Влияние крупных городов на климат окружающей местности

Локальное воздействие энергетики на климат

Микроклимат— это климат небольшой территории, площадью от несколько сот ква­дратных метров до нескольких сот квадратных километров. Общие климатические характе­ристики любого региона зависят от погодооб-разующих факторов глобального масштаба, однако возникают довольно существенные от­личия, вызванные локальными условиями, влияние которых здесь и рассматривается. Прежде всего, к таким условиям относится «эффект скученности» — концентрация на не­большой территории множества людей, живу­щих или работающих там.

Городской климат

Жизнь в городе — не то, что жизнь за го­родом — банальная истина, которая подразу­мевает не только различия бытового характе­ра, но и климатические различия между горо­дом и его окрестностями. Они известны дав­ным-давно, хотя причины их возникновения начинают проясняться только теперь. Некото­рые различия элементов климата в городе и сельской местности приведены ниже.

В городе по сравнению с сельской местно­стью температура воздуха в среднем на 0,5— 0,8°С (зимой на 1,1—1,6°С) выше, облачность на 5—10 % больше, плотность тумана в два раза зимой и на 30 % летом более высокая. Запыленность городских районов в 10 раз больше, чем сельских. Общее количество осадков на 5—10 % больше, а относительная влажность — меньше на 2% зимой и на 8% летом (в среднем — на 6%). При этом в го­роде число дней, когда количество осадков ме­нее 5 мм, на 10 % больше, число безветренных дней на б—20 % больше, а скорость ветра меньше — средняя за год на 20—30, а макси­мальная—на 10—20%. Меньше также интен­сивность солнечного излучения — суммарная, на горизонтальной поверхности на 15—20 % и ультрафиолетового излучения зимой на 30 и летом на 5 %.

Причина возникновения этих различий -существование города; и все же, какие имен­но характерные особенности городов делают их до такой степени непохожими на сельскую местность, что это приводит к изменениям климата? Здесь играют роль несколько фак­торов.

1. Во-первых, город — территория с вы­сокой плотностью населения; побочные продук­ты человеческой деятельности образуются при такой концентрации людей гораздо интенсив­нее.

2. Во-вторых, , многие объекты, которые способны причинить серьез­ный ущерб окружающей среде, находятся как раз в городах. К ним принадлежат предприятия машино­строения и перерабатывающей промышленно­сти, металлургические заводы, районные элек­тростанции и другие источники загрязнений. В результате городской воздух, как правило, сильно насыщен твердыми частицами и газо­образными загрязнителями. Все это содейст­вует не только возникновению парникового эффекта в воздушном бассейне города, но и поглощению теплоты.

3. Поглощение теплоты, помимо всего проче­го, способствует образованию над городом не­подвижного слоя воздуха, кбторый препятст­вует рассеиванию загрязнителей; в сущности, возникает механизм взаимосвязи — чем больше загрязнителей находится в воздухе, тем больше их будет накапливаться.

4. В городе огромное количество зданий и заасфальтированных поверхностей; строитель­ные материалы по своим теплофизическим ха­рактеристикам скорее похожи на горные по­роды, чем на почвенный или растительный по­кров. Камень поглощает теплоту раза в три медленнее, нежели почва, однако проводит теплоту втрое быстрее, поэтому при одинако­вых объемах и одинаковом времени пребыва­ния на солнце камень способен аккумулиро­вать больше теплоты, но температура его ока­жется более низкой. Ночью бетонные и кир­пичные строительные конструкции отдают теплоту за счет радиации втрое медленнее, чем почва в окрестностях города; вследствие этого по ночам в городе значительно теплее, чем в окружающей сельской местности. Ана­логичное явление происходит и в дневное вре­мя; правда, оно не столь резко выражено. В результате того что температура воздуха в городе, как правило, выше, чем в сельской ме­стности, возникает необычное явление, полу­чившее название «острота теплоты».

5. Геометрия города также влияет на климат. Обычно города состоят из зданий, гораздо бо­лее высоких, чем элементы рельефа окружа­ющей местности. Высокие здания, сосредото­ченные на небольшой площади, служат весь­ма эффективной ловушкой для солнечного из­лучения; наружные поверхности зданий поглощают и отражают солнечный свет. Пря­мая противоположность этому — открытая местность, где поток солнечного излучения, отраженный от почвы, почти всегда направ­лен обратно в атмосферу (рис. 13.1). Кроме того, высокие здания служат препятствием для ветра; они порождают турбулентность и за­трудняют охлаждение воздуха, вызванное ис­парением влаги.

6. Влажность подстилающей поверхности в городах резко отличается от аналогичного по­казателя в сельской местности. Дождевая во­да быстро удаляется из города по канализационной системе, даже снег обычно сразу же убирают. В результате с крыш и мостовых ис­паряется лишь небольшое количество влаги.

Все вышеперечисленные особенности существенно изменяют климат в больших горо­дах и вблизи них по сравнению с климатом окружающей сельской местности.

Изменения климата не обязательно носят негативный ха­рактер; зимой в городе теплее, больше безмо­розных дней, меньше влажность, ниже ско­рость ветра, чем в его окрестностях. С другой стороны, в городе — больше смога, боль­ше осадков, чаще бывает туман (хотя мень­ше очень плотных туманов).

Сочетание особенностей городского мик­роклимата служит причиной того, что возни­кают туманы — явление, характерное для больших городов.

Существуют два основных механизма возникновения туманов:

радиаци­онное охлаждение приземного слоя воздуха до температуры, лежащей ниже точки росы;

рас­слоение холодного сухого и более теплого влажного воздуха.

Туман, дождь, облака образуются только при наличии ядер конден­сации (обычно — твердых частиц). В воздуш­ном бассейне города таких частиц хватает с избытком, и они активно участвуют в образо­вании капель..

Влияние крупных городов на климат окружающей местности

Кислотные осадки. Дождь, кото­рый выпадает в подветренной зоне по сосед­ству с угольными ТЭС, содержит кислоту, во лишь в 50-х годах выяснилось, что такие же дождь, снег и пыль выпадают на значитель­ном расстоянии от источников загрязнения воздуха. Это отмечено в Скандинавии, где со­гласно результатам недавних измерений кис­лотность осадков еще более увеличилась. На рис. 13.5 представлены изолинии средних зна чений рН в Скандинавии, которые построены по данным измерений, проводившихся в 1957 и 1970 гг.

Напомним, что водородный показатель (рН) раствора — это отрицательный десятич­ный логарифм концентрации ионов водорода в молях на 1 л раствора. Для чистой нейт­ральной воды рН будет в точности равен 7,0. В нормальном (незагрязненном) воздухе при­сутствует двуокись углерода, поэтому рН Дождевой воды должен быть несколько мень­ше (5,7). Значения рН, измеренные в 1957 г. в Скандинавии, почти не отличались от этой цифры. Но к 1970 г. и в последующий период

концентрация водородных ионов в дождевой воде заметно возросла. Не следует забывать, что уменьшение величины рН, например, c 5 до 4, соответствует росту концентрации водо­родных ионов в 10 раз. Самый кислый дождь, наблюдавшийся до сих пор, выпал в 1974 в Шотландии; значение рН равнялось 2,7 -

почти как у столового уксуса!

Полагают что кислые дожди способны вызвать це лый ряд отрицательных последствий, к числу которых относятся:

1.падение урожайности сельскохозяйствен­ных культур и уменьшение выхода деловой древесины;

2.снижение продуктивности пресноводных водоемов;

3.вынос питательных веществ из почвы или водных экосистем;

4.коррозия или ухудшение качества некото­рых материалов, находящихся на открытом воздухе.

Результаты воздействий подобного рода уже известны. В озерах, расположенных на высоте около 600 м в горах Адирондак, со­кращение численности популяции рыб нахо­дится в тесной зависимости от значения рН (рис. 13.7). Совсем не обнаружено рыбы в тех озерах, где рН составляет менее 4,6. Причи­на, возможно, заключается в том, что некото­рые микроорганизмы, например планктон, в подкисленной воде погибли, а ведь планк­тон—важное звено в пищевой цепи пресно­водных рыб.

Кислотные осадки нанесли также большой ущерб озерам Канады. В данном случае от аэ­розольных частиц, большинство которых попало в канаду из США, пострадал огромный по территории район.