G319E Városklimatológia előadás

Átírás

1 G319E Városklimatológia előadás A városklíma (1) Unger János szeged.hu/eghajlattan Földtudomány BSc (2009) Foglalkozás a témával: 0. Jó, ha tudjuk GBN305E Általános klimatológia előadás GBN311E Környezeti klimatológia előadás GBN319E Városklimatológia előadás 9 dia 20 dia? dia igen számos! Tematika: 1. A városklíma 2. Városklímakutatás Magyarországon: példák 3. Városi mikrokörnyezetek humán bioklimatikus szempontú elemzése szeged.hu/eghajlattan/ link OKTATÁS Vizsgák: elővizsga: máj. 13. majd a vizsgaidőszakban 1

2 Ajánlott irodalom: Unger J. - Sümeghy Z., 2002: Környezeti klimatológia. SZTE TTK jegyzet, JATEPress,, Szeged. UJ Letölthető kiegészítő tananyag: szeged.hu/eghajlattan/ Oktatók: Dr. Unger János egyetemi docens Dr. Sümeghy Zoltán egyetemi adjunktus /3172 unger@geo.u-szeged.hu sumeghy@geo.u-szeged.hu szeged.hu Gulyás Ágnes egyetemi t.segéd Gál Tamás PhD hallgató / /3172 agulyas@geo.u-szeged.hu szeged.hu tgal@geo.u-szeged.hu szeged.hu/eghajlattan Kántor Noémi PhD hallgató /3050 kantor.noemi@geo.u-szeged.hu 1. Az urbanizáció időbeli folyamata Város Mai ország Kialakulása kb. Jerikó Palesztina-Izrael i.e Ur Irak i.e. 5. évezred Susa Irán i.e Hierakonpolisz Egyiptom i.e Nippur Irak i.e. 4. évezred eleje Trója Törökország i.e. 4. évezred Mohendzsodáró Pakisztán i.e Memphisz Egyiptom i.e Anjang Kína i.e folyami kultúrák kialakulása (Mezopotámia, Egyiptom, Indus és Sárga-folyó völgye) nagyvárosok A legrégebbi gebbi városokv i.e. 1. évezred - kiemelkedik Babilon (3-400 ezer lakos, közel 300 km 2 -es terület) * városiasodás 1. csúcspontja: Római Birodalom fénykorában Róma (>( 1 m), Bizánc (7-800 ezer), a lakosság 10%-a a 30 db 100 ezernél nagyobb városban (kb. 7 m) kínai Han-birodalom városai * 2. csúcspont: arab hódítások idején, a 10. században a birodalomban kb. 4,4 m ember 22 nagyvárosban (Bagdad ~ 1 m) 2

3 * 16. sz. világ 10 legnagyobb városa közül 5 Kínában * sz. európai települések nagyvárosokká fejlődése ipari forr. kezdete * 20. sz. első fele szembetűnő amerikai fejlődés * napjainkban agglomerációk kialakulása szerte a világban É Duisburg Essen Bochum Dortmund Mönchengladbach Düsseldorf Solingen Wuppertal A Ruhr-vid vidék agglomeráci ciója Tokyo - agglomeráci ció 3

4 legerőteljesebb urbanizáció a harmadik világban Nagyváros Lagos 8,7 21,1 12,4 Bombay 13,3 24,4 11,1 Dacca 7,4 17,6 10,2 Delhi 8,0 15,6 7,6 Jakarta 10,0 17,2 7,2 Peking 11,4 18,0 6,6 Sao Paulo 19,2 25,0 5,8 Teherán 7,0 11,9 4,9 Kairó 9,0 13,4 4,4 Tokió 25,8 28,9 3,1 Mexikóváros 15,3 18,0 2,7 Los Angeles 11,9 13,9 2,0 Rio de Janeiro 11,3 13,3 2,0 Buenos Aires 11,8 13,7 1,9 New York 16,2 17,2 1, ,4 22,3 13,1 22,4 15,1 13,2 21,0 12,5 14,8 33,8 22,9 18,0 12,5 13,8 21,9 Néhány nagyváros lakosságsz gszáma 1992-ben és s becslés s szerint 2010-ben, a becsült növekmény sorrendjében (millió fő) + csak részben az iparosodás inkább a robbanásszerű népszaporulat következménye Szöul Manila Sanghai Osaka 23,9 19,2 17,9 16,7 városi népesség: ,4 % ,6 % ,0 % 4

5 UK USA Mexikó Oroszország Magyarország Hollandia Kína India Ország Puerto Rico Argentína na Japán Ausztrália Korea (Dél) Brazília Városi lakosság (%) 94,4 90,6 86,3 83,2 81,5 81,2 80,0 79,0 76,9 72,9 67,0 66,1 43,4 29,0 Év A városokban v élő lakosság aránya néhány n ny országban Régiók (%) (millió) (%) (millió) (%) (millió) világ 29,2 734,2 41,0 1982,8 46,6 2853,6 fejlett régiók 53,8 447,3 71,5 838,8 74,4 949,9 fejlődő régiók 17,0 286,8 31,2 1144,0 39,3 1903,7 A városokban v élő lakosság g száma és s aránya a teljes népessn pességhez viszonyítva ( ) 7 x 3 x A világn gnépesség és s azon belül l a városi v lakosság növekedése 1950 és s 2020 között k (1950 = 100%) % 5

6 2. A városklíma léptéke, kialakulásának elsődleges okai Az éghajlati jelenségek térbeli t dimenziói: i: Z = zonális (makro) klíma, R = regionális (mezo( mezo) ) klíma, L = lokális lis klíma, T = topoklíma ma,, M = mikroklíma ma Változások főbb okozói: Felszín: vízátnemeresztő felületek, vízelvezető csatornarendszerek geometriája igen összetett (horiz( horiz., vert.) anyagainak fizikai tulajdonságai különböznek az eredeti felszín sajátosságaitól Antropogén hőtermelés: emberi tevékenység által termelt és a környezetbe kibocsátott vagy v kikerült hő Légszennyezés: fűtés, közlekedés és az ipari folyamatok során keletkező 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 gyengíthetik az antropogén hatásokat: - (a) topográfia völgy, lejtő, medence - (b) vízparti elhelyezkedés tenger, nagy tó - (c) felszínjelleg mocsaras, sivatagos ( lásd később!! ) 6

7 felszíngeometria légszennyezés lepel Fotokémiai füstköd Denverben és s Mexikóvárosban 7

8 Teherán A települések felett kialakuló légrétegződés eltér a term.. felszínekétől 2 réteg: városi tetőréteg (urban canopy layer, UCL) átlagos tetőszint magasságig, épületek között tulajdonságait mikroskálájú folyamatok kormányozzák uralkodó szél városi határréteg városi tetőréteg városi toll vidéki határréteg A városi v légkör szerkezete (enyhe szél) vidék külváros belváros külváros vidék túlzott magassági ábrázolás: UBL meredeksége 1:100 és 1:200 között városi határréteg (urban boundary 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

9 Nappal: UBL szerkezete és dinamikája hasonló a vidéki határréteghez (RBL) de valamivel turbulensebb, melegebb vastagabb + szárazabb és szennyezettebb Éjszaka: - RBL-ben a kisugárzás hatására erőteljes inverziós rétegzettség alakul kik - UBL gyakran a m-es m magasságig is kiterjed, továbbra is jellemző rá a viszonylag erős keveredés városi toll uralkodó szél városi határréteg városi tetőréteg vidéki határréteg vidék külváros belváros külváros Városi határréteg (UBL), tetőréteg (UCL), vidéki határréteg (RBL) vidék Aeroszol részecskék HALÁLOZÁS (fő/nap) halálozás SO 2 füst 3. A városi légkör összetétele aeroszol részecskék lassan ülepedő vagy lebegő szilárd vagy folyékony halmazállapotú részecskék (főleg szulfát, C, Al és szilikát összetételűek) ha: 1,00 0,75 0,50 0,25 SO (ppm) IDŐ, DECEMBER (nap) FÜST (mg/100m ) 3 átmérő < 10 μm (mgm - 3 v. μgm - 3 ) nagyon stabil légköri feltételek (kedvezőtlen légköri hígulási viszonyok) v normálisnál nagyobb szennyezőanyag-kibocsátás (pl. széntüzelés) halálos áldozatai is lehetnek (téli) szmog (füstköd) (London) szmogriadó (pl. Bp !?) A légszennyezettsl gszennyezettség g (SO 2 és s füst) f mértékének és s a haláloz lozások számának alakulása Londonban (1952. dec.) 9

10 London-típusú (téli) szmog Stuttgartban Gázok hagyományos ipari és lakossági tüzelőanyagok elégetésekor keletkeznek keznek (pl. SO 2 ) olajszármazékok égésével felszabaduló CO, szénhidrogének, NO x, O 3, 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 Mennyiség (ppm) CO CO SO 2 0,01-3 N-oxidok 0,01-1 aldehidek 0,01-1 oxidánsok (O 3 is) 0-0,8 kloridok 0-0,3 NH 3 0-0,21 Néhány szennyező gáz z a nagyvárosok levegőjében fotokémiai (nyári) szmog (Los Angeles) 10

11 Los Angeles-típusú (nyári) szmog Mexikóvárosban 4. Az energia- és vízegyenleg természetes és városi területeken Természetes felszínek energiaegyenlege Q* = Q H + Q E + Q G Az en.egyenleg tényezőinek napi menete egy öntözött tt füves f területen szeptemberben (Hancock, Wisconsin) FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm ) Q* Q E Q H Q G IDŐ (h) 24 11

12 A városi területek sugárz rzási mérlege és energiaegyenlege Sugárzási mérleg Rövidhullámú sugárzási folyamatok általánosan a szennyezett városi határrétegben K csökken K csökken (α csökken) A napsugarak útja természetes és városi környezetben SUGÁRZÁS GYENGÍTÉS (%) N D J F M Á M J J A Sz O N D J F M Á IDŐ (hónap) éves és napi menet A K gyengítésének nek menete (Montreal, nov 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 kevésbé városiasodott ( ) 1973) és városiasodott ( ) időszak szakában, és s a két k t időszak %-os eltérésének nek menete 12

13 megkülönböztethető hullámhossz szerinti veszteség is: K hulláms msáv v szerinti %-os% megoszlása sa a városban v és külterületén n (Párizs) Hullámsáv Városközpont Külterület ultraibolya 0,3 3,0 ibolya 2,5 5,0 látható 43,0 40,0 infravörös 54,0 52,0 L nő L nő Hosszúhullámú sugárzási folyamatok általánosan a szennyezett városi határrétegben Q* ± 5 % + Q F antropogén hőtermelés Központi negyed Környező vidék 08h 13h 20h 08h 13h 20h K Q* tényezt nyezői és s a Q F (Wm - 2 ) a K városban és s környk rnyékén n nyáron L* különböző időpontokban Q* (Cincinnati, Ohio) Q F Energiaegyenleg (városi határréteg - UBL) energia-cserefolyamatok - felszín a városi tetőréteg (UCL) és az UBL közötti határfelületen energia-áramlás az egyes UCL-egységekről (tetők, fák, gyepek, utak, stb.) kiinduló áramlások összegzése egy nagyobb területű, adott beépítettségi típussal jellemzett városrészre (advektív hatások Ø) Q* + Q F = Q H + Q E + ΔQ S 13

14 Város Időszak Q* (Wm -2 ) Q F (Wm -2 ) Lakósűrűség (fő/km 2 ) Energiafelhasználás (MJx10 3 /fő) Vizsgált időszak Fairbanks (64ºÉ) év Reykjavik (64ºÉ) év Sheffield (53ºÉ) év Moszkva (56ºÉ) év Ny-Berlin (52ºÉ) év Chorzów (50ºÉ) év Vancouver (49ºÉ) év Budapest (47ºÉ) év nyár tél Montreal (45ºÉ) év nyár tél Manhattan (40ºÉ) év nyár 53 tél 265 Oszaka (35ºÉ) év Los Angeles (34ºÉ) év Hong Kong (22ºÉ) év ~ Szingapúr (1ºÉ) év ~ Q* és s Q F átlagértékeinek összehasonlítása sa különbk nböző városok esetében beépítettség sűrűsége Q F Épületek éves átlagos Q F kibocsátása sa Londonban (1x1 km) (2005) London (éves átlag): 9 Wm - 2 épületek 2 Wm - 2 közl. Becsült éves átlagos Q F Tokyo-ban (1998) 14

15 évszakos menet: téli (fűtés) és/vagy nyári (hűtés) csúcs A kül.. energiafelhasználás éves menete Londonban (2005) Q F napi menet: - reggeli -késő délutáni-kora esti csúcs fűtési szezon nem-fűtési szezon Q F tényezőinek napi menete egy külvárosi területen (1987. január r 22., Vancouver) Háztartási és egyéb Q F napi menete Londonban (órás %-os% arányok) 15

16 FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm ) Az Q* Q H Q S Beépítettség ΔQ típusa S /Q* Q H /Q* Q E /Q* külterület 0,15 0,28 0,57 előváros 0,22 0,39 0,39 belváros 0,27 0,44 0,29 Az en.egyenleg összetevőinek tipikus arányai az átlagos napi Q*-hoz viszonyítva a külterületen, leten, elővárosban, belvárosban Q E IDŐ (h) 24 Az en.egyenleg tényezőinek napi menete egy elővárosi területen (Vancouver) Lipowa Narutowicza Az en.egyenleg tényezőinek átlagos napi menete júliusban j 2 városi v helyen (Lodz( Lodz) 42 m talajszint felett 500 m Lodz, Narutowicza 88 16

17 Az en.egyenleg tényezőinek napi menete (Lodz( Lodz, Narutowicza 88) Q* Q H Q E ΔQ S Száraz évszak (máj. 16), nedves évszak (jún. 28.) külváros Mexikóváros 17

18 Q E csökken Q H nő levegőt melegíti (a városban) ΔQ S nő Külterület Külváros Belváros K K K* L L L* Q* Q F Q H Q E ΔQ S albedó 0,20 0,15 0,14 emisszivitás 0,96 0,95 0,95 felszínhőm. 300 K 304 K 308 K A Q* és s az en.egyenleg tényezőinek értékei (Wm - 2 ) egy hipotetikus városban és környezetében (közepes széless lességen, 1-mill. 1 város, v derült és s szélcsendes napon délben). A külvk lváros lakóö óövezet kb. 50%-os, a belváros sűrűs beépítetts tettségű vegyes (kereskedelmi és s lakó) övezet 10-20% 20%-os zöldfelz ldfelülettellettel Városi területek vízegyenlege és eltérései a természetest szetestől p = E + Δr + ΔS (+ ΔA) p E természetes felszín (talaj-növény- levegő rendszer) vízegyenlege: városi felszín (talaj-épület- növény-levegő rendszer) vízegyenlege: p + F + I = E + Δr + ΔS (+ ΔA) I A városi v felszín n (réteg) vízegyenlegv zegyenlegének nek tényezt nyezői F antropogén folyamatok által a városi légtérbe jutó víz I folyókból, víztározókból a városba szállított víz 18

19 F és I áramlások közvetlenül emberi döntések szabályozzák összhangban az emberi tevékenységek napi és évszakos ritmusával VÍZFELHASZNÁLÁS (m /nap/fő) nyár tél 0 V H K Sze Cs P Szo IDŐ (nap) Egy kisebb település s napi vízfelhasznv zfelhasználásának nak változv ltozása télen t és nyáron egy hét h t folyamán n (Creekside( Acres,, Kalifornia) p + F + I = E + Δr + ΔS (+ ΔA) p = E + Δr + ΔS (+ ΔA) összehasonlítás: városi természetes rendszer vízegyenlege p F, I + E, ΔS Δr lefolyás lefolyás sekély mély sekély mély talajréteg természetes felszín vízárnemeresztő felszín városi felszín 19

20 intenzív esőzés? áradás? lefolyás mértéke ~ vízát./vízátnem. tnem. VÍZHOZAM Melbourne, febr. IDŐ Intenzív v eső (szürke oszlop) által okozott áramlás s vízhozamv zhozamának vázlatos v időbeli menete városi v (---( ---) és s vidéki ( ( )) területen VÍZHOZAM (10 m h ) ,0 10,0 5,0 1,0 0,5 erősen beépített 2 (0,98 km ) részben beépített 2 (0,67 km ) Urbanizáci ció hatás s a viharos esőzés csapadékviz kvizének lefolyására három h medencéből l származ rmazó adatok alapján (Palo Alto,, Kalifornia) 0,1 00 természetes 2 (1,22 km ) IDŐ, (h) 24 20