城市下墊面

下墊面是氣候形成的重要因素，是指在熱量、動量和水汽交換過程中與大氣相互作用的地球表面(土壤、草地、水體等)，下墊面性質對大氣溫度、濕度、風等有很大影響。城市氣候的形成與原有下墊面性質改變和人類活動強度密切相關，城市下墊面是導致城市氣候形成的直接原因。

基本介紹

• 中文名：城市下墊面
• 外文名：Urban underlying surface
• 地位：城市下墊面是城市氣候的重要因素
• 景觀意義：構成城市獨有的景觀組分和格局
• 下墊面影響：水分、熱力學、動力學影響
• 人為影響：城市人為施放熱

簡介

下墊面是氣候形成的重要因素，是指在熱量、動量和水汽交換過程中與大氣相互作用的地球表面(土壤、草地、水體等)，下墊面性質對大氣溫度、濕度、風等有很大影響。城市氣候的形成與原有下墊面性質改變和人類活動強度密切相關，城市下墊面是導致城市氣候形成的直接原因。

城市下墊面的景觀格局

從景觀生態學的角度看，各種類型的城市下墊面(包括人工建築、水面、綠地等)的空間形態和結構布局構成了城市的景觀格局，其特徵一般可從景觀組分和景觀格局兩個層次分析。景觀組分層次的研究強調某種下墊面類型對大氣環境影響的物理效應而景觀格局層次的研究更注重景觀組分的空間組合效應，包括若干下墊面斑塊的組合效應及整個城市景觀的布局效應。另外，城市化的推進加劇了土地利用方式和密集的社會經濟活動，導致城市能源消耗和人為釋放熱量的増大，對氣候產生了重大的影響。

城市下墊面性質變化及其影響

下墊面是氣候形成的重要因素，人類活動對氣候的影響首先通過改變下墊面性質來實現。由於城市的人口和社會經濟活動的聚集效應，使城市建設不斷向郊區、空中和地下擴展，使原來的林地、草地、農田、牧場、水塘等郊區生態環境改變為水泥、瀝青、磚石、玻璃、金屬等材料建造起來的人為地貌體。這些物質堅硬、密實、乾燥、不透水，其形態、剛性、彈性、輻射、比熱容等物理、化學和幾何性狀都與原有植被覆蓋的疏鬆土壤或空曠荒地、水域等自然地表不同，人工鋪砌的道路縱橫交錯，建築物鱗次櫛比參差不齊，從根本上改變了城市下墊面的熱力學、動力學及水循環特徵，從而影響到城市中的各個氣候因子。

下墊面對水分循環的影響

下墊面水分循環主要是指蒸發、蒸騰、凝結、透水、貯水和徑流的性能。

城市除少量綠地外，大部分面積為道路、廣場和建築物所占據，不透水地面的面積遠比郊區大。城市中雨水很快從排水管道流失，使得同樣降雨條件下的地表徑流與河川徑流增加，降雨到洪峰形成的時間縮短，流量增加，並由此造成城市河道的防洪壓力加大，徑流對河道的沖刷侵蝕作用增強。不透水表面還嚴重阻隔了地表水循環過程，削弱降雨下滲對地下水的補給，導致城市化連片地區的地下水位下降和地面下沉。另一方面，由於不透水表面取代了原來的土地覆蓋類型，蒸發和蒸騰散熱減少，導致城市感熱通量在能量平衡中占較大比重。

現代城市都有良好的排水系統，不論是雨水或廢污水都可經過排水系統迅速排放以避免城市積水。由於水分停留時間縮短，城市環境的濕度調節機能和蒸發散熱效果均大幅降低，這是造成城市高溫乾燥的主要原因

下墊面的熱力學影響

下墊面的熱力學特性指比熱容、熱容量、導熱率、吸熱、反射、透射和蓄熱能力等。城市建築物與街道由石材、磚頭、瀝青、混凝土等熱容量大的建材構成，形成巨大的蓄熱體。白天城市下墊面的物質使城市對太陽輻射的反射比郊區小，導熱率和熱容量比郊區大，蓄熱能力比郊區強。夜間城市密集的建築群對紅外輻射相互吸收彼此反射，也具有較強的蓄熱能力。建築物的幾何形狀對城市冠層能量存貯與動量傳輸影響顯著，平地的太陽帽射可直接由地面反射回空中，但有建築物時部分太陽輻射經建築物表面反射到地面，不僅建築物表面吸收了短波輻射能量，地面也吸收了一部分建築物表面的反射並再次反射。地表、建築物、天空三者之間的多次吸收與反射形成了城市建築的輻射截獲效應。這些均導致城市下墊面的儲熱量顯著高於郊區。

下墊面的動力學影響

影響氣流的下垂面動力學特性主要指摩擦、阻滯、抬升等作用。城市中建築物參差錯落，形成許多高寬比不同的街谷。建築物分布密度與城市湍流摩擦速度的關係密切，無建築物時摩擦速度較小，湍流動量較小；隨古建築物密度的增加摩擦速度增大、湍流動量增大但當建築密度超過一定程度時摩擦速度又開始減小，湍流動量減小。總體上在城市街谷中風速較小不易散熱，這些都導致了城市的氣溫高於郊區。總之，城市建築與設施從根本上改變了下墊面的動力學特徵，使城市下墊面粗糙度比郊區大，風速減小且風向不穩定。

城市人為釋放熱及其影響

人為釋放熱是指人類生產、生活以及生物新陳代謝所產生的熱量。城市由於人口、生產和交通集中，在消耗大量能源的同時排放出不少廢熱，加上空調、取暖等生活耗能散熱使城市增加了許多額外熱量收人。尤其在冬季和高緯度、高海拔城市，有時甚至可以超過太陽輻射帶來的熱量。在人員密集的室內空間，人體新陳代謝散熱也相當可觀。

城市中的人為熱源很多，主要有工業機器、機動車輛、建築照明、供暖與空調設備、爐灶與鍋爐等，經濟活動集中和消費水平較高使得各種能源的消耗量大增。根據能量守恆原理，這些能源的使用最終都會產生熱量。人為釋放熱晝夜不停，環境條件不良時差至在夜間也無法消散。夏季高溫迫使城市更加依賴空調降溫使廢熱散發增加，形成一種廢熱性公害。