Введение
Научное изучение атмосферы и городской среды. Городская климатология – это изучение городского климата, раздел климатологии, посвященный взаимодействию между городскими территориями и атмосферой, влиянию, которое они оказывают друг на друга, а также различным пространственным и временным масштабам, на которых происходят эти процессы (и связанные с ними реакции).
Urban climatology is the study of urban climate. It is a branch of climatology that concerns interactions between urban areas and the atmosphere, the effects they have on one another, and the varying spatial and temporal scales at which these processes (and responses) occur.
История
Считается, что Люк Говард заложил основы городской климатологии своей книгой "Климат Лондона", в которой содержались непрерывные ежедневные наблюдения с 1801 по 1841 год за направлением ветра, атмосферным давлением, максимальной температурой и количеством осадков. Городская климатология возникла как методология для изучения последствий индустриализации и урбанизации. Строительство городов изменяет физическую среду и влияет на энергетические, влажностные и динамические процессы в приземном слое атмосферы. Большинство этих изменений можно объяснить такими причинными факторами, как загрязнение воздуха, антропогенные источники тепла, водонепроницаемость поверхности, теплофизические свойства материалов поверхности, а также морфология поверхности и ее специфическая трехмерная геометрия – расстояние между зданиями, высота, ориентация, ярусность растительности, общие размеры и географическое расположение этих элементов. К другим факторам относятся рельеф, близость к водоемам, размер города, плотность населения и распределение землепользования.
Факторы, влияющие
На городской климат влияет ряд факторов, включая размер города, его морфологию, структуру землепользования и географическое положение (например, рельеф, высота над уровнем моря и региональный климат). Среди различий между городским и сельским климатом – качество воздуха, схемы ветров и изменения в характере осадков, однако наиболее изученным является эффект городского теплового острова (UHI).
Температурный и городской эффект теплового острова
Городские районы и территории, расположенные немного под ветром, как правило, теплее окружающей местности, что было задокументировано более века назад Говардом. Городские территории представляют собой острова или участки в более широком масштабе по сравнению с более сельской местностью. Пространственное распределение температуры происходит одновременно с временными изменениями, оба из которых причинно обусловлены антропогенными источниками. Городская среда характеризуется двумя слоями атмосферы, помимо планетарного пограничного слоя (ПБЛ), находящегося снаружи и простирающегося высоко над городом: (1) Городской пограничный слой формируется за счет пространственно-интегрированного тепло- и влагообмена между городом и прилегающим воздухом. (2) Поверхность города соответствует уровню городского полога. Потоки через эту плоскость включают в себя потоки от отдельных элементов, таких как крыши, вершины уличных каньонов, деревья, газоны и дороги, интегрированные по более крупным зонам землепользования (например, пригородам). Эффект городского теплового острова является ключевым объектом исследований в области городской климатологии, а также в целом влияние городской среды на местные метеорологические условия. Эти условия иногда измеряются с помощью микро- и мезосетей, а также спутников наблюдения за Землей.
Загрязнение
В эту область также входят вопросы качества воздуха, радиационных потоков, микроклимата и даже проблемы, традиционно связанные с архитектурным проектированием и инженерией, такие как аэродинамическое проектирование зданий. Причины и последствия загрязнения, изучаемые с точки зрения городской климатологии, приобретают все большее значение для городского планирования.
Осадки
Изменения в ветрах и схемах конвекции над и вблизи городов влияют на количество осадков. Считается, что этому способствуют городской тепловой остров, повышенная шероховатость поверхности и увеличение концентрации аэрозолей.
Изменение климата
Городская климатология тесно связана с исследованиями глобального потепления. Как центры социально-экономической активности, города производят значительное количество парниковых газов (ПГ), в первую очередь CO2, в результате человеческой деятельности, такой как транспорт, строительство, отходы, связанные с потребностями в отоплении и охлаждении, и т.д. В мировом масштабе ожидается, что города будут расти в XXI веке (и далее), и по мере их роста и развития ландшафты, в которых они расположены, будут меняться, что также повлияет на атмосферу над ними, увеличивая выбросы ПГ и, тем самым, способствуя глобальному парниковому эффекту. Многие города также уязвимы к прогнозируемым последствиям изменения климата (повышение уровня моря, изменение температуры, количества осадков, частоты штормов), поскольку большинство из них развиваются на побережьях или вблизи них, почти все образуют отдельные городские острова тепла и страдают от загрязнения атмосферы. Будучи районами с высокой концентрацией населения, эти эффекты потенциально могут оказать наибольшее и наиболее разрушительное воздействие (например, европейская жара 2003 года, особенно трагичная во Франции), что делает их важным объектом изучения для городской климатологии.
Плоскостное планирование и здравоохранение
Городская климатология оказывает влияние на процесс принятия решений в области муниципального планирования и политики, касающихся загрязнения, экстремальных температурных явлений и моделирования ливневых стоков.