Сюжет
Практика
совместный проект
К главной

Эффект теплового острова

image

Любому жителю мегаполиса известно, что в центре города всегда теплее, чем на окраинах, а на природе легче дышится, чем на улицах даже самого благополучного из городских районов.

Работа огромного количества автомобильных двигателей, заводов и электро- и теплостанций, отопительных и вентиляционных систем и другие антропогенные процессы приводят к выбросу в атмосферу большого количества тепла и газов. При этом здания, дороги и другие объекты городской инфраструктуры поглощают и повторно излучают солнечное тепло гораздо интенсивнее, чем природные ландшафты. Явление, которое получило название «тепловой остров», появилось и было описано задолго до нашего экологически неспокойного времени.

Немного истории

Эффект городского теплового острова (Urban Heat Island) был замечен и открыт в 1810-х годах британским ученым-метеорологом Люком Говардом.

Измеряя температуру в столице и ее окрестностях для описания в книге «Климат Лондона», будущий член Лондонского королевского общества по развитию знаний о природе заметил, что в городе значительно теплее в любое время года.

Проанализировав данные, собранные за несколько лет, Говард пришел к выводу, что разница температур между городом и предместьями обусловлена результатами человеческой деятельности. Позднее, по мере развития технологий и систем экологического мониторинга, подобный эффект антропогенного воздействия был обнаружен во всех крупных городах мира и выявлено его негативное влияние на глобальное изменение климата.

Ученые обнаружили, что повышенное тепловыделение даже нескольких городских районов может нагревать атмосферу удаленно, за тысячи километров от регионов повышенного выделения энергии.

Что такое температурная инверсия?

Прогрессирующий рост городского населения и разрастание мегаполисов постоянно испытывают на прочность возможности природной среды.

В среднем в центре мегаполиса во все сезоны теплее, чем в области, на 2,5— 4,3 °С, а также теплее, чем на окраинах и в ближних сателлитах, на 2–2,8 °С. Наименьшая разница в температурах отмечается осенью — на 1–2 °С.

Загрязнение атмосферы газами от сжигания большого количества топлива наряду с повышением температуры приводит к образованию термальных шлейфов и тепловых куполов над городами или отдельными районами.

Учитывая сопутствующее им повышение содержания в воздухе оксида углерода, углекислого газа и аэрозольных выбросов, результатом такого взаимодействия, при определенных погодных условиях, становится температурная инверсия.

Часто это явление возникает в течение дня и становится более выраженным после захода солнца из-за медленной отдачи тепла объектами городской инфраструктуры.

image

Инверсия препятствует вертикальным перемещениям воздуха и рассеиванию загрязняющих веществ в атмосфере, что чревато образованием парникового эффекта или смога. В связи с этим над городом существенно меняется метеорологический фон, который может оказывать негативное влияние на здоровье.

Над выявлением температурной инверсии работают специальные службы Мосэкомониторинга. Разработанные в России уникальные метеорологические приборы — профилемеры МТР-5 позволяют получить данные о температуре воздуха на различных высотах.

Как возникают тепловые острова?

Городские острова тепла образуются в результате нескольких факторов:

  • Тепло, выделяемое в результате деятельности человека. Транспортные средства и промышленные объекты выделяют тепло в городскую среду.
  • Городская геометрия. Высокие здания имеют большую площадь поверхности фасадов, которые поглощают солнечное излучение, что увеличивает интенсивность нагрева городских территорий. Плотно застроенные города, с множеством узких улиц и высотными зданиями, превращаются в «городские каньоны», которые блокируют естественные воздушные потоки, вызывающие охлаждающий эффект.
  • Непроницаемые поверхности и искусственные материалы. Асфальтированные и гидроизолированные поверхности, такие как дороги, парковки, и темные крыши могут поглощать солнечное излучение, выделяя затем большое количество тепла. Кроме того, эти поверхности водонепроницаемы, и сток воды перенаправляется в систему ливневых вод, а не поглощается почвой, растениями или водоемами, которые помогают охладить территорию за счет испарения.
  • Отработанное тепло. Механическое кондиционирование воздуха отводит тепло в окружающую среду вокруг здания, что напрямую усугубляет проблему.
  • Уменьшение природных ландшафтов в черте города. Деревья, растительность и водоемы имеют свойство охлаждать воздух, создавая тень, выделяя влагу из листьев растений и испаряя воду с их поверхности. Над зеленым газоном в Москве температура воздуха на 4 °С ниже, чем над асфальтовым покрытием тротуара.
  • Погода. Ясная и безветренная погода создает условия для наиболее выраженных проявлений эффекта теплового острова за счет максимального увеличения количества солнечной энергии и минимизации количества тепла, которое может уноситься ветром. И наоборот — сильные ветры и облачный покров подавляют образование островов тепла.
  • География. Географические особенности местности и климата также могут влиять на эффект теплового острова. Например, близлежащие горы могут блокировать ветер, либо способствовать частым осадкам, которые очищают город.
Городу нужно остыть

На сегодняшний день в мире выработан стандартный набор мер и экологических стратегий, применение которых позволяет защитить город от эффекта локального перегрева.

image
  • Деревья и растительность. Увеличение древесного и растительного покрова снижает температуру, обеспечивая тень и охлаждение за счет возвращения воды в атмосферу. Деревья и растительность также могут уменьшить сток ливневых вод и защитить почву от эрозии.
  • Зеленые или прохладные крыши. Выращивание зеленых насаждений на крышах снижает температуру их поверхностей и окружающего воздуха и дает возможность более эффективного использования ливневых вод. Установка прохладной крыши, изготовленной из материалов или покрытий, отражающих солнечный свет, также снижает температуру в здании, повышает комфорт жителей и уменьшает потребность в электроэнергии.
  • Прохладные тротуары. Использование для мощения улиц материалов, которые остаются более прохладными, чем обычный асфальт, не только охлаждает окружающий воздух, но также может уменьшить сток ливневой воды и улучшить видимость на дороге в ночное время суток.
  • Разумное планирование. Рост урбанизированных территорий, пропорциональный росту городских парков и рекреационных зон, помогает защитить природную среду и делает урбанизированную более комфортной и пригодной для жизни.
Москва, как ты справляешься?

Первая станция метеорологических наблюдений появилась в Москве при Межевом институте еще в 1853 году, но сравнительный анализ температур в городе и за его пределами стал постоянно вестись только с 1879 года, когда появились уже две таких станции.

image

Согласно истории метеонаблюдений остров тепла, сформировавшийся в центре Москвы к 1950-м годам, вплоть до конца XX века практически не менялся. Несмотря на интенсивный прирост городских территорий и численности населения, не росла его плотность — существенный фактор, оказывающий не меньшее влияние на формирование теплового острова, чем количество личных авто.

И только в XXI веке из-за повышения плотности населения, резкого роста энергопотребления и непродуманной точечной застройки климат в столице стал теплее и суше. Но если еще 10 лет назад нужно было бить тревогу из-за высокой загазованности города и особенно его центральных улиц, то сегодня для паники нет причин — положительная динамика налицо. Например, тротуарная плитка, заменившая в центре асфальт, намного экологичнее и имеет гораздо более низкий индекс теплового излучения.
image
Замена асфальта на плитку привела к снижению теплового воздействия на людей от раскаленного дорожного покрытия примерно в 1,5 раза.

И несмотря на то, что у нас еще не слишком распространены зеленые крыши или покрытие ограждающих конструкций зданий краской на основе диоксида титана, москвичам определенно повезло с местом жительства.

Москва не относится к числу чрезмерно загрязненных мегаполисов — более 50% территории столицы покрыто зелеными насаждениями, включая особо охраняемые природные территории (ООПТ), которых нет ни в одном крупном городе мира. И число озелененных территорий в черте города каждый год только растет.

Помимо заботы о подведомственных ему зеленых насаждениях, московский Департамент природопользования и охраны окружающей среды ежедневно информирует москвичей о составе воздуха, а все другие параметры, в том числе и данные о температурной инверсии, можно в режиме реального времени увидеть на сайте Мосэкомониторинга.