Материал: Литвенкова И.А. Экология городской среды Урбоэкология

5). Город – неравновесная экосистема. На его территории нарушен равновесный экологический баланс. В отличие от природных экосистем развитие города определяется не естественным отбором и другими природными процессами, а деятельностью человека. За счет концентрации людей в городе отношение фитомассы к зоомассе иное, чем в естественной природе. Пищевые цепи нарушены. Процессы потребления ресурсов и выделения отходов сильно отличаются от круговорота веществ в природе.

6). Город – конгломерат искусственных экологических микросистем: зданий и сооружений жилой, промышленной и коммунально-складской застройки.

Естественные и городские экосистемы наряду с глубокими экологическими различиями имеют и некоторые общие черты, например наличие границ, самоподдержание за счет обмена веществ и притока энергии, стабилизация за счет круговорота энергии и тенденция перехода от экспансии к интенсивному росту (таблица 2).

Таблица 2

Сравнение природных и городских экосистем (по Böhme, 1985)

Продолжение табл. 2

2. Микроклимат городской среды. Образование «острова тепла».

Города, особенно крупные, имеют свой микроклимат, существенно отличающийся от окружающей среды. На метеорологический режим города влияют следующие факторы: 1. изменение альбедо (отношение отраженной радиации к суммарной) земной по­верхности, которое для застроенных районов обычно меньше, чем для загородной местности; 2. уменьшение средней величины испарения с земной поверхно­сти; 3. выделение тепла, создаваемого различными видами хозяйствен­ной деятельности; 4. увеличение в черте города шероховатости земной поверхности по сравнению с загородной местностью; 5. загрязнение атмосферы различными примесями, образуемы­ми в результате хозяйственной деятельности.

Таким образом, архитектурно-планировочные и техногенные особенности городской территории способствуют формированию местного климата, отличного от климата пригородных территорий (табл. 3).

Таблица 3

Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах

Радиационный и тепловой баланс. Радиационный баланс земной поверхности, представляющий собой разность между приходящей в виде радиации солнечной энергии и собственным излуче­нием земли как планеты, составляет 29 единиц. Это и есть именно та величина, которая расходуется собственно на "тепловые нужды" планеты Земля. Из этого количества наибольшая часть уходит на испарение воды с поверхности суши и океанов — 24%, остальное тепло расходуется на нагревание поверхности земли и приземного слоя атмосферы. Принято считать, что за длительное время тепловой баланс всей системы "земля-атмосфера" равен нулю, т.е. Земля как планета на­ходится в состоянии теплового равновесия.

Рассматривая структуру теплового баланса в городе можно выделить следующие особенности:

- тепловой баланс в городе складывается из естественной и техногенной составляющих;

- каждая из этих составляющих имеет приходные и расходные части, однако принято считать, что в годовом цикле приходная и расходная части уравновешены;

- размер приходной части техногенной составляющей теплового баланса имеет тот порядок, что и исходная часть естественного баланса, однако говорить о сравнимости этих частей можно только в холодное время года, когда приход солнечной радиации минимален в годовом ходе, а расход энергоресурсов – наоборот, максимален;

- в теплое полугодие влияние городской застройки на тепловой баланс выражается, главным образом, в увеличении поглощенной части солнечной радиации за счет снижения альбедо территории города по сравнению с незастроенными территориями.

- солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров оказывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности воздуха, высокой застройки в узких улицах;

снижение альбедо городской застройки увеличивает приходную часть - - теплового баланса на величину, имеющую больший размер, чем все приходные час­ти техногенного теплового баланса в зимнее время.

из-за уменьшения прозрачности воздуха в городах меняется его спектральный состав, который обеднен фотосинтетически активной радиацией.

Таким образом, за счет перераспределения составляющих теплового баланса в летнее время город летом оказывает более заметное, чем зимой, влияние на соб­ственную климатическую систему. Отсюда и более заметное влияние городской застройки на основные климатические характеристики (температура воздуха и почвы, влажность воздуха, осадки) именно в летнее время, о чем будет сказано ниже.

Основные закономерности микроклимата в условиях застройки.

Тепловой режим. Температура воздуха испытывает наиболее сильное влияние урбанизации территории и, несомненно, является одним из наиболее ощутимых населением метеопараметром. Температурные различия между урбанизированной террито­рией и окружающими ее неосвоенными или слабо освоенными ландшафтами зависят от ряда факторов. Прежде всего - это размеры города, плотность застрой­ки его территории и синоптические условия, характер погоды в данный момент времени.

Одной из наиболее значительных особенностей городского климата является возникновение в городе так называемого «острова тепла», который характеризуется повышенными по сравнению с загородной местностью температурами воздуха (рис. 1). Возникает это явление сразу по нескольким причинам.

Во-первых, в городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности вследствие появления на ней зда­ний, сооружений, искусственных покрытий. Уменьшение альбедо в результате застройки территории приводит к более интенсивному по сравнению с незастроенными территориями поглощению сол­нечной радиации, накоплению конструкциями зданий и сооружений поглощен­ного днем тепла с его отдачей в атмосферу в вечерние и ночные часы. Кроме того, на урбанизированных территориях резко уменьшается расход тепла на испаре­ние за счет сокращения площадей с открытым почвенным покровом и занятых зелеными насаждениями, а быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвах и по­верхностных водоемах. Городская застройка также приводит к формирова­нию зон застоя воздуха, при малых скоростях ветра препятствует турбулентному перемешиванию приземного слоя атмосферы и выносу тепла в ее вышележащие слои. Следовательно, теплоотдача застройки за счет ухудшения условий турбу­лентного перемешивания в приземном слое уменьшается по сравнению с неза­строенными территориями, тепло как бы накапливается внутри застройки, при­водя к ее перегреву.

Во-вторых образованию "острова тепла" на территории города способствует изменение прозрачности атмосферы. Поступающие в атмосферный воздух различные примеси от предприятий и транспорта приводят к существенному уменьшению суммарной солнечной радиации. Но в еще большей степени они уменьшают встречное инфракрасное излучение земной поверхности, что в сочетании с теплоотдачей зданий и промышленных объектов приводит к появлению местного "парникового эффекта" и развитию на территории городов аномалий температуры, т.е. город как бы "накрывается" одеялом из парниковых газов и аэрозольных частиц.

Наиболее ярко контраст температуры город-пригород проявляется в яс­ную, безветренную погоду и исчезает в ветреную облачную погоду. В вечернее вре­мя и первые после захода солнца часы за счет особенностей процессов формиро­вания острова тепла температурный контраст резче, чем в полдень, а летом проявляется лучше, чем зимой при аналогичных синоптических ситуациях.

Средняя температура воздуха в большом городе обычно выше температуры окружающих районов на 1—2 С, однако ночью при небольшом ветре разность температур может достигать 6—8 С. Над центрами крупных городов «остров тепла» возвышается на 100—150 м, а в городах мень­ших размеров — на 30—40 м. Закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города показаны на рис. 1. На границе раздела «город – сельская местность» возникает значительный горизонтальный градиент температуры, соответствующий «утесам острова тепла», достигающий иногда 4 ºС/км. Большая часть города представляет «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.

t

воздуха «пик»