9.2. Антропогенные воздействия на микроклимат города

Климатические условия в городах обычно заметно изменены по сравнению с окружающими районами, причем эти изменения при прочих равных условиях тем больше, чем больше территория города.

Имеются данные о том, что в крупных городах изменения климата возникли сотни лет тому назад. Так, например, Ландсберг (Landsberg, 1956) приводит свидетельство современника о сильном загрязнении воздуха в Лондоне в XVII в., которое значительно ослабляло солнечную радиацию в городе по сравнению с сельской местностью.

К числу главных факторов, влияющих на метеорологический режим города, относятся:

1) изменение альбедо земной поверхности, которое для застроенных районов обычно меньше альбедо загородной местности;

2) изменение среднего испарения с земной поверхности, которое в черте города заметно понижено (хотя сразу же после дождей испарение с крыш и мостовых может быть больше испарения в загородной местности);

3) выделение тепла, создаваемого различными видами хозяйственной деятельности человека, количество которого может быть сравнимо с количеством солнечной энергии, получаемой на территории города;

4) увеличение в черте города шероховатостей земной поверхности по сравнению с загородной местностью;

5) загрязнение атмосферы различными твердыми, жидкими и газообразными примесями, создаваемыми в ходе хозяйственной деятельности.

Одна из главных особенностей городского климата – возникновение в городе «острова тепла», который характеризуется повышенными по сравнению с загородной местностью температурами воздуха. Этот эффект исследовался во многих экспериментальных работах, для его изучения было предложено также несколько численных моделей.

Острова тепла обычно имеют сложную структуру, причем каждый квартал городской застройки является источником тепла для окружающих незастроенных участков. Средняя температура воздуха в большом городе чаще всего выше температуры окружающих районов на 1-2°, однако, ночью при небольшом ветре разность температур может достигать 6-8°. При сильных ветрах эта разность обычно уменьшается;

Когда отмечается застройка только небольшой части города, повышение температуры воздуха в его центре по сравнению с загородной местностью в вечерние часы составляет около 0,5°. Через 5 лет, после значительного увеличения застройки, повышение температуры в центре города достигает 4,5°, а на большей части его территории 2°.

Одновременно с повышением температуры воздуха территории на несколько процентов понижалась относительная влажность воздуха, причем это понижение было, по-видимому, обусловлено как ростом температуры, так и уменьшением испарения на территории города.

Дополнительный нагрев воздуха над городами создает местные циркуляционные системы, напоминающие бризы, а также усиливает восходящие конвективные движения над городами. Наряду с этим увеличение шероховатости приводит к заметному уменьшению скорости ветра в городах по сравнению с загородными районами.

Из всех особенностей климата городов наибольшее практическое значение имеет загрязнение воздуха различными примесями, которое во многих городах достигает высокого уровня. Источником этих примесей являются выбросы промышленных предприятий, отопительных систем и транспорта.

Часть антропогенного аэрозоля в городах образуется из выбросов твердых и жидких частиц, другая часть возникает из поступающих в атмосферу газов.

Увеличение концентрации аэрозоля над городами резко уменьшает солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности. В больших городах прямая солнечная радиация часто уменьшается на величину около 15%, ультрафиолетовое излучение – в среднем на 30% (в зимние месяцы оно может полностью исчезнуть), продолжительность солнечного сияния -на 5-15%. Главную роль в ослаблении солнечной радиации в городах играет тонкий нижний слой воздуха, в котором содержится наибольшее количество аэрозольных частиц. В пределах этого слоя обычно резко понижена горизонтальная видимость, часто до 10-20% её значений в загородных районах.

Высокая концентрация аэрозольных частиц в городском воздухе способствует росту повторяемости туманов, в том числе особенно устойчивых туманов типа смога, капельки которых содержат значительное количество примесей, загрязняющих атмосферу. В некоторых городах (из них особенно известен Лос-Анджелес), где местные условия способствуют ослаблению атмосферной циркуляции. Смог может держаться в течение многих дней, нанося большой ущерб здоровью населения.

Городские туманы играют большую роль в отмеченном выше процессе ослабления солнечной радиации и в уменьшении дальности видимости на территории городов.

В городах и промышленных районах с очень высоким уровнем загрязнения воздуха уменьшение солнечной радиации может привести к снижению температуры воздуха в дневное время суток. Такое снижение иногда полностью компенсирует повышение температуры, связанное с образованием «острова тепла».

Повышенное количество ядер конденсации в воздухе над городами и усиление восходящих движений воздуха приводят к увеличению облачности и осадков. Имеются данные о том, что в некоторых промышленных центрах существует недельный цикл в количестве выпадающих осадков, объясняемый уменьшением осадков в выходные дни, когда промышленные предприятия не работают.

Некоторое увеличение осадков и значительное уменьшение испарения приводит к росту стока, чему во многих городах способствуют специальные канализационные системы для отвода дождевых вод.

В городах с большим количеством твердых осадков часто применяется уборка снега и вывоз его из города, что ускоряет весеннее повышение температуры в городе по сравнению с загородной местностью.

Городской климат может быть значительно улучшен при рациональном размещении жилых домов и производственных предприятий, путем создания зеленых насаждений и проведения мероприятий по снижению загрязнения воздуха.

Имеются многочисленные примеры, как изменение системы отопления (перевод ее с твердого топлива на газ или на электрическую энергию) резко снижало загрязнение городского воздуха и ослабляло связанные с этим загрязнением изменения различных элементов климата. Не меньшее значение может иметь вынос из города загрязняющих атмосферу промышленных предприятий, применение эффективной очистки воздуха, поступающего в атмосферу из дымовых труб и других источников загрязнения, создание в городской черте обширных парков, озеленение улиц и различных незастроенных участков.

При современном уровне развития промышленности, энергетики и транспорта городское строительство не может вестись без детального учета влияния хозяйственной деятельности человека на метеорологический режим.

Расчет возможных изменений местного климата необходим для правильного проектирования городов, исключающего создание в них неблагоприятных для здоровья населения климатических условий.

Заслуживает внимания то, что по мере развития урбанизации в районах с наиболее высокой плотностью населения некоторые черты городского климата распространяются на обширные территории, достигающие сотен километров. В этих условиях происходит суммирование влияния на климат многочисленных близко расположенных населенных пунктов, каждый из которых действует как источник тепла и загрязнения воздуха.