Павел Астапенко - Вопросы о погоде

Этот термин вошел в обиход еще в 30-х годах нашего столетия, когда климатологи обнаружили устойчивое превышение температуры воздуха на территории крупных городов мира над его температурой в прилегающих к городам местностях. На общем фоне климатических условий промышленно развитых стран города с населением свыше 1 млн. человек выделяются как своеобразные острова с более высокой средней годовой температурой. Это и побудило назвать их «тепловыми островами». В прошлом крупных городов было сравнительно немного, и факты повышенной температуры воздуха в них не привлекали большого внимания, хотя и были известны еще в минувшем столетии. В наше время на земном шаре число городов с миллионным населением приближается к 200, а к концу столетия превысит 300, и с этим климатологам уже приходится считаться.

Средние годовые температуры воздуха в больших городах, таких, как Москва или Ленинград, выше, чем в окружающей их сельской местности, на 1-2°C. Но это средние характеристики. В разное время года и суток, как и при различных условиях погоды, это различие может колебаться в широких пределах: в отдельных случаях в городах может быть даже на 8-10°C теплее, чем в окрестностях, в другие дни, например при плотной низкой облачности, разница иногда не ощущается совсем или даже приобретает противоположный знак, то есть в городе может быть на доли градуса холоднее, чем в окрестностях. В ясную, малооблачную погоду, как летом, так и зимой в городах обычно теплее, чем за городом, на несколько градусов. Это бывает особенно заметно в ночное время суток.

Крупные города нашей страны, в том числе Москва и Ленинград, «потеплели» за последние 100 лет примерно на 2°C. В чем же тут дело?

Хотя в городах больше, чем в сельской местности, сжигается топлива и, следовательно, больше тепла отдается окружающему воздуху, – главная причина повышения температуры воздуха в городах другая. Специальные исследования этого вопроса показали, что примерно на 9/ 10повышение температуры в городах связано с задымленностью воздуха городов и особенно с увеличением содержания в городском воздухе углекислого газа, водяного пара и других примесей, создающих так называемый парниковый эффект. Дело в том, что некоторые газы, в частности указанные выше, имеющие трехатомную молекулярную структуру, отличаются избирательной способностью поглощения лучистой энергии. Пропуская беспрепятственно большинство лучей коротковолновой части спектра, направленных «сверху вниз», то есть от Солнца к земной поверхности, они поглощают значительную часть излучаемой земной поверхностью длинноволновой лучистой энергии, то есть излучения, направленного «снизу вверх». Поэтому отдача тепла земной поверхностью в космическое пространство уменьшается, тепло остается в пределах нижнего приземного слоя воздуха, что особенно ощутимо в ясные ночи. Таким образом, главная причина повышения температуры воздуха в городах – в изменении условий радиационно-теплового баланса над территорией города по сравнению с территорией окрестностей. Теплоотдача городских отапливаемых построек также играет свою роль, но эта роль, вопреки сложившемуся и кажущемуся внешне вполне убедительным мнению, второстепенная: на нее приходится лишь около 10% общей разности температуры между городом и окрестностями.

Следует уточнить, что между городом и окрестностями существуют различия не климата вообще, а только микроклимата, так как в целом факторы, определяющие климат, для города и его окрестностей остаются одними и теми же. Помимо режима температуры воздуха в больших городах нарушается ветровой режим, затруднен воздухообмен; изменяется режим осадков, особенно слабых, – они наблюдаются в городах чаще, чем за городом; есть изменения в облачном покрове, прозрачности воздуха, пониженной за счет частых дымок, при которых дальность видимости из-за помутнения воздуха уменьшается (но сохраняется больше 1 км). Туманы с дальностью видимости менее 1 км в больших городах теперь бывают реже, чем в окрестностях, хотя еще недавно считалось, что туманы более присущи городам, чем сельской местности. Впервые привлек внимание к этому факту и дал ему научное объяснение Л. Т. Матвеев.

Для каждого большого города характерны свои цифры повторяемости туманов, и при этом в разные годы цифры эти могут сильно отличаться от средних многолетних. В Москве в среднем в году бывает 26 туманов, в Ленинграде – 29, в Минске – 67. В отдельные годы их бывает в два или даже в три раза больше. Но в окрестностях Москвы и Ленинграда за последние два десятилетия, как показали наблюдения, туманов ежегодно бывает значительно больше, чем в самих городах: повышение температуры городского воздуха по сравнению с окрестностями заметно уменьшает относительную влажность воздуха, а следовательно, и вероятность достижения воздухом состояния насыщения, необходимого для возникновения тумана. Так, повышение температуры на 1°C при том же содержании в воздухе водяного пара влечет за собой уменьшение относительной влажности почти на 10% (точнее, от 6 до 8% в диапазоне значений температуры воздуха +20… -20°C).

Но если плотных туманов с видимостью менее 1 км в Ленинграде и Москве бывает в два-три раза меньше, чем за городом, то дымок с дальностью видимости от 1 до 9 км в этих городах бывает примерно во столько же раз больше, чем в окрестностях.

Дело в том, что энергия солнечных лучей в многомиллионном городе ослабляется по сравнению с загородной местностью примерно на одну пятую. В утренние и вечерние часы при низком положении солнца над горизонтом (как, кстати, и в дневное время зимой) количество солнечной радиации уменьшается в городе вдвое. При этом, что очень важно, городской дым и пыль задерживают самую важную для живых организмов часть солнечного спектра – ультрафиолетовую, которая как раз и образует солнечный загар.

Облака дыма и мглы сокращают продолжительность солнечного сияния над городом на 100-200 ч в год; такое сокращение наиболее заметно в зимние месяцы, но оно значительно и летом. Обилие в городском воздухе загрязняющих его мелких твердых частичек стимулирует образование облачных капелек и снежинок, так как эти частички легко аккумулируют влагу. В результате в городе больше облаков и чаще выпадают осадки (особенно небольшие – морось, слабый снег), чем за городом. Наиболее ощутимо это различие в городских районах, находящихся на подветренной стороне по отношению к преобладающим ветрам. Все это делает прием солнечных ванн в большом городе малоэффективным…