Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах

На формирование городского климата оказывают влияние:

• прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации;

• пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;

• изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстро­му стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен зданий, мостовых и т.д.);

• пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа. Нередко сами города располагаются в естественных котловинах.

Перечисленные факторы действуют комплексно, хотя и неодинаково в разных условиях климата и погоды.

Солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров ока­зывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за боль­шого количества пылевых частиц и аэрозолей. Поступление ультрафиоле­товых лучей сильно ослабляется за счет мутности атмосферного воздуха и высокой застройки в узких улицах. С другой стороны, в городе к рассеян­ной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовы­ми. Этим обстоятельством обусловлено чувство зноя и духоты, характер­ное для городов летом.

Из-за загрязненности воздушного бассейна в городах снижается эффек­тивное излучение и, соответственно, ночное охлаждение. Изменение радиа­ционного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу при сжи­гании топлива и малый расход тепла на испарение приводят к повышению температуры внутри города, по сравнению с прилегающей местностью.

Указанные выше факторы являются причиной образования так называе­мого "острова тепла" над городом. Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологи­ческих условий и местных особенностей города. Закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной ча­сти города показаны нарисунке 1.

Рис. 1. Сечение "острова тепла" над городом

На границе раздела "город — сельская местность" возникает значитель­ный горизонтальный градиент температуры, соответствующий "утесам ост­рова тепла", достигающий иногда 4° С/км. Большая часть города представля­ет собой "плато" теплого воздуха с повышением температуры по направле­нию к центру города. Термическая однородность "плато" нарушается "разрывами" общего характера поверхности в виде областей холода — парки, водоемы, луга и областей тепла — промышленные предприятия, плотная за­стройка зданиями. Над центральной частью больших городов располагается "пик острова тепла", где температура воздуха максимальна. В крупных агло­мерациях может наблюдаться несколько таких "пиков", обусловленных на­личием промышленных предприятий и плотной застройкой.

По данным метеорологических исследований, тепловое влияние городов проявляется в пределах 100—500-метрового слоя атмосферы, а иногда и 1 км. Большая аэродинамическая шероховатость подстилающей поверхности и на­личие "островов тепла" определяют особенности ветрового режима города.

Ветровой режим города характеризуется существованием местной цирку­ляции. Например, при слабых ветрах до 2—3 м/с у поверхности земли может возникнуть поток холодного воздуха, направленного к "острову тепла", а у вершины "острова тепла" формируется поток теплого воздуха к окраинам го­рода. В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов также обусловливает местную циркуляцию воздуха. В ней вос­ходящий поток образуется над поверхностью освещенных стен, а нисходящий — над затененными стенами и частями улиц или дворов. Наличие водоемов способствует формированию дневной местной циркуляции, подобной бризам, от водоема к застройке, что весьма желательно жарким летом. Одновременно такая циркуляция может способствовать захвату загрязняющих примесей.

Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осажде­нию примесей.

Скорость ветра в городе, как правило, снижается по сравнению с открытой территорией. Но в некоторых случаях возможно усиление ветра, например, в городах, располагающихся на холмистой местности или при совпадении на­правления ветра с направлением улицы ("эффект аэродинамической трубы").

Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что свя­зано с повышением температуры и общим снижением содержания влаги в атмосфере над городом как результат уменьшения испарения.

Наибольший контраст влажности в системе город—окрестности наблю­дается летом, а в суточном — в вечернее время.

В климатических зонах, где зимой выпадает снег или поверхность земли замерзает, воздух в городе может быть более влажным за счет техногенных источников пара.

Влияние города на выпадение жидких и твердых осадков различно. Зи­мой отмечается снижение до 5% в выпадении снега, летом наибольшие сум­мы осадков выпадают над городом, но не в центре, а на окраине.

При высокой влажности воздуха повышенная конвективная неустойчи­вость и загрязненность воздушных масс над городом благоприятствуют обра­зованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощ­ные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием пре­обладающего переноса воздушных масс. Осадки выпадают преимущественно в подветренных районах города и за его пределами. Если влажность воздуха недостаточна для образования облаков, мощные конвективные потоки, образующиеся над центром города, являются препятствием для горизонтальных воздушных потоков, поступающих в наветренную часть города. Приходящие массы воздуха испытывают дополнительный вынужденный подъем, вслед­ствие чего образуется облачность и выпадают осадки.

Различия в температурно-влажностном режиме города и прилегающих окрестностей влияют и на распределение атмосферных явлений. Так, ту­манов в городе может быть больше при ослаблении скорости ветра или значительной загрязненности воздуха. С повышением температуры и по­нижением относительной влажности воздуха туманов в городе становится меньше, чем за городом.

С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и усло­вий природно-климатической зоны проводят мероприятия по улучшению город­ского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:

• мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города (планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа, систем водоемов и т.д.);

• мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями (конструкция окон, ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного расположения зданий и групп зеленых насаждений);

• мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха (со­здание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с есте­ственным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка улиц и площадей и т.п.);

• мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем рас­положения загрязняющих объектов вне городской черты или в подвет­ренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м), способствующих рассеиванию примесей, эффективным использовани­ем газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды топлива, использованием более экономичных установок для сжигания топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы произ­водства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве, транспорте;

• мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации (пла­нировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разно­уровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зда­ний и их элементов и т.п.).

Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использо­вание лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития совре­менной цивилизации.