Miejska wyspa ciepła – jak powstaje i jak jej zaradzić

Dalej poruszamy problematykę klimatu miejskiego. Dzisiaj omówiona zostanie miejska wyspa ciepła.

Promieniowanie słoneczne jest źródłem energii, które reguluje i kształtuje procesy klimatyczne Ziemi. Jest  również elementem niezbędnym do naszego życia. Klimat miasta charakteryzuje się całkiem innymi cechami od lokalnego klimatu na danym terenie. W przypadku zjawiska jakim jest miejska wyspa ciepła skupimy się przede wszystkim na bilansie cieplnym, który ulega zaburzeniom od stanu naturalnego.

Z powodu zanieczyszczenia powietrza do powierzchni Ziemi dociera mniej energii słonecznej. Ta wiązka światła, która przejdzie przez smog odbija się, lecz nie uchodzi do atmosfery tylko ulega ponownemu odbiciu od warstwy zanieczyszczeń, rozpraszając się. Maleje zatem ilość światła bezpośredniego dochodzącego do nas. Z drugiej strony w mieście mamy dużo emitorów ciepła, do których poza zakładami przemysłowymi zaliczymy budynki, które w okresie grzewczym potrafią dużo energii tracić. Okazuje się jednak, że zyski ciepła uzyskane w procesie spalania surowców naturalnych rekompensują nam straty, jakie wynikają z mniejszego przepływu światła słonecznego przez warstwę zanieczyszczeń. Z czego zimą dysproporcja (przerost energii ze „sztucznych” źródeł nad energią słoneczną) jest większa niż latem, co bardziej zauważalne jest w bardziej uprzemysłowionych miastach.

Kolejnym zaburzającym naturalny bilans cieplny jest pokrycie terenu – budynki, drogi i chodniki mają dużą pojemność cieplną – w ciągu dnia pochłaniają energie słoneczną, a w nocy oddają. Powstaje wtedy w mieście i jego terenie obrzeżnym (w podobnych warunkach jak nad morzem) bryza miejska. W dzień nagrzewa się centrum, ciepłe lekkie powietrze unosi się ku górze i powstaje strefa niskiego ciśnienia. Obrzeża miasta, gdzie dominują tereny otwarte i zielone szybciej się ochładzają (jak ląd nad morzem) niż budynki (woda morska) i powstaje strefa niskiego ciśnienia z chłodnym powietrzem. Następuje wtedy naturalny ruch powietrza ze stref zewnętrznych miasta do centrum zwany właśnie bryzą miejską. Można zatem uznać, że miejska wyspa ciepła pozytywnie wpływa na przewietrzenie miasta, lecz przy gęstej zabudowie i tak jest ono utrudnione. Trzeba również zauważyć, że miejskie zanieczyszczone masy powietrza mogą „wędrować między centrum a obrzeżami kilkakrotnie, co może niekorzystnie wpłynąć na klimat miasta.

Co zatem wpływa na wyspę ciepła? Mamy:

• nadwyżkę w bilansie promieniowania cieplnego
• duży przypływ energii, ze źródeł sztucznych
• deficyt bilansu wilgoci (mała przepuszczalność terenów)
• utrudnioną przez gęstą zabudowę wymianę powietrza

Razem te czynniki powodują wzrost temperatury w mieście w porównaniu z terenami obrzeżnymi. Izotermy układają się w sposób koncentryczny, zamknięty – stąd określenie „miejska wyspa ciepła”. Na intensywność i stabilność największy wpływ mają warunki wietrzności. Występowanie wyspy ciepła można rozpatrywać w cyklu dziennym lub rocznym, ale również tygodniowym. W ciągu dnia największe różnice temperatur widoczne są w nocy. W perspektywie rocznej wyspa intensywniejsza jest w lecie niż w zimie – więcej promieni słonecznych dociera, a na przełomie jesienno-zimowym mamy silniejsze wiatry. W ciągu tygodnia widać wyraźnie wpływ działalności człowieka na klimat – w weekend, gdy nie pracujemy różnice temperatur są dużo mniejsze niż w ciągu tygodnia.

Wbrew pozorom miejska wyspa ciepła nie jest wyłącznie negatywnym zjawiskiem. Jej pozytywne skutki jednakże możemy doświadczyć głównie zimą. Dzięki niej:

• zużywamy mniej energii do ogrzania w zimę budynków,
• przez wyższą temperaturę mamy mniejsze opady śniegu – oszczędzamy wtedy na odśnieżaniu ulic w mieście,
• jest cieplej – dłużej utrzymuje się dodatnia temperatura co przekłada się na oszczędność energii.

Negatywne skutki natomiast zaobserwujemy głównie latem:

• dochodzi do przegrzania powietrza co staje się uciążliwe dla człowieka,
• przy bezwietrznej pogodzie wzrasta zanieczyszczenie
• wzrost energii na uzdatnienie powietrza i klimatyzację

Jak zatem radzić, gdy występuje miejska wyspa ciepła ?

Przede wszystkim konieczny jest spójny system przyrodniczy miasta, który zapewniałby napływ czystego powietrz. Organizacja klinów przewietrzających miasto, pozytywniej wpłynęłoby na klimat miejski. Powinniśmy starać się ograniczyć ruch samochodowy w mieście – stawiać na niskoemisyjny transport publiczny. Równocześnie musimy kontrolować rozwój zabudowy. Dążąc do miasta zwartego, o intensywnej zabudowie, nie możemy zapominać o otwartych przestrzeniach – o pewnej ekstensywności tej zabudowy.

Klimat w każdym mieście jest inny lecz można zauważyć dużo prawidłowości w jego zmianach. W różnych aglomeracjach pewne procesy zachodzą w odmienny sposób, do czego dochodzi również jej położenie i rzeźba terenu (zwłaszcza w przypadku górskich miejscowości). Konieczne jednak jest wielowymiarowe spojrzenie na miasto, w celu zapewnienia jak najlepszych warunków życia.

Źródło:

L. Laskowski „Wybrane zagadnienia fizyki miasta”