Тема: Мікроклімат міста
З погляду формування мікроклімату місто — це, з одного боку, сукупність споруд з каменя, металу і скла різної висоти з асфальтовим покриттям площ і вулиць, а також із зеленими насадженнями. З іншого боку — це складна сукупність діяльних шарів, обмежених горизонтальними і вертикальними діяльними поверхнями переважно з штучних матеріалів.
Місто можна також вважати типовим перетвореним ландшафтом, створеним внаслідок забудови природних ділянок штучними спорудами різної висоти, сполученими вулицями і площами.
Місто можна розглядати як складну систему радіаційних поверхонь шарів і потоків, що сформувалися над його штучними спорудами, площами, вулицями, а також зеленими насадженнями. Вдень при безхмарній погоді в місті виникають значні радіаційні контрасти внаслідок освітлення або, навпаки, затінювання поверхонь стін будівель, площ і вулиць. При цьому виникають і відмінності в радіаційному режимі внаслідок контрастів в значенні потоків короткохвильової радіації в інтенсивності довгохвильового випромінювання.
Тому в сучасних містах відбувається значне посилення неоднорідності будови і стану діяльних шарів і поверхонь в порівнянні з тими, що спостерігалися на даній території до їх створення. Кінцевим результатом впливу названої неоднорідності є виникнення в містах високих значень горизонтальних і вертикальних мікрокліматичних контрастів температури повітря і ґрунту, вологості повітря, швидкості і напряму вітру та ін.
При вивченні кліматичних особливостей міст розглядають такі питання:
- відмінні особливості клімату міста від навколишньої території, їх походження, фізичні причини, ступінь впливу міста на оточуючу територію;
- кліматичні особливості району будівництва нового міста, його радіаційний, термічний і вітровий режими з погляду загального планування міста, створення його загального вигляду;
- можливість погіршення клімату міста або погляд на ступінь його шкідливої дії на міське населення з метою розробки методів і прийомів меліорації клімату міста.
Життя сучасного крупного міста неможливе без відомостей про клімат, планування міського будівництва і господарства значною мірою використовує кліматичні дані. Будівництво нових міст і реконструкція старих також вимагають відомостей про особливості клімату окремих районів міста. Заміна рослинного або відкритого ґрунтового покриву будівлями, вулицями і площами з каменя, асфальту, цегли і металу викликає значні мікрокліматичні контрасти температури і вологістю повітря між містом і навколишньою територією.
Основною причиною виникнення мікрокліматичних відмінностей в окремих районах міста, а також відмінностей в кількісних показниках клімату міста і околиць є нові, властиві тільки місту, радіаційні особливості території та її радіаційний режим.
Своєрідність радіаційного режиму великих міст полягає в тому, що в умовах міста зазнає сильних змін прозорість атмосфери внаслідок забруднення її промисловим димом і вихлопними газами автомашин, а також в значних змінах поверхні. Природного ґрунтового покриву в сучасних містах практично немає, він тут замінений так званим культурним шаром, що включає величезну кількість цегли і каменю, металу і асфальту. Потужність культурного шару у ряді міст досягає 20-25 м, а за наявності ярів і балок, що вимагають планувальних робіт, може перевищувати 30 м.
Забруднення атмосфери над містом промисловими димами і газами приводить вдень до пониження прямої сонячної радіації і освітленості, що становить в деяких, випадках 30—50 %. Адже тільки в великих містах зафіксовані значення коефіцієнта прозорості (Рm ) в 0,500—0,600 і чинника каламутності (Тm) в 3,50—6,00.
Над Нью-Йорком, наприклад, висне величезна сіра хмара, яку пілоти бачать в ясну погоду, знаходячись ще в 150 милях від міста. Фахівці-хіміки свідчать, що ця хмара є породженням гігантського міста, яке щодня викидає в повітря 3200 т двоокису сірки, 280 т пилу, 4200 т окислу вуглецю, вуглекислого газу, оксидів азоту і інших отруйних хімічних речовин. З цієї хмари щодня осідає до чотирьох тонн сажі на кожну квадратну милю міста.
Важливим „постачальником" хімічних домішок в атмосферу сучасних міст є автомобілі. Так, в Лос-Анджелесі майже два мільйони автомобілів щодня викидають на вулиці міста 12420 т хімічних речовин, в основному окису вуглецю, оксидів азоту і вуглеводнів.
Дослідження багатьох вчених показали, що внаслідок турбулентності атмосфери запиленість міського повітря є дуже мінливою величиною. Це викликає значні коливання сонячної радіації в залежності від розташування промислових підприємств і переважаючих вітрових потоків над містом. Якщо говорити про якісну сторону ослаблення сонячної радіації, то в містах найбільшого ослаблення зазнає короткохвильова частина сонячного спектру.
Роздільне визначення ослаблення прямої сонячної радіації водяними парами (ΔSвл ) і твердими зваженими частинками (ΔSаер) показують, що в умовах міста остання величина зазнає значних коливань, причому звичайне ΔSаер> ΔSвл.
Не можна не враховувати впливу на запилений приземний шар міського повітря вихлопних газів автомашин і різноманітного пилу, що піднімається внаслідок руху машин. Крім ослаблення прямої сонячної радіації ці домішки в приземному шарі сприяють прогріванню повітря внаслідок поглинання ними радіації.
Вихлопні гази і промислові дими, що викидаються в атмосферу, вступають в реакції між собою, з киснем та водою, що зумовлює до зміни їх хімічного складу. Значну роль в цьому процесі грає сонячне світло.
Внаслідок розпаду NO2 під впливом сонячного проміння на NО і О останній з'єднується з О2, утворюючи озон (О3), а NО — знову окислюється до NО2. Озон реагує з олефінами, що веде до утворення перекисних альдегідів, які викликають подразнення очей і пошкодження рослин в містах.
В сучасних великих містах формуються своєрідні радіаційні умови вулиць і площ, стін і внутрішніх частин будівель. Радіаційний режим вулиць залежить від їх ширини і орієнтування, а також від висоти будівель, розташованих вздовж них. Якщо вулиці орієнтовані в напрямі північ-південь, то пряме сонячне проміння потраплятиме на них тільки в обідній час, причому тривалість цього випромінювання протягом року залежить від висоти навколишніх будинків і ширини вулиць.
В сучасних містах в денний час постійно відбувається затінювання частини вулиць і площ будівлями, що позначається на величині радіаційних потоків. Розміри затінювання у кожному окремому випадку залежать від розміру і орієнтування будівель, мають добовий і річний хід. Важливу роль при цьому грає озеленення вулиць, особливо наявність деревної рослинності і її порідний склад.
3. І. Пивоваровою (1967) виконано спеціальне дослідження за оцінкою сонячної радіації, яке потрапляє на вертикальні поверхні, що дозволило їй провести районування території СРСР для цілей будівництва. Територія України виділена автором в третю зону (всього виділено чотири зони), де в літні місяці східні і південно-східні стіни в містах мають перевагу в сумах прямої сонячної радіації в порівнянні із західними і південно-західними.
Вночі, коли вітер утихає, промислові гази, дим і пил збираються над містом, утворюючи своєрідні шапки, які охоплюють іноді територію, що перевищує площу самого міста. Потужність шару пилу і диму над містами може бути дуже значною, яка лежитьна висотах від 200 до 1000 метрів. Наявність шапки диму над містом сприяє в нічний час пониженню інтенсивності випромінювання активної поверхні.
Майже повна відсутність природного ґрунтового і рослинного покриву на території великих міст приводить до значних відмінностей у відбивних властивостях окремих ділянок. Уявлення про значення альбедо деяких видів міських покриттів дають отримані автором в Києві ствердження , представлені в табл. 1.
Таким чином, своєрідність радіаційного режиму великих міст є результатом сукупного впливу забруднення атмосфери над містами і зміни радіаційних властивостей активної поверхні.
Таблиця 1 – Середні значення альбедо деяких міських покрить, %
| Назва поверхні | Межі коливання альбедо при зміні висоти сонця від 10 до 60° | Назва поверхні | Межі коливання альбедо при зміні висоти сонця від 10 до 60° |
| Асфальт сухийАсфальт зволоженийКахляні плитки білі, сухіКахляні плитки білі, вологі | 18-128-642-3020-18 | Цеглина біла, сухаЦеглина біла, вологаЦеглина червона, сухаЦеглина червона, волога | 36-2722-1920-1712-11 |
Зміна радіаційного режиму території великих міст в порівнянні з околицями зумовлює зміни в співвідношенні між складовими радіаційного балансу, хоча сумарний вираз річних значень самого радіаційного балансу дещо змінюється.
Дослідження показали, що дохідна частина радіаційного балансу в денний час в місті звичайно менше, ніж на навколишній території. Разом з тим його витратні частини — альбедо (вдень) і випромінювання активної поверхні (вночі) в місті також нижче, ніж над природною поверхнею навколишньої території. Все це веде до того, що сумарна кількість радіаційного тепла, одержуваного містом, практично не відрізняється від величин, спостережуваних над природною поверхнею навколишньої території.
Тільки в нових районах міст України, де широко застосовується озеленення при вільній забудові території, створюються сприятливі умови для збільшення альбедо, що приводить до пониження значень радіаційного балансу на рівні земної поверхні.
Діяльна поверхня в великих містах є надзвичайно складною — вона складається з відносно рівних ділянок дахів, площ, вулиць і вертикальних поверхонь стін різного забарвлення, з вікнами різних розмірів. Багатоповерхові будівлі затінюють значні простори і залежно від орієнтування вулиць і їх ширини викликають контрасти в розподілі прямої сонячної і розсіяної радіації на невеликих відстанях, що впливає на термічний режим діяльної поверхні і повітря.