Miejska wyspa ciepła to zjawisko meteorologiczne, które charakteryzuje się wyższą temperaturą panującą w mieście niż na innych okolicznych terenach. Wpływa ona na zmianę ważnych czynników, takich jak temperatura, pochłanianie promieniowania słonecznego bądź jego odbijanie (albedo), spadek prędkości wiatru oraz obniżenie wilgotności powietrza. Nowe badania przeprowadzone przez Uniwersytet Yale w Connecticut po raz pierwszy pokazują, dlaczego miejska wyspa ciepła (MWC) jest zjawiskiem powszechnym i jak może ona wpłynąć na zdrowie mieszkańców aglomeracji.

Miejska wyspa ciepła

W badaniu uczestniczyło 65 miast z Ameryki Północnej. Naukowcy odkryli, że wyższa temperatura w miastach spowodowana jest przez uwalnianie ciepła do dolnej warstwy atmosfery w procesie konwekcji (ruch powietrza, spowodowany różnicami temperatur: cieplejsze, a więc lżejsze powietrze wypychane jest do góry, cięższe, chłodniejsze znajduje się tuż nad powierzchnią). Jest to główny czynnik powstawania MWC. Zabudowa dodatkowo potęguje to zjawisko, ponieważ wiatr napotyka na swojej drodze więcej przeszkód niż ma to miejsce na otwartym terenie z roślinnością. Powietrze napotyka na przeszkody i nie może swobodnie przemieszczać się i mieszać się w mieście, więc temperatura wolniej tam spada. Przez wiele lat naukowcy uważali, że to zjawisko powstaje na skutek zmniejszenia powierzchni parowania, między innymi przez usunięcie roślinności z przestrzeni miejskiej.

Problem dla zdrowia

Wpływ procesu konwekcji dotkliwy jest zwłaszcza w wilgotnym klimacie. W Atlancie w Georgii i w Nashville w Tennessee średnia różnica temperatury w mieście i poza nim wynosi powyżej 3 st. C.

– Zjawisko MWC może mieć wpływ na zdrowie ludzkie w miastach na całym świecie, ponieważ średnia temperatura nadal rośnie i coraz więcej ludzi przenosi się do aglomeracji – powiedział Xuhui Lee, jeden z autorów badania, profesor meteorologii ze Studiów Leśnych i Środowiskowych na Uniwersytecie Yale – Warunki klimatyczne nie wzmacniają efektu miejskiej wyspy ciepła. Jednak w wilgotnym klimacie fale upałów mogą spowodować większe straty na zdrowiu, ponieważ efekt MWC powoduje podniesienie i tak już wysokich temperatur. To jest ogromny problem z punktu widzenia zdrowia publicznego – dodał Lee

Albedo

Od wielu lat naukowcy badają przyczyny powstawania miejskich wysp ciepła. Oprócz zmian konwekcji, biorą pod uwagę również albedo, które zmienia się na skutek działalności ludzkiej w przestrzeni miejskiej. Albedo to parametr określający zdolność odbijania promieni słonecznych przez daną powierzchnię; ciemniejsze barwy pochłaniają promieniowanie, więc bardziej się nagrzewają, a jaśniejsze odbijają. Ważna jest również struktura powierzchni – gładkie są w całości nastawione na słońce, chropowate ma zróżnicowane albedo,  zależności od kąta padania promieni słonecznych. Ciemne budynki i asfalt chłoną więcej ciepła niż rośliny i gleba.

Badania nad miejska wyspą ciepła

Wykorzystując dane pochodzące z satelity, dotyczące temperatury powierzchni ziemi i roślinności w miastach Stanów Zjednoczonych i Kanady, naukowcy wyliczyli średnie różnice temperatur pomiędzy miastami i okolicznymi obszarami niezabudowanymi w ciągu dnia i w nocy. Wykorzystywali również szereg danych takich jak gęstość powietrza do ustalenia wartości głównych czynników (promieniowanie, konwekcja, ciepło wytwarzane przez człowieka) i ich wpływu na zmianę temperatury MSW.

Architektura w mieście podnosi temperaturę

Wyniki badań potwierdziły pogląd, że nie klimat lokalny, a działanie człowieka wpływa na wyższą temperaturę, zwłaszcza nocą. Naukowcy odkryli, że w ciągu dnia dominującym czynnikiem, który wpływa na zjawisko miejskiej wyspy ciepła, jest osłabiona konwekcja w miastach, a szczególnie w zlokalizowanych w gorącym, wilgotnym klimacie. W tych miejscach gładka powierzchnia budynków mniej sprzyja krążeniu ciepła niż powierzchnia roślinna. Efektywność konwekcji w klimacie wilgotnym w miastach zmniejsza się o 58 proc.

Roślinność ma największe znaczenie

– Grubsze warstwy roślinności wpływają na turbulencyjne zawirowania powietrza, które usuwają ciepło z atmosfery – powiedział Lei Zhao, doktorant ze Studiów Leśnych i Środowiskowych na Uniwersytecie Yale – W miejscu gdzie jest gładki obszar, występuje słabsza konwekcja i ciepło zostaje uwięzione na nagrzanej powierzchni – dodał. 

Kluczowa rola konwekcji

Konwekcja w suchszych miastach również jest osłabiona, ale występują tam inne konsekwencje. Południowo-wschodnie obszary USA z typową niską roślinnością również gorzej rozpraszają ciepło. Skutkiem tego w mieście temperatura różni się od tej panującej w obszarach przyległych: w aglomeracji jest wyższa o około 1,5 st. C.  Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature” 10 lipca.

Polecane: