Оценка микроклиматических особенностей территории. Микроклимат городской среды

Факторы, влияющие на качество микроклимата

Практика показывает, что при формировании микроклимата, отвечающего физиологическим требованиям тех или иных животных, нужно учитывать весь комплекс влияющих на него факторов: климатических и погодных, физиологических, технических, технологических и эксплуатационных.

Климат и погода воздействуют на качество воздушной среды в помещениях через их ограждающие конструкции, вентиляцию, при открывании окон, дверей и ворот. Технология содержания отдельных видов и половозрастных групп животных предусматривает круглогодичное нахождение в помещениях, иногда без выгула. В этих условиях роль климатических и погодных факторов возрастает.

Вся территория Российской Федерации разделена на 4 климатических района, которые подразделяются на 16 подрайонов. При разделении на районы и подрайоны учтено следующее:

Среднемесячная температура в январе (самый холодный месяц);

Среднемесячная температура в июле (самый жаркий…

Микроклимат города – раздел Экология, ЭКОЛОГИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ В Городе Формируются Особые Микроклиматические Условия. Микроклимат Города…

В городе формируются особые микроклиматические условия. Микроклимат города – это климат приземного слоя воздуха отдельных участков городской территории. Приземной слой воздуха занимает воздушное пространство двухметровой высоты над уровнем земли.

На формирование микроклимата города, помимо природных условий, оказывают влияние условия, создаваемые городской застройкой, а также функционированием автотранспорта, теплоэлектростанций, промышленных и других предприятий. Городская застройка изменяет природный рельеф: увеличивает шероховатость подстилающей поверхности (например, формирует котловинные условия на фоне равнинного рельефа), включает множество вертикальных поверхностей, создает пересеченную местность. Кроме того, теплофизические свойства (теплоемкость и отражательная способность) элементов городской застройки (стен зданий,…

Как создать в помещении благоприятный микроклимат

Редкий человек начнет заниматься изучением микроклимата в своем жилище, если в его жизни все благополучно. А вот когда дети начали вдруг часто болеть, у их мамы «вылезла» аллергия не понятно на что, да и сам глава семейства зачастил к докторам, тут уж поневоле задумаешься. Должна же быть причина всех этих неприятностей. И нередко причиной является неблагоприятный микроклимат в жилом помещении.

Что такое микроклимат помещения, из чего он складывается

Термин «микроклимат» применяется для характеристики метеорологических условий в определенном относительно небольшом пространстве. В нашем случае таким…

В городе формируются особые микроклиматические условия. Микроклимат города – это климат приземного слоя воздуха отдельных участков городской территории. Приземной слой воздуха занимает воздушное пространство двухметровой высоты над уровнем земли.

На формирование микроклимата города, помимо природных условий, оказывают влияние условия, создаваемые городской застройкой, а также функционированием автотранспорта, теплоэлектростанций, промышленных и других предприятий. Городская застройка изменяет природный рельеф: увеличивает шероховатость подстилающей поверхности (например, формирует котловинные условия на фоне равнинного рельефа), включает множество вертикальных поверхностей, создает пересеченную местность. Кроме того, теплофизические свойства (теплоемкость и отражательная способность) элементов городской застройки (стен зданий, крыш, дорог, мостовых) отличаются от теплофизических свойств элементов природного окружения. Почва города скрыта под строениями и дорожными (асфальтовыми) покрытиями. В природных условиях часть влаги уходит в почву. В городе значительная часть осадков не попадает в нее. Стоки городских осадков отводятся в ливневую или городскую канализацию. При работе автотранспорта, отоплении города, функционировании предприятий в атмосферный воздух поступают потоки тепла, выбрасываются газообразные загрязняющие вещества, жидкие и твердые взвешенные частицы.

Перечисленные особенности городской территории определяют факторы формирования микроклимата города:

· изменение рельефа, обусловленное городской застройкой;

· различие теплофизических свойств поверхностей элементов городской застройки и природного окружения;

· различие в альбедо подстилающих поверхностей территории города и окрестностей;

· искусственные потоки тепла;

· загрязнение воздуха;

· снижение испарения из-за асфальтовых покрытий и зарегулированности стока атмосферных осадков;

· резкое уменьшение площади поверхности с растительным покровом и естественной почвой и др.

Эти факторы влияют на микроклимат города одновременно, но их вклад в разное время года и в различных климатических условиях весьма различен. Они вызывают изменение естественного радиационного баланса, условий тепло- и массообмена, нарушение естественного круговорота влаги. Все это определяет микроклиматическую изменчивость общеклиматических режимов в отдельных районах крупного города.

Радиационный режим микроклимата города . Вследствие загрязнения атмосферного воздуха твердыми и жидкими взвешенными частицами (аэрозолями) происходит уменьшение его прозрачности. Поэтому часть солнечной радиации не проникает на территорию города. В зависимости от степени загрязнения воздуха, времени года и суток наблюдается снижение ее интенсивности до 20 % .

В градостроительстве решающую роль играет прямая солнечная радиация, которая оценивается инсоляционным режимом. Инсоляционный режим – режим облучения городских территорий и помещений зданий прямыми солнечными лучами. Инсоляцию городской застройки уменьшают облачность и загрязнение атмосферного воздуха. Солнечное облучение необходимо для жизни. Оно оказывает оздоровительное и положительное психологическое влияние на человека. Продолжительность инсоляции регламентируется санитарными нормами и соответствующими параграфами СНиПа . Нормы инсоляции зависят от климатической зоны размещения городской территории. В соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 на территориях игровых площадок, спортивных площадок жилых домов, групповых площадок дошкольных учреждений, спортивных зон, зон отдыха общеобразовательных школ и школ-интернатов; зоны отдыха лечебно-профилактических учреждений стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3 часов на 50 % площади участка, независимо от географической широты.

СанПиНом также определены гигиенические требования по ограничению избыточного теплового воздействия инсоляции. На территории жилой застройки III и IV климатических районов защита от перегрева должна быть предусмотрена не менее чем для половины игровых площадок, мест размещения игровых и спортивных снарядов и устройств, мест отдыха населения.

Температурный режим микроклимата города . Температура воздуха в крупном городе по сравнению с его окрестностями выше на 1…4 градуса, иногда эта разница достигает 8 градусов .

Повышение температуры объясняется нагревом элементов застройки за счет поглощения ими солнечной радиации и отражением радиации городскими поверхностями, а также уменьшением эффективного излучения тепла над городом. Величина отраженной радиации зависит от наклона и ориентации поверхностей, а также от альбедо строительных и дорожных материалов. При этом может происходить взаимооблучение элементов застройки, а вблизи инсолируемых поверхностей городского окружения может значительно возрасти температура воздуха. Из-за загрязнения атмосферного воздуха, а также неоднородностей подстилающей поверхности, обусловленных застройкой, ослабляется эффективное излучение над городом и соответственно уменьшается его ночное охлаждение. Кроме того, на испарение влаги асфальтным покрытием и другими городскими поверхностями тратится значительно меньше энергии, по сравнению с энергией, необходимой для испарения влаги растительным покровом. Поэтому в приземном слое воздуха городской территории, за счет малого расхода энергии на испарение влаги, остается значительно больше тепла по сравнению с территорией окрестностей.

Дополнительное поступление тепла в атмосферный воздух происходит при сжигании топлива. Тепловые выбросы транспортных средств, промышленных и энергетических предприятий могут вызывать локальное повышение температуры воздуха над отдельными участками территории городской застройки – транспортной магистралью, промышленной зоной, ТЭЦ. Так, по данным космического мониторинга (съемки инфракрасного излучения), тепловые аномалии занимают четвертую часть территории г. Москвы (март 1997 г.) .

Повышение температуры воздуха внутри города по сравнению с температурой окружающей местности приводит к образованию так называемого «острова тепла» над городом – области повышенной температуры воздуха, которая имеет вид купола. Размер «острова тепла» и другие его показатели зависят от метеорологических условий и особенностей города. «Остров тепла» разрушается ветром или другими атмосферными осадками, но устойчив в безветрие. На высоте до нескольких сот метров по границам «острова» происходит циркуляция масс теплого и холодного воздуха. Вертикальная скорость воздушных потоков сравнительно небольшая. Например, у «острова» диаметром 10 км при скорости ветра 1 м/с в слое толщиной 500 м она составляет около 10 см/с . В «острове тепла» давление атмосферного воздуха понижено. Это способствует притягиванию облаков верхних слоев атмосферы. Поэтому облака над городом расположены значительно ниже, чем над открытой местностью. Восходящие потоки воздуха образуют кучевую облачность. Образование «острова тепла» вызывает уменьшение притока солнечной радиации на территорию крупного города, увеличение количества атмосферных осадков, увеличение повторяемости туманов.

Ветровой режим микроклимата города . Элементы городской застройки и зеленые насаждения изменяют скорость ветра и его направление. Обычно скорость ветра в городе меньше, чем за его пределами. Усиление ветра возможно при расположении города на холмах или при совпадении направления ветра с направлением улиц. Для городов, где скорости ветра незначительны, характерны местные циркуляции воздуха. Причиной их возникновения может быть разная температура или освещенность отдельных участков городской территории. Движение воздуха, называемое термическим проветриванием, возникает между городом и его окрестностями, между зеленым массивом и территорией застройки, между нагретой солнцем и затененной частью улиц. Наличие водоемов способствует формированию местной циркуляции, подобной бризам. Воздух движется от водоемов к застройке.

Ветровой режим приземного слоя воздуха в условиях городской застройки принято называть аэрационным режимом . Аэрационный режим считается комфортным, если скорости ветра на территории застройки находятся в пределах от 1 до 5 м/с . Участки городской территории, где скорость ветра меньше 1 м/с, относятся к непроветриваемым, а более 5 м/с – к зонам продувания. В учебном пособии отдельно выделяются комфортный аэрационный режим (скорость ветра от 1 до 3 м/с) и аэрационный режим, близкий к комфортному (скорость ветра от 3 до 5 м/с). Непроветриваемые участки городской территории, или зоны застоя воздуха, создают антисанитарное состояние. Зоны продувания дискомфортны для человека.

Влажностный режим микроклимата города. Влажность воздуха в крупных городах ниже по сравнению с окрестностями. Это связано с повышенными температурами атмосферного воздуха и меньшим содержанием в нем влаги за счет снижения количества испарений. Наибольшая разница по влажности воздуха между городом и его окрестностями в течение года наблюдается летом, а в течение суток – в вечерние часы. В зимнее время воздух города может быть более увлажнен за счет выбросов пара техногенными источниками. Зимой в городе выпадает меньше снега, а летом выпадает больше дождей.

Образованию облачности в городе при высокой влажности способствует повышенная конвективная неустойчивость и загрязнение воздушных масс. Образованию облачности при недостаточной влажности также способствуют конвективные потоки над городом. Они препятствуют горизонтальному перемещению воздушных масс, поступающих с наветренной стороны, вовлекают их в восходящий поток воздуха. Вследствие этого образуется облачность и выпадают осадки.

При значительном загрязнении атмосферного воздуха и ослаблении скорости ветра туманов в городе может быть больше. С повышением температуры и понижением относительной влажности туманов в городе становится меньше, чем за его пределами .

Биоклиматические условия территории города . Погодные условия могут оказывать негативное влияние на самочувствие человека, могут вызывать чувство комфорта. Погодой называется состояние атмосферы в данном месте в определенный момент или за ограниченный промежуток времени (сутки, месяц). Погода обусловлена физическими процессами, происходящими при взаимодействии атмосферы с космосом и земной поверхностью. Погоду характеризуют метеорологические показатели: атмосферное давление, температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра.

Специалистами по медицинской климатологии разработан ряд биоклиматических показателей по восприятию человеком погодных условий. Эти показатели получены на основе параллельных физиологических и метеорологических наблюдений. Наибольшее применение получили показатели, отражающие тепловое состояние человека.

Тепловое состояние человека определяется его физиологическими показателями, физической нагрузкой, теплозащитными свойствами одежды, но в первую очередь комплексом метеорологических факторов: температурой и влажностью воздуха, солнечной радиацией и скоростью ветра. Установлено, что человек испытывает тепловой комфорт в том случае, когда его теплорегуляторная система находится в состоянии наименьшего напряжения. Так, низкая температура воздуха вызывает ощущение холодного дискомфорта, который возрастает с увеличением скорости ветра и повышением влажности. В жарком климате при температуре воздуха, близкой к температуре тела или превышающей ее, даже ветер не всегда приносит ощущение свежести. Сочетание высокой температуры и высокой влажности воздуха вызывает состояние духоты.

К биоклиматическим показателям, отражающим тепловое состояние человека, относятся: эквивалентно-эффективная температура, тепловая нагрузка на организм человека, физиологический тип погоды и др. На основе этих показателей разработаны методы оценки биоклиматических условий территории. Рассмотрим метод температурных шкал, метод теплового баланса тела человека и методы, основанные на классификации типов погод .

Метод температурных шкал. В основном используются два вида температурных шкал: эквивалентно-эффективные температуры (ЭЭТ) и радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ). ЭЭТ учитывают комплексное воздействие температуры, влажности воздуха и скорости ветра на теплоощущение человека. РЭЭТ дополнительно учитывают солнечную радиацию. Комплексное воздействие на человека температуры воздуха, скорости ветра и относительной влажности вызывает такой эффект теплоощущения, который соответствует воздействию неподвижного, полностью насыщенного влагой воздуха при определенной температуре, называемой эквивалентно-эффективной температурой . Для оценки биоклимата городов, расположенных в разных климатических районах, даются следующие рекомендации по использованию системы температурных шкал. В качестве зоны комфорта принимается интервал ЭЭТ:

· для южных городов – 17…21 0 С;

· для городов средней полосы, Сибири и Приморья – 13,5…18 0 С.

ЭЭТ ниже указанных пределов характеризуют состояние охлаждения, а выше – перегрева. При расчетах ЭЭТ, помимо средних многолетних показателей, следует использовать и ежедневные метеорологические данные. Человек адаптируется к средним климатическим условиям. Экстремальные условия (их повторяемость, интенсивность, продолжительность) могут вызвать негативную реакцию организма, и прежде всего у людей с ослабленным здоровьем.

Данные по ЭЭТ и РЭЭТ позволяют оценить биоклиматические ресурсы конкретного города: определить среднюю продолжительность комфортного и дискомфортного периодов в течение года; рассчитать повторяемости погодных условий, обеспечивающих состояние перегрева, комфорта и охлаждения, и рассмотреть распределение их степени дискомфортности в аномально жаркие и холодные годы (рис. 3.1).

С помощью ЭЭТ и РЭЭТ можно определить особенности формирования биоклимата в зависимости от особенностей застройки, неоднородности рельефа, наличия лесных массивов, близости водных объектов и в итоге выделить зоны с различной степенью комфортности для проживания и отдыха горожан. Методы ЭЭТ и РЭЭТ могут быть использованы в любых климатических районах и обеспечивают сравнимость результатов.

Метод расчета теплового баланса тела человека основан на уравнении, выражающем равенство теплопоступлений и теплопотерь:

R k + M = R q + P + LE + B ,

где R k – приход к поверхности тела коротковолновой радиации, М – теплопродукция организма, R q – длинноволновое излучение, Р – конвекция, LE – затраты тепла на испарение пота, L – скрытая теплота испарения, Е – величина влагопотерь испарением пота, В – затраты тепла на нагревание выдыхаемого воздуха и насыщение его водяным паром при испарении с поверхности легких.

Рис. 3.1. Повторяемость комфортной и дискомфортной погоды

по эквивалентно-эффективным температурам (г. Чита):

1) ЭЭТ < 18,6 0 С (охлаждение); 2) ЭЭТ = 13,6 - 18 0 С (комфорт);

3) ЭЭТ > 18 0 С (перегрев)

Данный метод используется при оценке биоклимата городов с жарким климатом и непригоден для городов с умеренным и холодным климатом. В качестве показателя степени тепловой нагрузки на организм человека в условиях жаркого климата принята величина влагопотерь испарением пота. Используется также показатель напряженности терморегуляторной системы, представляющий собой отношение фактической тепловой нагрузки к максимально возможной при тех же метеорологических условиях. Комфортному состоянию взрослого человека (величина площади тела принята равной 1,5 м 2) соответствуют значения влагопотерь испарением пота 50…150 г/ч и значения показателя напряженности терморегуляторной системы 5…12%. Одежда может уменьшать потоотделение на 33…45%.

Методы, основанные на классификации типов погод , состоят в том, что биоклиматическая характеристика территории дается по совокупности и последовательности повторяемости типов погод (методы комплексной климатологии). В свою очередь, типы погод определены в соответствующих классификациях погод.

Климатическая классификация погоды основана на объединении в типы и классы погод всего многообразия метеорологических условий теплого и холодного периодов года. Каждый тип (класс) погоды определяется строго ограниченными интервалами температуры и влажности воздуха, скорости ветра и облачности (последняя рассматривается как косвенный показатель радиационного режима). Выделяют перегревную, жаркую, теплую, комфортную, прохладную, холодную и суровую погоду. Метод оценки биоклимата, основанный на этой классификации, позволяет получить фоновую картину распределения погодных условий применительно к тепловому состоянию человека. Метод нагляден, удобен и часто применяется для биоклиматической характеристики городов. В то же время метод недостаточно надежен для оценки биоклимата в зависимости от микроклиматических особенностей небольших районов.

Физиологическая классификация погод основана на различных типах теплового состояния человека и обусловленной им терморегуляторной нагрузки. Выделяют четыре класса холодных погод разной степени переохлаждения (1Х, 2Х, 3Х, 4Х), четыре класса теплых погод разной степени перегрева (1Т, 2Т, 3Т, 4Т) и комфортную погоду (Н) (табл. 3.2). Метод оценки биоклимата, основанный на физиологической классификации, состоит в учете повторяемости дискомфортных типов погод (2Х, 3Х, 4Х, 2Т, 3Т, 4Т). Результаты оценки выражают графически, в виде климатограмм.

Климато-физиологическая классификация основана на физиологических типах погод и их метеорологических характеристиках (сочетание различных значений температуры воздуха, скорости ветра и общей облачности) (рис. 3.2, табл. 3.3). Классификация предназначена для условий с относительной влажностью 30…60%, оптимальной для человека. Эта классификация погод, применяется для оценки рекреационного потенциала территории пригородов, использования ее для летнего отдыха.

Все существующие методы оценки влияния климата и погоды на организм человека нельзя признать универсальными. Связано это, прежде всего, со сложностью исследуемых объектов – человека и атмосферы, а также с разными способностями организма людей адаптироваться к местным климатическим условиям и с индивидуальными особенностями человека (возраст, пол, состояние здоровья, уровень физической нагрузки).

Рассеивание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе влияет на экологическую обстановку в городе. Твердые частицы загрязняющих веществ размером более 0,1 мм оседают на подстилающую поверхность под действием гравитационных сил. Мелкие, твердые и жидкие частицы, а также газообразные вещества распространяются в атмосферном воздухе вследствие диффузии.

Таблица 3.2

Типы погод по физиологической (ФК) и климато-физиологической классификации (КФК)

Рис. 3.2. Оценочная шкала определения степени благоприятности погоды для человека:

1 - холодная дискомфортная; 2 - прохладная субкомфортная; 3 - комфортная; 4 - жаркая субкомфортная; 5 - жаркая дискомфортная; а) скорость ветра 0…0,2 м/с; б) 2,1… 4,0 м/с; в) 4,1… 6,0 м/с; T - температура воздуха, п - облачность, Q - суммарная радиация

Степень рассеивания загрязняющих веществ зависит от метеорологических условий и в первую очередь определяется ветровым режимом и температурной стратификацией нижнего слоя атмосферы. Метеорологические условия могут способствовать:

· аккумуляции загрязняющих веществ при инверсиях, штилях и туманах;

· разложению загрязняющих веществ при благоприятных радиационных условиях, температурном режиме и наличии гроз;

· выносу загрязняющих веществ при сильном ветре и обильных осадках.

То есть рассеивающая способность атмосферы (РСА) определяется характеристиками метеорологических условий. При оценке загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспортных средств и промышленных предприятий используют понятие «потенциал загрязнения атмосферы » (ПЗА). ПЗА называется сочетание метеорологических условий, определяющих возможный уровень загрязнения атмосферы при заданных выбросах загрязняющих веществ (см. табл. 3.3). Характеристика потенциала загрязнения атмосферы противоположна рассеивающей способности атмосферы: чем выше РСА, тем ниже ПЗА.

Опасные атмосферные явления . К явлениям, опасным для города, относятся инверсии температуры и смог.

Инверсии температуры создают задерживающие слои воздуха. Приземные инверсии обуславливают отсутствие аэрации жилых кварталов и тем самым способствуют скоплению загрязняющих веществ в приземном слое. Низкие приподнятые инверсии, как «крыша», закрывают город и препятствуют рассеянию вредных примесей. Инверсии в городах обуславливают увеличение концентрации загрязняющих веществ в воздухе и способствуют образованию неблагоприятной экологической обстановки.

При проявлениях инверсии температуры участки застройки на холмистом рельефе располагают выше верхней границы инверсионного слоя, на средних и верхних частях склона или плато. При этом непригодными для жилой застройки являются территории, расположенные в котловине или долине.

Смог (от англ. smoke - дым и fog - туман) - токсический туман. Он возникает при неблагоприятных метеорологических условиях и высоких концентрациях вредных веществ в приземном слое воздуха. Явления смога наблюдались в разные годы в Лондоне, Лос-Анджелесе, Нью-Йорке, Токио. Выделяют три типа смога - восстановительный (смог лондонского типа), окислительный, или фотохимический, и смог ледяного типа.

Восстановительный смог характерен для крупных промышленных центров. Он представляет собой воздушную смесь частиц сажи и оксидов серы и азота. Оксиды при взаимодействии с водой атмосферы образуют аэрозоли серной и азотной кислот. За счет раздражающего действия кислот на бронхи и дыхательные пути смог оказывает отрицательное влияние на здоровье людей. В 1952 и 1962 гг. такой смог стал причиной смерти нескольких тысяч человек в Лондоне.

Фотохимический смог наблюдается в городах с высокой интенсивностью радиации солнца. Он образуется при взаимодействии солнечного света с оксидами азота и углеводородами, содержащимися в выхлопных газах автотранспорта и промышленных выбросах. Фотохимический смог – это комплексная воздушная смесь, состоящая из оксидантов, в основном озона, смешанного с другими окислителями, включая слезоточивый газ – пероксиацетилнитрат (ПАН).

Первоначальная реакция образования смога:

NO 2 + hu ® NO + O.

Атомарный кислород взаимодействует с кислородом О 2 и неактивным веществом М (например, азотом):

О + О 2 + М ® О 3 + М, NO + O 3 ® NO 2 + O 2 .

Стр.

Введение

Важнейшая характеристика городской среды – микроклимат города, состояние которого определяется в значительной мере антропогенным воздействием на окружающую среду и прежде всего ее загрязнением. Оно оказывает влияние на освещенность, количество поступающей от Солнца ультрафиолетовой радиации, влажность, частоту образования тумана.

Один из важных компонентов микроклимата, оказывающих заметное влияние на организм человека - температурный режим воздуха. Средняя годовая температура в городе на несколько градусов выше, чем за его пределами. В целом тепловая энергия, выделенная крупным городом, весьма значительна и достигает 5% солнечной энергии, поступающей на территорию города.

В городах снижается величина ультрафиолетовой радиации (что отрицательно влияет на людей – повышенная усталость, раздражительность, ухудшенный обмен веществ и т.д.). Повышается бактериальная загрязненность воздуха. Понижается относительная влажность.

В городах больше безветренных дней, ниже атмосферное давление и скорость ветра, что ведет к застойным явлениям, сильному загрязнению воздушного бассейна и повышенной заболеваемости населения болезнями органов дыхания.

Неорганизованно размещенные автостоянки в ценре городов создают дополнительный эффект шума и загрязнения. Значительно и размещение промышленных предприятий в пределах городов и их неправильное местоположение по отношению к господствующим ветрам. Особенно страдают города, расположенные в плохо проветриваемых ущельях, с часто повторяемыми низкими температурными инверсиями.

Автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха. Растущий уровень автомобилизации, увеличивающаяся мобильность населения все более расширяют зоны доступности человеком природных ландшафтов, но, с другой стороны, эти процессы способствуют строительству автомобильных дорог и более равномерному распределению рекреационных нагрузок на природную среду.

1. Микроклимат городской среды

Город создает свой местный климат, а на отдельных его улицах и площадях создаются микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, покрытием улиц, распределением зеленых насаждений, водоемов.

На формирование городского климата оказывают влияние:

Прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации;

Пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;

Изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстрому стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен зданий, мостовых и т. д.);

Пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа. Нередко сами города располагаются в естественных котловинах.

Таблица 1.

Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах

Солнечная радиация в условиях больших промышленных городов оказывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за дыма и пыли. За счет увеличения мутности атмосферы в среднем может теряться до 20 % солнечной радиации, особенно сильно ослабляется приход ультрафиолетовой радиации. Одновременно в городе к рассеянной радиации добавляется отраженная стенами и мостовыми.

Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу за счет сжигания топлива и малый расход тепла на испарение приводят к более высоким температурам внутри города по сравнению с окрестностями.

Над городом существует "остров тепла". Интенсивность и размеры острова тепла изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Наиболее характерные закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города показаны на рис.1. На границе город ─ сельская местность возникает значительный горизонтальный градиент температур, который может достигать 4° С/км.

Рис. 1. Обобщенное сечение характерного «острова тепла» над городом

Большая часть города представляет собой "плато" теплого воздуха с небольшим повышением температуры по направлению к центру города. Термическая однородность этого плато нарушается влиянием парков и озер (области холода) и плотной застройкой промышленных и административных зданий (области тепла). В центральной части больших городов располагается "пик

По данным различных авторов, тепловое влияние городов четко проявляется в пределах 100─500-метрового слоя. Одновременно с этим в климате города обнаруживается много общих признаков иногда и до высоты 1 км. Большая шероховатость подстилающей поверхности и остров тепла обусловливают особенности ветрового режима в условиях города. При слабых ветрах (1-3 м/с) может возникнуть городская циркуляция. У поверхности земли течения направлены к центру, где располагается остров тепла, а наверху наблюдается отток воздуха к окраинам города.

В городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов определяют местную циркуляцию воздуха. Восходящие движения формируются над поверхностью освещенных стен, а нисходящие - над затененными стенами. Наличие в городах водоемов способствует развитию дневной местной циркуляции от водоема к городским участкам, а ночью наоборот.

Рис. 2. Городская циркуляция, развивающаяся при слабых ветрах

Ветровой режим крупных городов характеризуется снижением скорости ветра в городе по сравнению с пригородом. В некоторых случаях в городе возможно усиление скорости ветра: при направлениях ветра, совпадающих с направлением улицы, ограниченной многоэтажными зданиями. Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осаждению примесей.

Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим понижением влаги в атмосфере над городом вследствие уменьшения испарения. Различия в абсолютной влажности могут достигать 2,0-2,5 гПа и относительной влажности 11 ─ 20 %.

Контрасты влажности города ─ окрестностей в годовом ходе имеют максимальные значения в летний период, а в суточном ходе ─ в вечерние часы. Ранним вечером воздух в сельской местности охлаждается быстрее, и стратификация делается более устойчивой по сравнению с условиями в городской застройке. В нижних слоях воздуха происходит увеличение влаги, поскольку испарение у земли превосходит отток влаги в верхние слои из-за ослабленного турбулентного обмена. В течение последующей ночи выпадающая роса уменьшает влажность у поверхности земли. В городах, наоборот, сочетания слабого образования росы, наличия антропогенных источников водяного пара и областей застойного воздуха обеспечивают большую влажность в городских застройках. Днем развитая термическая неустойчивость обеспечивает обмен влагой между нижними и верхними слоями воздуха, и различие между городом и его окрестностями сглаживается.

В широтных зонах, где зимой поверхность земли покрывается снегом или замерзает, воздух в большом городе может быть более влажным и днем, за счет антропогенных источников, обеспечивающих значительное поступление водяного пара в атмосферу. При рассмотрении влияния города на осадки необходимо раздельно рассматривать твердые и жидкие осадки, поскольку влияние города на каждый из названных видов будет различным. В зимний период года различия в суммах осадков обычно незначительны. В летнее время наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центральной его части, а на окраинах. Если влажность воздуха достаточно высокая, то повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздуха над городом способствуют образованию облачности.

Имеющиеся различия в температурно-влажностном режиме города ─ пригорода проявляются и в распределении атмосферных явлений. Туманов в городе в связи с повышением температуры и понижением относительной влажности может быть меньше, чем за городом.

2.Мероприятия по улучшению городского климата

С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и условий природно- климатической зоны проводят мероприятия по улучшению городского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:

• мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города (планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа, систем водоемов и т.д.);
• мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями (конструкция окон, ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного расположения зданий и групп зеленых насаждений);
• мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха (создание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с естественным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка улиц и площадей и т.п.);
• мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем расположения загрязняющих объектов вне городской черты или в подветренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м), способствующих рассеиванию примесей, эффективным использованием газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды топлива, использованием более экономичных установок для сжигания топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы производства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве, транспорте;
• мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации (планировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разноуровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зданий и их элементов и т.п.).

Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использование лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития современной цивилизации.

Описание работы

Автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха. Растущий уровень автомобилизации, увеличивающаяся мобильность населения все более расширяют зоны доступности человеком природных ландшафтов, но, с другой стороны, эти процессы способствуют строительству автомобильных дорог и более равномерному распределению рекреационных нагрузок на природную среду.

Хозяйственная деятельность, планировка жилых кварталов, ограниченное количество зеленых насаждений приводят к тому, что в городах, особенно крупных, складывается свой микроклимат, который в целом ухудшает его экологические характеристики.

В безветренные дни над крупными городами на высоте 100-150 м может образовываться слой температурной инверсии, кото­рый задерживает загрязненные массы воздуха над территорией города. Это наряду со значительными тепловыми выбросами и ин­тенсивным нагревом каменных, кирпичных и железобетонных со­оружений приводит к нагреву центральных районов города. В зим­ние безветренные дни перепад температур воздуха между цент­ром и окраинами Петербурга может достигать 10° С.

Значительная загазованность воздушного бассейна, в свою очередь, приводит к уменьшению инсоляции и сокращению поступ­ления к поверхности земли ультрафиолетового излучения. Это от­рицательно влияет на здоровье горожан, поскольку при понижен­ной инсоляции замедляется выведение из организма ряда токси­ческих веществ, в частности тяжелых металлов и их соединений, помимо этого пониженная инсоляция тормозит синтез в организ­ме ряда важных ферментов. Между тем жители больших городов очень часто, особенно в зимнее время, испытывают дефицит инсо­ляции.

Особо следует сказать о неблагоприятных ветровых режимах, возникающих во многих районах новостроек со свободной за­стройкой. Хорошо известно, что перепады атмосферного давления, в особенности его снижение, весьма неблагоприятно сказываются на самочувствии людей, страдающих сердечно-сосудистыми забо­леваниями. Вместе с тем во многих районах новостроек из-за не­рациональной планировки кварталов в отдельных их точках могут наблюдаться местные падения атмосферного давления. Так, в не­больших промежутках между двумя крупными домами при опре­деленных направлениях ветра скорость ветровых потоков может значительно возрастать. Согласно законам аэродинамики в этих точках происходит местное падение атмосферного давления (до десятков миллибар), которое с внутренней стороны квартала при­обретает пульсирующий характер (частота около 5-6 Гц). Зона подобного пульсирующего давления распространяется на 15-20м в стороны от промежутка между домами. Сходное, хотя и менее четко выраженное положение наблюдается и на верхних этажах зданий с плоской кровлей. Излишне говорить, что пребывание в этих зонах людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболева­ниями, может отрицательно влиять на их здоровье.

Решение данной проблемы постоянно требует проведения в районах новостроек комплекса мер по нормализации ветрового режима в отдельных микрорайонах за счет более рациональной планировки кварталов, строительства ветрозащитных сооружений и высадки зеленых насаждений.

Зеленые насаждения в городах

Наличие в городах зеленых насаждений является одним из наиболее благоприятных экологических факторов. Зеленые насаж­дения активно очищают атмосферу, кондиционируют воздух, сни­жают уровень шумов, препятствуют возникновению неблагоприят­ных ветровых режимов, кроме того, зелень в городах благотворно действует на эмоциональное состояние человека. При этом зеле­ные насаждения должны быть максимально приближены к месту жительства человека, только тогда они могут оказывать макси­мальный положительный экологический эффект.

Однако в городах зеленые насаждения расположены крайне неравномерно. Так, в Санкт-Петербурге при общей обеспеченности зеле­ными насаждениями около 20 м 2 на одного жителя степень обес­печенности населения зелеными насаждениями колеблется в пределах от 31,5 м 2 на жителя в северо-западных районах до 5 м 2 - в центральных. Понятно, что в центральных районах городов практически невозможно отыскать более или менее значительные площади для расширения зеленых насаждений, тем более следует максимально использовать имеющиеся возможности. Здесь наибо­лее перспективным является развитие вертикального озеленения, возможности которого весьма широки.

Зеленое строительство в районах новостроек также сопряжено с немалыми трудностями как технического, так и экономического характера. Стоимость озеленения 1 га территории обходится в среднем в 20 тыс. руб., а устройство газона на той же территории – 6 тыс. руб. Озеленение мелких участков стоит еще дороже, достигая 10-15 тыс. руб. за 1 м 2 . Ясно, что в последнем случае де­шевле и проще асфальтировать дворовую территорию, чем озеле­нять ее. В техническом отношении зеленое строительство затруд­няется захламленностью территории новостроек и захораниванием в почве отходов строительства. Однако максимально возможное озеленение городских территорий относится к числу наиболее важ­ных экологических мероприятий в городах.

Завершая разбор основных факторов, формирующих экологи­ческое состояние в городах, остановимся еще на одной проблеме, непосредственно связанной с экологией человека. Выше указыва­лись факторы, формирующие окружающую среду городов, между тем взрослый житель крупного города в будний день подавляющую часть времени проводит в замкнутых пространствах – 9 час. на работе, 10-12 – дома и не менее часа в транспорте, магазинах и других общественных местах и, таким образом, непосредственно соприкасается с окружающей средой города приблизительно 2-3 часа в день. Этот факт заставляет обратить особенно серьезное внимание на экологические характеристики производственной и жилой сред.

Создание в замкнутых пространствах комфортных условий и прежде всего очищенного кондиционированного воздуха и понижен­ного уровня шумов может значительно уменьшить отрицательное влияние городской среды на здоровье человека, да и мероприятия эти требуют относительно небольших материальных затрат. Ре­шению этого вопроса, однако, пока еще уделяется недостаточно внимания. В частности, даже в новейших проектах жилых домов часто не предусматриваются конструктивные возможности уста­новки кондиционеров и воздушных фильтров. Помимо этого, в пределах самой жилой среды действует немало факторов, влия­ющих на ее качество. К ним следует отнести газовые кухни, зна­чительно повышающие загазованность жилой среды, пониженную влажность воздуха (при наличии центрального отопления), нали­чие значительного количества разнообразных аллергенов – в ков­рах, мягкой мебели и даже в теплоизолирующих материалах, употребляемых при строительстве, и многие другие факторы. От­рицательные последствия всего указанного выше должны не толь­ко предусматриваться при новом строительстве и капитальном ре­монте, но и требуются активные действия по улучшению качества жилой среды от каждого горожанина.

Одним из климатообразующих факторов является солнечная радиация. Приход солнечной радиации на земную поверхность в основном обуславливается астрономическими факторами – высотой Солнца и продолжительностью дня (а значит – широтой и временем года).

Городская среда находится во взаимосвязи с климатическими и микроклиматическими факторами, влияющими на ее состояние и изменяющимися под ее воздействием. Основными факторами, влияющими на изменение естественных климатических и микроклиматических условий в городской застройке являются: загрязнение атмосферного воздуха, дополнительное тепло, высокий уровень покрытия поверхностей материалами с различными теплофизическими свойствами, изменение городского режима (городские бризы).

Микроклиматические условия в городской среде определяются рельефом, радиационным, тепловым и аэрационным режимами. Оценка микроклиматического режима территории строительства позволяет правильнее предопределить структурно-планировочное решение и разработать систему мелиоративных мероприятий с целью улучшения микроклимата и проведения инженерной подготовки для осуществления градостроительства.

При воздействии загрязнения в атмосфере происходит изменение многих компонентов городского климата, таких как осадки, влажность, температура воздуха и почвы, количество и интенсивность туманов, радиационный баланс, ветровой режим. Приземной слой воздуха в крупном городе получает в 3 раза больше тепла по сравнению с естественными ландшафтами. В целом температурные различия города и пригородных территорий достигает 8 0 С (а иногда и больше, в зависимости от природно-географических условий). Вследствие разности температур и давления воздуха на отдельных участках городской территории возникают искусственные бризы.

Радиационный режим складывается из прямой и рассеянной солнечной радиации. Данные об интенсивности и суммах прямой солнечной радиации для конкретного пункта могут быть получены из . Тепловой режим определяется суммарной солнечной радиацией и температурой воздуха расчетным путем различными способами. В результате загрязнения городской воздушной среды происходит ослабление интенсивности прямой солнечной радиации на 20-40% .

Под влиянием застройки, элементов благоустройства, озеленения и др. сильным изменениям подвергается аэрационный режим. Основным регулятором ветрового режима в городской среде является застройка. Методика количественной оценки аэрационного режима учитывает форму и размеры ветровых теней зданий и зеленых насаждений, а по данным метеостанций на площадке будущей застройки анализируется ветровой режим и вводятся поправки на рельеф местности .

В частности, Московский регион, расположенный на Русской равнине, занимает площадь, равную 47 тыс. км 2 , его население составляет более 20 млн человек, в том числе в Москве на площади 1200 км 2 проживает около 12 млн человек. Климат Московского региона характеризуется как умеренно-континентальный, самый холодный месяц – январь, когда средне-месячная температура в центре города колеблется от –8,8 до –9,7 о С, а на окраинах, от –10,1 до –10,6 о С, в удаленных районах области на 0,9-4,2 о С ниже. В самом жарком месяце года – июле температура в Москве в среднем составляет 18,1-19,3 о С, колебания ее в пределах города и области ±0,8-3,2 о С. Снежный покров в среднем составляет 41-45 см, осадки – 640-677 мм в год. Ветры преимущественно западные, юго-западные и северо-западные, скорость ветра в городе на 1-1,5 м/с меньше, чем по области; число дней со штилем в центре города 18, на окраинах 8-10 в год. Продолжительность туманов 141-149 ч в год, застои воздуха в городе зимой наиболее часто наблюдаются по утрам, а летом – вечерами и ночью. Слабые скорости ветра, туманы, застои способствуют накоплению загрязняющих веществ в атмосфере города и мешают их рассеянию.

Годовой ход суммарной солнечной радиации аналогичен ходу высот Солнца и продолжительности дня. Интенсивный приход суммарной радиации в Москве наблюдается с мая по август (на этот период относится 67% ее годового значения); максимум наблюдается в июне (среднемесячная инсоляция на горизонтальную поверхность за 1983-2005 гг. составила 7,74 квт/м 2 -день), минимум за тот же период (0,71 квт/м 2 -день) – в декабре. Норма инсоляции составляет не менее 2-х часов прямого солнечного облучения.

Для пофакторной и комплексной оценки инсоляции как фактора окружающей среды надо учитывать, что при непрерывном солнечном освещении более 2-х часов принимается 1 балл, от 2-х часов до 1-го часа – 2 балла, а менее 1-го часа – 3 балла (табл. 2), при этом коэффициент значимости при окончательном расчете имеет значение К ЗН = 0,6.