Ольга Чекмарева - Экологические особенности городской среды

К метеорологическим явлениям относятся инверсии температуры, туманы, снежные заносы и метели.

Инверсия температуры – это повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения. Различают приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности, и инверсии в свободной атмосфере. Первые связаны с охлаждением воздуха от холодной земной поверхности, вторые – с нисходящим движениями воздуха, адиабатически повышающие его температуру. Повторяемость, высота расположения и мощность температурных инверсий влияют на температурный режим микроклимата. Инверсии температуры создают задерживающие слои воздуха. В Западной Сибири повторяемость общего числа инверсий такая же, как и на большей территории Европейской части России: от 10 % до 15 % в дневные, от 60 % до 90 % в ночные часы. В зимнее время в приземных слоях воздуха практически круглые сутки наблюдается устойчивое состояние атмосферы.

Таким образом, микроклимат территории, в условиях естественного ландшафта, формируется под влиянием местных природных факторов – рельефа, близости к водоемам, характера подстилающей поверхности.

В городе формируются особые микроклиматические условия, присущие отдельным участкам городской территории. На формирование микроклимата города, помимо природных условий, оказывают влияние условия, создаваемые городской застройкой, а также функционированием автотранспорта, теплоэлектростанций, промышленных и других предприятий.

Городская застройка изменяет природный рельеф: увеличивает шероховатость подстилающей поверхности (например, формирует котловинные условия на фоне равнинного рельефа), включает множество вертикальных поверхностей, создает пересеченную местность. Кроме того, теплофизические свойства (теплоемкость и отражательная способность) элементов городской застройки (стен зданий, крыш, дорог, мостовых) отличаются от теплофизических свойств элементов природного отражения.

Почва города скрыта под строениями и дорожными (асфальтовыми) покрытиями. В природных условиях часть влаги уходит в почву. В городе значительная часть осадков не попадает в нее. Стоки городских осадков отводятся в ливневую или городскую канализацию. При работе автотранспорта, отоплении зданий города, функционировании предприятий в атмосферный воздух поступают потоки тепла, выбрасываются газообразные загрязняющие вещества, жидкие и твердые взвешенные частицы.

Перечисленные особенности городской территории определяют факторы формирования микроклимата города:

– изменение рельефа, обусловленное городской застройкой;

– различие теплофизических свойств поверхностей элементов городской застройки и природного окружения;

– различие в альбедо подстилающих поверхностей территории города и окрестностей;

– искусственные потоки тепла;

– загрязнение воздуха;

– снижение испарения из-за асфальтовых покрытий и зарегулированности стока атмосферных осадков;

– резкое уменьшение площади поверхности с растительным покровом и естественной почвой.

Эти факторы влияют на микроклимат города одновременно, но их вклад в разное время и в различных климатических условиях весьма различен. Он вызывает изменения естественного радиационного баланса, условий тепло- и массообмена, нарушение естественного круговорота влаги. Все это определяет микроклиматическую изменчивость общеклиматических режимов в отдельных районах крупного города:

а) радиационный режим микроклимата города. Вследствие загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами и аэрозолями происходит уменьшение его прозрачности. Поэтому часть солнечной радиации не проникает на территорию города. В зависимости от степени загрязнения атмосферного воздуха, времени года и суток наблюдается снижение ее интенсивности до 20 %. Инсоляционный режим – режим облучения городских территорий и помещений зданий прямыми солнечными лучами. Инсоляцию городской застройки уменьшают облачность и загрязнение атмосферного воздуха. солнечное облучение необходимо для жизни. Оно оказывает оздоровительное и положительное психологическое влияние на человека. Нормы инсоляции зависят от климатической зоны размещения городской территории. В соответствии с СанПиНом на территориях игровых площадок, спортивных площадок жилых домов, групповых площадок дошкольных учреждений, спортивных зон, зон отдыха общеобразовательных школ и школ – интернатов, зоны отдыха лечебно-профилактических учреждений стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3 часов на 50 % площади участка, независимо от географической широты;

б) температурный режим микроклимата городов. Температура воздуха в крупном городе по сравнению с его окрестностями выше на от 1 ºС до 4 ºС, иногда эта разница достигает 8 ºС. Повышение температуры обусловлено нагревом элементов застройки за счет поглощения ими солнечной радиации и отражением радиации городскими поверхностями, а также уменьшением эффективного излучения тепла над городом. Величина отражательной радиации зависит от наклона и ориентации поверхностей, а также от альбедо строительных и дорожных материалов. При этом может происходить взаимооблучение элементов застройки, а вблизи инсолируемых поверхностей городского окружения может значительно возрасти температура воздуха. Из-за загрязнения атмосферного воздуха, а так же неоднородностей подстилающей поверхности, обусловленных застройкой, ослабляется эффективное излучение над городом и соответственно уменьшается его ночное охлаждение. Кроме того, на испарение влаги асфальтным покрытием и другими городскими поверхностями тратится значительно меньше энергии, по сравнению с энергией, необходимой для испарения влаги растительным покровом. Поэтому в приземном слое воздуха городской территории, за счет малого расхода энергии на испарение влаги, остается значительно больше тепла по сравнению с территорией окрестностей.

Дополнительное поступление тепла в атмосферный воздух происходит при сжигании топлива. Тепловые выбросы транспортных средств, промышленных и энергетических предприятий могут вызвать локальное повышение температуры воздуха над отдельными участками территории городской застройки – транспортной магистралью, промышленной зоны, ТЭЦ. Так, по данным космического мониторинга, тепловые аномалии занимают четвертую часть территории города Москвы.

Повышение температуры воздуха внутри города по сравнению с температурой окружающей местности приводит к образованию так называемого «острова тепла» над городом – области повышенной температуры воздуха, которая имеет вид купола. Размер «острова тепла» и другие его показатели зависят от метеорологических условий и особенностей города. «Остров тепла» разрушается ветром и атмосферными осадками, но устойчив в безветрие. На высоте до нескольких сот метров по границам «острова» происходит циркуляция масс теплого и холодного воздуха. Вертикальная скорость воздушных потоков сравнительно небольшая. В «острове тепла» давление атмосферного воздуха понижено. Это способствует притягиванию облаков верхних слоев атмосферы. Поэтому облака над городом расположены значительно ниже, чем над открытой местностью. Восходящие потоки воздуха образуют кучевую облачность. Образование «острова тепла» вызывает уменьшение притока солнечной радиации на территорию крупного города, увеличение количества атмосферных осадков, увеличение повторяемости туманов;