G319E Városklimatológia 1. A városklíma (1.5)
Gál Tamás
[email protected] www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan Földtudomány levelező BSc (2011)
1.5. A hőmérséklet módosulása a városban városi hősziget (urban heat island – UHI) fajtái:
- légtérben - felszínen - felszín alatt
Példa a kora hajnali felszínhőm. mintázatára
városi és külső területek hőmérsékleti különbsége
UBL UCL
Példa a teljesen kifejlődött éjszakai UHI intenzitás (ºC) eloszlására
A városi hősziget (UCL) általános térbeli és időbeli jellemzői kiterjedése:
– horizontálisan ↔ – vertikálisan ↕
„sziget”
hősziget intenzitás ΔT
A városi hőmérsékleti többlet vázlatos keresztmetszeti képe (AB) és horizontális szerkezete ideális körülmények között este
Hőmérsékleteloszlás a városban (San Francisco, 1952.04.04. 23.20)
Hősziget (képzeljük el!) egy óceáni szigeten (Male, Maldív-szk.)
hősziget-csoport + + +
+
Az átlagos min. hőmérséklet eloszlása (Mexikóváros, 1981. november) cross-over jelenség Tipikus éjszakai (a) függőleges (potenciális) hőmérsékleti (Θ) profilok a város és környezete felett és (b) különbségük magassági változása
(a) A hőmérséklet napi menete (°C), (b) a lehűlés és felmelegedés üteme (°Ch-1) a városban és külterületén, valamint (c) a ΔT (°C) ideális körülmények között
Szegedi példák (esti időszak)
éves
napi
A hősziget intenzitásának éves és napi változása (Bochum)
1.75 1.50 1.25
months
1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 -0.25 3
6
9
12
15 18 21 24 hours (local time)
3 27
6 30
9 33
A ΔT tipikus éves és napi menete (1997-2002, Lodz)
-0.50
te mperature differe nces [C]
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
A hősziget erősségére befolyást gyakorló tényezők méret (lakosság) ↔ UHI
Európa:
ΔTmax = 2,01·logP – 4,06 [ºC]
MAXIMÁLIS HŐSZIGET INTENZITÁS (oC)
ΔTmax = 1,92·logP – 3,46 [ºC] 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Észak-Amerika Európa Japán Korea
10
3
4
10
5
10 NÉPESSÉG (fő)
6
10
A ΔTmax és a lakosok száma közötti kapcsolat észak-amerikai, európai, japán és koreai településeken
7
10
ΔTmax (ºC)
A ΔTmax és a lakosok száma közötti kapcsolat több kontinens ill. éghajlati öv településén
Város Barcelona Calgary Mexico City Montreal Moszkva München New York Szeged Tokyo Vancouver
Vizsgált időszak 1985. 10. – 1987. 07. 1978 1981 1970. 02. 15. 22h 1990 1982-1984 1964. 07. – 1966. 12. 1977. 07. – 1981. 05. 1992. 03. 14. 3-5h 1972. 07. 04.
ΔTmax (ºC) 8,2 8,1 9,4 10,5 9,8 8,2 11,6 8,2 8,1 11,6
Néhány példa a ΔTmax értékére
időjárási tényezők ↔ UHI szél
kritikus sebesség:
felhőzet
kiegyenlítő szerep
v = 3,41·lgP − 11,6 [ms-1]
felszíngeometria ↔ UHI ΔTmax = 7,54 + 3,97·ln(H/W)
H/W arány
14
14
12
12
10
10 ΔTmax (OC)
ΔTmax (OC)
”égboltláthatósági” érték (sky view factor – SVF)
8 6 4
6 4
Ausztrália Európa Észak-Amerika
2 0
8
0
0,5
1,0
1,5 2,0 H/W
2,5
3,0 3,5
Ausztrália Európa Észak-Amerika
2 0
0
0,2
0,6
0,4
0,8
1,0
SVF
A ΔTmax és a városközpont utcáinak átlagos magassága/szélessége (H/W), valamint az itt mért átlagos SVF közötti kapcsolat több kontinens településén
↔
A hősziget-intenzitás nagyságára ható tényezők
A fátlan és fásított lakótelepek hőm.-i különbségének (- - - és − ) napi menete a fátlan
–
külterülethez ( ) viszonyítva derült nyári napokon (Szeged, 1973. július)
HŐMÉRSÉKLET-KÜLÖNBSÉG (OC)
A városon belüli zöldterületek hatása a hőmérsékletre
2,0 1,5 1,0 0,5 0 -0,5 00
04
08
16 12 IDŐ (h)
20
24
termikus különbségek indukálta nyomásgradiens hűvösebb levegő szétáramlik
környező területek hűtése park szellő
sugárzási hűlés
hideg levegő
beépített terület
beépített terület
A park szellő kialakulásának folyamata derült, nyugodt éjszakán
A hőm. (°C) eloszlása két városi parknál: (a) Chapultepec Park (Mexikóváros) derült, szélcs. időben (1970. dec. 3. reggel), (b) Parc La Fontane (Montreal) 2 ms-1-os DNy-i szél mellett, derült időben (1970. máj. 28. este) szélirány
eltolódás (100 m – 1-2 km)
Shinjuku-Gyon park (Tokyo)
A hősziget közvetlen hatásai Hőhullámok ( + hősziget )
Min., max. hőmérsékletek és a többlethalálozás változása Párizsban 2003 nyarán
hőhullám
Napi halálozási ráta (életkor függvényében) Londonban (2003)
New York (1966)
ÉVKEZDETTŐL ELTELT NAPOK SZÁMA
Fenológiai változások A vadgesztenye rügyfakadásának ideje Genfben (vastag vonal - 20 éves csúszóátlag)
120 100 80 60 40 20 0 1800
1820
1840
1860
évszak tél
típus fagyos nap hideg nap téli nap fűtési nap
nyár
meleg nap nyári nap hőségnap „sörkerti” nap „forró” éjszaka
1880
1900 1920 IDŐ (év)
definíció Tmin < 0°C Tátlag < 0°C Tmax < 0°C Tátlag < 15°C (G) Tátlag < 12°C (Sz) Tátlag ≥ 20°C Tmax ≥ 25°C Tmax ≥ 30°C T21h > 20°C T0h > 20°C
1940
1960
1980
2000
A szélsőséges napok száma (Gelsenkirchen, Szeged)
Gelsenkirchen (1998-1999) város külterület 36 57 19 21 238 255 49 47 14 50 21
25 39 10 22 5
Szeged (1978-1980) város külterület 222 265 37 63 171 194 243 133 -
208 250 -
cseresznyefa
Épületek hővesztesége, energiaigénye
Különböző típusú lakóházak hővesztesége
Házelrendezési típusok
Különböző elhelyezkedésű házak egymáshoz viszonyított fűtési energiaigénye
Viszonylagos fűtési energiaigény sűrű elhelyezkedésű városi sorház 1,0 nyílt elhelyezkedésű városi sorház 1,3 szabadon álló ikerház 1,5 szabadon álló családi ház, közel a 1,7 másikhoz szabadon álló családi ház 2,1
A fűtési és hűtési fokszámok változása a hősziget hatására (1941-1970)
Példák a hősziget-hatás csökkentésének lehetőségeire lehetőségek:
− fásítás (árnyék, párologtatás) − „zöld” tetők, „zöld” falak − reflektív („hűvös”) burkolatok (tető, talajszint) − vízáteresztő burkolatok − átszellőző folyosók − energiatakarékos épületek −…
Példák a reflektív tetőre
(%)
Tetőalbedó megváltoztatásának (0,2 → 0,85) hatása a hűtési ill. fűtési energia-megtakarításra kül. klímazónákban
jelentősége → elsősorban meleg, napos éghajlati zónákban
„Zöld” tetők
„Zöld” falak
City Hall in Chicago
Bureau of Environmental Services in Portland
Intensive green roof in Frankfurt
Apartment building (among the 24,300 m2 of green roofs in Portland (2007)
Cool roofing on urban row homes (Philadelphia) Buildings with a large roof area relative to building height make ideal candidates for cool roofing, as the roof surface area is the main source of heat gain to the building The Olympic Oval features a cool roof covering almost 19,000 m2 (Salt Lake City)
Az UHI-hatás mérséklésének lehetőségei
direct effects – alter the energy balance and cooling demand of a building (b. scale) immediate benefits indirect effects – city-wide changes in climate (also alter …) (city or district scale) benefits only with widespread deployment
Methodology to analyze the impact of shade trees, cool roofs and cool pavements on energy use and air quality (smog) (Akbari et al. 2001)
