Городской остров тепла

редактировать
Механизм эффекта городского острова тепла
Токио, пример городского острова тепла. Нормальные температуры в Токио выше, чем в окрестностях.

Городской остров тепла ( UHI) является городской район или столичная область, которая значительно теплее, чем окружающие его сельские районы из - за деятельности человека. Температура разница обычно больше, чем в ночное время в течение дня, и наиболее очевидно, когда ветры являются слабыми. UHI наиболее заметен летом и зимой. Основная причина эффекта городского теплового острова - это изменение поверхности земли. Отработанное тепло, образующееся при использовании энергии, является второстепенным источником. По мере роста населенного пункта он имеет тенденцию к расширению своей площади и повышению средней температуры. Также используется термин тепловой остров ; этот термин может использоваться для обозначения любой области, которая относительно жарче, чем окружающая среда, но обычно относится к районам, нарушенным человеком.

Ежемесячное количество осадков больше с подветренной стороны от городов, частично из-за UHI. Повышение температуры в городских центрах увеличивает продолжительность вегетационного периода и снижает частоту возникновения слабых торнадо. UHI снижает качество воздуха за счет увеличения производства загрязняющих веществ, таких как озон, и снижает качество воды, поскольку более теплые воды попадают в местные водотоки и создают нагрузку на их экосистемы.

Не во всех городах есть четко выраженный городской остров тепла, и характеристики острова тепла сильно зависят от фонового климата района, в котором расположен город. Снижение эффекта городского теплового острова может быть достигнуто за счет использования зеленых крыш и использования более светлых поверхностей в городских районах, которые отражают больше солнечного света и поглощают меньше тепла. Урбанизация усугубила последствия изменения климата в городах.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
  • 2 Причины
  • 3 Суточное поведение
  • 4 Сезонное поведение
  • 5 Прогноз
  • 6 Воздействие на животных
  • 7 Другие воздействия на погоду и климат
  • 8 Влияние на здоровье
    • 8.1 Неравномерность покрытия кроны деревьев
  • 9 Воздействие на близлежащие водоемы
  • 10 Влияние на потребление энергии
  • 11 Смягчение
  • 12 Политика, меры и другие стратегии смягчения последствий
    • 12.1 Законодательство Калифорнии
    • 12.2 Инициатива зеленых насаждений в Афинах
  • 13 Реализация политики
  • 14 Сборник стратегий EPA
  • 15 поощрений
  • 16 Утепление
  • 17 Информационно-просветительская деятельность и образование
  • 18 постановлений о защите деревьев
  • 19 Сопутствующие выгоды от стратегий смягчения последствий
    • 19.1 Деревья и сады способствуют психическому здоровью
    • 19.2 Посадка деревьев как общественное строительство
    • 19.3 Зеленые крыши как производство продуктов питания
    • 19.4 Зеленые крыши и биоразнообразие дикой природы
    • 19.5 Городские леса и более чистая атмосфера
    • 19.6 Стратегия развития с низким уровнем воздействия и губчатый город
    • 19.7 Программы зеленого строительства
  • 20 Анализ затрат
  • 21 Изменение климата
  • 22 Городской холодный остров
  • 23 См. Также
  • 24 ссылки
  • 25 Дополнительная литература
  • 26 Внешние ссылки

История

Явление было впервые исследовано и описано Люком Ховардом в 1810-х годах, хотя он не был тем, кто назвал это явление. До 1990-х годов было опубликовано относительно мало исследований UHI. В период с 1990 по 2000 год ежегодно публиковалось около 30 исследований; к 2010 году это число увеличилось до 100, а к 2015 году превысило 300.

Причины

Термические (вверху) и растительные (внизу) местоположения вокруг Нью-Йорка по данным инфракрасных спутниковых снимков. Сравнение изображений показывает, что там, где растительность густая, температура ниже.

Существует несколько причин возникновения городского теплового острова (UHI); например, темные поверхности поглощают значительно больше солнечной радиации, что приводит к тому, что городские дороги и здания нагревают больше, чем пригородные и сельские районы в течение дня; материалы, обычно используемые в городских районах для покрытия и крыш, такие как бетон и асфальт, имеют существенно разные тепловые объемные свойства (включая теплоемкость и теплопроводность ) и радиационные свойства поверхности ( альбедо и коэффициент излучения ), чем окружающие сельские районы. Это вызывает изменение энергетического баланса городского района, что часто приводит к более высоким температурам, чем в прилегающих сельских районах. Другой важной причиной является отсутствие эвапотранспирации (например, из-за отсутствия растительности) в городских районах. Лесная служба США обнаружила в 2018 году, что города в Соединенных Штатах ежегодно теряют 36 миллионов деревьев. С уменьшением количества растительности города также теряют тень и охлаждающий эффект от деревьев.

Другие причины UHI связаны с геометрическими эффектами. Высокие здания во многих городских районах имеют несколько поверхностей для отражения и поглощения солнечного света, повышая эффективность обогрева городских территорий. Это называется « эффектом городского каньона ». Другой эффект зданий - это блокировка ветра, которая также препятствует охлаждению за счет конвекции и предотвращает рассеивание загрязняющих веществ. Отработанное тепло от автомобилей, систем кондиционирования воздуха, промышленности и других источников также вносит свой вклад в UHI. Высокий уровень загрязнения в городских районах также может увеличить UHI, поскольку многие формы загрязнения изменяют радиационные свойства атмосферы. UHI не только повышает городские температуры, но и увеличивает концентрацию озона, потому что озон является парниковым газом, образование которого ускоряется с повышением температуры.

В большинстве городов разница в температуре между городской и прилегающей сельской местностью наиболее велика в ночное время. Хотя разница температур значительна круглый год, зимой разница, как правило, больше. Типичная разница температур между центром города и окрестными полями составляет несколько градусов. Разница в температуре между центральной частью города и его окрестностями часто упоминается в сводках погоды, например, «68 ° F (20 ° C) в центре города, 64 ° F (18 ° C) в пригороде». «Среднегодовая температура воздуха в городе с населением 1 миллион человек и более может быть на 1,8–5,4 ° F (1,0–3,0 ° C) выше, чем в его окрестностях. Вечером разница может достигать 22 ° F (12 ° C). ° C) ".

UHI может быть определен как разница температур воздуха (UHI навеса) или разница температур поверхности (UHI поверхности) между городской и сельской местностью. Эти два показателя показывают несколько разные суточные и сезонные колебания и имеют разные причины.

Суточное поведение

Города часто испытывают более сильные эффекты городского теплового острова в ночное время; эффекты могут варьироваться в зависимости от местоположения и топографии мегаполисов

IPCC заявила, что «это хорошо известно, что по сравнению с не-городскими районами городских температур в ночное время острова тепла поднять больше, чем дневные температуры.» Например, в Барселоне ( Испания ) на 0,2 ° C (0,36 ° F) холоднее для дневных максимумов и на 2,9 ° C (5,2 ° F) для минимумов, чем на соседней сельской станции. В описании самого первого отчета Люка Ховарда в конце 1810-х годов было сказано, что в городском центре Лондона ночью было теплее, чем в окружающей сельской местности, на 2,1 ° C (3,7 ° F). Хотя более теплая температура воздуха в пределах UHI обычно наиболее заметна ночью, городские тепловые острова демонстрируют значительное и несколько парадоксальное суточное поведение. Разница температур воздуха между UHI и окружающей средой большая ночью и небольшая днем. Обратное верно для температуры кожи городского ландшафта в пределах UHI.

В дневное время, особенно когда небо безоблачно, городские поверхности нагреваются за счет поглощения солнечной радиации. Поверхности в городских районах, как правило, нагреваются быстрее, чем в прилегающих сельских районах. Благодаря своей высокой теплоемкости городские поверхности действуют как гигантский резервуар тепловой энергии. Например, бетон может удерживать примерно в 2000 раз больше тепла, чем эквивалентный объем воздуха. В результате высокая дневная температура поверхности в пределах UHI легко видна с помощью дистанционного теплового зондирования. Как это часто бывает с дневным отоплением, это потепление также вызывает конвективные ветры в пределах городского пограничного слоя. Предполагается, что в результате атмосферного перемешивания возмущение температуры воздуха внутри UHI обычно минимально или отсутствует в течение дня, хотя температура поверхности может достигать чрезвычайно высоких уровней.

Ночью ситуация меняется. Отсутствие солнечного нагрева приводит к снижению атмосферной конвекции и стабилизации городского пограничного слоя. Если происходит достаточная стабилизация, образуется инверсионный слой. Это улавливает городской воздух у поверхности и сохраняет тепло на поверхности еще теплых городских поверхностей, что приводит к повышению ночной температуры воздуха внутри UHI. Помимо свойств удержания тепла в городских районах, ночной максимум в городских каньонах также может быть связан с блокированием «обзора неба» во время охлаждения: поверхности теряют тепло ночью, главным образом, из-за излучения в сравнительно прохладное небо, а это блокируется здания в городской зоне. Радиационное охлаждение более преобладает при низкой скорости ветра и безоблачном небе, и действительно, в этих условиях оказывается, что UHI является самым большим ночью в этих условиях.

Сезонное поведение

Месячная изменчивость дневного UHI в пред- и пост-муссонные сезоны. (a – d) дневной UHI (° C) для постмуссонного сезона (октябрь – январь), (e – h) дневной UHI для предмуссонного сезона (февраль – май). Все значения были рассчитаны для данных LST и NDVI от датчика MODIS Aqua. Красный и синий цвета указывают на положительные и отрицательные значения UHI. Размер кружков представляет собой интенсивность в ° C. Цветные области показывают различные климатические зоны на основе карты классификации климата Коппен-Гейгера. Доминирующие климатические регионы Индии классифицируются как: холодная пустыня (CD), теплое Средиземноморье (WM), прохладный континентальный (CC), тропический муссон (TM), тропическая саванна (TS), теплый полузасушливый (WSA), холодный полузасушливый период. -засушливый (CSA), теплый климат пустыни (WDC), теплый влажный субтропический (WHS), влажный континентальный (HC) и жарко-влажный субтропический (HHS).

Разница температур городского острова тепла обычно больше не только ночью, чем днем, но и зимой, чем летом. Это особенно верно в районах, где снег является обычным явлением, поскольку города, как правило, удерживают снег в течение более коротких периодов времени, чем окружающие сельские районы (это связано с более высокой изоляционной способностью городов, а также с деятельностью человека, такой как вспашка). Это снижает альбедо города и, таким образом, усиливает эффект обогрева. Более высокая скорость ветра в сельской местности, особенно зимой, также может сделать их более прохладными, чем в городах. В регионах с четко выраженным влажным и сухим сезонами в сухой сезон будет наблюдаться более сильный эффект городского острова тепла. Тепловое постоянное время влажной почвы значительно выше, чем у сухой почвы. В результате влажные сельские почвы будут охлаждаться медленнее, чем сухие сельские почвы, и будут действовать, чтобы минимизировать ночную разницу температур между городскими и сельскими районами.

Прогноз

Если в городе или поселке есть хорошая система наблюдения за погодой, UHI можно измерить напрямую. Альтернативой является использование сложного моделирования местоположения для расчета UHI или использование приблизительного эмпирического метода. Такие модели позволяют включать UHI в оценки будущего повышения температуры в городах из-за изменения климата.

Леонард О. Майруп опубликовал первое исчерпывающее численное исследование для предсказания эффектов городского теплового острова (UHI) в 1969 году. В его статье рассматривается UHI и критикуются существовавшие в то время теории как чрезмерно качественные. Описана числовая модель баланса энергии общего назначения, которая применяется к городской атмосфере. Приведены расчеты для нескольких частных случаев, а также анализ чувствительности. Выявлено, что модель предсказывает правильный порядок величины превышения городской температуры. Обнаружено, что эффект острова тепла является чистым результатом нескольких конкурирующих физических процессов. В целом, пониженное испарение в центре города и тепловые свойства городских строительных и дорожных материалов являются доминирующими параметрами. Предлагается использовать такую ​​модель в инженерных расчетах для улучшения климата существующих и будущих городов.

Воздействие на животных

Колонии муравьев на городских тепловых островах обладают повышенной устойчивостью к жаре без ущерба для устойчивости к холоду.

Виды, способные к колонизации, могут использовать условия городских тепловых островов для процветания в регионах, выходящих за пределы их обычного ареала. Примеры этого включают седоголовую летучую лисицу ( Pteropus poliocephalus) и обыкновенный домашний геккон ( Hemidactylus frenatus). Седоголовые летучие лисицы, обитающие в Мельбурне, Австралия, колонизировали городские среды обитания после повышения там температуры. Повышение температуры, вызвавшее более теплые зимние условия, сделало город более похожим по климату на более северную дикую среду обитания этого вида.

Благодаря попыткам смягчить последствия и управлять городскими островами тепла, изменения температуры и доступность пищи и воды снижаются. В условиях умеренного климата городские острова тепла продлят вегетационный период, что изменит стратегии размножения обитающих видов. Лучше всего это видно по влиянию городских тепловых островов на температуру воды. Поскольку температура в близлежащих зданиях иногда достигает более чем 50 градусов, отличающихся от температуры приземного воздуха, осадки будут быстро нагреваться, вызывая сток в близлежащие ручьи, озера и реки (или другие водоемы), вызывая чрезмерное тепловое загрязнение. Увеличение теплового загрязнения имеет свойство повышать температуру воды на 20-30 градусов. Это увеличение приведет к тому, что виды рыб, населяющие водоем, будут подвергаться тепловому стрессу и шоку из-за быстрого изменения температуры в зависимости от их климата.

Городские острова тепла, создаваемые городами, изменили процесс естественного отбора. Селективные давления, такие как временные изменения в пище, хищниках и воде, ослабляются, вызывая появление нового набора селективных сил. Например, в городской среде обитания насекомых больше, чем в сельской местности. Насекомые - эктотермы. Это означает, что они зависят от температуры окружающей среды, чтобы контролировать температуру своего тела, что делает более теплый климат города идеальным для их способности процветать. Исследование, проведенное в Роли, штат Северная Каролина, на Parthenolecanium quercifex (дубовая чешуя), показало, что этот конкретный вид предпочитает более теплый климат и поэтому встречается в большей степени в городских средах обитания, чем на дубах в сельской местности. Со временем, живя в городских условиях, они приспособились жить в более теплом климате, чем в более прохладном.

Присутствие неместных видов во многом зависит от активности человека. Пример этого можно увидеть в популяциях скальных ласточек, которые гнездятся под карнизами домов в городских условиях. Они строят свои дома, используя укрытие, предоставляемое людьми в верхних частях домов, что обеспечивает приток их населения из-за дополнительной защиты и уменьшения количества хищников.

Другие воздействия на погоду и климат

Помимо воздействия на температуру, UHI могут оказывать вторичное воздействие на местную метеорологию, включая изменение местных режимов ветра, образование облаков и тумана, влажность и количество осадков. Дополнительное тепло, обеспечиваемое UHI, приводит к большему движению вверх, что может вызвать дополнительную активность ливня и грозы. Кроме того, в течение дня UHI создает локальную область низкого давления, где сходится относительно влажный воздух из сельской местности, что, возможно, приводит к более благоприятным условиям для образования облаков. Уровень осадков с подветренной стороны городов увеличивается с 48% до 116%. Частично из-за этого потепления ежемесячное количество осадков примерно на 28% больше между 20 милями (32 км) и 40 милями (64 км) с подветренной стороны от городов по сравнению с подветренной стороны. В некоторых городах общее количество осадков увеличилось на 51%.

В нескольких областях были проведены исследования, свидетельствующие о том, что мегаполисы менее восприимчивы к слабым торнадо из-за турбулентного перемешивания, вызванного теплом городского острова тепла. Используя спутниковые снимки, исследователи обнаружили, что климат города оказывает заметное влияние на вегетационные периоды растений на расстоянии до 10 километров (6,2 мили) от окраин города. Сезоны выращивания в 70 городах на востоке Северной Америки были примерно на 15 дней дольше в городских районах по сравнению с сельскими районами за пределами влияния города.

Исследования, проведенные в Китае, показывают, что эффект городского теплового острова способствует потеплению климата примерно на 30%. С другой стороны, в одном из сравнений 1999 года между городскими и сельскими районами было показано, что эффекты городского теплового острова мало влияют на тенденции глобальной средней температуры. Одно исследование пришло к выводу, что города изменяют климат на территории в 2–4 раза большей, чем их собственная территория. Другой предположил, что городские тепловые острова влияют на глобальный климат, воздействуя на реактивный поток. Несколько исследований выявили усиление воздействия тепловых островов с прогрессом изменения климата.

Воздействие на здоровье

Изображение Атланты, штат Джорджия, показывает распределение температуры: синий цвет показывает прохладную температуру, красный - теплый, а горячие области - белый.

UHI могут напрямую влиять на здоровье и благополучие городских жителей. Только в Соединенных Штатах ежегодно из-за сильной жары умирает в среднем 1000 человек. Поскольку для UHI характерна повышенная температура, они потенциально могут увеличить величину и продолжительность волн тепла в городах. Исследования показали, что уровень смертности во время аномальной жары увеличивается экспоненциально с максимальной температурой, и этот эффект усугубляется UHI. Число людей, подвергающихся экстремальным температурам, увеличивается из-за потепления, вызванного UHI. Ночное воздействие UHI может быть особенно вредным во время аномальной жары, поскольку оно лишает городских жителей прохладной атмосферы, характерной для сельской местности в ночное время.

Исследования, проведенные в Соединенных Штатах, показывают, что связь между экстремальной температурой и смертностью варьируется в зависимости от местоположения. Жара с большей вероятностью увеличивает риск смертности в городах северной части страны, чем в южных регионах страны. Например, когда в Чикаго, Денвере или Нью-Йорке наблюдаются необычно жаркие летние температуры, прогнозируется повышенный уровень заболеваемости и смертности. Напротив, районы страны с умеренной или жаркой круглый год имеют более низкий риск для здоровья населения из-за чрезмерной жары. Исследования показывают, что жители южных городов, таких как Майами, Тампа, Лос-Анджелес и Феникс, как правило, привыкли к жарким погодным условиям и, следовательно, менее уязвимы для смертей, связанных с жарой. Однако в целом люди в Соединенных Штатах, похоже, каждые десять лет приспосабливаются к более жарким температурам дальше на север, хотя это может быть связано с улучшенной инфраструктурой, более современным дизайном зданий и большей осведомленностью общественности.

Сообщалось, что повышение температуры вызывает тепловой удар, тепловое истощение, тепловой обморок и тепловые судороги. В некоторых исследованиях также изучалось, как тяжелый тепловой удар может привести к необратимому повреждению систем органов. Это повреждение может увеличить риск ранней смерти, поскольку повреждение может вызвать серьезное нарушение функции органа. Другие осложнения теплового удара включают респираторный дистресс-синдром у взрослых и диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови. Некоторые исследователи отметили, что любое нарушение способности человеческого тела к терморегуляции теоретически увеличивает риск смерти. Сюда входят заболевания, которые могут повлиять на подвижность, осведомленность или поведение человека. Исследователи отметили, что люди с проблемами когнитивного здоровья (например, депрессия, деменция, болезнь Паркинсона ) подвергаются большему риску при столкновении с высокими температурами и «нуждаются в особой осторожности», поскольку было показано, что тепло по-разному влияет на когнитивные способности. Людям с диабетом, избыточным весом, недосыпанием или сердечно-сосудистыми / цереброваскулярными заболеваниями следует избегать чрезмерного теплового воздействия. Некоторые распространенные лекарства, влияющие на терморегуляцию, также могут увеличить риск смерти. Конкретные примеры включают холинолитики, диуретики, фенотиазины и барбитураты. Не только здоровье, но и тепло также может влиять на поведение. Исследование, проведенное в США, показывает, что жара может сделать людей более раздражительными и агрессивными, при этом отмечалось, что количество насильственных преступлений увеличивается на 4,58 из 100 000 на каждый градус повышения температуры.

Исследователь обнаружил, что высокая интенсивность UHI коррелирует с повышенными концентрациями загрязнителей воздуха, которые собираются ночью, что может повлиять на качество воздуха на следующий день. Эти загрязнители включают летучие органические соединения, монооксид углерода, оксиды азота и твердые частицы. Производство этих загрязнителей в сочетании с более высокими температурами в UHI может ускорить производство озона. Озон на приземном уровне считается вредным загрязнителем. Исследования показывают, что повышение температуры в UHI может увеличить количество загрязненных дней, но также отмечается, что другие факторы (например, давление воздуха, облачный покров, скорость ветра ) также могут влиять на загрязнение. Исследования, проведенные в Гонконге, показали, что районы города с плохой вентиляцией уличного воздуха, как правило, имеют более сильный эффект городского теплового острова и имеют значительно более высокую смертность от всех причин по сравнению с районами с лучшей вентиляцией.

В Центры по контролю и профилактике заболеваний отмечает, что «трудно сделать обоснованные прогнозы тепла, связанные с болезнью и смертью при различных сценариях изменения климата » и что «тепло смертей, связанных могут быть предотвращены, о чем свидетельствует снижение смертности от всех причин во время тепловых явлений за последние 35 лет ». Однако некоторые исследования предполагают, что воздействие UHI на здоровье может быть непропорциональным, поскольку воздействие может быть неравномерно распределено в зависимости от множества факторов, таких как возраст, этническая принадлежность и социально-экономический статус. Это повышает вероятность того, что воздействие UHI на здоровье является вопросом экологической справедливости.

Неравномерность покрытия кроны деревьев

Взаимосвязь между доходом района и покрытием кроны деревьев

В последние годы исследователи обнаружили сильную корреляцию между доходом соседей и покровом деревьев. В 2010 году исследователи из Обернского университета и Университета Южной Калифорнии обнаружили, что присутствие деревьев «очень быстро реагирует на изменения в доходах [соседей]». В районах с низким доходом, как правило, значительно меньше деревьев, чем в районах с более высокими доходами. Они описали это неравное распределение деревьев как требование «роскоши», а не «необходимости». Согласно исследованию, «на каждый 1 процент увеличения дохода на душу населения спрос на лесной покров увеличивался на 1,76 процента. Но когда доход упал на такую ​​же величину, спрос снизился на 1,26 процента».

Деревья - необходимая особенность в борьбе с большей частью эффекта городского острова тепла, поскольку они снижают температуру воздуха на 10 ° F (5,6 ° C) и температуру поверхности до 20–45 ° F (11–25 ° C). Исследователи предположили, что менее обеспеченные районы не имеют финансовых ресурсов для посадки и ухода за деревьями. Состоятельные районы могут позволить себе больше деревьев «как в государственной, так и в частной собственности». Частично это связано с тем, что более богатые домовладельцы и общины могут позволить себе больше земли, которую можно оставить открытой в качестве зеленых насаждений, тогда как более бедные часто сдаются в аренду, когда землевладельцы пытаются максимизировать свою прибыль, создавая на своей земле как можно большую плотность.

Воздействие на близлежащие водоемы

UHI также ухудшают качество воды. Горячие поверхности тротуаров и крыш передают свое избыточное тепло ливневой воде, которая затем стекает в ливневую канализацию и повышает температуру воды, попадая в ручьи, реки, пруды и озера. Кроме того, повышение температуры городских водоемов приводит к уменьшению разнообразия воды. В августе 2001 года дожди над Сидар-Рапидс, штат Айова, привели к повышению температуры в близлежащем ручье на 10,5 ° C в течение одного часа, что привело к гибели рыбы. Поскольку температура дождя была сравнительно прохладной, это можно отнести к горячим тротуарам города. Подобные события были зарегистрированы на Среднем Западе Америки, а также в Орегоне и Калифорнии. Быстрые перепады температуры могут быть стрессовыми для водных экосистем. Проницаемые покрытия могут смягчить эти эффекты, просачивая воду через дорожное покрытие в подземные хранилища, где она может рассеиваться за счет поглощения и испарения.

Влияние на потребление энергии

Изображения Солт-Лейк-Сити показывают положительную корреляцию между белыми отражающими крышами и более низкими температурами. На изображении А изображен вид с воздуха на Солт-Лейк-Сити, штат Юта, с белой отражающей крышей площадью 865 ​​000 квадратных футов (80 400 м 2). Изображение B представляет собой тепловое инфракрасное изображение той же области, на котором видны горячие (красный и желтый) и холодные (зеленый и синий) пятна. Отражающая виниловая крыша, не поглощающая солнечное излучение, показана синим цветом в окружении других горячих точек.

Еще одно последствие городских тепловых островов - повышенная энергия, необходимая для кондиционирования воздуха и охлаждения в городах со сравнительно жарким климатом. По оценке The Heat Island Group, эффект теплового острова обходится Лос-Анджелесу примерно в 100 миллионов долларов США в год. И наоборот, те, которые находятся в холодном климате, такие как Москва, Россия, будут иметь меньший спрос на отопление. Однако за счет реализации стратегий сокращения теплового острова была рассчитана значительная годовая чистая экономия энергии для северных регионов, таких как Чикаго, Солт-Лейк-Сити и Торонто.

Смягчение

Зеленая крыша мэрии Чикаго.

Разница температур между городскими районами и окружающими пригородными или сельскими районами может достигать 5 ° C (9,0 ° F). Почти 40 процентов этого увеличения связано с преобладанием темных крыш, а оставшаяся часть приходится на тротуар темного цвета и сокращение присутствия растительности. Эффекту теплового острова можно немного противодействовать, используя белые или светоотражающие материалы для строительства домов, крыш, тротуаров и дорог, тем самым увеличивая общее альбедо города. По сравнению с устранением других источников проблемы, замена темной кровли требует наименьших вложений для получения наиболее быстрой отдачи. Круто крыша сделаны из отражающего материала, такого как винил, отражает, по крайней мере 75 процентов от солнечных лучей, и излучают по меньшей мере 70 процентов от солнечной радиации, поглощенной оболочки здания. Для сравнения, асфальтовые кровли (BUR) отражают от 6 до 26 процентов солнечной радиации.

Использование светлого бетона доказало свою эффективность в отражении на 50% больше света, чем асфальт, и в снижении температуры окружающей среды. Низкое значение альбедо, характерное для черного асфальта, поглощает большой процент солнечного тепла, создавая более высокие температуры у поверхности. Мощение из светлого бетона, в дополнение к замене асфальта на светлый бетон, сообщества могут иметь возможность снизить средние температуры. Однако исследование взаимодействия между отражающими покрытиями и зданиями показало, что, если соседние здания не оснащены отражающим стеклом, солнечное излучение, отраженное от светлых тротуаров, может повысить температуру в зданиях, увеличивая требования к кондиционированию воздуха.

Второй вариант - увеличить количество хорошо поливаемой растительности. Эти два варианта можно совместить с реализацией зеленой кровли. Зеленые крыши - отличные изоляторы в теплое время года, а растения охлаждают окружающую среду. Качество воздуха улучшается, поскольку растения поглощают углекислый газ с одновременным производством кислорода. Город Нью-Йорк определил, что охлаждающий потенциал на единицу площади был самым высоким для уличных деревьев, за которыми следовали живые крыши, светлая крытая поверхность и посадки на открытом пространстве. С точки зрения рентабельности, световые поверхности, легкие крыши и озеленение бордюров имеют более низкие затраты на снижение температуры.

Гипотетическая программа «прохладных сообществ» в Лос-Анджелесе прогнозирует, что городские температуры могут быть снижены примерно на 3 ° C (5 ° F) после посадки десяти миллионов деревьев, ремонта пяти миллионов домов и покраски четверти дорог по оценкам. стоимостью 1 миллиард долларов США, что дает ориентировочные ежегодные выгоды в размере 170 миллионов долларов США за счет снижения затрат на кондиционирование воздуха и 360 миллионов долларов США в виде экономии средств на здоровье, связанной с смогом.

Стратегии смягчения последствий включают:

  • Белые крыши: Покраска крыш в белый цвет стала обычной стратегией для уменьшения эффекта теплового острова. В городах много темных поверхностей, которые поглощают солнечное тепло, что в свою очередь снижает альбедо города. Белые крыши обеспечивают высокий коэффициент отражения солнечного света и высокий коэффициент излучения солнечного света, увеличивая альбедо города или области, в которой возникает эффект.
  • Зеленые крыши. Зеленые крыши - еще один метод уменьшения эффекта городского теплового острова. Зеленая кровля - это практика наличия растительности на крыше; например, наличие деревьев или сада. Растения на крыше увеличивают альбедо и уменьшают эффект городского острова тепла. Этот метод изучается и подвергается критике за тот факт, что зеленые крыши подвержены влиянию климатических условий, переменные параметры зеленой крыши трудно измерить, и это очень сложные системы.
  • Посадка деревьев в городах: посадка деревьев вокруг города может быть еще одним способом увеличения альбедо и уменьшения эффекта городского острова тепла. Рекомендуется сажать лиственные деревья, потому что они могут дать много преимуществ, например, больше тени летом и не блокировать тепло зимой.
  • Зеленые автостоянки : на зеленых стоянках используются поверхности, отличные от асфальта и растительности, чтобы ограничить влияние эффекта городского теплового острова.

Политика, меры и другие стратегии смягчения последствий

Законодательство Калифорнии

Законопроект о собрании (AB) 32 требовал от Совета по воздушным ресурсам Калифорнии составить предварительный план. Этот план представляет собой подход Калифорнии к тому, как достичь своей цели по борьбе с изменением климата путем сокращения выбросов парниковых газов к 2020 году до уровней 1990-х годов. В предварительном плане были четыре основные программы, усовершенствованные экологически чистые автомобили, ограничение и торговля, стандарт портфеля возобновляемых источников энергии и стандарт низкоуглеродного топлива, все нацеленные на повышение энергоэффективности. В плане предусмотрены основные стратегии сокращения выбросов парниковых газов, такие как денежные стимулы, нормативные акты и добровольные действия. Каждые пять лет обзорный план обновляется.

  • Программа усовершенствованных правил чистых автомобилей была разработана для сокращения выбросов из выхлопной трубы. Совет по воздушным ресурсам утвердил программу по контролю выбросов для новых моделей с 2017 по 2025 год. Некоторые из их целей к 2025 году - иметь более экологически более совершенные автомобили, которые будут доступны в различных моделях и различных типах автомобилей. Новые автомобили будут выделять на 34 процента меньше газов, вызывающих глобальное потепление, и на 75 процентов меньше выбросов, образующих смог. А при полной реализации потребители могут сэкономить в среднем 6000 долларов за срок службы автомобиля.
  • Стандарт портфеля возобновляемых источников энергии требует увеличения объемов возобновляемой энергии из различных источников, таких как солнечная энергия и ветер. Коммунальные предприятия, принадлежащие инвесторам, агрегаторы по выбору населения и поставщики электрических услуг должны увеличить закупки до 33% к 2020 году.
  • Стандарты низкоуглеродного топлива находятся в ведении Калифорнийского совета по воздушным ресурсам и пытаются сделать более широкий выбор более чистого топлива для жителей Калифорнии. Производители топлива на нефтяной основе должны снизить углеродоемкость своей продукции до 10 процентов в 2020 году.
  • Ограничение и торговля предназначены для уменьшения последствий изменения климата путем установления ограничения на выбросы парниковых газов в атмосферу. В 2013 году ограничение будет снижаться примерно на три процента ежегодно. Торговля создаст стимулы для уменьшения последствий изменения климата в сообществах Калифорнии за счет сокращения выбросов парниковых газов за счет инвестиций в чистые технологии.

Закон о чистом воздухе

EPA инициировал несколько требований к качеству воздуха, которые помогают уменьшить приземной озон, что приводит к городским островам тепло. В Законе о чистом воздухе, одном из основных направлений политики Агентства по охране окружающей среды (EPA), предусмотрены определенные правила, которые гарантируют, что выбросы в штате не превышают определенного уровня. Включенный в Закон о чистом воздухе, все штаты должны разработать план внедрения штата (SIP), который призван гарантировать всем штатам соблюдение центрального стандарта качества воздуха.

Государственные планы и политика реализации

  • Политика новых и добровольных мер позволяет штату добавлять нетрадиционные формы смягчения последствий теплового острова. Это может включать удаление загрязнения после того, как оно уже попало в воздух, воду или почву. Эти меры не закреплены в законе, но они позволяют некоторым сторонам добровольно стать более эффективными. Цель этой политики - подавать пример для всех источников загрязнения и использовать наиболее успешные формы смягчения последствий.
  • Руководство по кредитам государственного плана реализации для сокращения выбросов в результате энергоэффективности в электроэнергетике или мер по возобновляемым источникам энергии - это образовательный инструмент для штатов, позволяющий создать современную и хорошо организованную программу SIP. Это позволяет штатам включать планы, соответствующие руководящим принципам, или планы, превосходящие ожидания. В зависимости от успеха их SIP, некоторые штаты могут включить свои планы в другие SIP.
  • Политика комплексных мер разрешает различным фракциям в штате сотрудничать в проектах по смягчению последствий. Эта политика использует больше подход, основанный на сообществе, добавляя несколько групп с целью множественных точек зрения и изобретательских подходов. Политика комплексных мер - это один из методов, обеспечивающих совместные выгоды для обеих сторон. Например, если участвующий бизнес установит прохладные крыши, произойдет сокращение выбросов парниковых газов, что благоприятно для окружающей среды, а также потребность в избыточной энергии, которая будет полезна для бизнеса.

Инициатива зеленых насаждений в Афинах

Афины, столица Греции, предприняли инициативы по смягчению эффекта городского теплового острова и уменьшению воздействия загрязнения от транспортных средств. Для создания зеленых насаждений, обеспечивающих охлаждение, небольшие неиспользуемые участки земли превращаются в карманные парки.

Реализация политики

Сиэтлский зеленый фактор, многогранная система городского озеленения, добилась большого успеха в смягчении последствий городских тепловых островов. Программа ориентирована на районы, подверженные сильному загрязнению, например, на деловые районы. Существуют строгие правила для любого нового строительства, которое превышает примерно 20 парковочных мест, и эта платформа помогает разработчикам физически видеть свои уровни загрязнения, пробуя различные методы строительства, чтобы определить наиболее эффективный курс действий. Соответственно, Сиэтл подготовил «оценочные листы», которые города могут использовать в своем городском планировании.

Сборник стратегий EPA

Этот сборник посвящен множеству проблем, связанных с городскими островами тепла. Они описывают, как создаются городские тепловые острова, кто пострадал и как люди могут повлиять на снижение температуры. В нем также показаны примеры политики и добровольных действий властей штата и местных органов власти по уменьшению воздействия городских тепловых островов.

Поощрения

  • Муниципальный коммунальный округ Сакраменто (SMUD) и Sacramento Tree Foundation объединились, чтобы бесплатно предоставить городу Сакраменто тенистые деревья. Программа позволяет гражданам получать деревья от четырех до семи футов высотой. Они также дарят им удобрения и доставляют их бесплатно. Они поощряют граждан сажать деревья, чтобы принести пользу своему дому за счет снижения затрат на кондиционирование воздуха. В районе Сакраменто высажено около 450 000 теневых деревьев.
  • Программа поощрения Eco-Roof: в Канаде гранты распределяются по всему Торонто на установку зеленых и прохладных крыш на жилых и коммерческих зданиях. Это снизит потребление энергии и выбросы парниковых газов.
  • Оживление деревьев: эта программа представляет собой партнерство с несколькими организациями, цель которой - помочь восстановить древесный покров в городе, а также знакомить граждан с положительным влиянием деревьев на изменение климата и эффектом городского теплового острова. И еще одна их цель - создать у местных органов власти способность понимать, защищать и восстанавливать свои городские деревья. Поскольку существует потребность в обучении граждан уходу за деревьями, Treevitalize предоставляет жителям общины девять часов аудиторных и полевых занятий. Классы охватывают различные темы, такие как идентификация деревьев, обрезка, биология деревьев и правильный выбор видов.

Утепление

Программа помощи по утеплению Министерства энергетики США помогает получателям с низким доходом, покрывая их счета за отопление и помогая семьям сделать свои дома энергоэффективными. Кроме того, эта программа позволяет штатам также использовать средства для установки средств повышения эффективности охлаждения, таких как устройства затемнения.

Информационно-просветительская деятельность и образование

Постановления о защите деревьев

  • Различные местные органы власти ввели в действие постановления о деревьях и ландшафтах, которые помогают общинам обеспечивать тень летом. Защита деревьев - это постановление, которое не позволяет кому-либо обрезать или удалять деревья без разрешения города. Примером может служить город Глендейл, Калифорния : Через дерево Декрета коренных народов, город Глендейл защищает следующие виды деревьев, Калифорния платан, то побережье живой дуб, меза дуб, долина дуба, скраб дуб, лавровый Калифорния. Любой, кто планирует вырубку или обрезку деревьев, должен получить разрешение на использование местных деревьев. В разрешении они должны предоставить подробную информацию о количестве затронутых деревьев, диаметре ствола и состоянии самого дерева. Они также должны предоставить фотографии участка и эскиз плана участка.
  • Другой пример - город Беркли, штат Калифорния. Постановление о защите деревьев запрещает вырубку прибрежных живых дубов, а также запрещается любая чрезмерная обрезка, которая может нанести вред дереву. Единственное исключение - если дерево представляет опасность для жизни или здоровья, а также опасность для имущества.
  • Город Визалия, штат Калифорния, принял постановление об уличных деревьях, предназначенное для поощрения и регулирования посадки, ухода и защиты уличных деревьев в городе. Их постановление не позволяет изменять, обрезать или удалять уличные деревья. Уличные деревья также защищены во время строительства.

Сопутствующие выгоды от стратегий смягчения последствий

Трамвайные пути с травой в Белграде, Сербия Трамвайные пути с травой в Белграде, Сербия

Деревья и сады способствуют психическому здоровью

  • Большой процент людей, живущих в городских районах, имеет доступ к паркам и садам на своих территориях, которые, вероятно, являются единственной связью, которую они имеют с природой. Исследование показывает, что общение с природой способствует укреплению нашего здоровья и благополучия. Было обнаружено, что люди, имевшие доступ в сады или парки, были более здоровыми, чем те, у кого этого не было.
  • Другое исследование, посвященное изучению того, может ли наблюдение за природными пейзажами влиять на выздоровление людей после операций, показало, что у людей, у которых было окно с живописным видом, было более короткое послеоперационное пребывание в больнице и меньше негативных комментариев от медсестер.

Посадка деревьев как общественное строительство

  • Los Angeles TreePeople - это пример того, как посадка деревьев может расширить возможности сообщества. Древесные люди дают людям возможность собраться вместе, укрепить потенциал, гордость сообщества и возможность сотрудничать и общаться друг с другом.

Зеленые крыши как производство продуктов питания

Зеленые крыши и биоразнообразие дикой природы

  • Зеленые крыши важны для дикой природы, потому что они позволяют организмам населять новый сад. Чтобы максимизировать возможности для привлечения диких животных к зеленой крыше, нужно сделать так, чтобы сад был как можно более разнообразным за счет добавляемых растений. Посадив большое количество растений, различные виды беспозвоночных смогут колонизировать, им будут предоставлены источники пищи и возможности для среды обитания.

Городские леса и более чистая атмосфера

  • Деревья обеспечивают такие преимущества, как поглощение углекислого газа и других загрязнителей. Деревья также создают тень и сокращают выбросы озона от транспортных средств. Имея много деревьев, мы можем охладить городскую жару примерно на 10–20 градусов, что поможет уменьшить озон и помочь сообществам, которые больше всего страдают от последствий изменения климата и городских тепловых островов.

Стратегия развития с низким уровнем воздействия и губчатый город

  • Малоударная застройка, город губки, - это возможность технически смягчить явление UHI за счет более высокой совместимости с прохладным тротуаром и зеленой инфраструктурой. Хотя есть некоторые существенные расхождения между пониманием губчатого города и смягчения воздействия UHI на синюю инфраструктуру, осмотический бассейн, влажный пруд и регулирующий пруд являются важными дополнениями к городским водоемам, выполняя свою роль в питании растительности и испарении для охлаждения в смягчении воздействия UHI. Пилотные проекты города Губка уже обеспечили финансовую основу для дальнейшего смягчения последствий UHI. Это попытка людей, занимающихся различными дисциплинами, синергетически подумать о том, как смягчить эффекты UHI, что способствует выработке целостных политик, руководств и правил. Кроме того, включение смягчения последствий UHI может стать стимулом для участия общественности в строительстве губчатого города, что может консолидировать модель ГЧП для получения дополнительных средств. Веса различных органов власти также может быть перераспределена, чтобы способствовать институциональным переходам.

Программы зеленого строительства

Добровольные программы зеленого строительства на протяжении многих лет способствуют смягчению эффекта теплового острова. Например, один из способов заработать баллы в соответствии с Системой рейтинга экологического проектирования (LEED) Совета по экологическому строительству США (USGBC) Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) - принять меры, которые уменьшают тепловые острова, сводя к минимуму воздействие на микроклимат и людей. и среды обитания диких животных. Кредиты, связанные с отражающей кровлей или озелененными крышами, могут помочь зданию получить сертификат LEED. Здания также получают кредиты за предоставление тени. Точно так же программа Green Globes инициативы Green Building Initiative присуждает баллы сайтам, которые принимают меры по снижению энергопотребления здания и уменьшению эффекта теплового острова. До 10 баллов могут быть присуждены участкам с покрытием крыш из растительности, материалов с высокой отражающей способностью или их комбинации.

Более того, некоторые ученые выступают за то, чтобы регулирование микроклимата было включено, чтобы способствовать или, по крайней мере, быть безвредным для первоначальных целей GB в сокращении энергопотребления, сокращении выбросов углерода и качестве окружающей среды в помещениях. Основываясь на этом, они утверждают, что следующее поколение зеленых зданий должно быть системой смягчения UHI на базе GB, или «зданием с нулевым воздействием UHI», или «зданием с нулевым теплом», или «зданием с нейтральным микроклиматом», стремясь достичь нулевого тепловыделения. воздействие на окружающую среду посредством разумного проектирования и эксплуатации зданий или в зависимости от инновационных методов устранения чрезмерного нагрева на основе целей GB.

Анализ цен

Ежегодно в США 15% энергии идет на кондиционирование зданий на этих городских островах тепла. Согласно Розенфельду и др., «Спрос на кондиционирование воздуха вырос на 10% за последние 40 лет». Владельцы дома и бизнеса могут извлечь выгоду из создания крутого сообщества. Снижение энергопотребления напрямую связано с рентабельностью. Доказано, что участки со значительной растительностью и отражающими материалами поверхности, используемые для крыш домов, тротуаров и дорог, являются более эффективными и экономичными.

В тематическом исследовании бассейна Лос-Анджелеса моделирование показало, что даже если деревья не размещены стратегически на этих городских островах тепла, они все равно могут помочь в минимизации выбросов загрязняющих веществ и сокращении потребления энергии. Подсчитано, что при таком широкомасштабном внедрении город Лос-Анджелес сможет ежегодно экономить 100 миллионов долларов, причем большую часть экономии можно получить за счет прохладных крыш, более светлого тротуара и посадки деревьев. При внедрении в масштабах города дополнительные выгоды от снижения уровня смога привели бы к экономии не менее одного миллиарда долларов в год.

Экономическая эффективность зеленых крыш достаточно высока по нескольким причинам. По словам Картера, «обычная крыша оценивается в 83,78 доллара за м 2, а зеленая крыша - в 158,82 доллара за м 2 ». Во-первых, зеленые крыши имеют более чем в два раза срок службы по сравнению с обычной крышей, что эффективно снижает количество замен крыш каждый год. Зеленые крыши не только продлевают срок службы крыши, но и позволяют управлять ливневыми стоками, снижая плату за коммунальные услуги. Стоимость зеленых крыш вначале выше, но с течением времени их эффективность приносит не только финансовую пользу, но и пользу для здоровья.

В выводах Capital E Analysis о финансовых преимуществах зеленых зданий было определено, что зеленые крыши успешно снижают потребление энергии и повышают пользу для здоровья. На каждый квадратный фут зеленой крыши, использованной в одном исследовании, экономия энергии составила 5,80 долларов. Также была отмечена экономия по категориям выбросов, воды и технического обслуживания. В целом экономия составила в среднем 52,90–71,30 долларов США, а затраты на «зеленые» затраты составили 3–5 долларов США.

Изменение климата

Дополнительная информация: Изменение климата и города и адаптация к изменению климата § Волны тепла

Хотя урбанизация не является серьезной причиной глобального потепления, она усугубила последствия изменения климата в городах.

В AR6 МГЭИК говорится:

«Разница в наблюдаемых тенденциях потепления между городами и их окрестностями может частично объясняться урбанизацией»

а также

«По сравнению с сегодняшним днем, большие последствия ожидаются от сочетания будущего городского развития и более частого возникновения экстремальных климатических явлений, таких как волны тепла, с увеличением количества жарких дней и теплых ночей, усугубляющих тепловой стресс в городах».

Городской холодный остров

Тот же самый городской район, где днем ​​жарче, может быть холоднее, чем окружающие сельские районы на уровне земли ночью, что приводит к новому термину « городской холодный остров». Например, снежный покров в сельской местности изолирует растения. Это было неожиданным открытием при изучении реакции растений на городскую среду. Эффект городского холодного острова возникает ранним утром, потому что здания в городах блокируют солнечное излучение, а также скорость ветра в центре города. Воздействие как городского острова тепла, так и городского холодного острова наиболее интенсивно в периоды стабильных метеорологических условий. Несколько других исследований наблюдали за городским прохладным островом в полузасушливых или засушливых регионах. Причина этого явления - доступность воды и растительности в городском районе по сравнению с его окрестностями.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Арнфилд, А. Джон (1 января 2003 г.). «Два десятилетия исследований городского климата: обзор турбулентности, обмена энергией и водой, а также городского теплового острова». Международный журнал климатологии. 23 (1): 1-26. Bibcode : 2003IJCli..23.... 1A. DOI : 10.1002 / joc.859.
  • Гартланд, Лиза (2008). Тепловые острова: понимание и смягчение последствий жары в городских районах. Лондон: Earthscan. ISBN   9781844072507.
  • PD Jones; П.Ю. Гройсман; М. Кофлан; Н. Пламмер; ТУАЛЕТ. Ванга; Т. Р. Карл (1990). «Оценка эффектов урбанизации во временных рядах температуры приземного воздуха над сушей». Природа. 347 (6289): 169–172. Bibcode : 1990Natur.347..169J. DOI : 10.1038 / 347169a0. S2CID   4303069.
  • Гельмут Э. Ландсберг (1981). Городской климат. Нью-Йорк: Academic Press. ISBN   978-0-12-435960-4.
  • Дарден, Брук; Грей, Доминик; Каган, Томас (2015). «Что нового в UCF: исследование UHI». Университет Центральной Флориды, факультет биологии, ландшафта и природных ресурсов, исследование городского тепла.
  • Дж. Ходакарами ; М. Хатами (2016). Остров тепла: новая переменная в архитектуре и урбанизме. Тегеран, на персидском языке: Книга Фекрено.

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-04 02:32:51
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте