2%,冷冷锋锋、低低压压台台风风外外围围各各3610变变性高性高压压、副高、副高、锋锋前前暖区各占暖区各占 64.4%,28.6%,7.0%变变性高性高压压、锋锋前暖前暖区、副高各占区、副高各占50%, 30%, 20%副高、副高、锋
59、锋前暖区、前暖区、变变性高性高压压各各38.5%,23%强热岛：秋冬季强热岛：秋冬季春夏季春夏季弱热岛：弱热岛：无热岛：无热岛：2、热岛周期性和非周期性变化、热岛周期性和非周期性变化日、周、季节周期变化、非周期变化日、周、季节周期变化、非周期变化（1）、）、UHI日变化日变化大量观测资料表明：大量观测资料表明：l在晴稳天气条件下，城市热岛强度大都是夜在晴稳天气条件下，城市热岛强度大都是夜晚强，白昼午间弱。晚强，白昼午间弱。lOke曾根据中纬度大量实测记录归纳为在曾根据中纬度大量实测记录归纳为在“理想状态理想状态”下（城、郊地形平坦，天气晴朗，下（城、郊地形平坦，天气晴朗，风小）城郊气温日变化、
60、气温逐时增减率和风小）城郊气温日变化、气温逐时增减率和城市热岛强度日变化的模式曲线。城市热岛强度日变化的模式曲线。在理想状态下城市与郊区在理想状态下城市与郊区 a气温日变化，气温日变化，b 气温逐时增气温逐时增减率；减率；c 城市热岛强度的日变化曲线城市热岛强度的日变化曲线（2）、）、UHI周变化周变化l世界上很多国家统一规定周末为休假日，多世界上很多国家统一规定周末为休假日，多数工厂停工，机动车流量也比工作日要小得数工厂停工，机动车流量也比工作日要小得多。因而城市区域污染物的排放量大大减少，多。因而城市区域污染物的排放量大大减少，人为热也相应减少，从而导致工作日热岛强人为热也相应减少，从而导
61、致工作日热岛强度大于周末。度大于周末。（3）、）、UHI季节变化季节变化l热岛强度的季节变化十分复杂，主要视区域热岛强度的季节变化十分复杂，主要视区域气候条件和城市人为因素而异，没有一定的气候条件和城市人为因素而异，没有一定的模式。模式。l（1）赤道湿润气候区，全年湿热，在热带）赤道湿润气候区，全年湿热，在热带沙漠气候区全年高温干旱，其气温和降水的沙漠气候区全年高温干旱，其气温和降水的季节变化很小，所以热岛强度的季节变化也季节变化很小，所以热岛强度的季节变化也很小。很小。l（2）热带干、湿季气候区一年中气温的年）热带干、湿季气候区一年中气温的年振幅虽然不大，但降水的季节变化却十分显振幅虽然不大
62、，但降水的季节变化却十分显著。如，墨西哥城市热岛主要出现在干凉季著。如，墨西哥城市热岛主要出现在干凉季节的夜间，在湿季和白昼并无热岛现象。节的夜间，在湿季和白昼并无热岛现象。l（3）副热带和温带季风气候区城市热岛强）副热带和温带季风气候区城市热岛强度以冬季和秋季为最强，夏季和晚春为最弱。度以冬季和秋季为最强，夏季和晚春为最弱。如我国的广州（南副热带）、上海（北副热如我国的广州（南副热带）、上海（北副热带）和北京（暖温带）。带）和北京（暖温带）。l（4）西欧和北美中纬度城市热岛强度却大）西欧和北美中纬度城市热岛强度却大都是夏秋强冬季弱，与季风气候区完全不同。都是夏秋强冬季弱，与季风气候区完全不同
63、。冬季云量大，夏季云量小，是产生热岛强度冬季云量大，夏季云量小，是产生热岛强度夏强冬弱的主要原因。夏强冬弱的主要原因。l（5）寒温带气候区因冬季太阳辐射微弱，）寒温带气候区因冬季太阳辐射微弱，城区为了人工取暖，大量使用能源，人为热城区为了人工取暖，大量使用能源，人为热的排放量在冬季很大，因而热岛强度也以冬的排放量在冬季很大，因而热岛强度也以冬季为最强。季为最强。（4）、）、UHI非周期变化非周期变化l城市热岛强度还因气象条件和人为因素不同城市热岛强度还因气象条件和人为因素不同而出现明显的非周期性变化。气象条件中以而出现明显的非周期性变化。气象条件中以风速、云量、太阳直接辐射、低空气温直减风速、
64、云量、太阳直接辐射、低空气温直减率等最为重要，在人为因素中则以空调耗热率等最为重要，在人为因素中则以空调耗热量和车流量两者关系最密切。量和车流量两者关系最密切。l不同学者曾对不同学者曾对热岛强度和气象因子热岛强度和气象因子的关系进的关系进行统计回归，得到了不同的经验公式，兹举行统计回归，得到了不同的经验公式，兹举例如下：例如下：综上所述，热岛强度非周期变化虽有不同，综上所述，热岛强度非周期变化虽有不同，但基本上都是与风速、云量、气温直减率但基本上都是与风速、云量、气温直减率和区域气温成负相关，与人为热成正相关。和区域气温成负相关，与人为热成正相关。夜晚热岛强度与当天白昼太阳直接辐射日夜晚热岛强
65、度与当天白昼太阳直接辐射日总量成正相关，强热岛大多出现在高压型总量成正相关，强热岛大多出现在高压型天气下。天气下。3、UHI地区差异地区差异（1） 最大热岛强度和城市人口数量的相关最大热岛强度和城市人口数量的相关Oke根据北美根据北美18个城市和欧洲个城市和欧洲11个城市的资料，得到：个城市的资料，得到：北美：北美：欧洲：欧洲：（2） 热岛强度和土地利用类型的相关热岛强度和土地利用类型的相关Park对汉城的研究：对汉城的研究：1，商业用地和工业用地；，商业用地和工业用地；2，住宅用地；，住宅用地；3，农业用地；，农业用地；4，绿地；，绿地；5，水域。分别用，水域。分别用 代表每块用地中代表每块
66、用地中各类用地占的百分比，由此求出每小块面积上的气温距平值各类用地占的百分比，由此求出每小块面积上的气温距平值 （相当于热岛强度）：（相当于热岛强度）：（3）热岛强度和城市不透水面积的相关热岛强度和城市不透水面积的相关Park对日本和韩国城市的研究：对日本和韩国城市的研究：适用于韩国：适用于韩国：适用于日本：适用于日本：另外，热岛强度和城市建筑物密度、城市下垫面几何形状、另外，热岛强度和城市建筑物密度、城市下垫面几何形状、街道的走向、街道两侧建筑物高度以及城市的布局形状等因街道的走向、街道两侧建筑物高度以及城市的布局形状等因素也有密切相关素也有密切相关4、UHI垂直结构垂直结构不同城市热岛的垂
67、直结构不尽相同，但在某不同城市热岛的垂直结构不尽相同，但在某些方面存在一定共性，些方面存在一定共性，Oke曾对中纬度大城市曾对中纬度大城市在在夏季、晴天、微风天气条件下城市边界层夏季、晴天、微风天气条件下城市边界层的热力结构的热力结构进行了概括。进行了概括。白天太阳辐射强烈时静小风夜晚风大时空气位温的定义Thepotential temperatureofaparcelofairatpressureisthetemperaturethattheparcelwouldacquireifadiabaticallybroughttoastandardreferencepressure,usually
68、1000millibars.Thepotentialtemperatureisdenotedand气体从原有的压强与温度出发，绝热膨胀或压缩到标准压强时(p0=1000mb)的温度。可用来比较不同气压下的气体热状态。比绝对温度更有意义 is constantif dry adiabatic (no heating, cooling, evaporation, condensation)位温位温potential temperatureLapse rate大气温度垂直梯度空气空气层结稳层结稳定性的判据定性的判据(stratification stability)AC (中性)BT0T0 - dT
69、T0 + dTz0 + dzz0 - dzz0（1）白天午后（约在）白天午后（约在1415时），城市和郊区气温垂直时），城市和郊区气温垂直分布形式差异不大，在近地面都有一个薄的不稳定层，在分布形式差异不大，在近地面都有一个薄的不稳定层，在此之上位温不随高度变化。城区混合层厚度此之上位温不随高度变化。城区混合层厚度（0.51.5km）比郊区略大。在混合层之上是稳定层结。）比郊区略大。在混合层之上是稳定层结。此时热岛强度不大，但是城市增温影响所及高度要比夜间此时热岛强度不大，但是城市增温影响所及高度要比夜间大。大。（2）夜间地面气温热岛强度比白天午后大。城市与郊区）夜间地面气温热岛强度比白天午后大
70、。城市与郊区温度垂直分布完全不同。上风向郊区因长波辐射冷却出现温度垂直分布完全不同。上风向郊区因长波辐射冷却出现接地逆温，层结十分稳定；而城市中心仍有一浅薄的不稳接地逆温，层结十分稳定；而城市中心仍有一浅薄的不稳定层结，其混合层高度定层结，其混合层高度(0.10.3km)远比白天为低。远比白天为低。（3）城市中心气温垂直梯度的昼夜变化比较小，而郊区）城市中心气温垂直梯度的昼夜变化比较小，而郊区的昼夜变化却很大。的昼夜变化却很大。（4）夜晚，城市中心气温垂直廓线与上风向郊区大不相）夜晚，城市中心气温垂直廓线与上风向郊区大不相同，在一定高度出现交叉现象（同，在一定高度出现交叉现象（即在该高度上，城
71、市气温即在该高度上，城市气温低于郊区气温低于郊区气温）。城市热岛强度在近地面最大，随高度增）。城市热岛强度在近地面最大，随高度增加而减小。过交叉点后，城市气温反而低于郊区。加而减小。过交叉点后，城市气温反而低于郊区。Crossover effectUHI 垂直结构与风的关系垂直结构与风的关系城郊对比城郊对比历史对比历史对比气象站、卫星气象站、卫星资料、数值模式资料、数值模式人口、土地人口、土地利用类型利用类型随高度递减随高度递减描述描述周期周期性性垂直垂直结构结构地区地区差异差异城城市市热热岛岛特特征征日周季节日周季节非周期非周期气象因子气象因子如夜强昼弱如夜强昼弱三、三、UHIs 减缓措施和
72、适应减缓措施和适应城市热岛的形成原因，通常被归结为多因素的综合影响人为热源的增加、不透水路面和建筑储热的增加（竹子木材房子？）太阳辐射吸收量的增加（高宽比-天空视角因子、白色屋顶？）城区通风能力的降低（垂直湍流交换+水平稀释）、蒸发冷却源的减少（绿化、水体、透水表面）温室气体效应等。城市热环境也影响光化学反应，例如臭氧污染http:/ 估计值的标准差为估计值的标准差为0.92Skyviewfactor天空视角因子这个模型太简单这个模型太简单！L1LOWindreductionOpenspaceL2WindL1LOWindreduction3.3H6H?无风时，公园绿化为冷却源L2WindWin
73、d合理的公园设计(草坪、树木)和通风廊道(河流、湖泊)？城市热岛与城市绿化合理绿化可改善行人区热环境但不利于污染物扩散Surfaceenergyfluxes,Vancouver,B.C.UrbanparkscoolclimateCoolingeffectofparksincreaseswithparksizeUrbandesigntomitigateclimatewarming131绿化降温效应132数值模式试验的几种情况数值模式试验的几种情况绿色屋顶地面绿化人为热13314:00时温度差（反照率0.12-0.25) 14:0014:00时时10m10m高处水平面位温差分布（高处水平面位温差分
74、布（）等值线数字建筑物反照率等值线数字建筑物反照率0.120.12时位温建筑物反照率时位温建筑物反照率0.250.25时位温时位温建筑物反照率建筑物反照率0.12 0.12 树木叶面指数树木叶面指数5.0 5.0 草地叶面指数草地叶面指数2.0 2.0 无屋顶绿化无屋顶绿化 反照率越大，温度越低，增大反照率可减小城市热岛反照率越大，温度越低，增大反照率可减小城市热岛14:00时温度差（屋顶绿化有-无） 14:00 14:00时时10m10m高处水平面位温差分布（高处水平面位温差分布（）等值线数字屋顶绿化时位温屋顶无绿化时位温等值线数字屋顶绿化时位温屋顶无绿化时位温建筑物反照率建筑物反照率0.1
75、2 0.12 树木叶面指数树木叶面指数5.0 5.0 草地叶面指数草地叶面指数2.0 2.0 屋顶绿化叶面指数屋顶绿化叶面指数2.02.0屋顶绿化，可降低城市温度屋顶绿化，可降低城市温度14:00时温度差（叶面指数10.0-5.0) 14:0014:00时时10m10m高处水平面位温差分布（高处水平面位温差分布（）等值线数字树木叶面指数为等值线数字树木叶面指数为10.010.0时位温树木叶面指数为时位温树木叶面指数为5.05.0时位温时位温建筑物反照率建筑物反照率0.12 0.12 树木叶面指数树木叶面指数10.010.0 草地叶面指数草地叶面指数2.0 2.0 无屋顶绿化无屋顶绿化 增大树木
76、绿化，可降低或增大城市空气温度增大树木绿化，可降低或增大城市空气温度世界世界2/3的能源消耗发生在城市的能源消耗发生在城市全世界总能耗：2013年中国占22%，美国占16%，其他国家占62%。三大能耗：建筑能耗、交通能耗、工业能耗2013年中国能耗比例：交通34%，建筑28%，工业38%；建筑能耗中取暖和空调占65%，热水占15%，做饭占6%，照明或其他设备14%。（原因：工业发展、汽车增多、人民生活水平提高）美国的建筑能耗占其总能耗的41%DatasourcesChinastatisticalyearbook2014;U.S.Buildingenergydatabook2011人均居住面积美
77、国中国每100个家庭的空调数量人均建筑能耗：2001年中国为美国的7%，2010年提高到12%。中国美国美国美国United States 15,094,400 人均人均48373美元美元中国中国China (PRC) 7,484,070 人均人均 5670美元美元2012年世界各国GDP排名欧盟欧盟27国国 17,597,655 人均人均34982美元美元碳强度碳强度 美国美国 3.57百万公吨百万公吨/万美元万美元 EU27 2.14百万公吨百万公吨/万美元万美元 中国中国 12.69百万公吨百万公吨/万美元万美元人口、能源、气候变化、城市与建筑除了全球变暖和海平面上升外，21世纪高温、热
78、浪以及强降水频率可能增加，热带气旋（台风和飓风）强度可能加强。报告同时指出，导致气候变化的原因90%以上是人为因素造成的。气候变化对社会经济发展、人民生命财产安全和生活环境等方面的影响日益加深。如何减少温室气体排放，降低气候变化的速率和如何减少温室气体排放，降低气候变化的速率和幅度，同时应对和适应气候变化可能带来的不利幅度，同时应对和适应气候变化可能带来的不利影响，已经成为全球最受关注的问题之一。影响，已经成为全球最受关注的问题之一。IPCCAR5人类影响人类影响“极其可能极其可能”是世纪中期以来全是世纪中期以来全球气候变暖的主要原因，可能性在以上。球气候变暖的主要原因，可能性在以上。 201
79、3 2013年年 Extremely likely Extremely likely（极为可能）（极为可能）95%95%之前三次评估报告分别于之前三次评估报告分别于: :年年, ,以上以上年年, ,以上以上年，年，9 9以上。以上。在在2011年全球年全球34亿吨亿吨CO2排放量中最排放量中最大的排放国家和地区是：大的排放国家和地区是： 中国（中国（29） 美国（美国（16） 欧盟（欧盟（11） 印度（印度（6） 俄罗斯联邦（俄罗斯联邦（5） 日本（日本（4）人均二氧化碳排放量AR5RCP定义:辐射增温RCPRCP定义定义 2.6 4.5 6 8.52.6 4.5 6 8.5到到2100210
80、0年辐射能年辐射能 2.6 4.5 6 2.6 4.5 6 8.5 8.5 模拟的模拟的COCO2 2浓度浓度 421ppm 538ppm 670ppm 936ppm421ppm 538ppm 670ppm 936ppm如果人类放任污染，最糟糕的情况就是如果人类放任污染，最糟糕的情况就是RCP8.5从现在开始支持减碳，降低污染，最佳的情从现在开始支持减碳，降低污染，最佳的情况就是况就是RCP2.6RCP定义:辐射增温RCPRCP定义定义 2.6 4.5 6 8.52.6 4.5 6 8.5到到21002100年辐射能年辐射能 2.6 4.5 6 2.6 4.5 6 8.5 8.5 模拟的模拟的
81、COCO2 2浓度浓度 421ppm 538ppm 670ppm 936ppm421ppm 538ppm 670ppm 936ppm如果人类放任污染，最糟糕的情况就是如果人类放任污染，最糟糕的情况就是RCP8.5从现在开始支持减碳，降低污染，最佳的情从现在开始支持减碳，降低污染，最佳的情况就是况就是RCP2.6RCP8.5RCP2.6海水的热膨胀和冰川消融将导致海平面上升海水的热膨胀和冰川消融将导致海平面上升,其其幅度很可能超过幅度很可能超过1971-2010年的升高幅度年的升高幅度RCP8.5RCP2.6Projected number of hot days (30) and heavy
82、rainfall (100mm/day) by the 16 high resolution GCM (Hasumi et al., 2004)预测的高温日数预测的高温日数(30)(30)和暴雨频率和暴雨频率(100mm/(100mm/天天) )当前2050年寒温带针叶林面积可寒温带针叶林面积可能显著减少，温带草能显著减少，温带草原可能北移且面积减原可能北移且面积减少，温带荒漠向东扩少，温带荒漠向东扩展。展。未来主要植被类型分布可能发生明显变化未来主要植被类型分布可能发生明显变化未定义温带森林草原热带季风雨林亚热带常绿阔叶林暖温带落叶阔叶林温带针叶阔叶混交林寒温带针叶林温带草原温带荒漠西藏高山
83、植被对城市和建筑的适应性，也应重视全球变暖与城市-建筑的适应性思考对穷人、发展中国家威胁更大减小城市规模，降低建筑能耗、提高能源效率有助于减缓全球变暖（超大城市不可取、城市群问超大城市不可取、城市群问题题）如果全球变暖不可抑制，可通过改变城市规划和建筑设计，提高城市与建筑对全球变暖趋势的适应性（建筑密度、通风廊道及绿化水体、维护结构、建筑材料、暖通空调系统等）人口问题、能源问题、健康问题是21世纪重要问题，中国二胎政策，印度和非洲人口问题。WhatisthermalcomfortCourtesyofInnovahttp:/www.innova.dkMetandcloCourtesyofInno
84、va着装热阻新陈代谢率美国暖通工程师学会（ASHRAE）对热舒适的定义建立在人体热平衡理论基础上，即人体热量得失达到平衡，并且皮肤温度和出汗速率维持在舒适的范围内。目前国内外针对室内热目前国内外针对室内热 舒适性舒适性的研究已较为成熟，而室外热舒适性的的研究已较为成熟，而室外热舒适性的研究还研究还 处于发展阶段处于发展阶段室内热舒适PMV定义人体舒适状态是由许多因素决定的，而人体热舒适主要与人体的活动状态、衣着、空气温度、气流速度、湿度和平均辐射温度等相关。热舒适性一般采用预测平均热反应指标PMV(PredictedMeanVote)评价，PMV共分为7级，如表2-1所示。PMV指标是基于人体
85、热平衡提出，当人体内部产热与外部环境换热相等时，人体达到热平衡状态。在热中性环境中，人体体温调节系统会自动改变皮肤温度和汗液分泌来维持热平衡。PMV指标代表了对同一环境绝大多数人的冷热感觉，因此可用PMV指标预测热环境下人体的热反应。ThePMV-PPDmodelPMV=exp(Met)*L热冷中性PPD为不满意程度室内通风与热舒适性举例Oke, Boundary layer climate, 1987室内热舒适和室外热舒适的区别相对于稳定的室内热环境，室外多变的环境条件为研究带来了诸多困难，再加上不同地区的文化习惯、心理期望、活动着装等因素的差异，使得室外热舒适性的研究要比室内复杂得多室外气
86、象观测室外气象观测Meteorological measurement室外热舒适性风、温、湿、辐射遮荫、人的行为（打伞、脱衣等）Human thermal comfort （人体热舒适）（人体热舒适）: Thermal Sensation Vote (TSV)室外热舒适性投票室外热舒适性投票Adapted from Tse et al. 2005Universal Thermal Climate Index (UTCI)通用热气象指数Jendritzky et al. 2012中等热生理等效温度PET(physiologicalequivalenttemperature)标准有效温度(Stan
87、dardEffectiveTemperature,简称SET*）大部分的热舒适性指标基于等效温度的概念，以温度为输出单位反映人体热感觉，并建立与不同热感觉相对应的温度区间。从表可以看出WCI/WCT适用于偏冷气候，有热应力指数（HSI）、湿球黑球温度（WBGT）、不舒适指数（DI）、热指数（HI）、湿度指数（Humidex）、SET*适用于偏热气候。PET、PT、PST、UTCI的热感觉分区较为完整，适用的温度范围也较广。热舒适性指标涉及的环境和人体参数是评价指标的重要方面。表1对上述涉及的热舒适性指标所包含的变量进行了整理。通过对比发现在早期冷热风险指标中，WBGT、AT、TS对环境参数的考
88、虑较为全面，而其余两类指标在此基础上增加了对人体参数的考虑。Climate zones in China：南方更注重通风、降温；北方同时注意通风和风害、保温问题 Cold regionsCold regionsHot summer Cold winter regionsHot summer Warm winter regionsSevere cold regionsSevere cold regionsWarm regions室内、室外热舒适的适应性一个地区的热中性温度会随着气候带的不同而有所差别。过去研究表明，广州校园的热中性温度为24oC左右。研究也发现处在亚热带地区的广州校园，80%受访者可接受温度上限为31.1oC(SET*)，较台湾地区的可接受温度上限低(SET*:34.7oC)。广州夏季自然通风建筑中的热中性温度为28.1oC，与热带地区(泰国和新加坡)的28.5oC较相近，但较同是亚热带的布里斯班高(25.6oC)。对比其他气候带，亚热带和热带的居民夏季热中性温度较高,更能应湿热环境不同气候区人群的室内、室外热舒适的适应性不同气候区人群的室内、室外热舒适的适应性Theend
