Gränserna i geovetenskap

Inledning

En av de grundläggande målsättningarna för många studier på urban heat islands (UHI) innebär att fastställa deras intensitet bestäms på nätter eller, om det finns ett tillräckligt stort antal observationer, sin maximala intensitet och den genomsnittliga intensiteten kan också fastställas., Oavsett vilken metod som används, oavsett om det gäller (1) skillnader mellan två fasta observatorier, en urban och en annan perifer eller icke-urban, (2) mobila urbana transekter eller (3) fjärranalys, i slutändan är det en fråga om att tillhandahålla ett värde av termiska skillnader mellan kontrasterade punkter eller sektorer, en urban och en annan som skulle kunna kallas icke-urban. Således ses intensiteten hos UHI i temperaturskillnaden uttryckt vid en given tidpunkt mellan stadens hetaste sektor och det icke-urbana rummet som omger detta., Värmeöns intensitet är den enklaste och mest kvantitativa indikatorn på den termiska modifieringen som staden ålägger det territorium där den är belägen och dess relativa uppvärmning i förhållande till den omgivande landsbygdsmiljön på natten (Kim och Baik, 2002; Memon et al., 2009).

Bakgrund

men begreppet UHI kräver en definition som etablerar jämförelser mellan städer och gör exakta bedömningar av omfattningen av detta fenomen i en viss stad på olika datum., Det första grundläggande steget innebär valet av två punkter, en urban och den andra icke-urban. I förhållande till den urbana punkten är det i allmänhet mindre osäkerhet, eftersom den är etablerad i den hetaste delen av staden i genomsnitt, vanligtvis i mitten. Även utan Ad hoc-observationer är det i många städer ganska lätt att bestämma det hetaste området på natten. Om så inte vore fallet skulle en pilotmätningskampanj kunna fastställa den hetaste punkten., Man bör komma ihåg att den hetaste delen av staden inte alltid är densamma, vilket kan ses med hjälp av fjärranalys i Santiago de Chile (Sarricolea och Martin-Vide, 2014), även om detta dokument kommer att hänvisa till dessa urbana och icke-urbana punkter. Den senare måste väljas med stor omsorg. Helst bör den icke-urbana punkten vara nära staden, men i ett landsbygdsområde, eller, ännu bättre, med naturligt vegetationsskydd., Adjektivet ”landsbygden” har traditionellt förknippats med placeringen av den icke-urbana eller referenspunkten och sålunda har uhi-intensiteten vanligtvis definierats som temperaturskillnaden mellan stads−och landsbygdsområden (eller områden), Δ Tu − r = Tu−Tr, där Δ tu-r är uhi-intensitet, tu är urban temperatur och Tr landsbygdstemperatur., Naturligtvis måste den icke-urbana punkten vara belägen utanför det konstruerade stadsutrymmet eller någon yta som har modifierats av asfalt, cement etc…. för att antropogen värme ska vara försumbar i sin energibalans, för att den förnuftiga och latenta värmen ska vara så likartad som möjligt för naturligt skydd och för att strålningsbalansen ska presentera albedos och emissivitetskoefficienter som också liknar dem i en naturlig miljö., Men gränserna för staden är ofta felaktiga, eftersom det urbana kontinuumet ibland saknar tydliga gränser och presenterar en övergång mot typiskt Lantliga markanvändningar. De flesta städer gränsar inte på landsbygden, utan snarare på periurbanzoner, rururban etc…., som i viss utsträckning påverkas av staden. Även rigorösa studier använder sig av något vaga uttryck som ”närliggande landsbygd” för den icke-urbana punkten eller sektorn (Van Hove et al., 2011)., För att hitta denna icke-urbana punkt skulle vi i vissa fall behöva täcka ett sådant avstånd att vi skulle komma in i en klimatdomän, eller en viss vädertyp vid ett bestämt ögonblick, som skiljer sig från den stad som studeras. Vid jämförelse av deras temperaturer skulle skillnaderna inte bara bero på den urbana effekten utan också på förekomsten av olika klimat eller väder. Många studier har misslyckats med att välja den lämpliga icke-urbana punkten, välja ett tillgängligt observatorium utanför staden, även om detta inte ger de idealiska förhållandena., Dessutom har man satsat mycket på zonindelning av markanvändningen i omgivande städer för att utsätta dem för klimat-och meteorologiska studier och för att fastställa uhi-intensiteter. Vissa klimatologer i städerna har faktiskt föreslagit detaljerade klassificeringar av rymden och av stads-och landsbygdslandskap, särskilt av deras övergångszoner. I den meningen kan vi citera Okes arbete (2006), som föreslår sju urbana klimatzoner (UCZ), från N ° 1, intensivt utvecklade stadszoner med fristående nära uppsatta höghus med beklädnad, t. ex.,, downtown towers, presenterar över 90% byggd (ogenomtränglig) yta, till n ° 7, spridda halvlandsbygdsutvecklingshus i en naturlig eller jordbruksmark, t.ex. gårdar, egendomar, med mindre än 10% Byggd yta. Denna klassificering används till exempel för att exakt jämföra de maximala urban heat island-intensiteterna i 19 nederländska städer (Van Hove et al., 2011). Andra författare antar också att landsbygden eller referenspunkten måste ha mindre än 10% av konstruerad yta (Wing-Yee, 2010). Med hjälp av fjärranalys förklarar det urbana marktäcket uhi-intensiteterna i många europeiska städer (Zhou et al.,, 2013). Stewart och Åke (2009) utökade UCZ klassificering till ett mer omfattande system som kallas Lokala Klimat-Zoner (LCZ). Det försöker kategorisera landskapet ”universum” i 19 LCZ som tillhör fyra landskapsserier (stad, jordbruk, naturlig och blandad) enligt ytbeläggning, ytstruktur och kulturell aktivitet. Detta förfarande har till exempel använts av SIU och Hart (2013) för Hongkong. I det avseendet är fallet med Hongkong mycket belysande över de problem som är förknippade med valet av punkter, särskilt landsbygden eller icke-urbana, en., Dessa författare drar slutsatsen att de landsbygdsstationer som används i tidigare studier inte är representativa, och således kan uhi-intensiteterna som tidigare beräknats för Hongkong ha underskattats.

dessutom finns det en effekt på leeward-sidan av staden, som vid ett givet tillfälle huvudsakligen beror på vindriktning. Om den icke-urbana punkten på en bestämd natt utsätts för denna effekt, kommer skillnaden mellan denna punkt och stadens centrum att dämpas., Därför kan, beroende på vindriktning, stadsinflytandet på leeward-sidan av staden eller kanske inte påverka den icke-urbana punkten.

förenkla Lowry ’ s additive scheme (Lowry, 1977), temperatur uppmätt vid urban point är en funktion av klimatet i regionen Det ligger i, plus effekten av lokala geografiska faktorer och urbanisering, medan temperaturen vid den icke-urbana punkten i det regionala klimatet själv och effekten av lokala geografiska faktorer., Om de lokala geografiska faktorerna är likartade vid båda punkterna, kommer skillnaden mellan båda temperaturerna att uttrycka effekten av staden, vilket utgör vårt mål. Om vi ska ge ett korrekt och jämförbart värde av uhi-intensitet är det viktigt att välja en icke-urban punkt med en höjd och avstånd från havet eller från de befintliga vattenförekomsterna, som är jämförbara med urbana punkt. Dessa två geografiska faktorer, höjd och avstånd från havet, är avgörande, medan andra, såsom latitud, inte orsakar märkbara skillnader mellan de två punkterna., Om t.ex. den icke-urbana punkten är högre än den urbana punkten, kommer dess medeltemperatur att vara märkbart lägre eller, vid tillfällen, högre om termisk inversion inträffar. Hur som helst skulle den urbana effekten kamoufleras vid beräkning av temperaturskillnaden. Det finns därför ett behov av att fastställa höjdskillnadsmarginalen mellan de urbana och icke-urbana punkterna för att anse att deras temperaturskillnader endast visar på den urbana effekten. Om den genomsnittliga vertikala temperaturgradienten beaktas (0,65°C/100 m), kommer 30,8 m att orsaka en variation av 0.,2 ° C, som är i storleksordningen noggrannhet av många temperaturmätningar. Som en allmän regel bör höjden på den icke-urbana punkten inte skilja sig från den urbana en med mer än ± ca 30 m. i den mycket väldokumenterade doktorsavhandlingen av Siu (2011) uppvisar punkterna slutligen en höjdskillnad på 27 m. när det gäller Barcelona är höjdskillnaden mellan kontrastpunkterna cirka 20 m (Moreno-Garcia, 1994)., På nätter med intensiv Mark termisk inversion, mycket ofta i samband med synoptiska situationer (anticykloniska) som ger upphov till intensiva värmeöar, 30 m utgör en altitudinal kontrast som kan orsaka betydande temperaturskillnader, av flera grader Celsius. I dessa fall skulle en icke-urban punkt belägen vid en lägre (högre) höjd överskatta (underskatta) den urbana effekten. För dessa nätter skulle altitudinalskillnader på endast 10 m utgöra en icke-urban bias i värmeöns beräknade intensiteter., Kort sagt bör den höjdskillnaden mellan de urbana och icke-urbana punkterna aldrig överstiga 30 m, och om möjligt bör den vara mindre än 10 m. om det senare kriteriet inte var möjligt, måste intensiteten hos värmeön som etablerats på nätter med intensiv termisk inversion utsättas för korrigering. Detta är också fallet om det var omöjligt att hitta en icke-urban punkt med en höjdskillnad på 30 m eller mindre med avseende på den urbana punkten (till exempel i en stad som helt upptar botten av en sluten dal).,

det är ett välkänt faktum att vattenförekomster reglerar temperatur och dämpar dagliga och säsongsmässiga temperaturskillnader, vilket kan ses i de begränsade dagliga och årliga temperaturintervallen på kuster och öar. Av denna anledning är det inte rekommenderat att välja en icke-urban punkt mer avlägsen från, eller nära, kusten än den urbana punkten, men detta kräver ytterligare diskussion. Återigen är det nödvändigt att ange det maximala assumable värdet för denna skillnad på avstånd från kusten., Mycket få studier har tagit upp denna fråga, som inte ger ett enda resultat, eftersom påverkan av avstånd från havet är mycket stark i ett kustområde och försumbar i en inlandsmiljö långt från kusten eller skild från den genom lättnader. I det senare fallet, i ett stort inre stadsområde, med ett kontinentalt klimat, kommer inte ens en skillnad på tiotals kilometer i avstånd från havet mellan stads-och icke-urbana punkter att orsaka några temperaturskillnader., Tvärtom, bredvid kusten eller kanten av en stor sjö, minskar effekten av vattenkroppen snabbt när man rör sig bort från den. Det är högst troligt att förhållandet mellan påverkan av avstånd från havet och temperaturen inte är en linjär. I en miljö som är öppen för havet som Valencias slätter (östra Spanien) minskar den årliga genomsnittliga minimitemperaturen med cirka 0,16 °C/km med avstånd från havet.i Januari är denna variation 0,23 °C/km och i Juli 0,11 °C/km, ungefär (Ninyerola et al., 2005)., Om staden är kust, bör avståndet från havet i städerna och icke-urbana punkter inte skilja sig mycket mer än över 800 m (i det citerade fallet, och som ett årligt genomsnitt, med tanke på bristen på specifika poster, skulle en skillnad på 0,2 °C/km inträffa i Januari med en skillnad mellan avstånd på 870 m). Såsom kan ses i exemplet beror faktorn ”avstånd från havet” på årstid och även latitud, på grund av påverkan av vatten-och lufttemperaturer och av de marina strömmarna, som har sin egen termiska anomali.,

slutsatser

Sammanfattningsvis är värmeöns intensitet den enklaste och kvantitativa indikatorn på den termiska modifieringen som staden ålägger territoriet. Därför är de viktigaste aspekterna som ska beaktas i denna definition i första hand att två punkter (urban och icke-urban) som följer schemat för Stewart och Oke (2009), det vill säga en punkt i stadens centrum och en annan med mindre än 10% golvyta, också den höjda skillnaden mellan stads-och icke-urbana punkter bör aldrig överstiga 30 m, och om möjligt bör vara mindre än 10 m., Slutligen bör närheten till vattendrag i stads-och icke-urbana punkter vara likartad och helst över 800 meter.

intressekonflikt uttalande

författarna förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.

bekräftelser

Institut de l”Aigua (universitetet i Barcelona, Spanien), Grup de Climatologia 2014SGR300 (katalanska regeringen).

---