生态学有关概念与原理 正常作用范国 功能轨迹曲线 /然而生态系统的稳定性( stability)至少包 两方面的涵义(其他有持久性 persistence 抗力( resistanc 生态系统功能 的缓冲能力 虽则系统恢复( restoration)到正常的时 两者难以兼得,快复力强则抵抗力弱,反之 时间 亦然(见下二页图) 生态系统总稳定性抵抗力与恢复力关系示意图 生态学有关概念与原理 正常作用范 迹曲 生态平衡失调与生态危机 恢复力的量度 现实中生态系统常受到外界的干扰但千扰 造成的损坏一般都可通过负反馈机制的自我调 大(轨迹回复到正常 范围越早),生态系统 不过生志系统的调节能力是有一定限度的。当 的恢复力越强 外界干扰压力很大,使系统的变化超出其自我 训节能力限度即生态阔限( ecological threshold)时,系统的自我调节能力随之丧 失。此时系统结构遑到破坏,功能受阻整个 时间 系统受到严伤害乃至崩溃此即生态平衡失 生态系统总稳定性抵抗力与恢复力)关系示意图 2生态学有关概念与原理 生态学有关概念与原理 严重的生态平衡失调,从而成胁到人类的生 22生态学的一般规律 存时称为生态危机 ological cris1)-由 这里仅着重对生态学的一般规律进行简要概 于人类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚 括。生态学所提示或道循的下述一般规律对 至薹个生物圖结构和功能的失调 搞好城市生态环境保护,发展工业生产,保障居 态平衡失调起初往往不易被人们觉察,如 民生活等均有指导意义。 且出现生态危机就很难在短期内恢复平 想相互依存与相互制约规律 类应该正确处理人与自然的关系 注意保持生 反映生物间及生物与环境间的协调关系,主要 系统结构和功能的稳定与平衡,实现人类社 是普遍的依存与制约关系,亦称“物物相 会的可持续发属( sustainable-development 关”和“相生相克”规律
6 2 生态学有关概念与原理 然而生态系统的稳定性(stability)至少包 含两方面的涵义(其他有持久性persistence 等): 抵抗力(resistance)—系统抵御外界干扰使自身 不致受到伤害的缓冲能力, 抵抗力越强则系统 越不容易出现伤害或崩溃现象。 恢复力(resilience)—当系统遭到外界干扰致使 系统受损后迅速修复还原自己的能力, 恢复力 越强则系统恢复(restoration)到正常的时间 越短。 两者难以兼得, 恢复力强则抵抗力弱, 反之 亦然(见下二页图)。 生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图 生 态 系 统 功 能 时 间 干扰 抵抗力的量度：当一次 干扰的强度和作用时间 一定时，此区域的面积 越大(轨迹偏离正常范 围越晚和幅度越小)， 生态系统的抵抗力越强 正常作用范围 功能轨迹曲线 生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系示意图 生 态 系 统 功 能 时 间 干扰 恢复力的量度：当一次 干扰的强度和作用时间 一定时，此区域的面积 越大(轨迹回复到正常 范围越早)，生态系统 的恢复力越强 正常作用范围 功能轨迹曲线 2 生态学有关概念与原理 生态平衡失调与生态危机 现实中生态系统常受到外界的干扰, 但干扰 造成的损坏一般都可通过负反馈机制的自我调 节作用使系统得到修复, 维持其稳定与平衡。 不过生态系统的调节能力是有一定限度的。当 外界干扰压力很大, 使系统的变化超出其自我 调节能力限度即生态阈限(ecological threshold)时, 系统的自我调节能力随之丧 失。此时, 系统结构遭到破坏, 功能受阻, 整个 系统受到严重伤害乃至崩溃, 此即生态平衡失 调。 2 生态学有关概念与原理 严重的生态平衡失调, 从而威胁到人类的生 存时, 称为生态危机(ecological crisis)—由 于人类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚 至整个生物圈结构和功能的失调。 生态平衡失调起初往往不易被人们觉察, 如 果一旦出现生态危机就很难在短期内恢复平 衡。因此, 人类应该正确处理人与自然的关系, 在发展生产, 提高生活水平的同时, 注意保持生 态系统结构和功能的稳定与平衡, 实现人类社 会的可持续发展(sustainable development)。 2 生态学有关概念与原理 2.2 生态学的一般规律 这里仅着重对生态学的一般规律进行简要概 括。生态学所提示或遵循的下述一般规律, 对 搞好城市生态环境保护, 发展工业生产, 保障居 民生活等均有指导意义。 相互依存与相互制约规律 反映生物间及生物与环境间的协调关系, 主要 是普遍的依存与制约关系, 亦称“物物相 关” 和“相生相克”规律
生态学有关概念与原理 生态学有关概念与原理 生态系统中的(同种或异种生物间,不同 因此,在城市建设和城市居民生活中特 生态系统间,甚至生态系统中的生物与环 别是在需要排放污染,倾倒废物、喷洒 竟之间,均存在相互依存和相互制约的关 药品、采伐、开山、筑路、修建大型给 ↓说彼此影响。这种影响有些是 水工程及其它建设项目时,务必注意调查 直接的,有些是间接的,有些是立即表现 研究,摸清自然界诸事物之间的相互关系 出来的,有些需滞后一段时间才显现出 对与某生产活动有关的其它享物也加以 来。一言以蔽之,生物之间和生态系统间 的相互依存与制约关系,是普遍存在的 生的影响(短期的和长期的、明显的和潜 在的),从而做到统筹兼顾全面安排 2生态学有关概念与原理 生态学有关概念与原理 鲁物质循环与再生规律 至于流经生态系统中的能量,通常只能通过系统 生态系统中,生物借助能量的不停流动 次,当能量经食物链转移时,每经过一个营养 方面不断地从自然界摄取物质并合成新的 级,就有大部分能量转化为热散失掉,无法加以 物质,另一方面又随时分解为原来的简单 回收利用。因此为了充分利用能量,必须设计 出能量利用率高的系统。如城市垃圾的处理,从 物质即所谓“再生”重新被系统中的生产 最初的填埋法到后来的焚化法再进一步到堆肥 者植物所吸收利用,进行着不停顿的物质 学的循 循环。因此妥严格防止有毒物质进入生态 系统以免有毒物质经过生物放大作用和 者既能较彻底地消除污染又能充分回收垃圾 多次循环后富集到危及人类的程度 中含有的物质养分(有机肥料)和有用能量(沼气 2生态学有关概念与原理 生态学有关概念与原理 物质输入输出的动态平衡规律 物质输入输出的平衡规律又称协调稳定规律, 因而,一个稳定的生态系统,其物质的输 入与输出总是相平衡的。当输入不足时 会产生生态匮乏,例如一个城市物资供应 不足,必然造成生产生活紧张,效率下降 反之,当城市物资供应足够但输出不足 物质,另一方面又向环境排放物质,以补偿 又会导致生态滞留,使环境恶化,生产生 环境的损失(这里的物质输入与输出,包含着量 活同样受阻 和质两个指标
7 2 生态学有关概念与原理 生态系统中的(同种或异种)生物间, 不同 生态系统间, 甚至生态系统中的生物与环 境之间, 均存在相互依存和相互制约的关 系, 亦可以说彼此影响。这种影响有些是 直接的, 有些是间接的, 有些是立即表现 出来的, 有些需滞后一段时间才显现出 来。一言以蔽之, 生物之间和生态系统间 的相互依存与制约关系, 是普遍存在的。 2 生态学有关概念与原理 因此, 在城市建设和城市居民生活中, 特 别是在需要排放污染、倾倒废物、喷洒 药品、采伐、开山、筑路、修建大型给 水工程及其它建设项目时, 务必注意调查 研究, 摸清自然界诸事物之间的相互关系, 对与某生产活动有关的其它事物也加以 通盘的考虑, 包括考虑此种活动可能会产 生的影响(短期的和长期的、明显的和潜 在的), 从而做到统筹兼顾, 全面安排。 2 生态学有关概念与原理 物质循环与再生规律 生态系统中, 生物借助能量的不停流动, 一 方面不断地从自然界摄取物质并合成新的 物质, 另一方面又随时分解为原来的简单 物质, 即所谓“再生”, 重新被系统中的生产 者植物所吸收利用, 进行着不停顿的物质 循环。因此要严格防止有毒物质进入生态 系统, 以免有毒物质经过生物放大作用和 多次循环后富集到危及人类的程度。 2 生态学有关概念与原理 至于流经生态系统中的能量, 通常只能通过系统 一次, 当能量经食物链转移时, 每经过一个营养 级, 就有大部分能量转化为热散失掉, 无法加以 回收利用。因此, 为了充分利用能量, 必须设计 出能量利用率高的系统。如城市垃圾的处理, 从 最初的填埋法到后来的焚化法再进一步到堆肥 制取沼气法, 便体现了人类逐步掌握生态学的循 环与再生规律, 并应用于实践的过程。特别是后 者, 既能较彻底地消除污染, 又能充分回收垃圾 中含有的物质养分(有机肥料)和有用能量(沼气), 是较有前途的城市垃圾处理方法。 2 生态学有关概念与原理 物质输入输出的动态平衡规律 物质输入输出的平衡规律, 又称协调稳定规律, 涉及到生态系统中生物与环境两个方面。生态 系统中生物与环境之间的输入与输出, 是相互 对立的关系, 当生物体进行输入时, 环境必然进 行输出, 反之亦然。生物体一方面从周围环境 摄取物质, 另一方面又向环境排放物质, 以补偿 环境的损失(这里的物质输入与输出, 包含着量 和质两个指标)。 2 生态学有关概念与原理 因而, 一个稳定的生态系统, 其物质的输 入与输出总是相平衡的。当输入不足时, 会产生生态匮乏, 例如一个城市物资供应 不足, 必然造成生产生活紧张, 效率下降; 反之, 当城市物资供应足够但输出不足, 又会导致生态滞留, 使环境恶化, 生产生 活同样受阻
生态学有关概念与原理 生态学有关概念与原理 环境资源的有效极限规律 以上几条生态学的一般规律是生态平衡 任何生态系统中,作为生物生存的各种环境资 的理论基础,也是解决人类当前面临的人 源,在质量、数量、空间和时间等方面,其供给 、粮食、能源、资源、环境等五大问题 量和供给速度都有一定的限度,因而生态系统 理论基础 家认为,解决这五 的生物生产通常都有一个大致的上限。也因此 大问题,核心是控制人口的增长,即维持人 每一生态系统对任何外来干扰都有一定的忍耐 极限。所以,采 鱼狩猎等不应超过 类自身种群数量的稳定,做到与地球生物 资源利用的最大可 协调共处,从而实现既满足当前人类需 必须保有足够它生存和繁殖的空间;城市排污 要,又不危及后代子孙生存的可持续发展 时,必须使排污量不超过环境的自冷能力等。 本章到此结束,谢谢! m们的nm们融
8 2 生态学有关概念与原理 环境资源的有效极限规律 任何生态系统中, 作为生物生存的各种环境资 源, 在质量、数量、空间和时间等方面, 其供给 量和供给速度都有一定的限度, 因而生态系统 的生物生产通常都有一个大致的上限。也因此, 每一生态系统对任何外来干扰都有一定的忍耐 极限。所以, 采伐森林、捕鱼狩猎等不应超过 资源利用的最大可持续产量; 保育某一物种时, 必须保有足够它生存和繁殖的空间; 城市排污 时, 必须使排污量不超过环境的自净能力等。 2 生态学有关概念与原理 以上几条生态学的一般规律, 是生态平衡 的理论基础, 也是解决人类当前面临的人 口、粮食、能源、资源、环境等五大问题 的理论基础。许多科学家认为, 解决这五 大问题, 核心是控制人口的增长, 即维持人 类自身种群数量的稳定, 做到与地球生物 圈协调共处, 从而实现既满足当前人类需 要, 又不危及后代子孙生存的可持续发展 (sustainable development)。 本章到此结束, 谢谢!
北京师范大学资源与环境科学学院课程 3城市气候学 影响城市气候的因素 城市生态学 城市的辐射和日照 城市的热量平衡与城市热岛效应 城市的风及局部环流 康暮谊 城市的降水及水分平衡 城市的大气污染及与城市气候的关系 北京·200202~06 城市气候与城市规划和城市建设 3城市气候学 31影响城市气候的因素 7r3 市尾烟气层 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 城市边界层 类(生产与生活)活动中放出热量及水汽 的影响,因而形成有别于近郊区和乡村的 城市覆盖层 农村边界层 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 城市气候所波及的范围 对流云发展 城市气候学 想在城市高强度的经济活动中要消耗大量能 边界显 粉尘的150二氧化硫1501-氧化时排放出 弱能见度,为云雾提供 丰富的凝结核,从多方面影响气候。如果污染 物超过大气的自净能力,还会造成城市大气污 城市气候所波及的范围
1 城市生态学 康慕谊 北京 y 2002.02~06 北京师范大学资源与环境科学学院课程 3 城市气候学 影响城市气候的因素 城市的辐射和日照 城市的热量平衡与城市热岛效应 城市的风及局部环流 城市的降水及水分平衡 城市的大气污染及与城市气候的关系 城市气候与城市规划和城市建设 3 城市气候学 3.1 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 城市气候所波及的范围 城市气候所波及的范围 3 城市气候学 在城市高强度的经济活动中, 要消耗大量能 源。据统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
3城市气候学 城市气候学 由于城市居民的生活和生产活动,如家庭炉 息此外由于城市供水、排水的方式和农村不同 灶、取暖、工厂生产、公共交還、人、畜的新 在燃烧和某些工 t程中还 定量的 陈代谢和其他各种能源燃烧所排放的热量,使 人为水汽进入大气致使城市中的水分平衡 城市比郊区增加了许多额外的热量收入。这种 与农村有明显差异 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。如在德国的汉量每天从煤燃 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 175J/cm2。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 3城市气候学 城市气候学 32城市的辐射与日照 城市日照总时数和日照百分率小于乡村 城市太阳总辐射较乡村少 气污染物多云雾多透明度 染物浓度大→直接辐射少→散射辐射多→总 2热岛效应所引起的对流云经常出现 辐射少 ·城市内部日照地区差异明显 城市下垫面反射率小 此为建筑物遮阴所致,主要取决于街道走向 冬季更是如此反射率小意味誉吸收率高 及建筑群高度与街道宽度之比:HD 总体说城市地面吸收的太阳辐射与乡村 北墙冬半年完全荫蔽,夏半年一天两次日照 差别不大 但时间不长;南墙每天一次但随太阳赤纬 增加而减 西安(北纬349街道可照时间0) 城市气候学 南墙 北墙 33城市的热量平衡与城市热岛效应 热量平衡 为热的大量输入:工业生产、家庭炉 HD1212n31122131 灶、空调制冷、机动车排放、冬季取 吸等 下垫面导热率高出乡村3倍,热容量较乡 可|3180421271346498636502524338263006434 村大13倍,因而贮热量大 热收入远高于乡村
2 3 城市气候学 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167J/cm2, 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 175J/cm2。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。 3 城市气候学 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 城市气候学 3.2 城市的辐射与日照 z 城市太阳总辐射较乡村少 污染物浓度大→直接辐射少→散射辐射多→总 辐射少 z 城市下垫面反射率小 冬季更是如此.反射率小意味着吸收率高 总体说,城市地面吸收的太阳辐射与乡村 差别不大 3 城市气候学 z 城市日照总时数和日照百分率小于乡村 1 大气污染物多,云雾多, 透明度小; 2 热岛效应所引起的对流云经常出现 z 城市内部日照地区差异明显 此为建筑物遮阴所致, 主要取决于街道走向, 及建筑群高度与街道宽度之比: H/D 北墙冬半年完全荫蔽, 夏半年一天两次日照, 但时间不长; 南墙每天一次, 但随太阳赤纬 增加而减少 西安(北纬34°)街道可照时间(h) 街道 朝向 南 墙 北 墙 平面 H/D 1/2 1/1 2/1 3/1 1/2 1/1 2/1 3/1 全年 可照 时数 3180.42112.71346.5 986.3 650.2 524.3 382.6 300.6 4394.4 3 城市气候学 3.3 城市的热量平衡与城市热岛效应 z 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