Zmiany klimatu, edukacja globalna Miejska (urbanizacyjna) wyspa ciepła Dariusz Graczyk Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN Projekt jest współfinansowany.

Prezentacja na temat: "Zmiany klimatu, edukacja globalna Miejska (urbanizacyjna) wyspa ciepła Dariusz Graczyk Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN Projekt jest współfinansowany."— Zapis prezentacji:

1 Zmiany klimatu, edukacja globalna Miejska (urbanizacyjna) wyspa ciepła Dariusz Graczyk Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Miejska wyspa ciepła Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Wyspa Busuanga Filipiny źródło:http://www.sunreef-charter.com/ Miejska wyspa ciepła w Londynie w lecie 2000 roku źródło:http://sustainablecitiessustainableworld.blogspot.com Miejska wyspa ciepła jest zjawiskiem polegającym na występowaniu na obszarach zurbanizowanych wyższych temperatur powietrza niż w otaczających je terenach niezabudowanych. Nazwa pochodzi prawdopodobnie od obrazu izoterm, które możemy obserwować podczas występowania tego zjawiska na terenie miasta. Przypominają one bardzo często wyspę cieplejszego powierza otoczoną chłodniejszymi obszarami.

3 Miejska wyspa ciepła Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Średnia roczna temperatura w miastach jest w roku o 0,5 o C do 3 o C wyższa od temperatury poza granicami miasta. Najwyższe różnice temperatury pomiędzy miastami, a terenami do nich przyległymi mogą podczas pogodnych nocy dochodzić nawet do 12 o C w największych miastach, takich jak Nowy Jork czy Tokio. W warunkach polskich jest to najczęściej 5-8 o C, choć w wypadku Warszawy i Łodzi notowane były wartości przekraczające 10 o C.

4 Wpływ obszarów zurbanizowanych na elementy klimatu Element klimatuWielkość i kierunek zmian Promieniowanie słoneczne: - całkowite - ultrafioletowe 0 – 20% mniejsze 5 – 30% mniejsze Usłonecznienie5 – 15% mniejsze Zachmurzenie5 – 10% większe Opady: - suma roczna - śniegu w centrum - burze 5 – 15% większa 5 – 10% mniej 10 – 15% więcej Temperatura: - średnia roczna0,5 – 3,0°C większa Wilgotność względna: - średnia roczna5 – 10% mniejsza Prędkość wiatru: - średnia roczna20 – 30% mniejsza Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Źródło: Landsberg (1981)

5 Przykładowy rozkład temperatury nad miastem podczas występowania efektu miejskiej wyspy ciepła Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

6 Czynniki wpływające na występowanie miejskiej wyspy ciepła Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego naturalne Położenie geograficzne klimat topografia otoczenie Czas pora roku pora dnia Warunki pogodowe kierunek i prędkość wiatru zachmurzenie antropogeniczne Funkcjonowanie miasta emisja ciepła zanieczyszczenia powietrza gospodarka wodna Zagospodarowanie terenu wysokość i gęstość zabudowy geometria budynków i ich skupisk albedo użytych materiałów wielkość i rozmieszczenie terenów zielonych Wielkość miasta powierzchnia liczba ludności

7 Położenie geograficzne Klimat -W ciepłym klimacie natężenie miejskiej wyspy ciepła jest mniejsze nocą w trakcie pory suchej, a większe w ciągu dnia w trakcie pory wilgotnej. -W miastach położonych w regionach z chłodnym klimatem (w górach lub wysokich szerokościach geograficznych) efekt miejskiej wyspy ciepła jest najsilniejszy zimą oraz w godzinach nocnych, gdyż jest w tym przypadku zależny głównie od antropogenicznych emisji ciepła. -Miasta położone w regionach bardzo wietrznych mogą być całkowicie pozbawione miejskiej wyspy ciepła lub częstość jej występowania i natężenie są znacznie zmniejszone. Topografia -Góry położone w sąsiedztwie miast mogą zmniejszać prędkość wiatru oraz zmieniać jego kierunek. -W kotlinach górskich i głębokich dolinach temperatury podczas bezchmurnych nocy, szczególnie zimą, mogą być wyraźnie niższe niż w ich otoczeniu. -Bogata we wzniesienia i zagłębienia rzeźba terenu w miastach może powodować zaburzenia w kształcie i intensywności miejskiej wyspy ciepła. Otoczenie -Duże zbiorniki wodne w sąsiedztwie miasta wpływają na wilgotność powietrza oraz kierunek i siłę wiatru. Ich znaczna pojemność cieplna ma także stabilizujący wpływ na temperaturę. Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Dubaj, źródło: pnfphoto.com Anchorage Alaska, źródło: wikimedia commons

8 Czas Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Cykl dobowy i roczny miejskiej wyspy ciepła we Wrocławiu w latach 1997-2000 (Dubicki i in. 2002) Największą intensywność (ponad 2 o C) miejska wyspa ciepła we Wrocławiu osiąga w ciepłych miesiącach, pomiędzy kwietniem a wrześniem. W cyklu dobowym największe różnice temperatury pomiędzy miastem a terenami niezabudowanymi występują w godzinach późno wieczornych i nocnych (20 00 – 5 00 ). Latem w godzinach około południowych i porannych miejska wyspa ciepła może nie wstępować wcale lub temperatura w mieście może być nawet niższa od temperatury poza nim.

9 Warunki pogodowe Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Kierunek i prędkość wiatru -Występowanie i intensywność miejskiej wyspy ciepła są bardzo silnie związane z prędkością wiatru. Im silniejszy jest wiatr, tym za sprawą intensywniejszej wymiany powietrza pomiędzy miastem a terenami przyległymi spada wpływ zabudowy miejskiej i funkcjonowania miasta na temperaturę powietrza. -W miastach występują obszary niezabudowane rozciągające się od granic miasta w kierunku centrum. Obszary takie są nazywane klinami nawietrzającymi i przy występowaniu wiatrów z określonych kierunków umożliwiają przepływ czystszego i chłodniejszego powietrza z peryferii miasta do jego centrum. Zachmurzenie -Zjawisko miejskiej wyspy ciepła obserwuje się w zdecydowanej większości przypadków w warunkach małego zachmurzenia. -W ciągu dnia przy dużym zachmurzeniu, ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi jest mniejsza. Powoduje to, że występujące pomiędzy miastem, a terenami niezurbanizowanymi różnice, np. w albedo, czy magazynowaniu ciepła przez materiały budowlane, mają mniejsze znaczenie i nie powodują wyraźnego podniesienia temperatury. -W trakcie pochmurnych nocy zmniejsza się wypromieniowanie energii co prowadzi, podobnie jak w przypadku zachmurzenia w ciągu dnia, do utraty przez miasto „przewagi” wynikającej z wpływu zabudowy na procesy wymiany energii z otoczeniem.

10 Funkcjonowanie miasta Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Fotografia budynku i jego zdjęcie termograficzne pokazujące ciepło emitowane przez budynek podczas chłodnego zimowego wieczoru Źródło: http://web2.mendelu.cz/ Fotografia i zdjęcie termograficzne Tokio Autor zdjęć: M. Roth (National University of Singapore). Miasto jest źródłem emisji dużych ilości ciepła. Jest to widoczne głównie w chłodniejszym klimacie oraz podczas miesięcy zimowych. Głównymi źródłami emisji ciepła w miastach są: -utrata ciepła przez okna i ściany, szczególnie w słabo izolowanych budynkach; -straty ciepła podczas funkcjonowania instalacji przemysłowych oraz produkcji energii elektrycznej i cieplnej; -ciepło odprowadzane na zewnątrz budynków przez urządzenia klimatyzacyjne; -transport samochodowy. Antropogeniczna emisja ciepła

11 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Funkcjonowanie miasta cz. 2 Zanieczyszczenia powietrza Środki transportu o napędzie spalinowym oraz spalanie paliw na cele energetyczne i grzewcze powodują powstawanie zanieczyszczeń gazowych i pyłowych. Stężenia niektórych zanieczyszczeń mogą w miastach przekraczać nawet kilkaset razy wartości notowane na terenach niezurbanizowanych. Wpływ zanieczyszczeń pyłowych i gazowych na temperaturę w mieście może się znacząco różnić. -Zanieczyszczenia pyłowe powodują znaczące zmniejszenie promieniowania krótkofalowego docierającego do powierzchni Ziemi. Cząstki pyłów i aerozoli odbijają nawet do 30% promieniowania krótkofalowego podczas zimy. -Zanieczyszczenia gazowe, z których dużą część stanowią gazy cieplarniane takie jak: dwutlenek węgla, tlenki azotu i metan, mogą powodować nieznaczne podniesienie temperatury w mieście utrzymując przy powierzchni Ziemi więcej promieniowania długofalowego. Dymiące kominy elektrociepłowni Żerań w Warszawie źródło: www.digiart.pl Samochody w korku ulicznym źródło: http://ziemianarozdrozu.pl/

12 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Funkcjonowanie miasta cz. 3 Gospodarka wodna Miasto różni się od terenów pozamiejskich obecnością dużej liczby powierzchni nieprzepuszczalnych. Woda z takich powierzchni jest bardzo szybko odprowadzana do cieków wodnych za pomocą systemu kanalizacji, a następnie poza miasto. Skutkiem szybkiego odprowadzania dużej części wód opadowych jest zmniejszenie dostępnych zasobów wodnych i ich stabilizującego wpływu na temperaturę powietrza. Objawia się to mniejszą, nawet o 10%, wilgotnością względną powietrza i szybszym wzrostem temperatury w mieście w trakcie słonecznych letnich dni. Różnice w bilansie wodnym pomiędzy terenem miejskim z dużym udziałem powierzchni nieprzepuszczalnych, a obszarem podmiejskim z dużym udziałem roślinności. Na podstawie „Urban Heat Island Basics” www.epa.gov.

13 Wpływ zagospodarowania terenu na intensywność miejskiej wyspy ciepła Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego a) Miejska wyspa ciepła [°C] we Wrocławiu w dniu 22 V 2001, o godzinie 23:00 b) Mapa użytkowania terenu we Wrocławiu (Dubicki 2002) Wyraźnie chłodniejsze rejony: - lotnisko - tereny rolnicze, park miejski i cmentarz Najcieplejsze śródmieście z gęsta zabudową

14 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Efekt tunelowy polega na zmianie siły i kierunku wiatru w wyniku przejścia przez wydłużone, położone równolegle do kierunku wiatru formy terenu. W warunkach naturalnych może to być np. długa, wąska dolina, a w warunkach miejskich przestrzeżeń przypominającą kanion, pomiędzy wysoką zabudową. Geometria budynków i ich skupisk Efekt kurtynowy polega na zmniejszeniu prędkości wiatru przez położone prostopadle do kierunku wiatru elementy zabudowy miejskiej.

15 Albedo różnych powierzchni i materiałów występujących w mieście Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Źródło: U.S. Environmental Protection Agency. Polska wersja ryciny: Mateusz Kamiński. http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ActionsLocalHeatIslandEffect.html

16 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Schemat klinów nawietrzających na terenie miasta Poznania, źródło mapy: https://maps.google.com/ Rola wielkości i rozmieszczenia terenów zielonych w transporcie czystego i chłodniejszego powietrza z obszarów peryferyjnych do centrum miasta – kliny nawietrzające

17 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Wielkość miasta, a intensywność miejskiej wyspy ciepła Najwyższe różnice temperatur pomiędzy miastem, a jego otoczeniem obserwujemy zazwyczaj w największych miastach. W przypadku miast w USA i Kanadzie bardzo często natężenie miejskiej wyspy ciepła wzrasta wraz z ilością mieszkańców. W przypadku miast europejskich ta zależność nie zawsze występuje, co może wynikać z większej różnorodności typów zabudowy i koncepcji urbanistycznych. Miasto Liczba mieszkańców [tys] Maksymalna intensywność miejskiej wyspy ciepła [ o C] Ameryka Północna: Montreal200012 Vancouver100010,2 San Francisco78411,1 Winnipeg53411,6 Edmonton40111,5 San Jose1017,7 Palo Alto337,7 Europa: Londyn850010 Berlin420010 Wiedeń18508 Monachium8227 Scheffield5008 Utrecht2786 Karlsruhe1607 Upsala636,5 Lund505,8 Intensywność miejskiej wyspy ciepła w miastach Ameryki Północnej i Europy, na podstawie Oke (1973)

18 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Konsekwencje występowania miejskiej wyspy ciepła Związek pomiędzy maksymalną dobową temperatura powietrza, a zużyciem energii w Nowym Orleanie źródło: Sailor (2002) Zwiększone zużycie energii elektrycznej

19 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego L.PLiczba zgonówZdarzenieMiejsce 1.70,0002003 fala upałów w EuropieEuropa 2.56,0002010 fala upałów w RosjiRosja 3.5,000–10,0001988 fala upałów w USAUSA 4.1,700-5,0001980 fala upałów w USAUSA 5.1,7182010 fala upałów w JaponiiJaponia 6.1,5002003 fala upałów w IndiachIndie 7.9461955 fala upałów w Los AngelesUSA 8.8911972 fala upałów w Nowym YorkuUSA 9.7391995 fala upałów w ChicagoUSA 10.4751900 fala upałów w ArgentynieArgentyna Konsekwencje występowania miejskiej wyspy ciepła Zwiększona śmiertelność podczas fal upałów Podczas fali upałów w 2003 roku większość zgonów notowano w dużych miastach. W Paryżu liczba ofiar śmiertelnych mogła przekroczyć 8000. Jedną z przyczyn tak wysokiej śmiertelności było utrzymywanie się wysokich temperatur także w nocy, co mogło mieć związek z miejską wyspą ciepła. Szacunkowa liczba ofiar śmiertelnych w 10-ciu najtragiczniejszych falach upałów, Źródło: wikipedia

20 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Konsekwencje występowania miejskiej wyspy ciepła Czy miejska wyspa ciepła przynosi jakieś pozytywne skutki ? Tak, ale są one bardzo ograniczone -Śnieg w mieście topi się szybciej, a podczas niewielkich opadów nie tworzy trwałej pokrywy, która utrudnia komunikację samochodową i ruch pieszych. -Wyższa temperatura w sezonie zimowym pozwala zmniejszyć wydatki na ogrzewanie. Efekt miejskiej wyspy ciepła zimą jest jednak dla większości miast bardzo słaby. -Wiosną i jesienią wyspa ciepła zmniejsza ilość przygruntowych przymrozków. Zima w Warszawie, źródło: http://www.wasza-warszawa.pl/

21 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Odbite promieniowanie słoneczne Emisja promieniowania cieplnego Nieprzeźroczysta powierzchnia o temperaturze T Konwekcja Przewodzenie Bezpośrednie promieniowanie słoneczne Czy miasto można schłodzić? Wysoki współczynnik odbicia zmniejsza ilość promieniowania absorbowanego przez powierzchnię (zakres długości fali 0.3 - 2.5 µm) Wysoki współczynnik emisji zwiększa wypromieniowanie ciepła (zakres długości fali 4 – 80 µm) wysoki współczynnik odbicia + wysoki współczynnik emisji = niska temperatura powierzchni Rysunek i treść slajdu na podstawie Levinson (2010)

22 Z jakich rodzajów powierzchni zbudowane jest miasto? Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Zdjęcie „z lotu ptaka” fragmentu (około 1km 2 ) miasta Sacramento w Kalifornii, USA, Źródło: Levinson (2010) Na widzianą z lotu ptaka powierzchnię miasta Sacramento składają się: w około 20% dachy, w około 30% roślinność, w około 40% nawierzchnie. (Levinson, 2010) Udział poszczególnych rodzajów powierzchni w różnych miastach zmienia się. W gęsto zabudowanych centrach miast spada powierzchnia roślinności, a rośnie powierzchnia dachów.

23 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Przeciwdziałanie i łagodzenie skutków miejskiej wyspy ciepła Zielone dachy Przykład tarasowego zielonego dachu Tokio, Japonia Zalety: -Stanowią dobrą izolację termiczną zarówno podczas ciepłej, jak i chłodnej części roku; -Wysoka trwałość, znacznie przewyższająca wiele popularnych pokryć dachowych; -Posiadają zdolność do oczyszczania i krótkotrwałego magazynowania wód opadowych; -Zmniejszają ryzyko podtopień podczas krótkotrwałych ulewnych deszczy; -Mogą pełnić funkcje rekreacyjnie; -Zwiększają ilość zieleni miejskiej i mogą tworzyć siedlisko dla cennych gatunków zwierząt.

24 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Budynek Szkoły Sztuk Pięknych, Designu i Mediów Uniwersytetu Technologicznego Nanyang w Singapurze Zielone dachy Wady: -Cena wyższa niż w przypadku wielu tradycyjnych pokryć dachowych; -Większy ciężar i bardziej skomplikowana konstrukcja. -W przypadku zastosowanie poza trawami także drzewek i krzewów wymagana jest systematyczna pielęgnacja. -Bardziej wymagające rośliny podczas okresów suszy mogą wymagać podlewania.

25 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Chłodne dachy Chłodne dachy wykonane są z pokryć wykazujących się zdolnością do odbijania dużej części docierającego do nich promieniowania słonecznego. Powinny także w efektywny sposób emitować do atmosfery pochłoniętą część promieniowania, nie przekazując go do wnętrza budynku. Cechy te można uzyskać stosując odpowiednie barwy pokryć i odpowiednie materiały. Im jaśniejsza barwa pokryć dachowych, tym większa część promieniowania słonecznego zostanie odbita. Zasada działania chłodnego dachu

26 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Chłodne dachy Zalety: -Ograniczenie zużycia energii na cele klimatyzacji. W warunkach ciepłego i słonecznego klimatu oszczędność energii może osiągać nawet 50%. -Trwałość dachu chłodnego jest większa od wielu popularnych pokryć dachowych dzięki temu, że odbijają one większość promieniowania ultrafioletowego i podczerwonego, które normalnie przyśpieszają degradację powierzchni dachów. Przykład chłodnego dachu zbudowanego z materiałów o wysokim albedo, źródło: www.treehugger.com

27 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Chłodne nawierzchnie Zdjęcie fragmentu drogi zbudowanej z dwóch różnych materiałów, różniących się kolorem. Po lewej zdjęcie termograficzne, po prawej zdjęcie tradycyjne. Ze zdjęcia termograficznego wynika, że jasny segment drogi jest chłodniejszy o ponad 15 o C. (Autor zdjęć: Larry Scofield) Zmiana albedo wraz z wiekiem dla dwóch podstawowych typów nawierzchni w mieście Sposób w jaki nawierzchnie miejskie wpływają na temperaturę powietrza wynika po części z tych samych właściwości fizycznych co w przypadku powierzchni dachów (albedo, zdolność emisyjna powierzchni). Na temperaturę w mieście wpływ mają jednak także inne cechy materiałów, z których zbudowane są nawierzchnie. Najważniejsze z nich to pojemność cieplna materiałów i ich zdolność do przewodzenia ciepła oraz przepuszczalność względem wody. Właściwości nawierzchni miejskich zmieniają się w czasie ich użytkowania. Użytkowanie wywiera największy wpływ na albedo, które zmienia się na skutek zabrudzeń powierzchni oraz jej ścierania. Widać to na przykładzie dwóch często stosowanych w miastach materiałów: -Asfalt ma początkowo kolor zbliżony do czarnego i odbija bardzo niewiele promieniowania słonecznego. Z czasem, na skutek wbudowywania w jego strukturę jaśniejszych od niego zanieczyszczeń, jego albedo rośnie. -Beton ma początkowo jaśniejszą barwę i odbija nawet 40-50% promieniowania słonecznego. Naniesione na jego powierzchnię zanieczyszczenia powodują z czasem coraz ciemniejszy kolor nawierzchni i mniejsze albedo.

28 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Rodzaje powierzchni przepuszczalnych w mieście Przepuszczalne parkingi z ażurowej kostki i bloków betonowych Przepuszczalne drogi zbudowane z kostki ażurowej Szyny tramwajowe pokryte darnią Autor wszystkich zdjęć: Adam Choryński

29 Jak zmierzyć wpływ form krajobrazu miejskiego na powstawanie miejskiej wyspy ciepła? Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Wybór miejsca pomiaru Do porównania najlepiej użyć danych ze stacji meteorologicznej publikującej dane w internecie. W tym przypadku jest to stacja meteorologiczna Poznań – Ławica. Wyznaczyć kilka punktów pomiarowych w okolicy bogatej w różne formy krajobrazu miejskiego takie jak: gęsta zabudowa, park miejski, ruchliwa ulica. W tym przypadku były to okolice parku „stare zoo” przy ulicy Bukowskiej. Zdjęcie satelitarne miasta Poznania, źródło: https://maps.google.pl/

30 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Jak zmierzyć wpływ form krajobrazu miejskiego na powstawanie miejskiej wyspy ciepła? Wyznaczenie i opis punktów pomiarowych Zdjęcie satelitarne okolic ulicy Bukowskiej w Poznaniu, źródło: https://maps.google.pl/ Pobocze silnie nasłonecznionej asfaltowej drogi w pobliżu dużego parku miejskiego. Duży park miejski z bujną roślinnością - pomiarów dokonano kilkanaście metrów od znajdującego się w nim stawu. Parking w cieniu dużego budynku znajdujący się w pobliżu asfaltowej drogi. Pobocze znajdujące się w bezpośredniej bliskości silnie nasłonecznionej asfaltowej drogi, przylegające do budynku Instytutu.

31 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Jak zmierzyć wpływ form krajobrazu miejskiego na powstawanie miejskiej wyspy ciepła? Opis stanowiska pomiarowego Temperatura powietrza [ o C] Wilgotność względna [%] 1) Stacja meteorologiczna Poznań - Ławica położona na peryferiach miasta w terenie niezabudowanym z dużą przewagą roślinności trawiastej 24,041,0 2) Pobocze silnie nasłonecznionej asfaltowej drogi w pobliżu dużego parku miejskiego 26,640,0 3) Duży park miejski z bujną roślinnością - pomiarów dokonano kilkanaście metrów od znajdującego się w nim stawu 24,544,5 4) Parking w cieniu dużego budynku znajdujący się w pobliżu asfaltowej drogi26,139,6 5) Pobocze znajdujące się w bezpośredniej bliskości silnie nasłonecznionej asfaltowej drogi, przylegające do budynku Instytutu 28,533,3 Wyniki Interpretacja wyników Na podstawie wyników pomiarów przedstawionych w powyższej tabeli można wyciągnąć następujące wnioski: - temperatura powietrza jest w centrum miasta wyższa niż na jego peryferiach nawet w godzinach południowych, gdy efekt miejskiej wyspy ciepła jest najsłabszy, - w zależności od form zagospodarowania terenu różnica temperatur w stosunku do peryferyjnych obszarów miasta może wynosić w tym czasie od 0,5 do 4,5 o C, wykazując bardzo dużą zmienność na stosunkowo niewielkim obszarze, - obserwowana różnica temperatur była najmniejsza (zaledwie 0,5 o C) w dużym parku miejskim, a najwyższa 4,5 o C na poboczu asfaltowej drogi, - tereny zielone obniżają temperaturę w miastach, a ciemne np. asfaltowe powierzchnie bardzo ją podwyższają, - tereny zielone mogą mieć korzystny wpływ także na najbliższe otoczenie, co potwierdzają wyniki w punktach pomiarowych 2 i 5 zlokalizowanych w pobliżu tej samej asfaltowej drogi – w punkcie nr 2 przylegającym do parku temperatura była o 1,9 o C niższa niż w punkcie pomiarowym nr 5, który był oddzielony od parku dużym budynkiem.

32 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego ATP

33 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Miejska wyspa ciepła - opady Średnie roczne sumy opadów za okres 1975-1985 (Lorenc i Mazur, 2003) W literaturze podaje się, że opady w mieście są wyższe niż na otaczających terenach. Najczęściej cytowane są szacunki Landsberga (1981), według którego średnie roczne sumy opadów są w miastach wyższe o 5 do 15 %. Przedstawiony obok rysunek pokazuje, że w przypadku Warszawy opady w centrum miasta są niższe niż na jego obrzeżach (poza najuboższą w opady południowo zachodnią częścią miasta). Autorzy opracowania, z którego pochodzi mapa piszą nawet o „przeskoku chmur przez miasto”.

34 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Przestrzenny rozkład miejskiej wyspy ciepła - uzupełnienie Przestrzenny rozkład miejskiej wyspy ciepła w ciągu doby z podziałem na temperaturę powietrza i temperaturę na powierzchni. Na podstawie EPA, www.epa.gov Przestrzenny rozkład miejskiej wyspy ciepła, choć generalnie jest dość podobny podczas dnia i nocy, to w kilku szczegółach możemy w nim dostrzec różnice. W ciągu dnia różnice temperatury powietrza pomiędzy śródmieściem, a terenami peryferiami są mniejsze niż w ciągu nocy. Inaczej jest w przypadku temperatury powierzchni, która zmienia się dużym zakresie nie tylko pomiędzy różnymi dzielnicami, ale ulega też znacznym wahaniom nawet przy drobnych różnicach w gęstości czy wysokości zabudowy. Niektóre formy miejskiego krajobrazu wywierają na temperaturę najbliższego otoczenia odmienny wpływ podczas dnia i w nocy. Są to np. zbiorniki wodne zlokalizowane w mieście. W ciągu dnia pobierają one ciepło z otoczenia obniżając temperaturę. W nocy oddają zmagazynowane ciepło zmniejszając spadek temperatury.

35 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Bilans cieplny miejskiej wyspy ciepła Q* + QF = QH + QE + ΔQS Q* - saldo promieniowania QF – ciepło antropogeniczne QH – ciepło jawne (zmiana temperatury) QE – ciepło utajone (np. zużyte na parowanie) ΔQS – zmiana ilości energii zmagazynowanej w układzie Q* = K↓ - K↑ + L↓ - L↑ = K* + L* K↓ - Promieniowanie krótkofalowe dochodzące do powierzchni K↑ - Promieniowanie krótkofalowe wychodzące z powierzchni L↓ - Promieniowanie długofalowe dochodzące do powierzchni L↑ - Promieniowanie długofalowe wychodzące z powierzchni K* - Saldo promieniowania krótkofalowego L* - Saldo promieniowania długofalowego Cechy terenów miejskichskutkiZmiana składnika bilansu Geometria kanionu miejskiegoZwiększenie powierzchni i zwielokrotnienie odbić promieniowania wzrost salda promieniowania krótkofalowego (K*) Zanieczyszczenie powietrzaZwiększenie pochłaniania i reemisji promieniowania podczerwonego zwiększenie ilości promieniowania długofalowego promieniowania słonecznego (L↓) Geometria kanionu miejskiegoZwiększenie współczynnika widoku niebaredukcja salda promieniowania długofalowego (L*) Budynki i transportBezpośredni wzrost temperaturyAntropogeniczna emisja ciepła (QF) Materiały budowlaneZwiększenie współczynnika transportu ciepłaWzrost ΔQS energii zmagazynowanej w układzie Materiały budowlaneZmniejszenie przewodnictwa wodnego podłożaredukcja QE promieniowania utajonego Geometria kanionu miejskiegoSpadek prędkości wiatruRedukcja ciepła utajonego i jawnego (QH+QE) Wpływ charakterystycznych cech obszarów miejskich na składniki bilansu cieplnego miejskiej wyspy ciepła, na podstawie Oke (1982)

36 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Wpływ geometrii ulic i budynków na natężenie miejskiej wyspy ciepła Związek pomiędzy maksymalnym natężeniem miejskiej wyspy ciepła (T u-r), a stosunkiem wysokości budynków (H), do szerokości ulic, przy których stoją (W). Wykres stworzono na podstawie obserwacji w 31 miastach na różnych kontynentach (Oke, 1987).

37 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Materiał Gęstość [kg m -3 x10 3 ] Pojemność cieplna [J m -3 K -1 x 10 6 ] Przewodnictwo cieplne [W m -1 K -1 ] Sucha gleba gliniasta1,61,420,25 Nasycona wodą gleba gliniasta 2,03,11,58 Asfalt2,111,940,75 Gęsty beton2,42,111,51 Typ powierzchnialbedoZdolność emisyjna Asfalt 0,05-0,20 0,95 Beton0,10-0,350,71-0,91 Średnia dla terenów miejskich0,10-0,270,85-0,96 Gleby od wilgotnych do suchych 0,05-0,40,98-0,90 Trawa od krótkiej do długiej 0,16-0,26 0,90-0,95 Właściwości wybranych materiałów i powierzchni Właściwości fizyczne i cieplne gleb i materiałów. Na podstawie Oke (1987) Właściwości fizyczne gleb i materiałów. Na podstawie Oke (1987)

38 Wpływ albedo na temperaturę nasłonecznionych powierzchni Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Związek pomiędzy albedo, a temperaturą typowych powierzchni dachów w warunkach słonecznego dnia. Na podstawie Rosenfeld i in. (1995)

39 Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Pasma promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi Pasma promieniowania słonecznego i ich procentowy udział w energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi. Źródło: www.epa.com

40 Warto zajrzeć do źródeł internetowych! Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego http://www.epa.gov/hiri/ http://www.urbanheatislands.com/ http://education.nationalgeographic.com/education/encyclopedia/urban-heat-island/?ar_a=1 http://heatisland.lbl.gov/ http://www.urban-climate.org/ http://weather.msfc.nasa.gov/urban/ http://www.urbanclimateresearch.org/ http://www.greenrooftechnology.com/ http://agreenroof.com/# http://energy.gov/energysaver/articles/cool-roofs

41 Dziękuję za uwagę Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego