G3202E Környezeti klimatológia I. előadás Városklíma
Unger János
[email protected] www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan Környezettudományi (2008/2009(2008/2009-1)
0. JÓ, HA TUDJUK Oktatók: Dr. Unger János egyetemi docens 6262-544544-857,
[email protected]@geo.u-szeged.hu
+ Kántor Noémi PhD hallgató www.sci.uwww.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/ szeged.hu/eghajlattan/
Tematika:
2. 3. 1.
Növényzettel borított felszínek éghajlata. Speciális jellemzők. Levelek. Alacsony növényzet és ültetvények. Erdők és gyümölcsösök. (előad: szept. 17, 24, okt. 1 Ø) Szándékosan módosított éghajlatok. Felszínek szabályozása. Fagyvédelem. Ködoszlatás. Védőfalak hatásai. Üvegházak klímája. Épületek belső klímája. (konz (konz:: nov. 5 ?Ø ?Ø) Városklíma. Az urbanizáció időbeli folyamata. A városklíma térbeli lehatárolása. A városi légkör összetétele. EnergiaEnergia- és vízegyenleg változásai. A klímaparaméterek módosulásai. (előad: nov. 12, 19, 26 Ø)
Ajánlott irodalom: Unger J. - Sümeghy Z., 2002: Környezeti klimatológia. klimatológia. SZTE TTK jegyzet, JATEPress, JATEPress, Szeged. Vizsgák: elővizsga: 2008. dec. 3. 88-10 h majd v.időszak
www.sci.uwww.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/ szeged.hu/eghajlattan/
link OKTATÁS
1
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 - birodalomban kb. 4,4 m ember 22 nagyvárosban (Bagdad ~ 1 m).
16. sz. − világ 10 legnagyobb városa közül 5 Kínában 1717-18. sz. − európai települések nagyvárosokká fejlődése − ipari forradalom 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
2
legerőteljesebb urbanizáció a harmadik világban − csak részben az iparosodás − inkább a robbanásszerű népességnépességszaporulat következménye Nagyváros 1992 2010 2010Lagos Bombay Dacca Delhi Jakarta Peking Sao Paulo Teherán Kairó Tokió Mexikóváros Los Angeles Rio de Janeiro Buenos Aires New York
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
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
1992 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
Néhány nagyvá nagyváros lakossá lakosságszá gszáma 19921992ben és becslé becslés szerint 20102010-ben, a becsü becsült növekmé vekmény sorrendjé sorrendjében (millió (millió fő)
városi népesség:
Régiók világ fejlett régiók fejlődő régiók
(%) 29,2 53,8 17,0
– 1800 → – 1900 → – 1950 →
1950 (millió) 734,2 447,3 286,8
(%) 41,0 71,5 31,2
2,4 % 13,6 % 29,0 %
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 viszonyítva (1950(1950-2000) népessé pességhez viszonyí Magyarország 63 % (1996)
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%)
3
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
A kialakult éghajlati különbségek mértékére hatással van a város − elhelyezkedése az adott nagyléptékű éghajlati zónában − mérete (lakosság, terület) − szerkezete, gazdaságának jellege − természetföldrajzi adottságai erősíthetik vagy gyengíthetik az antropogén hatásokat: - (a) topográfia – völgy, lejtő, medence - (b) vízparti elhelyezkedés – - (c) felszínjelleg – mocsaras 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
4
felszíngeometria
légszennyezés → lepel
Fotokémiai füstköd Denver …
…és …és Mexico City felett
5
A települések felett kialakuló légrétegződés eltér a természetes 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
városi tetőréteg
vidék
külváros
belváros
külváros
vidéki határréteg
A vá városi légkö gkör szerkezete enyhe szé szél eseté esetében
vidék
A magassági ábrázolás túlzott, a valóságban az UBL meredeksége 1:100 1:100 és 1:200 között van.
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
Nappal: - UBL szerkezete és dinamikája hasonló a vidéki határréteghez (RBL) de valamivel turbulensebb, melegebb, ezért vastagabb, + szárazabb 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 és továbbra is jellemző rá a viszonylag erős keveredés
városi “toll” városi határréteg
uralkodó szél
vidék
városi tetőréteg
külváros
belváros
külváros
vidéki határréteg
vidék
A városi határréteg (UBL) és tetőréteg (UCL), valamint a vidéki határréteg (RBL)
6
3. A városi légkör összetétele Aeroszol részecské szecskék aeroszol részecskék – lassan ülepedő vagy lebegő szilárd vagy folyékony halmazállapotú halmazállapotú részecskék (főleg szulfát, C, Al és szilikát összetételűek) átmérő < 10 μm
(mgm-3 v. μgm-3)
időnként: nagyon stabil légköri feltételek (kedvezőtlen légköri hígulási viszonyok) viszonyok) normálisnál nagyobb szennyezőanyagszennyezőanyag-kibocsátás (széntüzelés) 1000
halálozás
1,00
400
0,75
300
szmog (füstköd)
500
füst
250
0
1 5 10 15 IDŐ, DECEMBER (nap)
3
FÜST (mg/100m )
SO2
SO2 (ppm)
HALÁLOZÁS (fő/nap)
(London) 750
0,50
200
0,25
100
0
0
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.)
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)
Gáz Mennyiség (ppm) CO2 300-1000 CO 1-200 − a szennyeződések eloszlása nagymértékben a légkör SO2 0,01-3 stabilitási viszonyaitól és a levegő vízszintes irányú N-oxidok 0,01-1 mozgásától függ aldehidek 0,01-1 oxidánsok (O3 is) 0-0,8 − az aeroszol részecskék ülepedéssel és kimosódással kloridok 0-0,3 idővel eltávoznak a légkörből NH3 0-0,21 Néhány szennyező szennyező gáz a nagyvá nagyvárosok − egyes anyagok olyan fotokémiai reakciókban levegő levegőjében vesznek részt, amelyek bizonyos anyagokat lebontanak, másokat viszont felépítenek
Légköri szennyeződéseknél figyelembe kell venni, hogy:
fotokémiai szmog (Los Angeles)
7
4. Az energiaenergia- és vízegyenleg változásai természetes és városi területeken Termé ermészetes felszí felszínek energiaegyenlege -2
FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm )
1000 Q* = QH + QE + QG
Az energiaegyenleg té tényező nyezőinek napi menete egy öntö ntözött fü füves terü területen szeptemberben (Hancock (Hancock,, Wisconsin) Wisconsin)
800 600
Q*
400
QE QH
200
QG
0 -200 -400 00
04
08
16 12 IDŐ (h)
20
24
A városi terü területek sugá sugárzá rzási mérlege és energiaegyenlege K↓ csökken K↑ csökken (α csökken)
SUGÁRZÁS GYENGÍTÉS (%)
A rövidrövid- és hosszúhullámú sugárzási folyamatok általánosított szerkezete a szennyezett városi határrétegben
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 globá globálsugá lsugárzá rzás gyengí gyengítésének menete (Montreal, 1965. nov. – 1967. ápr.)
8
főleg a fejlődő országokban: - robbanásszerű városiasodás - kapcsolódó folyamatok adott városban néhány évtized alatt is megnő a K↓ vesztesége A globá globálsugá lsugárzá rzás átlagos éves menete Kairó Kairó „kevé kevésbé sbé városiasodott” rosiasodott” (1969(19691973) és „városiasodott” rosiasodott” (1999(1999-2003) idő időszaká szakában, valamint a ké két idő időszak %-os elté eltérésének éves menete
megkülönböztethető hullámhossz szerinti veszteség is: A K↓ hullá hullámsá msáv szerinti %%-os megoszlá megoszlása a vá városban és a külterü lterületen (Pá (Párizs és kö környé rnyéke)
Hullámsáv ultraibolya ibolya látható infravörös
Városközpont Külterület 0,3 3,0 2,5 5,0 43,0 40,0 54,0 52,0
K↓ csökken K↑ csökken
L↑ nő L↓ nő
Q* ± 5 % + QF A rövidrövid- és hosszúhullámú sugárzási folyamatok általánosított szerkezete a szennyezett városi határrétegben
K↓ K↑ L* Q* QF
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 -
antropogén hőtermelés
A sugá sugárzá rzási mé mérleg té tényező nyezői és a QF (Wm-2) a vá városban és kö környé rnyékén különbö nböző idő időpontokban nyá nyáron (Cincinnati, Ohio) Ohio)
9
városi határréteg energiaenergia-cserefolyamatok − ”felszín” a városi tetőréteg (UCL) és az UBL közötti határfelületen határfelületen energia-áramlás az egyes UCLUCL-egységekről (tetők, fák, gyepek, utak, stb.) kiinduló áramlások összegzése egy nagyobb területű, adott beépítettségi típussal jellemzett városrészre energiaegyenleg (advektív (advektív hatások → Ø): 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
Q* + QF = QH + QE + ΔQS
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
A Q* és a QF átlagé tlagérté rtékeinek összehasonlí sszehasonlítása különbö nböző városok eseté esetében
QF napi menet: - reggeli - késő délutáni-kora esti csúcs évszakos menet: - téli (fűtés miatt) és/vagy - nyári (hűtés miatt) csúcs
A QF tényező nyezőinek napi menete egy kü külvá lvárosi terü területen (1987. januá január 22., Vancouver, Kanada)
10
Az energiaegyenleg té tényező nyezőinek napi menete egy elő elővárosi terü területen (Vancouver, Kanada)
-2
800 Q*
600
BowenBowen-arány
400 QH
200
QE
0
2,0
-200 -400 00
04
08
ß = QH/QE
Különbö nak napi menete nböző felszí felszínek ß-nak
QS
16 12 IDŐ (h)
20
Beépítettség ΔQS/Q* QH/Q* típusa külterület 0,15 0,28 előváros 0,22 0,39 belváros 0,27 0,44
24
QE/Q* 0,57 0,39 0,29
Az energiaegyenleg összetevő sszetevőinek tipikus ará arányai az átlagos napi Q*Q*-hoz viszonyí viszonyítva a külterü lterületen, az elő elővárosban és a belvá belvárosban
BOWEN-ARÁNY (β)
FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm )
1000
város erdő fű
1,5 1,0 0,5 0 -0,5 00
04
08
16 12 IDŐ (h)
20
24
QE csökken QH nő levegőt melegíti (a városban) ΔQS nő
Külterület K↓ 800 K↑ 160 K* 640 L↓ 350 L↑ 455 L* -105 Q* 535 QF 0 QH 150 QE 305 ΔQS 80 albedó 0,20 emisszivitás 0,96 felszínhőm. 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 energiaegyenleg 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
11
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-épületépület-növénynövénylevegő rendszer) vízegyenlege: I
p + F + I = E + Δr + ΔS (+ ΔA)
A vá városi felszí felszín (ré (réteg) vízegyenlegé zegyenlegének té tényező nyezői
F – antropogén folyamatok által a városi légtérbe jutó víz I – folyókból, víztározókból a városba szállított víz
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
Egy kisebb telepü település napi ví vízfelhaszná zfelhasználásának változá ltozása té télen és nyá nyáron egy hé hét folyamá folyamán (Creekside Acres, Acres, Kalifornia) összehasonlítás:
F, I
+
Szo
p = E + Δr + ΔS (+ ΔA) p + F + I = E + Δr + ΔS (+ ΔA)
városi ↔ termé természetes p
P
E, ΔS
rendszer vízegyenlege Δr
12
intenzív esőzés
? áradás
VÍZHOZAM
lefolyás mértéke ~ vízát./ví t./vízátnem. 50,0
2
3 -1
VÍZHOZAM (10 m h )
10,0 5,0
1,0
erősen beépített 2 (0,98 km )
0,5
IDŐ
részben beépített 2 (0,67 km )
Intenzí Intenzív eső esőzés (szü (szürke oszlop) által okozott áramlá ramlás ví vízhozamá zhozamának vá vázlatos idő időbeli menete vá városi (--(---)) és vidé vidéki (–– (––)) terü területen
természetes 2 (1,22 km )
0,1 00
04
08 16 20 12 IDŐ, 1963. 01. 30. (h)
Az urbanizá urbanizáció ció hatá hatása a viharos eső esőzés csapadé csapadékvizé kvizének lefolyá lefolyására há három elté eltérő 24 felszí felszínű medencé medencéből szá származó rmazó adatok alapjá alapján (Palo Alto, Alto, Kalifornia)
5. A hőmérséklet módosulása a városban városi hősziget (urban heat island – UHI) fajtái:
- légtérben - felszínen - felszín alatt
a vá városi és a kü külső terü területek hőmérsé rsékleti kü különbsé nbsége
UBL UCL
Változás az energiaegyenlegben Városi hatótényező K* megnövekszik utcageometria L↓ megnövekszik L* csökken
légszennyezés utcageometria
QF ΔQS megnövekszik QE csökken
épületek és közlekedés építési anyagok építési anyagok
Városi hatás megnövekedett felszín és többszörös visszaverődés nagyobb elnyelés és visszasugárzás horizontkorlátozás növekszik (égboltláthatóság csökken) közvetlen hőtöbblet nagyobb hőátadó képesség kisebb „vízáteresztés” a felületen (nagyobb beépítettség − burkoltság) kisebb szélsebesség
konvektív (QH + QE) hőszállítás utcageometria csökken A vá városi hősziget kialakulá kialakulásának okai (nem fontossá fontossági sorrendben) az UCLUCL-ben
13
A városi hősziget általá ltalános térbeli és idő időbeli jellemző jellemzői kiterjedé kiterjedése:
– horizontá horizontálisan
↔
– vertiká vertikálisan
↕
„sziget” sziget”
hősziget intenzit ás intenzitá ΔT
A vá városi hő hőmérsé rsékleti többlet vá vázlatos keresztmetszeti ké képe (AB menté mentén) és horizontá horizontális szerkezete ideá ideális körülmé lmények kö között
Hősziget (képzeljük el!) egy óceáni szigeten (Male (Male,, MaldívMaldív-szk.) szk.)
14
„hőszigethősziget-csoport”
+ + +
+
Példa a hő hőszigetsziget-csoportra: az átlagos minimum hő hőmérsé rséklet eloszlá eloszlása Mexikó Mexikóvárosban (1981. november) crosscross-over jelenség
Tipikus éjszakai (a) fü függő ggőleges (potenciá (potenciális) hő hőmérsé rsékleti (Θ (Θ) profilok a vá város és a kö környező rnyező terü területek felett és (b) kü különbsé nbségük magassá magassági vá változá ltozása
(a) A hő hőmérsé rséklet napi menete (° (°C), (b) a lehű lehűlés és felmelegedé felmelegedés üteme (° (°Ch-1) a városban és a kü külterü lterületen, valamint (c) a hősziget intenzitá intenzitása (° (°C) ideá ideális kö körülmé lmények között
15
éves
napi
A vá városi hősziget intenzitá intenzitásának éves és napi változá ltozása
A hősziget erő erőssé sségére befolyá befolyást gyakorló gyakorló tényező nyezők méret (lakosság) ↔ UHI
ΔTmax = 2,01·logP – 4,06 [ºC] ºC]
Európa:
o
MAXIMÁLIS HŐSZIGET INTENZITÁS ( C)
ΔTmax = 1,92·logP – 3,46 [ºC] 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
7
10
A hősziget intenzitá intenzitásának maximuma (ΔTmax) és a lakosok szá száma kö közötti kapcsolat északszak-amerikai, euró európai, japá japán és koreai telepü településeken
16
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)
Néhány pé példa a
8,2 maximá maximális hő hőszigetsziget8,1 intenzitá intenzitás érté rtékére 9,4 10,5 9,8 8,2 11,6 8,2 8,1 11,6
időjárási tényezők ↔ UHI szél
kritikus sebesség:
felhőzet
v = 3,41·lgP − 11,6 [ms-1]
kiegyenlítő szerep
felszíngeometria ↔ UHI
ΔTmax = 7,54 + 3,97·ln(H/W)
H/W arány
14
14
12
12
10
10 ΔTmax (OC)
ΔTmax (OC)
”égboltláthatósági” 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
Az intenzitá intenzitás maximuma (ΔTmax) és a vá városkö rosközpontban lé lévő utcá utcák átlagos magassá magassága/szé ga/szélessé lessége (H/W), valamint az itt mé mért átlagos SVF kö közötti kapcsolat tö több kontinens telepü településén
17
A fá fátlan és fá fásított lakó lakótelepek hőm.m.-i különbsé nbségének (- - - és − ) napi menete a fá fátlan külterü viszonyítva lterülethez (––) viszonyí derü derült nyá nyári napokon (Szeged, 1973. jú július)
HŐMÉRSÉKLET-KÜLÖNBSÉG (OC)
A városon belü belüli zöldterü ldterületek hatá hatása a hőmérsé rsékletre
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 park szellő
szélirány
környező területek hűtése eltolódás (100 m – 1-2 km)
A hő hőm. (° (°C) eloszlá eloszlása ké két vá városi parkná parknál: (a) Chapultepec Park (Mexikó (Mexikóváros) derü derült, szé DNy-i szélcs. lcs. idő időben (1970. dec. 3. reggel), (b) Parc La Fontane (Montreal) 2 ms-1-os DNyszé szél mellett, derü derült idő időben (1970. má máj. 28. este)
18
A hősziget közvetlen hatá hatásai Hőhullámok ( + hősziget )
min!
Min., max. max. hőmérsékletek és a többlethalálozás változása Párizsban 2003 nyarán nyarán
ÉVKEZDETTŐL ELTELT NAPOK SZÁMA
Fenológiai változások A vadgesztenye rügyfakadá gyfakadásának ideje Genfben (vastag vonal - 20 éves csú tlag)) csúszóá szóátlag
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 kü különbö nböző típusú pusú napok szá száma Gelsenkirchenben és Szegeden a vá városban és környezeté rnyezetében
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 -
19
Épületek hővesztesége, energiaigénye
A kü különbö nböző típusú pusú lakó lakóházak hővesztesé vesztesége
Házelrendezési típusok
Viszonylagos fűtési energiaigény sűrű elhelyezkedésű városi sorház 1,0 nyílt elhelyezkedésű városi sorház 1,3 szabadon álló ikerház 1,5 Különbö nböző elhelyezkedé elhelyezkedésű szabadon álló családi ház, közel a 1,7 házak egymá egymáshoz viszonyí viszonyított fűtési energiaigé energiaigénye másikhoz szabadon álló családi ház 2,1
Példák a hőszigethősziget-hatás csökkentésének lehetőségeire
Példá ldák a reflektí reflektív tető tetőre + fásítás (árnyék, párologtatás) vízáteresztő burkolatok átszellőző folyosók energiatakarékos épületek …
20
6. A többi klímaparaméter városi módosulása szélsebesség
4
2020-30%
szélcsendes esetek 3
5-20%
de: szélcsatornák ! 1,5
2 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 IDŐ (év)
városi szélseb. csökkenés mértéke függ az eredeti szél erősségétől
-1
Az éves átlagos szé szélsebessé lsebesség idő idősora egy növekvő vekvő városban (Hancavicsi (Hancavicsi,, Belorusszia)
1,0 0,5 ΔV (ms )
-1
SZÉLSEBESSÉG (ms )
Szé Szél
0 -0,5 -1,0
sőt, sőt, lassú áramlás esetén megfordul a helyzet A vá városi és az eredeti szé szél sebessé sebességkülönbsé nbségének (Δ (ΔV) vá változá ltozása az eredeti szé erőssé sségének fü függvé ggvényé nyében szél (v (vk) erő
-1,5 -2,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 -1 vk (ms )
- gyenge regionális légáramlás FECHENHEIM
- a város melegebb a környezeténél - konvektív feláramlás a központban
FRANKFURT
- levegő beáramlás a felszínhez közel
OBERRAD
városi szél
OFFENBACH NIEDERRAD
Éjszakai összeá sszeáramlá ramlás Frankfurtban, nyugodt idő időjárási helyzetben városi hősziget cirkuláció
A vá városi hősziget által keltett cirkulá cirkuláció ció vázlata
21
A vá városi hősziget cirkulá cirkuláció ció oldal és felü felülné lnézetben
kisebb érdességű területek
ventilációs folyosók
átszellőzés
Szeged
22
park cirkuláció
kölcsönhatás az UHICUHIC-val (gyengíthetik is egymást)
A vá városi hősziget cirkulá cirkuláció ció (UHIC) és a park cirkulá cirkuláció ció (PC) vá vázlatos ké képe nyugodt és tiszta éjszaká jszakán Gö Göteborgban mé mért adatokkal szemlé szemléltetve
Légnedvessé gnedvesség, köd relatív nedv:
általában csökken
abszolút nedv: köd:
nőhet
nőhet csökkenhet
Téli szmog (Christchurch, Christchurch, Új Zé Zéland)
legnagyobb eltérések (8(8-10%) este és nyáron (UHI max.) max.) csökkenhet
Időszak 1986-1900 1936-1940 1971-1975
Ködös napok száma/év 14,2 52,4 12,0
A kö ködös napok átlagos szá száma kü különbö nböző idő időszakokban Tokió Tokióban város - „tiszta sziget” a ködös környezetben olyan vidéken, ahol kedvezőek a feltételek a kisugárzási köd kifejlődéséhez (urban clear island) island) de ! száraz köd – lebegő szilárd szennyezőanyagok
23
Csapadé sapadék
Település
általában nő, de eltolódva a szél irányában okai: – turbulens feláramlás (hősziget (hősziget)) – többlet kondenzációs magvak
Moszkva Urbana München Chicago St. Louis
A vizsgált évek száma 17 30 30 12 22
Csapadékösszeg (mm) város külterület 605 539 948 873 906 843 871 812 876 833
Különbség (%) +11 +9 +8 +7 +5
Példá ldák a vá város és kö környezete kö közötti éves csapadé csapadékösszegek kü különbsé nbségeire 0 1 2 3 km
É
hócsapadék aránya heti ritmus (?)
860 840 820 Az éves csapadé csapadékátlag (mm) izovonalai (Urbana, Illinois, … = városhatá roshatár)
780
800
800
780
760
„ipari hó”
− hideglé hideglégpá gpárna − városok és ipari centrumok térségében (+ kond. kond. magok) − 5-15 kmkm-es kö körzet
2007. december
24
zivatar, jégeső
A zivatarok szá számának növekedé vekedése a lakossá lakosságszá szám fü függvé ggvényé nyében
ZIVATAR NÖVEKEDÉS (%)
50 Chicago
40 30 20
New Orleans Indianapolis
10 0
Cleveland
St. Louis
Washington D.C. Houston
Tulsa
0
1
2 3 NÉPESSÉG (millió fő)
4
5
nyugodt szinopikus helyzetben: UHI okozta konvektív feláramlás
Az UHI hatá hatására kialakult zivatar csapadé csapadékmennyisé mennyiségének (mm) eloszlá eloszlása Atlanta (Georgia) körzeté szürke mező mező) rzetében 1996. aug. 33-án (város = szü
(a) Tulajdonság albedó
Változás alacsonyabb
emisszivitás antropogén hő
nagyobb? nagyobb
kondenzációs magvak: Aitken felhő (b) Elem turbulenciaintenzitás szélsebesség
nagyobb nagyobb
vidék: 102-103 cm-3; város: 104-106 cm-3 vidék: 2-5x102 cm-3; város: 103-104 cm-3
Változás nagyobb
Nagyságrendi változás vagy megjegyzés 10-50%
csökken növekszik
5-30% erős áramlásnál (10 m magasságban) a hősziget hatására kialakuló gyenge áramlásnál 1-10º 25-90% 1-25% 5-40%
szélirány UV-sugárzás napsugárzás infravörös bevétel látótávolság párolgás konvektív hőáramlás hőtárolás léghőmérséklet
eltérül sokkal kevesebb kevesebb nagyobb csökken kisebb nagyobb nagyobb magasabb
légnedvesség
alacsonyabb sokkal magasabb több pára több felhő több vagy kevesebb
felhőzet köd csapadék: hó összes zivatarok
Jellemző nagyságrendek vidék: 0,12-0,20; külváros: 0,15; város: 0,14 vidék: 0,92-0,98; város: 0,94-0,96 vidék: -; külváros: 15-50 Wm-2; város: 50-100 Wm-2 (télen 250 Wm-2-ig)
kevesebb több több
kb. 50% kb. 50% kb. 200% 1-3ºC több éves átlagokban, de órás átlagban akár 12ºC is nyáron nappal nyáron éjszaka és télen egész nap a városban és a város lee-oldalán a város lee-oldalán az aeroszol részecskéktől és a környezettől függ egy része esővé válik inkább a város lee-oldalán, mint a városban
A klímaparaméterek megváltozása − összegző gondolatok
(a) Jellemző Jellemző tulajdonsá tulajdonságok és (b) a paramé paraméterek megvá megváltozá ltozása egy kö közepes földrajzi szé szélessé lességen fekvő fekvő, kb. 1 millió millió lakosú lakosú városban (az érté rtékek megjegyzé megjegyzés hiá hiányá nyában a nyá nyári idő időszakra vonatkoznak)
25
A klímára gyakorolt városi hatások modellezésének általános problematikája problematikája * e hatások számszerűsítve a településen belül és a külterületen észlelt értékeknek a különbségeként értelmezendők * csak egyidejű és azonos feltételek melletti (pl. azonos t.szint feletti magasság) mérési adatokat lehet felhasználni az összehasonlításra Az alapmodell szerint a mért városi paraméter M értéke három tényező összegzett eredménye: M=C+L+U C – a terület háttérklímájának alapértéke L – a földrajzi elhelyezkedés (topográfia, vízfelület, stb.) sajátosságainak sajátosságainak lokális befolyásoló hatása U – az összetett városi környezet (területhasználat, anyag, geometria, geometria, épülettömeg, városon belüli elhelyezkedés, stb.) eredője (egy adott időpontra vonatkozóan, vagy egy adott időszakra átlagolva) átlagolva)
7. A hősziget mérésére irányuló módszerek
A vá városi tető tetőrétegben kifejlő kifejlődő hősziget feltá feltárására irá irányuló nyuló módszerek vá vázlata
26
UHI az UCLUCL-ben vidéki ↔ városi környezet
Tipikus vidé vidéki és belvá belvárosi állomá llomás-környezetek
elkülönítés !!??
A vá városi és vidé vidéki terü területek elkü elkülönítésének problematiká problematikája: balra – egy vegyes (mező vezeti) terü (mezőgazdasá gazdasági, ipari és lakóö lakóövezeti) terület (Ho (Ho Chi Minh Várostó rostól É-ra), jobbra – vilá mezőgazdasá gazdasági és lakó lakóterü területek (Mü (Münchentő nchentől ÉK-re) világosan elkü elkülönülő mező
27
felszíni UHI v. hőm. mintázat
Felszínhőmérséklet Szegeden Szegeden (mesterségesen (mesterségesen színezett LandsatLandsat-5 kép, kép, 1987. július 8, 9h)
Szeged belvárosa
28
Az újszegedi Liget
29
