Термофизиологическое моделирование и урбанизация.
Потепление городского климата и здоровье человека
Авторы: Уилфрид Эндлихер, Герд Джендрицки, Йоахим Фишер, Йенс-Питер Редлих
Глобальное изменение климата и волны тепла.
За весь период метеорологических наблюдений, начиная с 1901 года, европейская жара 2003 года можно назвать одним из выдающихся погодных явлений. Июнь и август этого года практически во всей Германии стали самыми теплыми месяцами. Зарегистрированная средняя летняя температура воздуха составила 19,6 ° С, что на 3,4 К выше среднего значения.
9 августа и 13 августа 2006 года был установлен новый температурный рекорд, наблюдались самые высокие максимальные температуры, когда-либо зарегистрированные в Германии +40, 2 ◦C, (Карлсруэ ,Фрайбург).
Эта экстремальная погода была вызвана блокирующим действием западной циркуляции из-за стоячей волны, образующей, так называемый тип Omegaweather .Высокого давления и отсутствие облаков сформировало условие, в результате которого было пропущено экстремальное количество солнечное излучение, благодаря чему многократно наблюдались рекордные температуры. На юге Германии зарегистрировано 53 жарких дня с максимальной температурой выше +30 ◦C. Эта волна тепла касалась не только Германии, но и Франции и Великобритании. Другие европейские страны, такие как Швейцария, Испания, Португалия и Италия тоже были обеспокоены сложившейся ситуацией.
В связи с этим образовался ряд вопросов:
|
|
|
1. Связано ли это экстремальное событие с воздействием человека на климат через выбросы парниковых газов?
2. Будут ли такие события более частыми в будущем?
На основе моделирования изменения климата, распределение максимальных температур лета 2003 года указывает на то, что к концу этого столетия ожидается, что такой экстремальный режим летних температур станет нормальным в Центральной Европе (Beniston 2004, Schär et al. 2004, Meehl & Tebaldi 2004; Рис. 1)
Рис.1 Уникальная жара для 2003 года в Европе, но обычное явление в 2071–2100 гг.
Это хорошо согласуется с заявлениями МГЭИК (2001 г.) о том, что в будущем весьма вероятно повторение экстремальных погодных явлений на всей территории Земли.
Температурные условия среды в городах: Городской остров тепла
Самым важным «локальным изменением климата» в результате деятельности человека является, так называемый, городской остров тепла (UHI). Примерно за полвека многие исследования показали важность этого явления, которое вызвано накоплением коротковолновой солнечной энергии в зданиях за светлое время суток и его освобождение длинноволновым излучением вечером и ночью. Чем больше город и плотнее его застройка, тем интенсивнее остров тепла или архипелаг тепла. Максимальные различия составляют около 10 К, между центрами городов и сельской местностью (Δ (макс.) Турбан-Трурал) уже были зарегистрированы в крупных агломерациях. На рис. 2 приведен пример взаимосвязи между размером города и его максимальным размером острова тепла.
|
|
|
Рис.2 Европейские и североамериканские острова максимальной городской темпеатуры; соотношение между Δ (макс) Турбан - Трурал и график логарифм населения (Oke 1973); а) Северная Америка - 1 девять поселений Квебека, 2 Корваллиса, 3 Пало-Альто, 4 Сан-Хосе, 5 Гамильтон, 6 Эдмонтон, 7 Виннипег, 8 Сан-Франциско, 9 Ванкувер, 10 Монреаль; б) Европа - 1 Лунд, 2 Упсала, 3 Реадлинг, 4 Карлсруэ, 5 Утрехт, 6 Мальмё, 7 Шеффилд, 8 Мюнхен, 9 Вена, 10 Берлин, 11 Лондон (данные из литературы опубликовано между 1929 и 1972 гг.)
Наверняка самым большим UHI является в периоды, характеризующиеся высокой солнечной радиацией - например, европейские летние месяцы или в тропическом и субтропическом климате (например, летние сухие субтропики средиземноморских побережий). До настоящего времени стоял вопрос только о изменениях глобальной и локальной температуры воздуха. Необходимо уделять внимание климатическим условиям окружающей среды, если мы хотим для того чтобы обеспечить комфортные климатические условия для здоровья человека.
|
|
|
Температурные условия среды
Одной из фундаментальных проблем биометеорологии человека является оценка и прогноз среды. Это связано с необходимостью того, чтобы люди рассчитывали свои расходы на отопление, чтобы создать здоровую и комфортную среду для работы и отдыха.
Это значит поддерживать производство тепла и потери тепла в равновесии, на постоянном уровне. Тепло вырабатывается в результате метаболической активности, необходимой для терморегуляции. Тело может обмениваться теплом путем конвекции (поток ощутимого тепла), проводимости (контакт с твердыми частицами), испарения(скрытый тепловой поток), излучения (длинноволновое и коротковолновое) и дыхания.
Теплообмен между организмом человека и тепловой средой (рис. 3) может быть
описан в виде уравнения баланса энергии, которое является ничем иным, как применением
первого фундаментального закона термодинамики:
M + W + Q ∗ (Tmrt, v) + QH (Ta, v) + QL (e, v) + QSW (e, v) + QRe (Ta, e) + S = 0 (1), где
М - cкорость метаболизма (активность)
W - механическая мощность (вид деятельности)
|
|
|
Q ∗ - радиационный баланс (коротковолновые и длинноволновые потоки излучения)
QH - турбулентный поток ощутимого тепла (конвекция)
QL - турбулентный поток скрытого тепла (диффузионный водяной пар)
QSW - турбулентный поток скрытого тепла (испарение пота)
QRe - респираторный тепловой поток (чувствительный и скрытый)
S – теплоаккумуляция тела человека
Входные переменные метеорологии включают температуру воздуха - Та, давление водяного пара - е, скорость ветра - v, среднюю температура излучения Tmrt, которая включает коротковолновую и длинноволновую радиацию, в дополнение к скорости метаболизма и влияние одежды. В уравнении 1 соответствующие метеорологические переменные привязаны к соответствующим потокам.
Рис.3 Тепловой баланс человека (Havenith, 2003, in Koppe et al. 2004)
Важно принять во внимание все эти переменные для полного описания тепловых условий, теплового комфорта или дискомфорта.
Таким образом, имея дело с термофизиологически значимой оценкой окружающей среды требуется принять во внимание полную модель теплового баланса, которая использует все механизмы теплообмена, как описано в уравнении. 1. Такие модели обладают существенными преимуществами, их используют для получения оперативных данных в большинстве биометеорологических исследований во всех климатических зонах, регионах, сезонах, и уровнях. Например, уравнение PMG- (прогнозируемого среднего значения показателя комфортности) Фангера (1970) считаться среди продвинутых моделей теплового баланса. Этот подход является основой для процедуры оперативной термической оценки модели Клима-Мишеля (Jendritzky et al., 1979; Jendritzky et al., 1990) немецкой метеослужбы DWD с выходным параметром «воспринимаемая температура, PT» (Staiger et al., 1997),это учитывает ориентацию человека на подбор определённого типа одежды под погоду.
Термофизиологическое моделирование и урбанизация.
Важность описанного термофизиологического подхода очевидна. Простых показателей, учитывающих только температуру и влажность, уже недостаточно. Пример из городского каньона ясно показывает это (рис. 4):
Рис.4 Метеорологические и биометеорологические условия в поперечном сечении улицы
Радиация, полученная человеком, полностью отличается от солнечной и затененной стороны улицы, так как зависит от температуры поверхности асфальта и стен зданий. Самая высокая скорость ветра находится посередине улицы. Температура воздуха, однако, является практически одинаковой по обеим сторонам уличного каньона. Только в результате моделирования Воспринятая Температура представляет собой реальную картину тепловой окружающей среды для человека (поскольку мы чувствуем, когда мы пересекаем улицу от солнца до тени).
В Берлине тепловая нагрузка в августе 2003 года была смоделирована, при сравнении 3 разных районов (Рис. 5):
Рис.5 Тепловая нагрузка в разных районах Берлина, август 2003 г .; а) Центр города - Александерплац, b) Центр города -Потсдамская площадь, c) Садовый пригород Далем, d) Частота различной тепловой нагрузки по сравнению с 3 окрестностями
Открытая эспланада Александерплац в восточном центре города с несколькими деревьями, мало затенёнными участками, имеющая большие открытые пространства (а); плотно застроенная Потсдамская площадь, в центре города , но с полузакрытыми пространствами и большими затененными поверхностями (b ); пригород сада Далем с закрытым типом пространства с многочисленными деревьями (с). Результаты модели (d) показывают, что Александерплац был район с самой высокой тепловой нагрузкой, а следующее место занимает Потсдамер Платц и далее Далем.
С 1 по 15 августа 2003 г был зарегистрировано 12 дней с умеренной и высокой тепловой нагрузкой на Александерплац. Потсдамская площадь показала меньшую тепловую нагрузку, из-за ее меньшего открытого пространства, но более высокой, чем у Далема. Итак, плотно застроенные кварталы показывают высокую степень тепловой нагрузки, даже если прямое излучение уменьшается, из-за накопления тепла в стенах и герметичной поверхности, которые почти полностью отсутствуют в загородом.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 116; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!