Микроклимат городской среды.

Архитектурно-планировочные и техногенные особенности городской территории способствуют формированию местного климата, отличного от климата пригородной территории (таблица 4.8). В промзонах, на отдельных улицах, кварталах, площадях, парках и т.п. создаются свои особые микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, наличием промышленных предприятий, почвенным покрытием, распределением зеленых насаждений и водоемов.

На формирование городского климата оказывают влияние:

прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации;
пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;
изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстрому стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен зданий, мостовых и т.д.);
пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа.

Нередко сами города располагаются в естественных котловинах.

Таблица 4.8. Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах

Метеорологические факторы	В городе, по сравнению с сельской местностью
Радиация общая	на 15 - 20% ниже
Ультрафиолетовое излучение зимой	на 30% ниже
Ультрафиолетовое излучение летом	на 5% ниже
Продолжительность солнечного сияния	на 5 - 15% ниже
Температура среднегодовая	на 0,5 - 1,0° С выше
средняя зимняя	на 1 - 2° С выше
Продолжительность отопительного сезона	на 10% меньше
Примеси
— ядра конденсации и частицы	в 10 раз больше
— газовые примеси	в 5 - 25 раз больше
Скорость ветра среднегодовая	на 20 - 30% ниже
штормовая	на 10 - 20% ниже
штили	на 5 - 20% чаще
Осадки суммарные	на 5 - 10% больше
в виде снега	на 5% меньше
Число дней с осадками меньше 5 мм	на 10% больше
Количество облаков	на 5 - 10% больше
Повторяемость туманов зимой	на 100% больше
летом	на 30% больше
Относительная влажность зимой	на 2% меньше
летом	на 8% меньше
иногда	на 11 - 20% меньше
Грозы (частота)	в 1,5 - 2 раза меньше

Перечисленные факторы действуют комплексно, хотя и неодинаково в разных условиях климата и погоды.

Солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров оказывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за большого количества пылевых частиц и аэрозолей. Поступление ультрафиолетовых лучей сильно ослабляется за счет мутности атмосферного воздуха и высокой застройки в узких улицах. С другой стороны, в городе к рассеянной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовыми. Этим обстоятельством обусловлено чувство зноя и духоты, характерное для городов летом.

Из-за загрязненности воздушного бассейна в городах снижается эффективное излучение и, соответственно, ночное охлаждение. Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу при сжигании топлива и малый расход тепла на испарение приводят к повышению температуры внутри города, по сравнению с прилегающей местностью.

Указанные выше факторы являются причиной образования так называемого "острова тепла" над городом. Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города показаны на рисунке 4.19.

Рисунок. 4.19. Сечение "острова тепла" над городом

На границе раздела "город — сельская местность" возникает значительный горизонтальный градиент температуры, соответствующий "утесам острова тепла", достигающий иногда 4° С/км. Большая часть города представляет собой "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. Над центральной частью больших городов располагается "пик острова тепла", где температура воздуха максимальна. В крупных агломерациях может наблюдаться несколько таких "пиков", обусловленных наличием промышленных предприятий и плотной застройкой.

По данным метеорологических исследований, тепловое влияние городов проявляется в пределах 100 - 500 метрового слоя атмосферы, а иногда и 1 км. Большая аэродинамическая шероховатость подстилающей поверхности и наличие "островов тепла" определяют особенности ветрового режима города.

Ветровой режим города характеризуется существованием местной циркуляции.

Например, при слабых ветрах до 2 — 3 м/с у поверхности земли может возникнуть поток холодного воздуха, направленного к "острову тепла", а у вершины "острова тепла" формируется поток теплого воздуха к окраинам города. В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов также обусловливает местную циркуляцию воздуха. В ней восходящий поток образуется над поверхностью освещенных стен, а нисходящий — над затененными стенами и частями улиц или дворов. Наличие водоемов способствует формированию дневной местной циркуляции, подобной бризам, от водоема к застройке, что весьма желательно жарким летом. Одновременно такая циркуляция может способствовать захвату загрязняющих примесей.

Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осаждению примесей.

Скорость ветра в городе, как правило, снижается по сравнению с открытой территорией. Но в некоторых случаях возможно усиление ветра, например, в городах, располагающихся на холмистой местности или при совпадении направления ветра с направлением улицы ("эффект аэродинамической трубы").

Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим снижением содержания влаги в атмосфере над городом как результат уменьшения испарения (таблица 4.8).

Наибольший контраст влажности в системе город — окрестности наблюдается летом, а в суточном — в вечернее время. В климатических зонах, где зимой выпадает снег или поверхность земли замерзает, воздух в городе может быть более влажным за счет техногенных источников пара. Влияние города на выпадение жидких и твердых осадков различно. Зимой отмечается снижение до 5% в выпадении снега, летом наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центре, а на окраине.

При высокой влажности воздуха повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздушных масс над городом благоприятствуют образованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием преобладающего переноса воздушных масс. Осадки выпадают преимущественно в подветренных районах города и за его пределами. Если влажность воздуха недостаточна для образования облаков, мощные конвективные потоки, образующиеся над центром города, являются препятствием для горизонтальных воздушных потоков, поступающих в наветренную часть города. Приходящие массы воздуха испытывают дополнительный вынужденный подъем, вследствие чего образуется облачность и выпадают осадки.

Различия в температурно-влажностном режиме города и прилегающих окрестностей влияют и на распределение атмосферных явлений.

Так, туманов в городе может быть больше при ослаблении скорости ветра или значительной загрязненности воздуха. С повышением температуры и понижением относительной влажности воздуха туманов в городе становится меньше, чем за городом.

С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и условий природно-климатической зоны проводят мероприятия по улучшению городского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:

мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города (планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа, систем водоемов и т.д.);
мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями (конструкция окон, ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного расположения зданий и групп зеленых насаждений);
мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха (создание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с естественным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка улиц и площадей и т.п.);
мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем расположения загрязняющих объектов вне городской черты или в подветренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м), способствующих рассеиванию примесей, эффективным использованием газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды топлива, использованием более экономичных установок для сжигания топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы производства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве, транспорте;
мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации (планировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разноуровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зданий и их элементов и т.п.).

Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использование лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития современной цивилизации.