Смог, ураганы и бессонница. Чем опасны городские "острова тепла"

Многие погодные капризы больших городов возникают из-за избыточного скопления тепла. Чем больше город, тем сильнее он меняет окружающий климат под себя. И это может доставить жителям немало проблем

Что такое "остров тепла" и в чем проявляется его эффект?

Городские "острова тепла", вероятно, самый наглядный пример влияния человека на климат. Если коротко, то это аномальная разница температур между городом (особенно его центром) и пригородами. Например, в мегаполисе, где живет хотя бы 1 млн человек, температура в среднем на 1–3 градуса выше, чем в пригородах.

"Особенно этот эффект заметен вечером, — объясняет доцент кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Павел Константинов. — Например, поздней осенью в вечерней Москве разница температур может достигать 10 градусов. Если в центре, в районе Кремля, будет слабый плюс, в Подмосковье температура может быть и минус 7 градусов".

В среднем за период с 2010 по 2014 год температура воздуха в центре Москвы составила +7,8 ºC, а на подмосковных метеостанциях — от +5,7 до +5,9 ºC. А самая большая зафиксированная разница составила целых 14 ºC.

"Острова тепла" присущи не только мегаполисам. Даже город с 10 тыс. населения, где есть подходящие условия (например, множество каменных и бетонных домов, заасфальтированных дорог), создает небольшую тепловую аномалию.

Почему так происходит?

Причин много.

Город в принципе генерирует больше тепла за счет работающей техники. Например, одни только кондиционеры могут нагревать его на улице в центре города на целый градус.

В городе больше темных поверхностей, которые поглощают солнечное излучение. Здания и дороги поглощают больше солнечного света, чем зеленые зоны.

Воздух, наполненный пылью и промышленными выбросами, создает парниковый эффект.

Районы с плотной застройкой ломают потоки ветра — из-за этого горячий воздух застаивается и не уходит даже во время похолодания.

Высокие здания действуют как накопители тепловой энергии — сильно нагреваются за день и не успевают остыть ночью.

Как это влияет на городской климат?

Ветреных дней и ураганов становится больше. "Возникает эффект, сходный с действием аэродинамической трубы, — объясняет ведущий специалист Центра погоды "Фобос" Евгений Тишковец. — Если поток воздуха вначале наталкивается на бутылочное горлышко из плотно стоящих домов, а потом резко вырывается из них, он очень ускоряется".

Микроклимат отдельных районов сильно различается. "Из-за разделенности городских зон в одних районах может выпасть в пять-шесть раз больше осадков, чем в других, — говорит Павел Константинов. — Влияние отдельного парка или отдельной группы домов может сформировать свою небольшую климатическую нишу".

В городе чаще висят тучи и выпадает много осадков. На "острове тепла" атмосферное давление обычно понижено. Такой "вакуум" притягивает к городу кучевые облака, а из-за постоянной конденсации влаги вокруг "острова тепла" часто залегают туманы.

Жаркие и сухие летние месяцы. Если осенью и зимой осадков в городе бывает больше, то летом все может быть наоборот. Влага быстрее испаряется со зданий — этому способствует и каньон из нависающих высотных зданий, который не дает воздуху охладиться.

От чего зависит, образуется ли в городе "остров тепла"?

Не все города имеют отчетливый "остров тепла". Это зависит от фонового климата района, в котором расположен населенный пункт. Так, швейцарско-американская команда ученых в 2019 году обнаружила, что эффект "теплового острова" усиливается по мере увеличения среднегодовых осадков в городе. 

Охлаждению или нагреванию способствует и планировка. Например, широкие улицы и проспекты с прожилками зеленых бульваров скорее будут охлаждать город и выдувать грязь и вредные вещества. Если в центре плотная застройка, а по окраинам — более разреженная, то накопление тепла будет нарастать от окраин к центру. Но бывает и наоборот.

Например, в Нью-Йорке "остров тепла" тоже есть, но он более распределенный — из-за того, что в центре находится крупный парк, который рассеивает тепло. На концентрацию тепла влияют не только зеленые зоны, но и большие реки, а также планировка — обилие широких проспектов облегчает циркуляцию воздуха. В пустынных зонах, наоборот, города становятся полюсами холода.

Чем опасны "острова тепла"?

"Если крыши в городе нагреваются лучше, чем поверхность земли, это способствует удержанию загрязнений в районе городского полога, — комментирует Павел Константинов. — В зоне низкой застройки, когда нагревается асфальт, ночью грязь и вредные примеси вместе с теплым воздухом уходят наверх, а его место занимают более холодные массы. То есть происходит некоторое самоочищение. Но когда тепло концентрируется наверху, воздух застаивается, а вместе с ним и загрязнения".

В свою очередь, мелкие частицы — пыль, остатки отработанного топлива, ошметки шин и дорожного полотна, частицы металла со здания — становятся центрами конденсации влаги. Поэтому в городе в среднем чаще идут дожди, а вместе с ними загрязнения попадают на кожу, одежду и шерсть животных. Все это может накапливаться в организме и вызывать аллергию и другие расстройства. Вместе со стоками грязь попадает и в воду, которую мы пьем.

Еще одна проблема — летние волны жары. Одна из самых опасных волн — в августе 2010 года — унесла жизни 11 тыс. человек (за счет смога и нагрузки на сердечно-сосудистую систему жителей, прежде всего пожилых). По словам руководителя Гидрометцентра России Романа Вильфанда, число таких погодных катаклизмов увеличивается.

Но даже небольшой перегрев может быть опасен для здоровья. Чтобы выяснить это, ученые из Токийского университета изучали состояние сна 1,2 тыс. жителей города Нагоя на протяжении 2011–2012 годов. Участники заполняли опросники качества сна, а авторы сопоставляли их с данными температурных замеров. Результаты показали, что расстройства сна усиливались, когда температура поднималась выше 25 °С.

Как борются с последствиями образования "островов тепла"?

Архитекторы, урбанисты и экологи сегодня активно работают с городским планированием, чтоб снизить накопление тепла.

Один из ярких примеров такого рода — реконструкция немецкого Штутгарта. Изначально город был построен в безветренной долине. Из-за такого рельефа в городе в среднем температура была на два-три градуса выше, чем в прилегающих районах. В 1998 году специалисты проложили сеть вентиляционных коридоров — бульваров и водных каналов, — чтобы ночные потоки горно-долинных ветров действовали как охладители. Затея блестяще удалась, а Штутгарт стал образцом для других городов.

Ряд проектов нацелены на то, чтобы вывести на поверхность реки, замурованные прежде в трубы. Например, в южнокорейском Сеуле в начале 2000-х годов городские власти решили восстановить протекавший через центр крупный ручей Чхонгечхон. Для этого пришлось перенести автостраду, стоявшую там с 1960-х годов. По словам Ки Ён Хвана, профессора кафедры городского планирования и дизайна Университета Хонъик, температура в районе восстановленного ручья оказалась на 3,6 ºC ниже, чем в других частях города. Воздух в районе также стал чище.

Еще один путь — создавать больше зон с высоким альбедо, то есть с хорошей отражательной способностью. Чем темнее поверхность, тем ниже альбедо, и наоборот. В Европе активно применяется такой метод, как озеленение крыш, стен и даже транспортных путей. Крыши и стены домов красят в белый цвет. В некоторых городах идет замена обычного асфальта на белый. По расчетам ученых, это поможет снизить частоту волн тепла в США на 41%.

Еще один полезный шаг — высадка деревьев и создание парков. Климатологи из Нанкинского университета подсчитали, что городское озеленение компенсирует приземное потепление на 0,13 °C. Всемирная организация здравоохранения, например, рекомендует делать парки и скверы в центре мегаполисов. В Москве за последние десять лет высадили больше 6,5 млн деревьев и открыли более 130 новых парков. Сейчас в столице около половины площади занимают зеленые посадки.