Frontiers in Earth Science (Polski)

wstęp

jednym z podstawowych celów wielu badań nad miejskimi wyspami ciepła (UHI) jest ustalenie ich intensywności w wyznaczonych nocach lub, jeśli istnieje wystarczająco duża liczba obserwacji, można również ustalić ich maksymalną i średnią intensywność., Niezależnie od zastosowanej metodologii, niezależnie od tego, czy odnosi się ona do (1) różnic między dwoma stałymi obserwatoriami, jednym miejskim i innym peryferyjnym lub nie miejskim, (2) ruchomych transektów miejskich lub (3) teledetekcji, w końcu chodzi o zapewnienie wartości różnic termicznych między skontrastowanymi punktami lub sektorami, jednym miejskim i innym, które można określić mianem nie miejskiego. Tak więc intensywność UHI jest widoczna w różnicy temperatur wyrażonej w danym czasie między najgorętszym sektorem miasta a otaczającą go przestrzenią pozamiejską., Intensywność wyspy ciepła jest najprostszym i najbardziej ilościowym wskaźnikiem modyfikacji termicznej nałożonej przez miasto na terytorium, na którym się znajduje, oraz jej względnego ocieplenia w stosunku do otaczającego środowiska wiejskiego w porze nocnej (Kim and Baik, 2002; Memon et al., 2009).

Tło

jednak pojęcie UHI wymaga definicji, która ustala porównania między miastami i dokonuje precyzyjnych ocen wielkości tego zjawiska w danym mieście w różnych terminach., Pierwszy etap podstawowy obejmuje wybór dwóch punktów, jednego miejskiego, a drugiego pozamiejskiego. W odniesieniu do punktu zurbanizowanego jest na ogół mniej niepewności, ponieważ jest on ustalany średnio w najgorętszej części miasta, zwykle w centrum. Nawet bez doraźnych obserwacji, w wielu miastach dość łatwo jest określić najgorętszy obszar w nocy. Gdyby tak nie było, pilotażowa kampania pomiarowa mogłaby ustalić najgorętszy punkt., Należy pamiętać, że najgorętsza część miasta nie zawsze jest taka sama, co widać za pomocą teledetekcji w Santiago de Chile (Sarricolea and Martin-Vide, 2014), chociaż niniejszy dokument będzie odnosił się do tych miejskich i pozamiejskich punktów. Ten ostatni musi być wybrany z wielką starannością. Idealnie, punkt pozamiejski powinien znajdować się w pobliżu miasta, ale na obszarze wiejskim, lub, jeszcze lepiej, z naturalną roślinnością., Przymiotnik „wiejski” tradycyjnie kojarzy się z lokalizacją punktu nie miejskiego lub odniesienia, a zatem intensywność UHI jest powszechnie definiowana jako różnica temperatur między miastami i obszarami wiejskimi (lub obszarami), Δ tu−R = Tu-Tr, gdzie Δ Tu−R to intensywność UHI, Tu to Temperatura miejska i TR temperatura wiejska., Oczywiście punkt pozamiejski musi znajdować się poza budowaną przestrzenią miejską lub jakąkolwiek powierzchnią, która została zmodyfikowana asfaltem, cementem itp., aby ciepło antropogeniczne było znikome w jego bilansie energetycznym, aby ciepło sensowne i utajone było jak najbardziej podobne do ciepła pokrywy naturalnej, a bilans promieniowania przedstawiał współczynniki albedos i emisyjności, które są również podobne do współczynników środowiska naturalnego., Jednak granice miasta są często niedokładne, ponieważ kontinuum miejskie czasami nie ma wyraźnych granic, co przedstawia Przejście W kierunku typowo wiejskiego użytkowania gruntów. Większość miast nie graniczy z przestrzenią wiejską, ale raczej z strefami okołomiastanowymi, rururbanowymi itp., na które w pewnym stopniu wpływa miasto. Nawet rygorystyczne badania wykorzystują nieco niejasne wyrażenia ,takie jak „pobliski obszar wiejski” dla punktu lub sektora pozamiejskiego (Van Hove et al., 2011)., Aby znaleźć ten pozamiejski punkt, musielibyśmy w pewnych przypadkach pokonać taką odległość, że w określonym momencie wejdziemy w dziedzinę klimatyczną, lub dany typ pogody, odmienną od badanego miasta. Porównując ich temperatury, różnice wynikałyby nie tylko z efektu miejskiego, ale także z istnienia różnych klimatów czy pogody. W wielu badaniach nie udało się wybrać odpowiedniego punktu pozamiejskiego, wybierając dostępne Obserwatorium poza miastem, nawet jeśli nie zapewnia to idealnych warunków., Ponadto wiele wysiłku zostało zainwestowanych w zagospodarowanie przestrzenne terenów otaczających miasta w celu poddania ich badaniom klimatycznym i meteorologicznym oraz ustalenia intensywności UHI. W rzeczywistości niektórzy klimatolodzy miejscy zaproponowali szczegółowe klasyfikacje przestrzeni oraz krajobrazu miejskiego i Wiejskiego, w szczególności ich stref przejściowych. W tym sensie można przytoczyć pracę Oke (2006), która proponuje siedem stref klimatu Miejskiego (UCZ), Z NR 1, intensywnie rozwiniętych stref miejskich z wolnostojącymi wysokościowcami z okładzinami, np.,, wieżowce śródmiejskie, prezentujące ponad 90% powierzchni zabudowanej (nieprzepuszczalnej), do nr 7, rozproszone domy półpustynne na terenie naturalnym lub rolniczym, np. gospodarstwa rolne, osiedla, o mniej niż 10% powierzchni zabudowanej. Klasyfikacja ta jest używana na przykład do dokładnego porównania maksymalnych intensywności miejskich Wysp ciepła 19 holenderskich miast (Van Hove et al., 2011). Inni autorzy zakładają również, że obszar wiejski, czyli punkt odniesienia, musi posiadać mniej niż 10% zbudowanej powierzchni (Wing-Yee, 2010). Za pomocą teledetekcji, pokrycie terenu miejskiego wyjaśnia intensywność UHI w wielu miastach europejskich (Zhou et al.,, 2013). Stewart i Oke (2009) rozszerzyli klasyfikację UCZ w bardziej kompleksowy system o nazwie lokalne strefy klimatyczne (LCZ). Stara się sklasyfikować krajobraz „wszechświata” na 19 ŁCZ należących do czterech serii krajobrazowych (miejski, rolniczy, naturalny i mieszany) według pokrycia powierzchni, struktury powierzchni i aktywności kulturowej. Procedura ta została zastosowana na przykład przez Siu and Hart (2013) Dla Hongkongu. W tym sensie przypadek Hongkongu bardzo dobrze ilustruje problemy związane z wyborem punktów, w szczególności obszarów wiejskich lub pozamiejskich., Autorzy Ci dochodzą do wniosku, że stacje wiejskie stosowane w poprzednich badaniach nie są reprezentatywne, a zatem intensywność UHI obliczona wcześniej dla Hongkongu mogła być niedoszacowana.

ponadto występuje efekt na zawietrznej stronie miasta, który w danym momencie zależy głównie od kierunku wiatru. Jeśli w określoną noc temu efektowi ulegnie punkt pozamiejski, różnica między tym punktem a centrum miasta zostanie osłabiona., W związku z tym, w zależności od kierunku wiatru, wpływy miejskie po zawietrznej stronie miasta mogą lub nie mogą wpływać na punkt pozamiejski.

upraszczając schemat dodatku Lowry ' ego (Lowry, 1977), temperatura mierzona w punkcie miejskim jest funkcją klimatu regionu, w którym się znajduje, plus wpływ lokalnych czynników geograficznych i urbanizacji, podczas gdy temperatura w punkcie pozamiejskim samego klimatu Regionalnego i wpływ lokalnych czynników geograficznych., Jeśli lokalne czynniki geograficzne są podobne w obu punktach, to różnica między obydwoma temperaturami będzie wyrażać efekt miasta, który stanowi nasz cel. Jeśli mamy podać prawidłową i porównywalną wartość natężenia UHI, to ważne jest, aby wybrać punkt pozamiejski o wysokości i odległości od morza lub od istniejących zbiorników wodnych, porównywalnych do punktu miejskiego. Te dwa czynniki geograficzne, Wysokość i odległość od morza, są decydujące, podczas gdy inne, takie jak szerokość geograficzna, nie powodują znaczących różnic między tymi dwoma punktami., Jeśli np. punkt pozamiejski znajduje się wyżej niż punkt miejski, to jego średnia temperatura będzie znacznie niższa, a czasami wyższa, jeśli wystąpi inwersja termiczna. W każdym razie efekt miejski byłby zakamuflowany przy obliczaniu różnicy temperatur. Istnieje zatem potrzeba ustalenia marginesu różnic wysokości między punktami miejskimi i pozamiejskimi, aby uznać, że ich różnice temperatur ujawniają jedynie efekt miejski. Jeśli weźmie się pod uwagę średni pionowy gradient temperatury (0,65°C / 100 m), 30,8 m spowoduje zmianę O 0.,2°C, co jest rzędu dokładności wielu pomiarów temperatury. Tak więc, co do zasady, wysokość punktu pozamiejskiego nie powinna różnić się od miejskiego o więcej niż ± około 30 m. w bardzo dobrze udokumentowanej pracy doktorskiej Siu (2011) ostatecznie wybrane punkty przedstawiają różnicę wysokości 27 m. W przypadku Barcelony różnica wysokości między punktami kontrastu wynosi około 20 m (Moreno-Garcia, 1994)., W nocy z intensywną inwersją termiczną gruntu, bardzo często związaną z sytuacjami synoptycznymi (antycyklonicznymi), które powodują powstanie intensywnych Wysp cieplnych, 30 m stanowi kontrast wysokościowy, który może powodować znaczne różnice temperatur, rzędu kilku stopni Celsjusza. W takich przypadkach punkt pozamiejski położony na niższej (wyższej) wysokości przeceniałby (nie doceniał) efekt miejski. W przypadku tych nocy różnice wysokości wynoszące zaledwie 10 m reprezentowałyby niemiejskie odchylenie w obliczonych intensywnościach wyspy ciepła., Krótko mówiąc, różnica wysokości między punktami miejskimi i pozamiejskimi nigdy nie powinna przekraczać 30 m, a jeśli to możliwe, powinna być mniejsza niż 10 m. W przypadku, gdy to drugie kryterium nie byłoby możliwe, należy skorygować intensywność wyspy ciepła ustaloną w nocy z intensywną inwersją termiczną. Dotyczy to również sytuacji, gdy niemożliwe było znalezienie punktu pozamiejskiego o różnicy wysokości 30 m lub mniejszej w stosunku do punktu miejskiego (na przykład w mieście całkowicie zajmującym dno zamkniętej doliny).,

powszechnie wiadomo, że zbiorniki wodne regulują temperaturę i łagodzą dzienne i sezonowe różnice temperatur, co widać w ograniczonych dobowych i rocznych zakresach temperatur na wybrzeżach i wyspach. Z tego powodu nie zaleca się wyboru punktu pozamiejskiego bardziej odległego od linii brzegowej lub blisko niej niż punkt miejski, ale wymaga to dalszej dyskusji. Po raz kolejny istnieje potrzeba określenia maksymalnej dopuszczalnej wartości dla tej różnicy w odległości od wybrzeża., Niewiele badań zajęło się tą kwestią, która nie daje jednego rezultatu, biorąc pod uwagę, że wpływ odległości od morza jest bardzo silny w strefie przybrzeżnej i znikomy w środowisku śródlądowym daleko od wybrzeża lub oddzielonym od niego odciążeniami. W tym drugim przypadku, na dużym obszarze miejskim śródlądowym, o klimacie kontynentalnym, nawet kilkadziesiąt kilometrów różnicy odległości od morza między punktami miejskimi i pozamiejskimi nie spowoduje żadnych różnic temperatur., Wręcz przeciwnie, przy brzegu lub brzegu dużego jeziora efekt wody gwałtownie maleje, gdy się od niego oddala. Jest wysoce prawdopodobne, że zależność między wpływem odległości od morza a temperaturą nie jest liniowa. W środowisku otwartym na morze, takim jak równiny Walencji (Wschodnia Hiszpania), średnia roczna temperatura minimalna spada o około 0,16 °C / km W odległości od morza; w styczniu ta zmienność wynosi 0,23 °c / km, a w lipcu 0,11 °c/km, w przybliżeniu (Ninyerola et al., 2005)., Jeśli miasto jest przybrzeżne, odległość od morza punktów miejskich i pozamiejskich nie powinna różnić się znacznie więcej niż ponad 800 m (w przytoczonym przypadku i jako średnia roczna, ze względu na brak szczegółowych zapisów, różnica w wysokości 0,2 °C/km wystąpiłaby w styczniu z różnicą między odległościami 870 m). Jak widać na przykładzie, czynnik „odległość od morza” zależy od pory roku, a także szerokości geograficznej, ze względu na wpływ temperatury wody i powietrza oraz prądów morskich, które posiadają własną anomalię termiczną.,

wnioski

podsumowując, intensywność wyspy ciepła jest najprostszym i ilościowym wskaźnikiem modyfikacji termicznej nałożonej przez miasto na terytorium. W związku z tym najważniejsze aspekty, które należy uwzględnić w tej definicji, to przede wszystkim fakt, że dwa punkty (miejskie i pozamiejskie) zgodne ze schematem Stewarta i Oke (2009 r.), to znaczy punkt w centrum miasta i drugi o powierzchni poniżej 10%, również różnica wysokości między punktami miejskimi i pozamiejskimi nigdy nie powinna przekraczać 30 m, a w miarę możliwości powinna wynosić mniej niż 10 m., Wreszcie, bliskość zbiorników wodnych w punktach miejskich i pozamiejskich powinna być podobna, a najlepiej ponad 800 metrów.

Oświadczenie o konflikcie interesów

autorzy oświadczają, że badanie zostało przeprowadzone w przypadku braku jakichkolwiek relacji handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

---