У метеорологов есть замечательное определение погоды: погода – это сиюминутное состояние атмосферы. Климат – это многолетний режим погод, характерный для определенной территории.
Климат региона формируется под влиянием трех основных климатообразующих факторов:
Все эти факторы определяют мезо- и микроклиматические особенности местности.
Биоклимат –оценивается по степени влияния климата на биосферу и, в частности, на организм человека.
В соответствии с этим биоклиматические параметры отличаются от обычных метеорологических характеристик, т.к. они:
В оценке биоклиматических параметров применяется физиологический подход, т.е. оценка степени комфортности условий окружающей среды. А степень комфортности зависит от того, насколько легко (или тяжело) люди привыкают к изменившимся условиям окружающей среды.
На формирование городского климата оказывают влияние:
Сами города могут располагаться в естественных котловинах. Перечисленные факторы действуют комплексно, хотя и неодинаково в разных условиях климата и погоды.
Солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров оказывается пониженной вследствие:
По этим причинам особенно заметно понижается поступление ультрафиолетовой радиации (УФ). С другой стороны, в городе к рассеянной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовыми. Этим обстоятельством обусловлено чувство зноя и духоты, характерное для городов летом.
Режим ультрафиолетовой радиации влияет на жизненно важные для человека процессы. Под влиянием ультрафиолета в организме человека вырабатывается витамин D. При недостатке ультрафиолета у детей развивается рахит, а у взрослых авитаминоз.
Избыток ультрафиолета приводит к не менее негативным последствиям - к раку кожи вплоть до образования самой опасной формы - миланомы, к ожоговой катаракте и мутационным процессам.
Величина ультрафиолетового излучения определяется высотой солнца над горизонтом, режим которой связан с географической широтой местности. По характеру УФ режима территория земного шара делится на зоны. Из-за загрязнения воздушного бассейна в городах снижается эффективное излучение и, соответственно, ночное охлаждение.
Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу при сжигании топлива и малый расход тепла на испарение приводят к повышению температуры внутри города, по сравнению с прилегающей местностью. Загрязнение атмосферы, изменения радиационных (альбедо) и теплофизических характеристик городских строений влияют на радиационный и тепловой баланс атмосферы города, часто формируя над городом «Острова тепла» (рисунок 1).
Рис.1 Формирование радиационного и теплового баланса городской подстилающей поверхности
Таким образом, указанные выше факторы являются причиной образования так называемого "острова тепла" над городом. Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города представлены на рисунке 2.
Рис. 2. Вертикальное строение "острова тепла" над городом
На границе раздела "город - сельская местность" возникает значительный горизонтальный градиент температуры, соответствующий "утесам острова тепла", достигающий иногда 4°С /км. Большая часть города представляет собой "плато" теплого воздуха с повышением температуры по направлению к центру города. Термическая однородность "плато" нарушается "разрывами" общего характера поверхности в виде областей холода — парки, водоемы, луга и областей тепла — промышленные предприятия, плотная застройка зданиями.
Над центральной частью больших городов располагается "пик острова тепла", где температура воздуха максимальна. В крупных агломерациях может наблюдаться несколько таких "пиков", обусловленных наличием промышленных предприятий и плотной застройкой. Указанные выше факторы являются причиной образования так называемого "острова тепла" над городом.
Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. По данным метеорологических исследований, тепловое влияние городов проявляется в пределах 100 - 500-метрового слоя атмосферы, а иногда и 1 км.
Большая аэродинамическая шероховатость подстилающей поверхности и наличие "островов тепла" определяют особенности ветрового режима города.
Ветровой режим города характеризуется существованием местной циркуляции. Например, при слабых ветрах до 2-3 м/с у поверхности земли может возникнуть поток холодного воздуха, направленного к "острову тепла", а у вершины "острова тепла" формируется поток теплого воздуха к окраинам города.
В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов также обусловливает местную циркуляцию воздуха. В ней восходящий поток образуется над поверхностью освещенных стен, а нисходящий — над затененными стенами и частями улиц или дворов.
Наличие водоемов способствует формированию дневной местной циркуляции, подобной бризам, от водоема к застройке, что весьма желательно жарким летом. Одновременно такая циркуляция может способствовать захвату загрязняющих примесей. Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осаждению примесей.
Скорость ветра в городе, как правило, снижается по сравнению с открытой территорией. Но в некоторых случаях возможно усиление ветра, например, в городах, располагающихся на холмистой местности или при совпадении направления ветра с направлением улицы - "эффект аэродинамической трубы".
Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим снижением содержания влаги в атмосфере над городом, как результат уменьшения испарения. Наибольший контраст влажности в системе город - окрестности наблюдается летом, а в суточном - в вечернее время.
В климатических зонах, где зимой выпадает снег или поверхность земли замерзает, воздух в городе может быть более влажным за счет техногенных источников пара. Влияние города на выпадение жидких и твердых осадков различно. Зимой отмечается снижение до 5% в выпадении снега, летом наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центре, а на окраине.
При высокой влажности воздуха повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздушных масс над городом благоприятствуют образованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием преобладающего переноса воздушных масс. Осадки выпадают преимущественно в подветренных районах города и за его пределами.
Если влажность воздуха недостаточна для образования облаков, мощные конвективные потоки, образующиеся над центром города, являются препятствием для горизонтальных воздушных потоков, поступающих в наветренную часть города. Приходящие массы воздуха испытывают дополнительный вынужденный подъем, вследствие чего образуется облачность и выпадают осадки.
Различия в температурно-влажностном режиме города и прилегающих окрестностей влияют и на распределение атмосферных явлений. Так, туманов в городе может быть больше при ослаблении скорости ветра или значительной загрязненности воздуха. С повышением температуры и понижением относительной влажности воздуха туманов в городе становится меньше, чем за городом. При одновременном образовании тумана в городе и его окрестности продолжительность городского тумана больше, чем в чистой атмосфере окрестности.
Таким образом, особенности климата и биоклимата города определяются следующими факторами:
Результаты исследования одновременной изменчивости метеорологического режима атмосферы в городах и их окрестностях, в среднем, можно представить в виде таблицы 1.
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:
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.