G319E Városklimatológia előadás A városklíma (1)
Unger János
[email protected] www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan Földtudomány BSc (2009)
0. Jó, ha tudjuk Foglalkozás a témával: GBN305E Általános klimatológia előadás
9 dia
GBN311E Környezeti klimatológia előadás GBN319E Városklimatológia előadás
20 dia ? dia
igen számos!
Tematika: 1. A városklíma 2. Városklímakutatás Magyarországon: példák 3. Városi mikrokörnyezetek humán bioklimatikus szempontú elemzése Vizsgák: www.sci.uwww.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/ szeged.hu/eghajlattan/
elővizsga: máj. 13. majd a vizsgaidőszakban
link OKTATÁS
1
Ajánlott irodalom: • Unger J. - Sümeghy Z., 2002: Környezeti klimatológia. klimatológia. SZTE TTK jegyzet, JATEPress, JATEPress, Szeged.
UJ
• Letölthető kiegészítő tananyag: www.sci.uwww.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/ szeged.hu/eghajlattan/ Oktatók: Dr. Unger János egyetemi docens 6262-544544-857
[email protected]@geo.u-szeged.hu
Dr. Sümeghy Zoltán egyetemi adjunktus 6262-544544-000/3172
[email protected]@geo.u-szeged.hu
Gulyás Ágnes egyetemi t.segéd 6262-544544-000/3050
[email protected]@geo.u-szeged.hu
Gál Tamás PhD hallgató 6262-544544-000/3172
[email protected]@geo.u-szeged.hu Kántor Noémi PhD hallgató 6262-544544-000/3050
[email protected]@geo.u-szeged.hu
www.sci.uwww.sci.u-szeged.hu/eghajlattan
1. Az urbanizáció időbeli folyamata Város Jerikó Ur Susa Hierakonpolisz Nippur Trója Mohendzsodáró Memphisz Anjang
Mai ország Palesztina-Izrael Irak Irán Egyiptom Irak Törökország Pakisztán Egyiptom Kína
Kialakulása kb. i.e. 5000 i.e. 5. évezred i.e. 4000 i.e. 4000 i.e. 4. évezred eleje i.e. 4. évezred i.e. 3000 i.e. 2850 i.e. 2000
folyami kultúrák kialakulása (Mezopotámia, Egyiptom, Indus és SárgaSárga-folyó völgye) nagyvárosok A legré legrégebbi vá városok
i.e. 1. évezred - kiemelkedik Babilon (3(3-400 ezer lakos, közel 300 km2-es terület) * városiasodás 1. csúcspontja: csúcspontja: − Római Birodalom fénykorában Róma (> (> 1 m), Bizánc (7(7-800 ezer), a lakosság 10%10%-a 30 db 100 ezernél nagyobb városban (kb. 7 m) − kínai HanHan-birodalom városai * 2. csúcspont: csúcspont: − arab hódítások idején, a 10. században – a birodalomban kb. 4,4 m ember 22 nagyvárosban (Bagdad ~ 1 m)
2
* 16. sz. − világ 10 legnagyobb városa közül 5 Kínában * 1717-18. sz. − európai települések nagyvárosokká fejlődése − ipari forr. kezdete * 20. sz. első fele − szembetűnő amerikai fejlődés * napjainkban − agglomerációk kialakulása szerte a világban É Essen Dortmund
Duisburg
Bochum
Düsseldorf Mönchengladbach
Wuppertal
Solingen
A RuhrRuhr-vidé vidék agglomerá agglomeráció ciója
Tokyo - agglomerá agglomeráció ció
3
legerőteljesebb urbanizáció a harmadik világban Nagyváros Lagos Bombay Dacca Delhi Jakarta Peking Sao Paulo Teherán Kairó Tokió Mexikóváros Los Angeles Rio de Janeiro Buenos Aires New York
1992 8,7 13,3 7,4 8,0 10,0 11,4 19,2 7,0 9,0 25,8 15,3 11,9 11,3 11,8 16,2
2010 21,1 24,4 17,6 15,6 17,2 18,0 25,0 11,9 13,4 28,9 18,0 13,9 13,3 13,7 17,2
20101992 12,4 11,1 10,2 7,6 7,2 6,6 5,8 4,9 4,4 3,1 2,7 2,0 2,0 1,9 1,0
− csak részben az iparosodás − inkább a robbanásszerű népszaporulat következménye
2009 11,4 22,3 13,1 22,4 15,1
+
Szö Szöul
23,9
Manila
19,2
13,2
Sanghai 17,9
21,0
Osaka
16,7
12,5 14,8 33,8 22,9 18,0 12,5 13,8
városi népesség: – 1800 → – 1900 → – 1950 →
2,4 % 13,6 % 29,0 %
21,9
Néhány nagyvá nagyváros lakossá lakosságszá gszáma 19921992-ben és becslé becslés szerint 20102010-ben, a becsü becsült növekmé vekmény sorrendjé sorrendjében (millió (millió fő)
4
Régiók
Városi lakossá lakosság (%)
Év
Puerto Rico
94,4
2000
Argentí Argentína
90,6
2006
Japá Japán
86,3
2005
Ausztrá Ausztrália
83,2
2006
Korea (Dé (Dél)
81,5
2005
Brazí Brazília
81,2
2000
UK
80,0
2001
USA
79,0
2000
Mexikó Mexikó
76,9
2006
Oroszorszá Oroszország
72,9
2006
Magyarorszá Magyarország
67,0
2006
Hollandia
66,1
2006
Kína
43,4
2006
India
29,0
2006
Orszá Ország
A vá városokban élő lakossá lakosság ará aránya né néhány orszá országban
világ fejlett régiók fejlődő régiók
(%) 29,2 53,8 17,0
1950 (millió) 734,2 447,3 286,8
(%) 41,0 71,5 31,2
1985 (millió) 1982,8 838,8 1144,0
(%) 46,6 74,4 39,3
2000 (millió) 2853,6 949,9 1903,7
A vá városokban élő lakossá lakosság szá száma és ará aránya a teljes né népessé pességhez viszonyí viszonyítva (1950(1950-2000) 7x
3x
A vilá világné gnépessé pesség és azon belü belül a vá városi lakossá lakosság növekedé vekedése 1950 és 2020 kö között (1950 = 100%)
%
5
2. A városklíma léptéke, kialakulásának elsődleges okai
Az éghajlati jelensé jelenségek té térbeli dimenzió dimenziói: Z = zoná zonális (makro) klí klíma, R = regioná regionális (mezo (mezo)) klí klíma, L = loká lokális klí klíma, T = topoklí topoklíma, ma, M = mikroklí mikroklíma
Változások főbb okozói: Felszín: – vízátnemeresztő felületek, vízelvezető csatornarendszerek – geometriája igen összetett (horiz ., vert.) (horiz., – anyagainak fizikai tulajdonságai különböznek az eredeti felszín sajátosságaitól Antropogén hőtermelés: – emberi tevékenység által termelt és a környezetbe kibocsátott vagy vagy kikerült hő Légszennyezés: – fűtés, közlekedés és az ipari folyamatok során keletkező vízgőz, vízgőz, gázok, füst, egyéb szilárd anyagok A kialakult éghajlati különbségek mértékére hatással van a város − elhelyezkedése az adott nagyléptékű éghajlati zónában − mérete (lakosság, terület) − szerkezete, gazdaságának jellege − term.földrajzi adottságai erősíthetik− erősíthetik−gyengíthetik az antropogén hatásokat: - (a) topográfia – völgy, lejtő, medence - (b) vízparti elhelyezkedés – tenger, nagy tó ( lásd később!! ) - (c) felszínjelleg – mocsaras, sivatagos
6
felszíngeometria
légszennyezés → lepel
Fotokémiai füstköd Denverben … …és …és Mexikóvárosban
7
Teherán
A települések felett kialakuló légrétegződés eltér a term. term. felszínekétől − 2 réteg: városi tetőréteg (urban canopy layer, layer, UCL) átlagos tetőszint magasságig, épületek között tulajdonságait mikroskálájú folyamatok kormányozzák
városi “toll” városi határréteg
uralkodó szél
vidék
városi tetőréteg
külváros
belváros
külváros
vidéki határréteg
A vá városi légkö gkör szerkezete (enyhe szé szél)
vidék
túlzott magassági ábrázolás: UBL meredeksége 1:100 és 1:200 között között
városi határréteg (urban boundary layer, layer, UBL) – lokális v. mezoskálájú jelenség − alapja a tetőszint közelében − jellemzőit az általános városi felszín alakítja ki − magassága jelentős mértékben függ az érdességi viszonyoktól
8
Nappal: UBL szerkezete és dinamikája hasonló a vidéki határréteghez (RBL) de valamivel turbulensebb, melegebb → vastagabb + szárazabb és szennyezettebb Éjszaka: - RBLRBL-ben a kisugárzás hatására erőteljes inverziós rétegzettség alakul ki ki - UBL gyakran a 22-300 mm-es magasságig is kiterjed, továbbra is jellemző rá a viszonylag erős keveredés
városi “toll” városi határréteg
uralkodó szél
városi tetőréteg
külváros
vidék
belváros
külváros
vidéki határréteg
vidék
Városi határréteg (UBL), tetőréteg (UCL), vidéki határréteg (RBL) (RBL)
3. A városi légkör összetétele Aeroszol részecské szecskék aeroszol részecskék – lassan ülepedő vagy lebegő szilárd vagy folyékony halmazállapotú részecskék (főleg szulfát, C, Al és szilikát összetételűek) átmérő < 10 μm
− nagyon stabil légköri feltételek (kedvezőtlen légköri hígulási viszonyok) viszonyok) − normálisnál nagyobb szennyezőanyagszennyezőanyag-kibocsátás (pl. széntüzelés)
500
SO2
füst
250
0
1,00
0,75
0,50
0,25
1 5 10 15 IDŐ, DECEMBER (nap)
400
300
(téli) szmog (füstköd) (London)
3
750
halálozás
FÜST (mg/100m )
HALÁLOZÁS (fő/nap)
1000
SO2 (ppm)
ha:
(mgm-3 v. μgm-3)
0
200
100
0
szmogriadó (pl. Bp. 2009.01. !?)
halálos áldozatai is lehetnek A lé légszennyezettsé gszennyezettség (SO2 és fü füst) mérté rtékének és a halá halálozá lozások szá számának alakulá alakulása Londonban (1952. dec.)
9
LondonLondon-típusú (téli) szmog Stuttgartban
Gázok − hagyományos ipari és lakossági tüzelőanyagok elégetésekor keletkeznek keletkeznek (pl. SO2) − olajszármazékok égésével felszabaduló CO, szénhidrogének, NOx, O3, stb. ppm (parts per million = milliomod térfogatrész)
Légköri szennyeződéseknél figyelembe kell venni: − a szennyeződések eloszlása nagymértékben a légkör stabilitási viszonyaitól és a levegő vízszintes irányú mozgásától függ − az aeroszol részecskék ülepedéssel és kimosódással idővel eltávoznak a légkörből − egyes anyagok olyan fotokémiai reakciókban vesznek részt, amelyek bizonyos anyagokat lebontanak, másokat viszont felépítenek
Gáz CO2 CO SO2 N-oxidok aldehidek oxidánsok (O3 is) kloridok NH3
Mennyiség (ppm) 300-1000 1-200 0,01-3 0,01-1 0,01-1 0-0,8 0-0,3 0-0,21
Néhány szennyező szennyező gáz a nagyvá á rosok levegő nagyv levegőjében fotokémiai (nyári) szmog (Los Angeles)
10
Los AngelesAngeles-típusú (nyári) szmog Mexikóvárosban
4. Az energiaenergia- és vízegyenleg természetes és városi területeken Termé ermészetes felszí felszínek energiaegyenlege
Az en.egyenleg tényező nyezőinek napi menete egy öntö ntözött fü füves terü területen szeptemberben (Hancock, Hancock, Wisconsin) Wisconsin)
-2
Q* = QH + QE + QG
FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm )
1000 800 600
Q*
400
QE
200
QH QG
0 -200 -400 00
04
08
16 12 IDŐ (h)
20
24
11
A városi terü területek sugá sugárzá rzási mérlege és energiaegyenlege Sugárzási mérleg Rövidhullámú sugárzási folyamatok általánosan a szennyezett városi határrétegben K↓ csökken K↑ csökken (α csökken)
SUGÁRZÁS GYENGÍTÉS (%)
A napsugarak útja természetes és városi környezetben
20
éves és napi menet
15 10 5 0
N
D
J
F
M
Á
M
J
J A Sz IDŐ (hónap)
O
N
D
J
F
M
Á
A K↓ gyengí gyengítésének menete (Montreal, 1965. nov. – 1967. ápr.)
főleg a fejlődő országokban: - robbanásszerű városiasodás - kapcsolódó folyamatok a városban néhány évtized alatt is megnő a K↓ vesztesége A K↓ átlagos éves menete Kairó Kairó „kevé kevésbé sbé városiasodott” rosiasodott” (1969(1969-1973) és „városiasodott” rosiasodott” (1999(1999-2003) idő időszaká szakában, és a ké két idő időszak %-os elté eltérésének menete
12
megkülönböztethető hullámhossz szerinti veszteség is: K↓ hullá hullámsá msáv szerinti %%-os megoszlá megoszlása a vá városban és külterü lterületé letén (Pá (Párizs)
Hullámsáv ultraibolya ibolya látható infravörös
Városközpont Külterület 0,3 3,0 2,5 5,0 43,0 40,0 54,0 52,0
L↑ nő L↓ nő
Hosszúhullámú sugárzási folyamatok általánosan a szennyezett városi határrétegben
Q* ± 5 %
K↓ K↑ L* Q* QF
+ QF
antropogén hőtermelés
Központi negyed Környező vidék 08h 13h 20h 08h 13h 20h 288 763 - 306 813 42 120 80 159 -61 -100 -98 -61 -67 -67 184 543 -98 165 587 -67 36 29 26 -
Q* té tényező nyezői és a QF (Wm-2) a városban és kö környé rnyékén nyá nyáron különbö nböző idő időpontokban (Cincinnati, Ohio) Ohio)
Energiaegyenleg (városi határréteg - UBL) − energiaenergia-cserefolyamatok - ”felszín” a városi tetőréteg (UCL) és az UBL közötti határfelületen − energia-áramlás az egyes UCLUCL-egységekről (tetők, fák, gyepek, utak, stb.) kiinduló áramlások összegzése egy nagyobb területű, adott beépítettségi típussal jellemzett városrészre (advektív hatások → Ø)
Q* + QF = QH + QE + ΔQS
13
Város Fairbanks (64ºÉ) Reykjavik (64ºÉ) Sheffield (53ºÉ) Moszkva (56ºÉ) Ny-Berlin (52ºÉ) Chorzów (50ºÉ) Vancouver (49ºÉ) Budapest (47ºÉ)
Montreal (45ºÉ)
Manhattan (40ºÉ)
Oszaka (35ºÉ) Los Angeles (34ºÉ) Hong Kong (22ºÉ) Szingapúr (1ºÉ)
Időszak év év év év év év év év nyár tél év nyár tél év nyár tél év év év év
QF Q* (Wm-2) (Wm-2) 18 6 90 35 56 19 42 127 57 21 82 57 19 46 43 100 32 -8 51 52 99 92 57 13 153 93 159 53 265 26 108 21 ~110 4 ~110 3
Lakósűrűség Energiafelhasználás Vizsgált (fő/km2) (MJx103/fő) időszak 550 314 1967-75 2.680 1.100 1992 10.420 58 1952 7.300 530 1970 9.830 67 1967 1965 5.360 112 1970 11.500 118 1970
14.102
221
1961
28.810
169
1967
14.600 2.000 37.200 3.700
55 1970-74 331 1965-70 34 1971 25 1972
Q* és QF átlagé tlagérté rtékeinek összehasonlí sszehasonlítása kü különbö nböző városok eseté esetében
beépítettség sűrűsége ↔ QF
Épületek éves átlagos QF kibocsá kibocsátása Londonban (1x1 km) (2005) London (éves átlag): 9 Wm-2 épületek 2 Wm-2 közl. közl. Becsült éves átlagos QF TokyoTokyo-ban (1998)
14
évszakos menet: − téli (fűtés) és/vagy − nyári (hűtés) csúcs
A kül. energiafelhaszná energiafelhasználás éves menete Londonban (2005)
QF napi menet: - reggeli - késő délutáni-kora esti csúcs fűtési szezon
nemnem-fűtési szezon
QF tényező nyezőinek napi menete egy külvá lvárosi terü területen (1987. januá január 22., Vancouver) Háztartási és egyéb QF napi menete Londonban (órás %%-os arányok)
15
Az en.egyenleg tényező nyezőinek napi menete egy elő elővárosi terü területen (Vancouver)
-2
FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm )
1000 800 Q*
600
Lipowa
Narutowicza
400 QH
200
QE
QS
0 -200 -400 00
04
08
16 12 IDŐ (h)
Beépítettség ΔQS/Q* QH/Q* típusa külterület 0,15 0,28 előváros 0,22 0,39 belváros 0,27 0,44
20
24
QE/Q* 0,57 0,39 0,29
Az en.egyenleg összetevő sszetevőinek tipikus ará arányai az átlagos napi Q*Q*-hoz viszonyí viszonyítva a külterü lterületen, elő elővárosban, belvá belvárosban
Az en.egyenleg tényező nyezőinek átlagos napi menete jú júliusban 2 vá városi helyen (Lodz (Lodz))
50 0
m
42 m talajszint felett
Lodz, Narutowicza 88
16
Az en.egyenleg tényező nyezőinek napi menete (Lodz (Lodz,, Narutowicza 88)
Q* QH QE ΔQS
Száraz évszak (máj. 16), nedves évszak (jún. 28.) külváros Mexikóváros
17
− QE csökken
− QH nő levegőt melegíti (a városban) − ΔQS nő
K↓ K↑ K* L↓ L↑ L* Q* QF QH QE ΔQS albedó emisszivitás felszínhőm.
Külterület 800 160 640 350 455 -105 535 0 150 305 80 0,20 0,96 300 K
Külváros 776 116 660 357 478 -121 539 15 216 216 122 0,15 0,95 304 K
Belváros 760 106 654 365 503 -138 516 30 240 158 148 0,14 0,95 308 K
A Q* és az en.egyenleg tényező nyezőinek érté rtékei (Wm-2) egy hipotetikus városban és környezeté rnyezetében (kö (közepes szé szélessé lességen, 11-mill. vá város, derü derült és szé szélcsendes napon délben). A kü vezet külvá lváros lakóö lakóövezet kb. 50%50%-os, a belvá belváros sű sűrű beé beépítettsé tettségű vegyes (kereskedelmi és lakó lakó) övezet 1010-20%20%-os zö zöldfelü ldfelülettel
Városi terü területek vízegyenlege és elté eltérései a termé természetestő szetestől természetes felszín (talajtalaj-növénynövénylevegő rendszer) vízegyenlege:
p
E
p = E + Δr + ΔS (+ ΔA) városi felszín (talajtalaj-épületépületnövénynövény-levegő rendszer) vízegyenlege: I
p + F + I = E + Δr + ΔS (+ ΔA)
A vá városi felszí felszín (ré (réteg) ví vízegyenlegé zegyenlegének té tényező nyezői F – antropogén folyamatok által a városi légtérbe jutó víz I – folyókból, víztározókból a városba szállított víz
18
F és I áramlások − közvetlenül emberi döntések szabályozzák − összhangban az emberi tevékenységek napi és évszakos ritmusával ritmusával
nyár tél
10
3
VÍZFELHASZNÁLÁS (m /nap/fő)
12
8 6 4 2 0
V
H
K
Sze IDŐ (nap)
Cs
P
Szo
Egy kisebb telepü település napi ví vízfelhaszná zfelhasználásának vá változá ltozása té télen és nyá nyáron egy hé hét folyamá folyamán (Creekside (Creekside Acres, Acres, Kalifornia)
p + F + I = E + Δr + ΔS (+ ΔA) összehasonlítás:
p = E + Δr + ΔS (+ ΔA)
városi ↔ termé természetes p
F, I +
E, ΔS
rendszer vízegyenlege Δr
lefolyás
lefolyás
sekély
sekély mély talajréteg
termé természetes felszí felszín
mély vízárnemeresztő felszín
városi felszí felszín
19
intenzív esőzés
? áradás ?
VÍZHOZAM
lefolyás mértéke ~ vízát./ví t./vízátnem.
IDŐ
Intenzí Intenzív eső eső (szü (szürke oszlop) által okozott áramlá ramlás ví vízhozamá zhozamának vá vázlatos idő időbeli menete vá városi (--(---)) és vidé vidéki (–– (––)) terü területen
Melbourne, 1972. febr.
50,0
3 -1
VÍZHOZAM (10 m h )
2
Urbanizá Urbanizáció ció hatá hatás a viharos eső esőzés csapadé csapadékvizé kvizének lefolyá lefolyására há három medencé medencéből szá származó rmazó adatok alapjá alapján (Palo Alto, Alto, Kalifornia)
10,0 5,0
1,0
erősen beépített 2 (0,98 km )
0,5
részben beépített 2 (0,67 km ) természetes 2 (1,22 km )
0,1 00
04
08 16 20 12 IDŐ, 1963. 01. 30. (h)
24
20
