本书是一部系统介绍河谷型城市气候效应的学术专著，从格局、过程、机制、调控四个维度开展河谷型城市气候效应研究。主要内容包括：城市气候理论和方法的发展历程与现状，河谷型城市的地理环境特征，河谷型城市气候效应的多时间尺度变化特征，在城市尺度、街区尺度、建筑物尺度下的城市非均匀下垫面热场、湿度场、热环境的时空格局和动态演变过程，河谷型城市典型下垫面的辐射平衡、能量平衡、地-气能量交换过程及城市气候效应的驱动机制，城市化进程与城市气候效应的关联机制，河谷型城市气候效应的趋势预测和调控策略。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 快速城市化进程 1
1.2 全球气候变暖 3
1.3 城市气候效应 4
1.4 城市气候研究的发展历程 8
1.5 城市气候效应研究现状 14
1.5.1 热岛效应 14
1.5.2 城市干、湿岛效应 19
1.5.3 城市雨岛效应 20
1.5.4 城市混浊岛效应 21
1.6 城市气候的研究方法 23
1.6.1 对比法 23
1.6.2 定点观测法 26
1.6.3 流动观测法 27
1.6.4 遥感反演法 28
1.6.5 模型模拟和实验室模拟 30
1.6.6 城市气候长时间序列数据的统计方法 32
1.7 城市气候研究存在的主要问题 34
参考文献 35
第2章 河谷型城市 57
2.1 河谷型城市自然地理特征 57
2.2 河谷型城市气候变化特征 58
2.3 河谷型城市的社会经济特征 60
2.4 河谷型城市面临的环境问题 60
参考文献 62
第3章 兰州市地理环境特征 66
3.1 兰州市自然环境特征 66
3.1.1 地理区位 66
3.1.2 地质地貌特征 67
3.1.3 气候概况 68
3.1.4 植被特征 69
3.1.5 土壤特征 69
3.1.6 水文、水资源特征 70
3.1.7 大气环境特征 72
3.1.8 噪声环境特征 73
3.2 兰州市人文地理特征 74
3.2.1 历史沿革 74
3.2.2 人口、城市化特征 75
3.2.3 土地利用特征 76
3.2.4 城市规划和城市空间格局特征 77
3.2.5 产业结构特征 78
3.3 兰州城市气候效应研究现状 79
参考文献 81
第4章 河谷型城市气候效应多时间尺度变化特征 85
4.1 观测实验和数据资料 85
4.2 城、郊对比参考站的选取 88
4.3 兰州市热岛效应 89
4.3.1 兰州城市热岛的形成因素 90
4.3.2 兰州城市热岛强度的度量方法 91
4.3.3 热岛强度的日变化特征 91
4.3.4 热岛强度的季节变化特征 95
4.3.5 热岛强度的年际变化特征 96
4.4 兰州市干、湿岛效应 98
4.4.1 城市干岛效应 98
4.4.2 城市湿岛效应 99
4.4.3 城、郊湿度的年际变化 100
4.4.4 城、郊湿度的季节变化 101
4.5 兰州市混浊岛效应 102
4.6 兰州市风场 106
4.7 兰州市降水 108
4.8 兰州市近地层空气温湿特征 110
4.8.1 气温梯度变化特征 110
4.8.2 不同高度层气温差的日变化特征 113
4.8.3 水汽压梯度变化 115
4.8.4 相对湿度梯度变化 118
参考文献 121
第5章 城市尺度下的地表温度空间分布格局 123
5.1 遥感反演的理论基础 124
5.2 热红外遥感反演地表温度的理论基础和常用数据源 126
5.3 数据和方法 128
5.4 遥感图像的预处理 129
5.4.1 辐射校正 130
5.4.2 几何校正 130
5.5 兰州市土地利用/土地覆盖类型 132
5.6 兰州市地表温度遥感定量反演 132
5.6.1 Landsat TM6地表辐射亮温的计算方法 132
5.6.2 辐射传输方程法 134
5.6.3 覃志豪单窗算法 135
5.6.4 Jimenez-Munoz & Sorbrino普适性单通道算法 136
5.6.5 大气平均作用温度的估算 137
5.6.6 大气透射率的估算 137
5.6.7 地表比辐射率的估算 139
5.6.8 反演结果 143
5.6.9 反演精度验证 144
5.7 兰州市地表温度场剖面线分析 144
5.8 兰州市地表温度空间分布格局 146
参考文献 147
第6章 街区尺度下的非均匀下垫面热场和湿度场时空演变 149
6.1 兰州市城市气候流动观测实验 149
6.2 流动观测数据的时间差订正 151
6.3 GIS空间插值 153
6.3.1 检验数据分布 154
6.3.2 寻找数据离群值 154
6.3.3 全局趋势分析 156
6.3.4 空间插值方法 156
6.4 兰州市城区四季热场分布格局的时空演变 159
6.5 兰州市城区四季湿度场分布格局的时空演变 163
6.6 模拟结果检验 166
6.7 兰州市城区热力景观格局 167
参考文献 168
第7章 建筑物尺度下的热环境和能量交换过程模拟 169
7.1 AUSSSM耦合模型 170
7.1.1 模型原理 170
7.1.2 初始条件 172
7.2 观测实验 172
7.3 河谷型城市冠层气象要素特征 173
7.4 建筑热环境特征 175
7.5 城市冠层能量平衡 179
参考文献 180
第8章 河谷型城市下垫面辐射收支特征 183
8.1 地面辐射差额的日变化 183
8.2 地面辐射差额的季节变化 184
8.3 净辐射通量与气温的变化关系 186
8.4 云对地面辐射差额的影响 188
8.5 城市烟雾层对各辐射分量的影响 189
参考文献 191
第9章 河谷型城市地-气能量交换过程和能量平衡 192
9.1 城市边界层地-气能量平衡 192
9.2 波文比-能量平衡模型 195
9.3 能量平衡-空气动力学阻抗模型 200
9.4 蒸散量特征 203
9.5 蒸散发与环境因子的关系 205
9.6 显热通量和潜热通量特征 211
9.7 土壤热通量特征 216
9.8 四季城市地-气能量分配状况 219
参考文献 220
第10章 城市化进程与城市气候效应的定量关系 223
10.1 全球气候变化背景 223
10.2 区域气候变化背景 225
10.3 数据与方法 226
10.3.1 数据来源 226
10.3.2 研究方法 227
10.4 兰州市气温变化的多尺度分析 229
10.4.1 气温年际变化 229
10.4.2 气温变化趋势分析 229
10.4.3 气温变化突变分析 230
10.4.4 气温变化周期分析 232
10.5 热岛效应对区域平均气温序列的贡献率分析 233
10.6 兰州城市化进程 235
10.7 兰州城市化进程对热岛强度的影响途径 236
10.8 兰州城市化指标与城市热岛强度的关系分析 237
10.9 兰州城市化因子与城市热岛强度关系的主成分分析 241
参考文献 243
第11章 河谷型城市气候效应趋势预测 248
11.1 分形和分形维数 248
11.2 分形理论在地学中的应用 250
11.3 R/S分析及Hurst指数、分形维数的计算方法 251
11.4 气候要素序列非周期循环的平均循环长度 255
11.5 兰州市气温的R/S分析和非周期循环分析 256
11.6 兰州市降水量的R/S分析和非周期循环分析 260
11.7 兰州市相对湿度的R/S分析和非周期循环分析 264
11.8 兰州市热岛强度的R/S分析 267
参考文献 268
第12章 河谷型城市气候效应的调控 270
12.1 城市规划的优化设计 270
12.2 建筑布局和形态设计 272
12.3 绿地景观的规划设计 274
12.4 水体和生态水文调控 277
12.5 低碳型生态城市建设 279
参考文献 281
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