GBN319E Városklimatológia

Átírás

1 GBN319E Városklimatológia 1. A városklíma ( ) 1.9) Gál Tamás szeged.hu/eghajlattan Földtudomány levelező BSc (2011)

2 1.5. A hőmérséklet módosulása a városban (folyt.) UHI (T-mintázat) a felszínen T-mintázat a felszínen ΔT T az UCL-ben

3 Shinjuku-Gyon park, nyáron nappal (Tokyo)

4 Utca felszínhőmérséklete egy meleg nyári napon (Tokyo( Tokyo)

5 Felszínhőmérséklet Szegeden en (mest est.-en en színezett Landsat-5 kép,, július 8, 9h)

6 Szeged belvárosa

7 Az újszegedi Liget

8 1.6. A hősziget mérésére irányuló módszerek UBL-UHI UHI UCL-UHI UHI S-UHI v. hőm. mintázat UHI típusok és mérési lehetőségeik

9

10

11 UHI az UCL-ben vidéki városi környezet 'URBAN' város város 'RURAL' vidék 0km1km2km Tipikus vidéki és s belvárosi állomás- környezetek (Regina, Saskatschewan)

12 város-vidék vidék elkülönítésének problematikája Vegyes (mg-i, ipari és s lakó) ) terület (Ho( Chi Minh VárostV rostól É-ra), világosan elkülönülő mg-i és s lakóter területek (Münchent nchentől ÉK-re) Guangzhou Regina

13 META- ADATOK KLÍMA-ZÓNA OSZTÁLYOZÁS Urban Climate Zones városi (Oke 2004) zónák UHI TÍPUSOK Guangzhou, CHINA SVF maximum ZONE a b c d ΔT (a-f) vízáteresztő burkolat felszínérdesség talajnedvesség albedo Artificial Disturbance moderate e mezőgazdasági zónák Agricultural Climate Zones f g h i j természetes zónák természetes Bioclimatic Zones zónák Yuma, ARIZONA ΔT (c-o) Q F k minimal l m n ZONE o

14 Klíma-zónák Területhasználat Város Kevert Mezőgazdasági Természetes Modern core Old core Compact housing Industrial processing Blocks Extensive lowrise House & garden (treed/open) Shantytown Dispersed settlement (wet/dry/snow) Open grounds (wet/dry/snow) Flooded fields Orchards & tree plantations (wet/dry/snow) Cropped fields (wet/dry) Bare fields (wet/dry/snow) Forest (wet/dry/snow) Wetland Grass (wet/dry/snow) Tundra (wet/dry/snow) Hot desert

15 Városi zónák Modern core Kevert zónák Open grounds wet/dry/snow Természetes zónák Old core m Dispersed settlement wet/dry/snow Forest wet/dry/snow Compact housing Industrial processing Mezőgazd.-i zónák Wetland Grass wet/dry/snow Blocks Extensive lowrise Flooded fields Orchards & tree plantations Cropped fields wet/dry wet/dry/snow m Tundra wet/dry/snow Hot desert House & garden treed/open Shantytown m Bare fields wet/dry/snow m

16 DEFINITION: Highly irregular, compact skyline of mid- and high-rise buildings many 10s of stories tall. Buildings close-set, free-standing, separated by narrow, shaded streets and wide avenues and boulevards. Sky view from street canyons significantly reduced. Streets paved (asphalt, concrete), often geometric in layout. Buildings of heavy, solid construction (concrete, stone); steel-caged and glass-skinned skyscrapers. Surface cover mostly impervious; limited tree or vegetative cover. High space heating/cooling demand. Heavy traffic flow. PROBABLE FUNCTION: Commercial (offices, hotels, retail); high-density residential (apartments towers) or institutional (major facilities or complexes). ANTICIPATED LOCATION: City centre ( downtown ); city periphery (highrise sub-centres, highrise sprawl). CORRESPONDING ZONES: UCZ1 (Oke, 2004); Dc1 and Dc8 (Ellefsen 1990/1). Side View Eye Level COMPUTER SKETCH PHOTOGRAPHS Oblique View High Angle ZONE PROPERTIES built Davenport thermal admittance anthropogenic SVF albedo fraction (%) roughness (Jm -2 s 1/2 K -1 ) heat flux (W/m 2 ) > ,200 1, ,500+ Note: Mean annual anthropogenic heat flux varies with city latitude and the demand for space heating/cooling. view significantly reduced beneath canopy. Trees > 5 m in height, on average. Tree crowns interlocking or spaced apart; broad-leaf (deciduous) or needle-leaf (evergreen). Soils slow draining; may be wet or dry. Few roads, scattered buildings. deciduous, high-altitude and high-latitude coniferous). Urban forest (wooded parks, greenbelts). SVF Side View Eye Level built fraction (%) roughness class < Oblique View High Angle thermal admittance albedo (J m -2 s 1/2 K -1 ) wet ,400 2,200 dry ,400 snow NOTE: Seasonal variation in soil moisture, albedo, and tree foliage (deciduous). 100 m m anthropogenic heat flux (W m -2 ) 0 UHI-intenzitás meghatározása példák Japánból Tokyo > 10 millió mért UHI-intenzit intenzitás (éjszakai max) Tu - r 4 6 C urban rural modern városmag SERIES: City ZONE: Modern core CODE: LCZ-1 Yamashita 1990 nyitott terület urban Obuse 10,000 Tu - r 4 6 C rural kertváros Series: Natural Zone: Forest Code: LCZ-13 Definition: Heavily wooded landscape. Forest covers more than 50 percent of zone surface. Sky Correspondence: Rainforest biome (equatorial, tropical, temperate). Forest biome (mid-latitude Computer Sketch Photographs Sakakibara 1999 szántóföld Zone Properties 16

17 SZÉLSEBESSÉG (ms ) Szél 1.7. A többi klímaparaméter városi módosulása IDŐ (év) Az éves átlagos szélseb. idősora egy növekvő városban (Hancavicsi( Hancavicsi, Beloru.) városi szélseb. csökkenés mértéke függ az eredeti szél erősségétől sőt,, lassú áramlás esetén megfordul a helyzet A városi v és s az eredeti szél (v k ) sebesség-különbs nbségének nek (ΔV)( változása a v k erőss sségének függv. ggv.-ben ΔV (ms ) -1 szélsebesség 1,5 1,0 0,5 0-0,5-1,0-1,5-2, % szélcsendes esetek 5-20% de: szélcsatornák! v k (ms )

18 belváros külváros külterület magasság szélsebesség Függőleges szél-profil a belváros, a külváros és a külterület felett

19 - gyenge regionális légáramlás - a város melegebb a környezeténél - konvektív feláramlás a központban - levegő beáramlás a felszínhez közel FRANKFURT OBERRAD FECHENHEIM városi szél NIEDERRAD OFFENBACH városi hősziget cirkuláció (UHIC) Éjszakai összeáramlás s Frankfurtban, nyugodt időjárási helyzetben Az UHI által keltett cirkuláci ció vázlata

20 A városi v hősziget cirkuláci ció oldal és s felüln lnézetben kisebb érdességű területek ventilációs folyosók átszellőzés

21 park cirkuláció kölcsönhatás az UHIC-val (gyengíthetik is egymást) Az UHIC és s a park cirkuláci ció (PC) vázlatos v képe k nyugodt és s tiszta éjszakán Göteborgban mért m adatokkal szemléltetve ltetve

22 Légnedvesség, köd relatív nedv: abszolút nedv: köd: nőhet általában csökken nőhet csökkenhet Téli köd d (szmog( szmog?) (Christchurch) csökkenhet legnagyobb eltérések (8-10%) este és nyáron (UHI max.) Időszak Ködös napok száma/év , , ,0 A ködös k s napok átlagos száma különböző időszakokban Tokióban város - tiszta sziget a ködös környezetben olyan vidéken, ahol kedvezőek a feltételek a kisugárzási köd kifejlődéséhez urban clear island de! száraz köd lebegő szilárd szennyezőanyagok

23 (Shi et al,, 2008, AM) (Sachweh, Koepke,, 1997, TAC)

24 Csapadék általában nő, de eltolódva a szél irányában okai: turbulens feláramlás (hősziget( hősziget) többlet kondenzációs magvak Település A vizsgált Csapadékösszeg (mm) Különbség évek száma város külterület (%) Moszkva Urbana München Chicago St. Louis Példák k a város v és s környezete k közötti k éves csapadékösszegek sszegek különbsk nbségeire

25 km É Az éves csapadékátlag (mm) izovonalai (Urbana, Illinois, = városhatár) r) Csapadékmennyiség növekedése USA nagyvárosok lee-oldalán (máj.-szept.)

26 Csapadékmennyiség növekedése USA nagyvárosok lee-oldalán (máj.-szept.) hócsapadék aránya heti ritmus (?)

27 (b) (c) (a) HőmérsH rséklet kor, (b) radar visszhangok kor, (c) 3 órás csapadékösszeg sszeg után ( Guangzhou) (szürke = városi v területhaszn lethasználat) lat)

28 ipari hó hideglégp gpárna városok és ipari centrumok térségében (+ kond.. magvak) 5-15 km-es körzetk december

29 zivatar, jégeső A zivatarok számának növekedése a népesség függvényében ZIVATAR NÖVEKEDÉS (%) 50 Chicago Cleveland St. Louis 20 New Orleans Washington D.C. 10 Indianapolis Houston Tulsa NÉPESSÉG (millió fő) nyugodt szinopikus helyzetben: UHI okozta konvektív feláramlás UHI hatására kialakult zivatar csapadék-mennyis mennyiségéneknek (mm) eloszlása sa Atlanta (Georgia) körzetk rzetében (1996. aug. 3., 3., város = szürke mező)

30 Városi és külterületi zivataros napok átlagos havi értékei és különbségeik (Chicago, ) 1998)

31 (a) Tulajdonság Változás Jellemző nagyságrendek albedó alacsonyabb vidék: 0,12-0,20; külváros: 0,15; város: 0,14 emisszivitás nagyobb? vidék: 0,92-0,98; város: 0,94-0,96 antropogén hő nagyobb vidék: -; külváros: Wm -2 ; város: Wm -2 (télen 250 Wm -2 -ig) kondenzációs magvak: Aitken felhő nagyobb nagyobb vidék: cm -3 ; város: cm -3 vidék: 2-5x10 2 cm -3 ; város: cm -3 (b) Elem Változás Nagyságrendi változás vagy megjegyzés turbulenciaintenzitás nagyobb 10-50% szélsebesség csökken növekszik 5-30% erős áramlásnál (10 m magasságban) a hősziget hatására kialakuló gyenge áramlásnál szélirány eltérül 1-10º UV-sugárzás sokkal kevesebb 25-90% napsugárzás kevesebb 1-25% infravörös bevétel nagyobb 5-40% látótávolság csökken párolgás kisebb kb. 50% konvektív hőáramlás nagyobb kb. 50% hőtárolás nagyobb kb. 200% léghőmérséklet magasabb 1-3ºC több éves átlagokban, de órás átlagban akár 12ºC is légnedvesség felhőzet köd csapadék: hó összes zivatarok alacsonyabb sokkal magasabb több pára több felhő több vagy kevesebb kevesebb több több 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 1.8. A klímaparaméterek megváltozása összegző gondolatok Tulajdonságok és s paraméterek tipikus megváltoz ltozása egy közepes földrajzi f széless lességen fekvő,, kb. 1 milliós s városban v (az értékek megjegyzés s hiány nyában a nyárra vonatkoznak)

32 A klímára gyakorolt városi hatások modellezésének általános 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 sságainak lokális befolyásoló hatása U az összetett városi környezet (területhasználat, anyag, geometria, épülettömeg, városon belüli elhelyezkedés, stb.) eredője (egy adott időpontra vonatkozóan, v. egy adott időszakra átlagolva)

33 hol legyen a vidéki állomás? A városi hatásnak kitett terület kiterjedése (a) minden időjárási helyzetet és (b) egy időjárási helyzetet figyelembe véve ( u városi, e városi hatásnak kitett, r vidéki terület)

34 1.9. Vázlatos tudománytörténet Hippokratész (i.e. 5. sz.) utalás a rossz városi levegőre (egészségkárosító az emberre) Horatius (i.e. 1. sz.) ódáiban, Seneca (1. sz.) írásaiban ókori Róma füstszennyezettsége I. Edward (14. sz.), I. Erzsébet (16. sz.) kőszénnel való fűtés megtiltása Londonban Evelyn (1661) Mert miközben mindenütt máshol az ég derült és a levegő tiszta, itt a világosságot hozó Napot elhomályosítja a kénből képződött felhő, amin a sugarak alig képesek áthatolni. A kimerült utazó még mielőtt meglátná úticélja városát, már több mérfölddel előbb megérzi annak szagát. 17. sz. vége néhány helyen megkezdődtek a rendszeres, műszerekre alapozott észlelések Deuer (1783) a külváros és a tőle nem messze fekvő botanikus kert között 6ºC-os különbség egy hideg téli éjszakán (Mannheim)

35 Howard (1818,( 1833) első városklíma-leírás leírás a meteorológiai elemek városi megváltozásának (pl. a város központja melegebb, mint a környező vidéki területek) felismerése, a városi köd (city( fog) ) fogalma Luke Howard ( ) 1864) Átlagos nappali és éjszakai havi hőmérsékletek ( F) London belvárosában és vidéken (több hely átlaga), valamint különbségeik (Howard 1833) 3)

36 Átlagos havi hőmérsékletek ( F) évi menete London belvárosában és vidéken (3 hely átlaga) (Howard 1833) ~

37 Howard (1833) háromkötetes munkájának címlapja

38 Stifter (1843) városklíma kifejezés Renou (1855) Párizs és környezete között 1-2 C 1 kül. UHI napi menete fagyos napok 40%-os városi csökkenése, esti hőmérsékleti különbség tiszta kisugárzási időjárási helyzetekben a legnagyobb Emilien Renou ( ) 1902) Kremser (1909) légnedvesség és a szél módosulása (Berlin) Schmidt /1927) autóra szerelt műszerekkel többször átszelte Bécs különböző beépítettségű területeit összehasonlító adatok gyűjtése Wilhelm Schmidt ( ) 1936)

39 Schmauss (1927) nagyvárosi (lee( oldali) csapadéktöbblet (München) Kratzer (1937) első összefoglaló alapmű a városklímáról (bővítve 1956-ban) Albert Kratzer ( ) 1975) Balchin and Pye (1947) hősziget kifejezés: central city area is warmer than the surrounding country areas at similar elevation by a degree or so and exhibits the characteristic heat island within a built up area. Landsberg (1981) köv. összefoglaló városklíma könyv Helmut Landsberg ( ) 1985)

40 Oke készül a korszerű, új szintetizáló mű Tim Oke (1941- )

41 Szeged: Egy példa a hősziget vizsgálatára városias területek nagyrészt a körtk rtöltésen belül l (kb km 2 ) A vizsgált terület és Szeged generalizált lt beépítetts tettségi típusai

42 vizsgált terület két t szektor 0,5x0,5 km nagyságú négyzetekre (cellákra) osztva 107 négyzetn (26,75 km 2 ) az EOTR 1: es topográfiai térkt rképein lévől 1x1 km-es négyzetháló elemeinek negyedelésével A vizsgált terület cellákra osztása: sa: (a) szabad terület let, (b) beépített terület let, (c) a vizsgált terület határa ra, (d) cellák k számoz ozása, (e) y EOTR koordináta km-benk ben, (f) x EOTR koordináta km-benk

43 mobil hőmérsh rsékleti adatgyűjt jtés: március február (48 x fél-fél 1 autó) április március m (35 x egész 2 autó) + Debrecen!!! UHI intenzitás = U R ( C)( cellánként (R - külterületi érték) a ~ napi max.. idejében ΔT = T cella T R [ C] R

44 Mérőautók k a hőmérsékleti szenzorral A hőmérsh rséklet menete a naplemente utáni órákban a külterületi leti és s a városi (egyetemi) állomáson néhány n ny mérési napon

45 2.5. AZ UHI SZEZONÁLIS TERÜLETI SZERKEZETE Éves és szezonális hősziget-szerkezetek szerkezetek feltárása: - hősziget-intenzitás intenzitás izotermái (légifelvétellel( is illusztrálva) Átlagos éves UHI intenzitás ( )

46 > 2,5ºC 2ºC 18% (4,5-5 5 km 2 ) Átlagos éves hősziget-intenzitás intenzitás ( )

47 > 2,1ºC 2ºC 2% (0,5 km 2 ) Az átlagos hősziget-intenzitás intenzitás a fűtési félévben ( )

48 > 3,1ºC 2ºC 37% (~10 km 2 ) Az átlagos hősziget-intenzitás intenzitás a nem fűtési félévben ( )

49 A március 25-i i UHI intenzitás eloszlása

50 A hőmérsékleti többlet városon belüli változásairól elmondható, hogy: (i) A ΔT mintázatára a többé-kevésbé koncentrikus forma jellemző. Az ettől való eltérések jól magyarázhatók a beépítettség városon belüli változásával. r = 0, elempár esetén 99%-os a valósz színűségi szint, ha: r > 0,25 (ii)) Az átlagos ΔT maximális értékeiben jelentős a különbség a fűtési és a nem-fűtési félévben (2,12ºC és 3,18ºC), ami elsősorban a két félév eltérő e időjárási körülményeire vezethető vissza.