Всем нам хорошо известно, что в городах (особенно в больших городах) намного теплее, чем за пределами города или в сельской местности. И недаром городские жители раньше других ощущают приход весны, а зимний холод в города проникает гораздо позже. Это, как говорят ученые, работает так называемый эффект теплового городского острова.
Многие жители больших городов радуются этому сдвигу сезонов, но для многих людей такое искусственное тепло становится причиной ухудшения самочувствия, а зачастую и причиной развития некоторых достаточно серьезных заболеваний.
Оказывается, этот эффект теплового городского острова впервые был описан еще в начале девятнадцатого века. Британский химик Люк Ховард (Luke Howard) интересовался метеорологией и первым начал наблюдать за городским климатом, что дало ему возможность увидеть значительную разницу в температуре воздуха за городом и в городской черте, особенно в ночное время. Конечно же, название этому феномену придумал не Ховард, оно возникло намного позже.
Но подумайте, если уже в начале девятнадцатого века была заметна разница в температуре воздуха в городе и в сельской местности, когда города были менее заселены и городская инфраструктура не была столь развита, как сегодня, то стоит ли удивляться, что в двадцать первом веке, когда города всплошную покрыты асфальтом, по улицам мчатся бесчисленные автомобили, работают тысячи больших и малых предприятий, построенных человеком, эта разница температуры воздуха, особенно в ночное время, стала еще более значительной.
Стоит ли удивляться тому, что современные ученые изучают воздействие эффекта теплового городского острова на здоровье человека. Ведь никто не станет оспаривать тот очевидный не только для врачей и ученых факт, что городские жители более чувствительны к погодным изменениям, да и здоровье у горожан в значительной степени хуже, чем у сельских жителей. Возможно, в этом виноват именно эффект теплового городского острова?
Эффект городского теплового острова негативно влияет на здоровье горожан
В своем новом исследовании американские ученые впервые определили количество тепла, которое выделяют города, так как именно это считается главной причиной возникновения так называемого «эффекта городского теплового острова».
Этот эффект – обычное явление, которое делает городские районы всего мира существенно теплее, чем окружающая местность, и, как считают ученые, именно эффект городского теплового острова провоцирует повышение риска для здоровья городских жителей. Проанализировав количество выделяемого за день тепла в 65 городах Америки, исследователи обнаружили, что доминирующим фактором, который играет главную роль в возникновении эффекта городского теплового острова, может быть изменение эффективности отдачи тепла городскими районами обратно в нижние слои атмосферы.
Интернет-издание ScienceDaily рассказало об этом исследовании, которое впервые показало первичные причины возникновения эффекта городского теплового острова, что и делает городские районы всего мира значительно теплее, чем окружающая местность, и увеличивает риски для здоровья жителей городов. Исследование провели ученые из Йельского университета (Yale University).
Нарушение процесса конвекции приводит к недостаточно эффективному охлаждению воздуха
При анализе 65 городов, расположенных по всей территории Северной Америки, исследователи обнаружили, что изменение того, насколько эффективно городские районы выделяют тепло в течение дня обратно в нижние слои атмосферы в процессе конвекции (передача тепловой энергии из предметов в окружающую среду), и есть доминирующим фактором эффекта городского теплового острова.
Это открытие оспаривает давнее убеждение, что этот эффект приводится в движение главным образом путем понижения испарительного охлаждения в связи с потерей растительности. Как известно, испарительное охлаждение – это процесс естественного испарения воды, содержащейся в природных источниках, таких как растительность и водоемы, которые поглощают тепло из окружающей среды, поэтому температура воздуха становится ниже.
Исследователи говорят, что недостаточно эффективный процесс конвекции особенно остро стоит в районах с влажным климатом. Поэтому в таких городах, как Атланта, Джорджия и Нэшвилл, которые расположены в штате Теннесси, один только этот фактор способствует повышению средней дневной температуры не менее чем на три градуса по Цельсию.
Данные этого исследования были опубликованы 10 июля 2014 года в журнале «Природа» (Nature).
Синергетическая взаимосвязь между климатическими условиями и эффектом городского теплового острова пагубно влияет на здоровье
Доктор Сюйхуэй Ли (Xuhui Lee) и Сара Шелленберг Браун (Sara Shallenberger Brown), профессор метеорологии в Йельской школы лесного хозяйства и экологических исследований (Yale School of Forestry Environmental Studies), один из авторов исследования, утверждают, что этот феномен может оказать глубокое воздействие на здоровье людей, проживающих по всему миру в городах, так как средние глобальные температуры продолжают расти, а в города переселяется все больше и больше людей.
Доктор Ли объясняет, что существует синергетическая взаимосвязь между климатическими условиями и эффектом городского теплового острова. Эта зависимость предполагает, что этот эффект приводит к значительному обострению тепловой волновой нагрузки на здоровье человека, особенно в тех городах, где температурные эффекты усугубляются высокой влажностью. Ученые акцентируют внимание на том, что, с точки зрения общественного здравоохранения, эта взаимосвязь создает огромную проблему.
Ученым понадобились годы, чтобы осознать первопричины возникновения эффекта городского теплового острова. Помимо изменений эффективности конвекции и испарительного охлаждения, этот эффект включает в себя также и способность зданий, тротуара и других структур сохранять больше тепла, чем способность к сохранению тепла растительности и почвы; и тепло, выделяемое промышленными системами, построенными человеком; и изменения, произошедшие в альбедо поверхности Земли. (Альбедо означает долю солнечного света или излучения, отраженного от поверхности планеты. Светлые автостоянки, например, отражают обратно в космос больше солнечного света, чем темные поверхности)
Ночная и дневная температура в городах зависит от совершенно разных факторов
Использовав данные спутников о температуре земной поверхности, о состоянии растительного покрова в городах, расположенных на территории Соединенных Штатов и Канады, исследователи вычислили средние перепады температур между городскими центрами и сельской местностью во время дневных и ночных часов.
Они также использовали метод компьютерного моделирования климата для получения более сложного диапазона переменных величин – от плотности воздуха до аэродинамического сопротивления. Полученные величины были использованы для количественной оценки роли каждой основной движущей силы, создающей эффект городского теплового острова (излучение, конвекция, испарение, сохранение тепла и тепло, создаваемое человеком).
Результаты нового исследования подтвердили мнение большинства ученых, что, независимо от местного климата, выделение тепла, хранящегося в структурах, построенных человеком, – и есть доминирующим фактором для возникновения эффекта городского теплового острова в ночное время.
Благодаря этому исследованию ученые также обнаружили, что в дневное время доминирующим фактором можно считать конвекцию, в частности, во «влажных» городах, которые расположены на юго-востоке США. В этих местах гладкие поверхности зданий и другие антропогенные особенности гораздо менее благоприятны для диффузии тепла, чем в это возможно в районах, плотно покрытых растительностью, например, за пределами городов. В целом, урбанизация, происходящая в более влажных климатических условиях, в значительной мере снижает эффективность конвекции (на 58 %).
Лэй Чжао (Lei Zhao), докторант в Йельской школе лесного хозяйства и экологических исследований, объясняет, что более грубые поверхности растительности вызывают турбулентность, а турбулентность отводит тепло от поверхности в атмосферу. Но в местах, где есть много гладких поверхностей, например, в городах, конвекция недостаточно активная и тепло сохраняется в ловушках, в которые превратились эти поверхности.
В сухих городах конвекция тоже играет очень значительную роль в изменении местного климата, хотя и с несколько другими последствиями. В городских районах на юго-западе США, где растительность за пределами городов обычно более низкая и жесткая, чем во влажных районах, рассеивание тепла в сельской местности происходит менее эффективно, чем в городах.
Поэтому в сухих районах городские пейзажи при удалении тепла на самом деле эффективнее на 20 %, чем сельские окрестности. А это способствует тому, что в городах, которые выросли в этих засушливых районах, температура воздуха ниже на 1,5 градуса по Цельсию.
По материалам ScienceDaily
Источник:
