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).

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.