城市设计与气候学
1、城市气候学的定义
在全球气候变暖、环境污染引发种种“城市病” 这一时代背景下，诞生了一门与城市发展利益攸
关的应用学科——“城市气候学”。这是一门将
气候学的基本理论直接应用于城市的经济、社会
和生态建设各部门的一门实用性科学。
2、影响城市气候的因素
城市除了受当地纬度、大气环流、海陆位置、地 形等区域气候因素的作用外， 还受人类(生产与 生活)活动中放出热量及水汽的影响，因而形成有
在相近的城市密度下，通风条件可能大相径庭。
无论是街道两边还是城市街区内部的建筑间距， 都会大大地影响室内外通风条件。如果建筑高度 相同，那么建筑间距越小，城市风速就越低；如 果土地覆盖格局相同，则建筑物越高，近地面风
速越小。
1951~ 1956~ 1961~ 1966~ 1971~ 1976~ 1955 1960 1965 1970 1975 1980 3.6 3.2 3.2 3.1 3.1 3.0
别于近郊区和乡村的局地气候。通常我们称之为
城市气候。
城市气候所涉及的范围主要包括三个部分: 即城 市覆盖层、城市边界层和市尾烟气层。
城市气候生态面临的主要问题 （1）大气污染导致灰霾天气增多 （2）酸雨频率加大
城市大气污染
酸雨过后被毁坏的森林
城市气候所波及的范围
城市气候所波及的范围
在城市高强度的经济活动中,消耗大量能源。据统
高层建筑——尤其是那些在城市肌理的特定位置 上高于其周围屋面的建筑物——会极大地增强街 道上步行层面的气流模式。假设有一条垂直于风 向的街道，在其下风一侧有一栋高层建筑与一些 较低的建筑并置，那么高层建筑的迎风面上就会 形成一个高气压，产生很强的下沉气流。假如在 该街道的上风侧，一定距离之外存在另一栋高层 建筑，那么一个低气压 (吸力)就在这第二栋建筑 物的背风面上形成。由此，该街道上就产生了一 服强气流，从压力点流向吸力点，然后再上升。 然而，如果选址不当，例如将高层建筑集中布置 在社区的上风处，这些高层建筑就会挡风，并且 轻微地降低其影响区内的风速。
吉沃尼的两日测量研究
沙林、霍夫曼的研究
较高的城市密度能够削减到达街道表面的太阳光能，同时增大 吸收太阳辐射的实体数量及其表面积，从而有效地降低城市的 日间最高气温
（2）城市密度和风速
一般来说，城区中较高的建筑密 度会降低风速，这是因为具有较 大的地面摩擦力。然而，这种影 响主ห้องสมุดไป่ตู้取决于城市空间的不同物 理细部，包括街道、建筑物的走 向与风向的关系(图1-图3)。
3.2.2、城市热岛效应的定义
城市热岛(urban heat island)—城市内部气温比 周围郊区高的现象，城市气候中最典型的特征之 一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象 均普遍存在。 城市热岛效应可以从两个方面来分析： （1）同一时间城市和郊区气温的对比 （2）同一城市历史发展过程中气温的前后对比
13 时 31.8 32.9 1.1
19 时 28.3 29.3 1.0
上海市区公园同其附近街道的气温平均差值（℃）
3.2.7、影响城市热岛效应强度的因素
（1）建成区的密度
建筑物的密度可以影响城市的气温和风速。而一 个城市的密度，又是许多相互独立的城市设计要 素综合作用的结果。这些设计要素以不同的方式 影响着城市气候，比如：
此外由于城市供水、排水的方式和农村不同, 在
燃烧和某些工业生产过程中还产生一定量的“人
为水汽”进入大气, 致使城市中的水分平衡与农
村有明显差异。
3、城市的热量平衡与城市热岛效应
3.1、城市热量平衡
人为热的大量输入: 工业生产、家庭炉灶、空 调制冷、机动车排放、冬季取暖等。 下垫面导热率高出乡村3倍, 热容量较乡村大 1/3倍, 因而贮热量大。 热收入远高于乡村。
① 街道朝向与城市通风
在建成区的街道中、建筑物四周以及建筑物间的风速，分 别取决于风向与街道走向、风向与建筑物朝向之间的关系。 当城市街道垂直于风向，并且沿街建筑连排布置时，主要 的气流从建筑物上方经过。在这种情况下，城市空间的通 风效果受到抑制。在城市范围内，街道的宽度对城市通风 的影响甚微。
3.2、城市热岛效应 3.2.1、城市热岛效应概念的提出
城市热岛效应是城市气候最显著的特征之一。早 在18世纪初，业余气象学家L.霍华德对伦敦市 1807—1816年10a的气象资料研究发现，伦敦市中 心的气温比郊区高，城区和郊区温差以秋季11月 份最大，平均为1.2℃，以春季5月最小，为0.3 ℃ 。因此，于1820年，英国化学家和L.霍华德著 《城市气候》一书，此书中首次提出了城郊气温 的差别，即城市热岛效应（urban heat island effect)。
② 城市反射率
城市的能量平街与温度取决于城市建筑物对太阳 辐射能的吸收量，而这就要取决于城市的平均反 射率（albedo）。反射率（Taha等，1988）指的 是，太阳辐射能（ 全波段）在特定表面上的反射 量与人射量之比。反射率的大小主要取决于反射 表面的颜色，黑色表面反射率很低。白色表面反 射率很高。城市平均反射率取决于屋顶、墙壁、 道路和停车区等的颜色。植被覆盖区也影响着城 市的温度，但这种影响不是因为植物的反射率(因 为叶面对太阳光的吸收率相当高)，而是因为叶面 的蒸腾作用 (图5)。
响气候。如果污染物超过大气的自净能力,还会造 成城市大气污染。
由于城市居民的生活和生产活动，如家庭炉灶、 取暖、工厂生产、公共交通、人、畜的新陈代谢 和其他各种能源燃烧所排放的热量，使城市比郊 区增加了许多额外的热量收入。这种人为的热量 在某些中高纬度城市可以接近或超过太阳辐射热 量。如在德国的汉堡每天从煤燃烧所产生的热量 为167Jcm2，而冬季地面从太阳直接辐射和天空辐 射一天中所得到的热量为175Jcm2。在莫斯科，人 为热竟超过太阳辐射热的3倍，对城市增温的影响 十分显著。
城市规划与气候? 外延——内涵 生态城市是 仿生学？绿色？ 还是生物气候学？紧凑城市？
城市设计与气候学
一
二 三
城市气候学
绿地与城市气候 场地规划的生物气候学设计
一
城市气候学
1、城市气候学的定义 2、影响城市气候的因素 3、城市的热量平衡与城市热岛效应 4、不同气候条件下的城市设计建议
建筑物占用城市土地的比率；
建筑物间距，包括街道的宽度； 建筑物的平均高度。
在岳麓山上检测长沙市的热岛效应,发现热 岛最明显地区在五一路与芙蓉路交界一带.
l988年7月。吉沃尼在西班牙塞维利亚三 条不同宽度的街道上——有宽阔的大街， 也有独窄的小巷，在离地1m的高度测量 了当地的气温. 测量为期两天，时段为每 关6：00-23： 00。测量工具为手摇干湿 表 (Givoni，1998)。在 清晨，宽阔的大 街上气温最低（这与城市热岛模型一致）。 但是在一天的其他时候，特别是正午前后 和下午，气温模式是相反的——街道越宽， 气温越高。最高温度是在一条宽阔的现代 化大街上测得的，而最低温度则出现在一 条高宽比值(H/W)约为6的狭窄小巷中。大 街和小巷的这种温差在下午达到最大值。
热岛效应成因
3.2.5、城市热岛强度的变化
周期性 日变化: 夜晚强，白昼午间弱。 年变化: 冬秋两季比夏春两季表现更明显，可归 因于冬季城市取暖耗能较多，释放大量 人为热量。 周变化: 明显受工休日周期影响,周末弱，周内强。 非周期性 （1）临界风速：风速大则热岛效应小，超过临界 风速时则消失。 （2）云量：强热岛大多出现在无云的天气状态下。
计一个百万人口的城市,每天要消耗煤3000t,石油
2800t,天然气2700t,同时排放出粉尘约150t,二氧 化硫150t,一氧化碳450t,一氧化氮100t。当这些 粉尘和有害气体进入空气后, 会改变大气的组成 成分,影响城市空气的透明度和辐射热能收支,减
弱能见度,为云雾提供丰富的凝结核,从多方面影
当城市街道平行于风向时，它们就形成了无障碍的通道， 由此盛行风可以直达城市的中心区。在这种情况下，街道 越宽，气流所遇到的街道两旁建筑物的阻力就越小，因此 会改善整体的城市通风效果。当街道与盛行风向间有一个 很小的角度时，通风情况类似于平行状态。 当街道与风向斜交，并且建筑物沿街道布置 (假设平行于 街道)时，在建筑物两旁和人行道上、风压和风速也大不 相同。在街道下风向一侧的人行道上，风速会高于上风向 一侧。其原因在于，沿着下风向的建筑，将会产生一个强 烈的下沉气流，特别是在道路的交叉口。这将会直接影响 位于下风向的人行道上的下沉气流，而其他人行道则可以 避风 (图4)。
3.2.3、引起城市热岛效应的主要原因
城市周围开阔地区在夜间的温度下降速率高于密 集的城市中心建成区。一般来说，城市越大越密，
城市中心区和城市郊区的夜间温差就会越大。但
是在白天，两个地方的温差会小一些——只有1-2 摄氏度，甚至城市密集区的气温在白天会比开放 地区更低一些。
3.2.4、城、郊气温对比
沙林（Sharlin） 和霍夫曼（Hoffman）主 持了一个大范围的研究，研究内容包括街 道宽度本身对气温的影响，以及不同街道 宽度下到达地面的太阳辐射（1984）。在 1979年夏天和 1980年冬天的21天时间里。 他们在以色列的特拉维夫，沿着与海等距 的两条横向道路，在9个站点进行了连续的 测量。这9个站点用不同的数量化指数来标 记，每一个指数都表示地块的-个特性。结 果表明， 对气温影响最大的是建筑物外墙 面积与占地面积之比, 以及建筑物周围永久 性阴影面积与地块面积之比。其他的特性还 包括建筑与铺装所覆盖总面积、绿地面积， 以及估计人口，但是这些影响在统计学上开 不显著。
（4）街道走向
