Szerkesztőség. 1. Az UHI intenzitás kummulatív gyakorisági eloszlása egy nyári referencia héten

Átírás

1 Szerkesztőség A közép-európai városok mikroklímájának felmérése és értékelése by Kristina Kiesel, Milena Vuckovic, and Ardeshir Mahdavi UHI Partner Vienna University of Technology Egyre több ember lakik városokban és ezért a városi mikroklíma hat rájuk. A mikroklíma városon belül jelentősen változik a beépítettség, az épületek sűrűsége és eloszlása, a közlekedési hálózatok kiterjedése, a zöld területek, a vízfelületek függvényében (Grimmond 2007, Alexandri 2007). A mérések, megfigyelések sok városban azt mutatják, hogy a városokban jelentősen melegebb van, mint a környező vidéki területeken. Ezt a jelenséget nevezik városi hőszigetnek (UHI) (Voogt 2002, Arnfeld 2003, Blazejczyk 2006, Oke 1981, Gaffin et al. 2008, Kiesel et al. 2012). Az átlaghőmérséklet emelkedése káros a városban élő emberek egészségére (Harlan et al. 2011). Továbbá a magas léghőmérséklet egyértelműen megnöveli a légkondicionáló telepítések miatti energiafogyasztást (Akbari 2005). Ebben az összefüggésben mutatjuk be egy jelenleg is futó kutatási pályázat (Central Europe Programme, No. 3CE292P3) eredményeit. Először is az UHI jelenség létezését és kiterjedését mutatjuk be több közép-európai városban (Kiesel et al. 2013b). Ezek alapján feltételezhető, hogy városi környezet bizonyos tulajdonságai hatnak az UHI-ra és a városi mikroklíma változékonyságára. Az idetartozó változókat, úgy mint a geometriai (város szerkezeti) és a beépített anyagok sajátosságat leíró változókat egy szisztematikus keretbe foglalja a kidolgozott rendszer. Továbbá numerikus (szimulációs) és empirikus városi mikroklíma-modellek kifejlesztésével támogatja az UHI csökkentése érdekében bevezetésre kerülő intézkedések kidolgozását. Az UHI-t a városi és a vidéki léghőmérséklet különbségeként definiálják (Oke 1972). Általában a hősziget intezitását 1-3 K között adják meg, de bizonyos légköri és felszíni feltételek esetén ez 12 K is lehet (Voogt 2002). A városi felszínek anyagi tulajdonságai (Grimmond et al. 1991, Akbari et al. 2001) az evapotranspiráció és az antropogén hőkibocsátás mellett magasabb városi hőmérsékletet eredményezhetnek (Taha 1997). A mostani projekt az UHI jelenség frekvenci- 1. Az UHI intenzitás kummulatív gyakorisági eloszlása egy nyári referencia héten 2. Az UHI intenzitás átlagos órás értékeinek eloszlása egy nyári fererencia napon 1

2 Szerkesztőség 3 A városi hőmérsékletek éves átlagainak alakulása az elmúlt 30 évben 4. A vidéki hőmérsékletek éves átlagai 5. Az UHI intenzitás hosszútávú alakulása áját, nagyságát, nagyságrendi eloszlását, időfüggését (napi és éjszakai menet) és a városi és vidéki hőmérsékletek hosszútávú alakulását vizsgálja hét közép-európai városban: Budapest, Ljubljana, Modena, Padua, Prága, Stuttgart, Bécs, Varsó. Az UHI jelenség nagyságát az UHI intenzitással fejezhetjük ki. Ez a mennyiség a párhuzamosan mért városi és vidéki hőmérsékletek különbsége (K-ben). Mint már említettük az UHI intenzitást egy olyan nyári hét méréseiből határoztuk meg, amikor magas volt a hőmérséklettel és alacsony szélsebesség, ezt minden város saját maga választotta ki. Az összegyűjtött adatok tartalmazták az órás hőmérséklet, szélsebesség, csapadék adatokat két (egy vidéki és egy városi) reprezentatív meteorológiai állomásról. Hogy képet nyerjünk a városi és vidéki területek hőmérsékletének hosszútávú alakulásáról az éves átlaghőmérsékleteket és UHI értékeket 30 éves időszakra határoztuk meg: (Modena, Prága, Stuttgart, Varsó esetében), között (Bécs és Pádua esetében), valamint között (Budapest esetében). Az 1. ábra az UHI intenzitás kummulatív gyakorisági eloszlásfüggvényét mutatja a már fentebb említett nyári referencia hétre vonatkozóan. A 2. ábrán egy nyári referencia napra (a referencia hétből kiválasztva) láthatóak az órás UHI értékek. A referencia hét adatain tisztán látható a az UHI hatás létezése és nagysága, különösen az éjszakai órákban (2. ábra). Ugyanakkor az időfüggő UHI minták nagyban változnak a résztvevő városok között. Az UHI minták különbségei az 1. ábra kommulatív gyakorisági eloszlásfüggvényein is láthatóak. Ezen az ábrán a jobbra tolódás nagyobb UHI értéket jelent. A 3. és 4. ábra a városi és vidéki éves átlagos hőmérsékletek alakulását mutatja 30 éves időszakra. Az 5. ábra a hosszútávú UHI intenzitást terndjét szemlélteti ugyanezen időszakra. A történelmi adatsorokból egy emelkedő trendre következtethetünk városi és vidéki területeken egyaránt (lsd. 3. és 4. ábra). A globális és regionális trendekkel összefüggően egy stabil 2.5 K-nyi növekedés figyelhető meg a vidéki értékekben - Buda- 2

3 Szerkesztőség 1. táblázat: U2O geometriájára vonatkozó változók 2. táblázat: U2O felszíni és anyagi tulajdonságait magukba foglaló változók 3. táblázat: Az alapvető intézkedések összefoglalása pest kivételével - minden városban. Ugyanabban a 30 éves időszakban a városi éves középhőmérséklet 1K (Stuttgart) és 3K (Varsó) között növekedett. Megjegyzendő, hogy amíg a vidéki és a városi hőmérsékletek növekedtek, addig az UHI intenzitás stabilnak mondható. A már említett projekt keretein belül egy szisztematikus városi intézkedési keretrendszert készítettünk (Mahdavi et al. 2013), amiben városi megfigyelési egység (Urban Unit of Observation, U2O) bevezetésével a városi hősziget jelenséget csökkentő intézkedések hatásai modellezhetőek. A rendszer a következő lépésekből áll: i) Városi megfigyelési egység (U2O) definíciója: Jól körülhatárolható városi területek, amiken az UHI enyhítését célzó intézkedéseket be- vezethetjük; ii) U2O korábbi állapotának leírása geometriai szerkezettel és fizikai jellemzőkkel. iii) A jelenlegi UHI intenzitás meghatározása; iv) A hősziget hatás csökkentése érdekében bevezetendő intézkedés kiválasztása, amely a terület - a ii) pont már említett- geometriai és fizikai sajátosságait változtatná meg; v) Az intézkedés hatékonyságának előrejelzése empirikus és/vagy numerikus modellek segítségével; vi) Az UHI intensitásának számszerű változtatása az intézkedések következtében; vii) A modelleredmények alapján az intézkedések költséghatékonysági vizsgálata a pénzügyi és logisztikai következményeivel egyetemben. Ebben a rendszerben az U2O a városi éghajlat változékonyságát szisztematikusan kialakító városi tényezőket jelenti. Ezek - egy geometriailag és fizikailag jól körülhatárolható m sugarú körben helyezkedhetnek el. Mivel a városi éghajlatot különböző városi felszínek, anyagok, épületek okozzák, egy csoport idetartozó változót vontunk be az értékelő rendszerünkbe. A városi hősziget csökkentését szolgáló intézkedések hatásának előrejelzése és annak verifikációja érdekében szükséges az U2O területeken bevezetésre kerülő intézkedések meghatározása. Ennek megfelelően a korábbi kutatások (Mahdavi et al. 2013, Kiesel et al. 2013a) és a saját tapasztalataink alapján javasolható változókat az 1. és 2. táblázat foglalja össze. Amint az U2O vizsgálandó változóit meghatároztuk (lsd. 3. táblázat), a lehetséges megelőző intézkedések hatásait a különböző változók tekintetében határozhat- 3

4 Szerkesztőség 6. Az U2O változók jelenlegi és módosított értékei, amelyek a különböző megelőzési intézkedésekhez tartoznak a bécsi esettanulmányra vonatkozóan 7. A modellezett órás átlagos hőmérsékletkülönbség ( Innere Stadt, Bécs) juk meg. Például a zöld tetők vagy zöld homlokzatok alkalmazásával a U2O területén változna az felszíni albedó, az emisszivitás, hővezetés, hőkapacitás és sűrűség. A 3. táblázat a leggyakoribb intézkedéseket tartalmazza. Ezek három csoportba sorolhatóak: épületek, útburkolatok/járdák, és növényzet. A 3. táblázatban az intézkedések várható hatásainak részletes leírását is megtaláljuk. Végezetül a megfelelő számítási eszközök és modellek segítségével az intézkedések hatása számszerűsítve becsülhető. Ezért két alapvető megközelítéssel éltünk: az empirikus adatok statisztikai elemzése és numerikus (tipikusan véges-elemes folyadékdinamikás (CFD)) modellek. A különböző helyeken végzett városi hősziget intenzitásának mérései és ezen helyek fizikai tulajdonságai közötti korreláció alkalmas empirikus módszerek származtatására. Numerikus szimulációra különböző - a regionális klímamodellektől az épületeken alapuló modellekig számítási eljárások használhatóak (Mirzaei 2010). A keretrendszer alkalmazására egy esettanulmányt mutatunk be a már említett EU projekt keretein belül. Az esettanulmány Bécs (Ausztria) belvárosában vizsgálja az U2O változóit. A 6. ábra a változók jelenlegi és várható értékeit mutatja be három különböző intézkedés bevezetése esetén: 1) Fásítás a városi kanyonban; 2) Zöld tetők alkalmazása; 3) Az előző két intézkedés kombinációja. Ebben az esetben a megelőző intézkedések hatásait numerikus szimulációval (ENVI-MET) becsültük. A 7. ábrán a modell által számított UHI index csökkenést láthatjuk egy referenciaként tekintett nyári napra vonatkozóan. Ezekkel az eredményekkel nyomon követhető, hogy a pályázat hogyan teljesíti a kitűzött céljait, nevezetesen az UHI hatások megértését, és ezt követően megfelelő alkalmazkodási és megelőző intézkedési terv kigondolását. Hosszú,- és rovidtávú városi és vidéki hőmérsékleti adatok bizonyítják az UHI létezését és jelentős mértékét számos közép-európai városban. Ezenfelül az órás adatokon alapuló megfigyelések szerint az UHI intenzitás bizonyos esetekben az éjszakai órákban nagyobb. A projektben közösen kidolgozott fentebb említett keretrendszer az UHI-hez való alkalmazkodáshoz és ezek megelőzésére szolgál. Innentől meghatároztuk azokat a változókat, amelyek geometriailag (morfológia), szemantikailag (anyagi tulajdonságok) a feltételezések szerint az UHI jelenséget és a városi mikroklíma változékonyságát okozzák. A keretrendszer és a CFD-n alapuló városklíma modell alkalmazását a bécsi városi megfigyelési egység példáján mutattuk be. A továbbiakban folytatjuk az UHI intenzitás és a kiugró városi változók -, mint a várossűrűség, morfológia, épületek elhelyezkedése, kanyon geometria, felszíni tulajdonságok, növényzet, 4

5 Szerkesztőség vízfelületek, ipari területek, közlekedési rendszerek, infrastruktúraközötti kapcsolat feltárását és statisztikai vizsgálatát. Ezzel nemcsak empirikus formulákat szeretnénk adni a numerikus modellekhez, hanem egy egyszerűsített megközelítést is a jövőbeni UHI csökkentési intézkedések hatékonyságágának vizsgálatához. Irodalom Akbari, H., Pomerantz, M., Taha, H Cool surfaces and shade trees to reduce energy use and improve air quality in urban areas. Solar Energy, Volume 70, Issue 3: Akbari, H Energy Saving Potentials and Air Quality Benefits of Urban Heat Island Mitigation. Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA. Alexandri, E Green cities of tomorrow?. Sustainable Construction, Materials and Practices, Portugal SB07: Arnfeld, A.J Two decades of urban climate research: a review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island. International Journal of Climatology, Volume 23, Issue 1: Blazejczyk, K., Bakowska, M., Wieclaw, M Urban heat island in large and small cities. 6th International Conference on Urban Climate, Göteborg, Sweden, June : Envi-met: 3-dimensional microclimate model, available at: last accessed January 9th, 2014 Gaffin, S. R., Rosenzweig, C., Khanbilvardi, R., Parshall, L., Mahani, S., Glickman, H., Goldberg, R., Blake, R., Slosberg, R. B., Hillel, D Variations in New York city s urban heat island strength over time and space. Theoretical and applied climatology, Volume 94: Grimmond, C.S.B. Cleugh, H., Oke, T.R An objective urban heat storage model and its comparison with other schemes. Atmospheric Environment, Volume 25B, Issue 3: Grimmond, C.S.B., Urbanization and global environmental change: local effects of urban warming. Cities and global environmental change, Volume 173, Issue 1: Harlan, S L., Ruddell, D.M Climate change and health in cities: impacts of heat and air pollution and potential co-benefits from mitigation and adaptation. Current Opinion in Environmental Sustainability, Volume 3, Issue 3: Kiesel, K., Vuckovic, M., Orehounig, K., Mahdavi, A Analysis of micro climatic variations and the urban heat island phenomenon in the city of Vienna, EURA conference, European Urban Research Association, September 20-22, Vienna, Austria. Kiesel, K., Vuckovic, M., Mahdavi, A. 2013a. Representation Of Weather Conditions In Building Performance Simulation: A Case Study Of Microclimatic Variance In Central Europe, IBPSA, 13th International Conference of the International Building Performance Simulation Association, August 25-28, France. Kiesel, K., Vuckovic, M., Mahdavi, A. 2013b. The extent and implications of the urban heat island phenomenon in Central European region, CESBP, 2nd Central Europe Symposium on Building Physics, September 9-11, Vienna, Austria. Mahdavi, A., Kiesel, K., Vuckovic, M A framework for the evaluation of urban heat island mitigation measures. SB13 Munich Conference, April 23-26, Germany. Mirzaei, P. A., Haghighat, F Approaches to study Urban Heat Island Abilities and limitations, Building and Environment, Volme 45, Issue 10, pp Oke, T.R City size and the urban heat island. Atmospheric Environment, Volume 7, Issue 8: Oke, T.R Canyon geometry and the nocturnal urban heat island comparison of scale model and field observations. Journal of Climatology, Volume 1: Taha, H Urban climates and heat islands: albedo, evapotranspiration, and anthropogenic heat. Energy and buildings, Volume 25, Issue 2: Voogt, J.A Urban Heat Island. Encyclopedia of Global Environmental Change, Volume 3:

6 Minta területek Bevezetés Minta területek A város klímamódosító hatásának modellezése a SURFEX/TEB modellel az Országos Meteorológiai Szolgálatnál Ilona Krüzselyi Országos Meteorológiai Szolgálat. Mária Kovács Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék, Szegedi Tudományegyetem Mail: kruzselyi.i@met.hu Manapság az emberek nagy része az egyre növekvő városokban él, melyek jelentős hatást fejtenek ki környezetük klímájára. Ez a hatás különösen érdekes a klímaváltozáshoz való alkalmazkodás szemszögéből, mivel az éghajlatváltozásnak komoly következményei lehetnek a városi területeken. A légkör és a városi felszínek kölcsönhatásainak leírására alkalmas eszköz a modellezés, erre a célra az Országos Meteorológiai Szolgálatnál (OMSZ) a SURFEX modellt használjuk. Módszertan SA SURFEX (SURface EXternalisée; La Moigne, 2009) felszíni modell négy külön sémát használ a városi, tengeri, a tavi/folyami, illetve a növényzettel borított felszín folyamatainak leírásához. A TEB (Town Energy Balance városi energia mérleg) modell (Masson, 2000) turbulens áramok szimulálásával írja le a városi felszín és a légkör közötti kölcsönhatásokat. A séma a kanyon-megközelítést alkalmazza, ahol a kanyont az út és az azt két oldalról szegélyző épületek alkotják. A TEB három különböző energiaháztartású felszíntípust különböztet meg, melyek a tető, a fal és az út. A séma képes kezelni a tetők és utak csapadék-felfogását, a ködöt, a lefolyást, a kanyon sugárzás-befogását, a momentum- és hőfluxusokat és számos további folyamatot. A közlekedésből, ipari tevékenységből és háztartási fűtésből származó antropogén hő- és nedvességáramokat szintén figyelembe veszi a modell. A SURFEX-nek inputként szüksége van a légköri állapot megadására, azaz légköri kényszerekre, melyek lehetnek mért vagy modellezett adatok. Modelladatok esetén a SURFEX futtatható egyirányú, ún. offline módban is, amikor a felszín felől nincs visszacsatolás a légkör irányába, de akár a légköri modellel összekapcsoltan is. Meg kell jegyezni, hogy offline módban a felszíni modellben nincs kölcsönhatás a rácspontok között, ez csak a légköri modellen keresztül lehetséges. A SURFEX/TEB (továbbiakban SUR- FEX) modellel 2010-ben kezdődtek vizsgálatok az OMSZ-nál a városi hősziget (azaz a város és a környezete közötti hőmérsékletkülönbség) tanulmányozására (Vértesi, 2011). Két tízéves szimulációt készítettünk Budapestre és környékére, melyekhez a légköri kényszereket az ALADIN-Climate regionális klímamodell (Csima and Horányi, 2008) szolgáltatta. Mivel a regionális modellek egy korlátos tartományra koncentrálnak, ezért futtatásuk során a tartományon kívül zajló folyamatok figyelembevételére oldalsó peremfeltételek szükségesek, melyek globális klímamodellekből vagy re-analízisekből származhatnak. (A re-analízisek háromdimenziós klimatológiai adatbázisok, melyek adatasszimilációs technikával készülnek a lehető legtöbb megfigyelés és rövidtávú előrejelzések felhasználásával.) Az ALADIN-Climate számára a határfeltételeket az ERA-40 re-analízis adatbázis (Uppala et al., 2005) szolgáltatta. A modell Kárpát-medencét magában foglaló 10 km felbontású eredményeit egy kisebb, Budapestet lefedő 1 km felbontású területre interpoláltuk (1. ábra), majd ezek a mezők szolgáltattak inputot a SURFEX-nek, amit offline módban futtattunk 1 km-es felbontáson. A felszínborítottsági információk az ECOC- LIMAP adatbázisból származtak (Masson et al., 2003). Az első kísérletet az időszakra végeztük el, 1. A SURFEX használatának folyamatábrája a modellekben használt domborzatokkal és a városi felülettel rendelkező rácspontok megjelölésével (utolsó ábrán pirossal). 6

7 Minta területek majd a következő szimulációt re hajtottuk végre. Mivel az ECOCLIMAP felszín-leíró adatbázisa 2006-ban készült, feltételezhető, hogy az adatbázis az időszak körülményeit nem pontosan írja le, hiszen főként a külső kerületekben sok ház épülhetett azóta. Az re vonatkozó kísérlet célja az volt, hogy megvizsgáljuk, vajon ezek a változások mennyiben módosítják az eredményeket. Az eredményeket az OMSZ két mérőállomásának megfigyeléseivel hasonlítottuk össze: az egyik állomás a Kitaibel Pál utcában, a város központjában, de a Budai-hegységhez közel helyezkedik el; a másik Pestszentlőrincen, a külvárosban működik (2. ábra). A nyilvánvaló különbségek ellenére az ECOCLIMAP mindkét pontot mérsékelten meleg külvárosként tartja számon. E cikk célja a modell viselkedésének bemutatása a fent említett két időszak alapján. A klímaváltozás hatásait e tanulmányban mellőzük, mivel tízéves periódusok túl rövidek ilyen irányú vizsgálatokhoz. Eredmények A 3. ábra az interpoláció és a SURFEX hatását mutatja a hőmérsékleti mezőn. A középső ábrán a hűvösebb Budai-hegység megjelenéséből is látható, hogy az interpoláció figyelembe veszi a finomabb felbontáshoz tartozó domborzatot. A SURFEX hőmérsékleti mezője (harmadik kép) még részletesebb, előtűnik a Duna vonala és jól megfigyelhető a hőmérsékleti többlet a város szívében. A referencia pontokban a SURFEX mindkét tízéves időszakban, a legtöbb hónapban felülbecsli a hőmérsékletet 2. A SURFEX integrálási tartománya Budapest határvonalával (piros vonal) és az OMSZ két referenciaként használt állomása (K Kitaibel Pál utca, P Pestszentlőrinc) 3. Tavaszi átlaghőmérséklet (ºC) az ALADIN-Climate-ban (10 és 1 km felbontáson bal és középső kép) és a SUR- FEX-ben (1 km felbontáson jobb kép) 4. A SURFEX eredményei és a megfigyelések (K Kitaibel Pál utca, P Pestszentlőrinc) közötti havi átlagos hőmérsékletkülönbség 5. Mért (obs) és modellezett (mod) városi hősziget-intezitás (ºC) ben és ben 7

8 Minta területek (4. ábra). A Kitaibel Pál utcában a november-januári időszak hőmérsékleti alábecsléseit leszámítva a lőrinci pontban tapasztaltnál jobb eredményeket ad a modell. A felülbecslés csökken re, ami talán a jobb felszínleírásnak köszönhető. A megfigyelések szerint mindkét periódusban az év egészében megfigyelhető a városi hősziget jelenség (legerősebben télen), a SURFEX esetén azonban általában a külvárosi pont melegebb a belvárosinál (a hőszigetintenzitás negatív; 5. ábra). Ez egyrészt azzal magyarázható, hogy az ECOC- LIMAP adatbázisban a két pont felszíntípusa megegyezik, így nem is várható a modellben a hősziget megjelenése. Másrészt a Kitaibel Pál utcai pontban a Budai-hegység hűtő hatása érvényesül az ALADIN-Climate által szolgáltatott kiindulási mezőkben ben egyáltalán nem látható hőtöbblet a belvárosi referencia pontban, míg ben a modell ugyan visszaadja télen a pozitív hősziget intenzitást a két pont között, de a nyári alábecslés erősödik. A különbség feltehetőleg az eltérő légköri kényszereknek köszönhető. Habár a két referenciapontban a modell nem az elvárásoknak megfelelően működik, a vizsgálatok kimutatták, hogy ha egy nagyobb területet tekin- 6. A modellezett hőmérséklet eltérése a pestszentlőrinci értéktől télen és nyáron ben. (A két piros pont a Kitaibel Pál utcai és pestszentlőrinci állomást jelöli.) tünk, a SURFEX jól megfogja a hősziget-intenzitás napi menetét. Eszerint napközben nincs hőtöbblet a város belső területein, de naplemente után megjelenik a hősziget (télen már 6, nyáron 9 UTC-kor; 6. ábra), melynek intenzitása 5-6 órával naplemente után a maximális. (Alapvetően ugyanez a következtetés vonható le az es időszakra is.) Összefoglalás Az OMSZ-nál a SURFEX modellt használjuk a városi felszín és a légkör közötti kölcsönhatás leírására. A modellel elsőként tesztkísérleteket végeztünk, melyek előzetes eredményeit foglaltuk össze a cikkben. Az elvégzett vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a SURFEX visszaadja a városi fő klimatológiai jellemvonásait, azaz a hőtöbbletet a város szívében és a hősziget napi menetét. Azonban néhány hibára is fény derült, például arra, hogy a referenciapontokban a SURFEX a legtöbb hónapban felülbecsli a hőmérsékletet, és a megfigyelésekkel ellentétben a külvárosi referencia pontot írja le melegebbnek. A modell viselkedésének tanulmányozására további vizsgálatokat tervezünk, melyek elvégzése után a fő célunk a jövőbeli éghajlatváltozás városokra gyakorolt hatásának feltérképezése a regionális klímamodell-projekciók eredményeinek dinamikus leskálázása révén. Irodalom Csima, G. and Horányi, A., 2008: Validation of the ALADIN-Climate regional climate model at the Hungarian Meteorological Service. Időjárás, 112, La Moigne, P., 2009: SURFEX Scientific Documentation; Note de centre (CNRM/GMME), Météo-France, Toulouse, France. Masson, V., 2000: A Physically-based Scheme for the Urban Energy Budget in Atmospheric Models. Bound.-Layer Meteor., 94, Masson V., J.-L. Champeaux, F. Chauvin, C. Meriguet and R. Lacaze, 2003: A global database of land surface parameters at 1km resolution in meteorological and climate models. J. Climate, 16, Uppala, S.M., Kallberg, P.W., Simmons, A.J., Andrae, U., da Costa Bechtold, V., Fiorino, M., Gibson, J.K., Haseler, J., Hernandez, A., Kelly, G.A., Li, X., Onogi, K., Saarinen, S., Sokka, N., Allan, R.P., Andersson, E., Arpe, K., Balmaseda, M.A., Beljaars, A.C.M., van de Berg, L., Bidlot, J., Bormann, N., Caires, S., Chevallier, F., Dethof, A., Dragosavac, M., Fisher, M., Fuentes, M., Hagemann, S., Hólm, E., Hoskins, B.J., Isaksen, L., Janssen, P.A.E.M., Jenne, R., McNally, A.P., Mahfouf, J.-F., Morcrette, J.-J., Rayner, N.A., Saunders, R.W., Simon, P., Sterl, A., Trenberth, K.E., Untch, A., Vasiljevic, D., Viterbo, P., and Woollen, J., 2005: The ERA-40 re-analysis. Quart. J. R. Meteorol. Soc. 131, Vértesi, Á. É., 2011: Modelling possibilities of the urban heat island effect in Budapest (in Hungarian), Master Thesis, ELTE, Budapest, Hungary. 8

9 Minta területek Minta területek Városi hősziget mértéke Stuttgartban Christine Ketterer és Andreas Matzarakis - Albert Ludwig Egyetem Freiburg Közismert, hogy szomszédos városi és vidéki területek meteorológiai paraméterei között térbeli és időbeli különbségek vannak, melyek létrejöttét a felszín struktúrája és a sugárzási fluxus határozza meg, amit a komplex városi rendszerek módosítanak. A lég- és felszíni hőmérséklet különbséggel jellemzett városi hősziget (UHI) az egyik legjelentősebb és világszerte tanulmányozott karakterisztika. Ebben a cikkben olyan humán biometeorológiai módszerekre fókuszálunk, melyeket a városlakók és az UHI kapcsolatának analíziséhez valamint a várostervezés támogatására használunk fel. Ezekkel a módszerekkel leírható az emberi hőérzékelés, melyet a léghőmérséklet, a szélsebesség, a páratartalom és a sugárzási fluxusok együttes hatásaként értelmezünk és termikus indexekkel jellemzünk. Az indexek laikusok számára is könnyen érthető és egyszerűen alkalmazhat számértékek. A Fiziológiailag Ekvivalens Hőmérsékletet (PET), más néven humán bioklíma indexet használják arra,hogy számszerűsítsék a meteorológiai paraméterek, a humán energiamérleg és a közérzet integrált hatását. A stuttgarti humán biometeorológiai feltételek PET szimulációjához olyan mikro-skálájú modellek használtunk, mint a RayMan (Matzarakis és mtsai. 2007) az ENVI-met 3.1 (Bruse Fleer és 1998) kombinálva a TIC-ENVI-met modellekkel (Ketterer Matzarakis és 2014). Az elemzés a Német Nemzeti Meteorológiai Szolgálat (DWD), és a stuttgarti önkormányzat adatai, továbbá egy regionális éghajlati modell (REMO) a A1B forgatókönyvén alapul. UHI mértékét Németország negyedik legnagyobb nagyvárosi régiójára Stuttgartra mutatjuk be. A város központja medencében fekszik, hegyek ölelik kö- rül (1. ábra). A városi lakosok kedvezőtlen időjárási körülmények esetén, jellemzően a 3 m/s kisebb, gyenge szélsebességű időjárási helyzetekben nemcsak erős hősziget jelenségtől, hanem jelentős légszennyezettségtől is szenvednek (1. ábra). 1. Stuttgart domborzata a különböző mérési helyek szél rózsáival (Ketterer und Matzarakis, 2014) 9

10 Minta területek A léghőmérsékleten és a PET karakterisztikákon alapuló számítások Rendszerint a városi hőszigetet a léghőmérséklet különböző időben meghatározatott értékeinek különbségével lehet leírni. A számítások alapja a több mint tíz évnyi ( ) óránkénti adatok frekvencia analízise, amelynek az előnye a nagy időbeli felbontás (2. ábra). Az éves átlagos (ill. maximális) UHI 2 (ill. 12) Celsius fok a város központjában. Az átlagos UHI PET értékei 3,3 oc, a maximum 20 oc. A havi maximális hősziget az antropogén hőtermelés következtében télen fordul elő a város központjában. Órás átlagokat alkalmazva azonban a maximális hősziget nyáron következik be. Megállapítható, hogy a léghőmérséklet különbségek éjszaka a legnagyobbak, ezzel szemben a PET-különbségek nappal a legmagasabbak. 2. A hősziget intenzitás előfordulási gyakorisága a négy városi mérőhelyen (lásd a cimkéket), és a vidéki helyszínen Echterdingenben között. A hőszigetet a léghőmérséklet Ta (fent) és a PET (alsó) felhasználásával analizáltuk Forró pontok elemzése tervezett rekonstrukciókhoz Egy másik lehetőség a valóságos tervezési projektek, rekonstrukciók vagy új építkezések kiválasztása. Stuttgart nyugati speciális részén jelenleg működik egy kórház, melyet a tervek szerint felújítanak, ezért megvizsgáltuk a területet. Különböző forgatókönyveket alkalmaztunk (pl. a jelenlegi elrendezés átalakítását lakó övezetre, parkra vagy egyéb funkcióra), ily módon különféle eredmények és információk állnak a tervezők és a hatóságok rendelkezésre. Egy átépítés alatt álló terület esetén a különböző szcenáriókat mikro modellek (pl. ENVI-met és a TIC-ENVImet kombinált) alkalmazásával tudjuk elemezni, ami lehetővé teszi a humán biometeorologia számszerűsítését extrém helyzetekben. A konkrét forgatókönyvek esetén a PET mintegy 10 oc-al alacsonyabbnak adódott fák alatt, mint a zöld, füves területen és 25 oc alacsonyabb, mint burkolt területek feletti (3. ábra). Ugyanakkor az átlagos különbség kb. 1 oc az ábrázolt vizsgált területen 1,5 m magasságban. 3. PET index ENVI-met szimulációi a vizsgált Olga-kórház területére (helyszín 1.ábra.) (baloldalon) és a park az ugyanazon a területen (jobboldalon) egy forró nyári nap délután kettőkor. 10

11 Minta területek Az épületmagasság, az utca és szélessége és tájolás szerepe Az említetteken túl a város elrendezésének és város bizonyos jellemzőinek, mint az utcák szélességének, épületek magasságának és az utcák tájolásának szélsőséges, hőhullámok idején jelentős szerepük van a mikroklíma módosításában, a komfort érzet kialakításában, valamint a hőterhelés csökkentésében. Stutt- gartban azt találtuk, hogy a hőterhelést csökkenteni lehet az utca kanyon ÉÉNY-DDK irányú tájolásával és legalább 1,5 méretaránnyal. Az ilyen kanyonhatás lehetővé teszi a benapozás télen és a kellemes termikus komfort körülményeket maximalizálja egész évre. Az éghajlatváltozás hatásának számszerűsítése A klímaváltozást illetően a XXI. század végére várható változások becslésére regionális klímamodellek adatait alkalmaztuk. A komplex városi környezetben az éghajlati elemekben bekövetkező változások többlet információkat szolgáltatnak a várostervezők és a hatóságok számára. A forró napok (Tmax 30 C) és nyári napok (Tmax 25 C) gyakorisága várhatóan 174%, illetve 140%-al növekszik a időszakban, és 280% ill. 157%-al a XXI. század végére. Másrészt a fagyos (Tmax 0 C-on) és jeges napok (Tmin 0 Con) száma a időszakra készült előrejelzések szerint 33%-ra csökken. A REMO A1B szcenárió szerint a Közép Európai idő (CET) szerint 14:00 órakor a hőstresszes napok száma (PET> 35 C)-on 6 nappal növekedni fog es átlaghoz viszonyítva a időszakra és 28 nappal a XXI. század végére. A B1 forgatókönyv adatai nem mutatnak növekedést a XXI. század közepéig, de a 4% (16 nap) növekedés jeleznek időszakra. A kora reggeli órákban (06:00 CET) az (extrém) hideg stresszes a napok száma szignifikánsan csökken, az A1B (B1) forgatókönyvek szerint 15 (10) napot ra és a 48 (29) napot ig. Ezzel szemben azon napok száma, amikor a PET> 29 C a közepes A1B forgatókönyv szerint XXI. század közepére (végére) 5 (15) nappal emelkedni fog. Ajánlások a humán biometeorológiai eredmények alapján A Stuttgart városi mintaprojekt eredményei alapján az alábbi következtetések és ajánlások tehetők. A domborzat hatására a hősziget főleg inverziós periódusokban megerősödik. Az erős besugárzás következtében az órás UHI csúcsértékek nyáron jelennek meg. Ugyanakkor az átlagos havi UHI a városközpontban az antropogén hő fluxus következtében télen a legnagyobb. A regionális éghajlati modellek becslései a hőstressz napok számának jelentős növekedését mutatják, ezért alapvető fontosságú az alkalmazkodási intézkedések végrehajtása. Az olyan alkalmazkodási intézkedések, mint a zöldterületek kialakítása du. 2-kor (területi átlagban) kb. 1oC csökkentené a PET értékét, (bizonyos helyen) 25 oc-al. Az ÉÉNY-DDK tájolású utca kanyonok 1,5 (utcaszélesség és épületmagasság) arány esetén optimális hőkomfort körülményeket biztosítanak egész évben. Az eredményeket egyszerű és közérthető módon kellene bemutatni és nem korlátozni csak a forró foltok elemzésére. Az eredményeket hosszú adatsorokra kell alapozni, figyelembe véve a városklíma számszerű hatását az emberi szervezetre. Irodalom Bruse, M; Fleer, H (1998): Simulating surface-plant-air interactions inside urban environments with a three dimensional numerical model. The challenge of awareness in developing societies. Environmental Modelling & Software 13 (3-4), S Ketterer, C; Matzarakis, A (2014): Human-biometeorological assessment of heat stress reduction by replanning measures in Stuttgart, Germany. Landscape and Urban Planning 122, S Ketterer, C; Matzarakis, A (2014): Human-biometeorological assessment of the urban heat island in a city with complex topography - The case of Stuttgart, Germany. Urban Climate (2014). DOI: /j.landurbplan Matzarakis, A; Rutz, F; Mayer, H (2007): Modelling radiation fluxes in simple and complex environments-application of the RayMan model. International Journal of Biometeorology 51 (4), S

12 Találkozók Találkozók A Nemzetközi Tudományos Testület 5. és az Irányító Bizottság 6. találkozója Velence, október október között rendezték meg Velencében a Grandi Stazioni Palac-ban az UHI projekt Nemzetközi Tudományos Testületének 5. és az Irányító Bizottság 6. találkozóját. A két napos rendezvényt Veneto Régió Területi és Stratégiai Tervhivatala rendezte azon alkalomból, hogy a pályázat nyolc minta területét, a lehetséges adaptációs és mitigációs stratégiákat, a Döntést Támogató Rendszert, a városi fenntartható újratervezést, a városi növekedést korlátozó intézkedéseket, a bioklimatikus viszonyokat, valamint a városi egészségügy helyzetét értékeljék. Minta területenként bemutatták és megtárgyalták a célokat és a részletes munkaterveket, valamint kétoldalú megbeszéléseket folytattak a vezetőpartnerrel az elkövetkezendő időszak feladatairól. A harmadik alkalommal megrendezett Geo-Oikos kiállítás Verona, október 9- október 11 A harmadik alkalommal megrendezett Geo-Oikos kiállítást Veneto Régió szervezte meg Veronában október 9 és 11 között. A Geo Oikos széles körben kívánja támogatni a Veneto Régió város tervezési és megvalósítási tevékenységét, a terület használati és energia takarékossági rendszereket, azon célból, hogy a kutatók és a lakosság egyaránt tudatosan használja a városok bioklimatikus komfortjának előrejelzési módszerét. Veneto Régió, mint UHI projekt partner egy workshopot szervezett a GEO Oikos keretében, amelyet a városi hősziget hatások ismertetésének szenteltek. Az olasz projekt partnerek csatlakoztak az eseményhez és bemutatták az UHI projektet különös figyelmet szentelve a Padova és Modena régiójában létrehozott mintaterület vizsgálatainak. 12

13 NFG Nemzetközi Fókusz Csoportok A Nemzetközi Fókusz Csoportokat azért hozták létre, hogy alkalmat teremtsenek az olyan vitára, amelyek a városi hőszigettel kapcsolatos nagyon hangzatos meghatározások és a valóság közötti különbséget képes áthidalni. A vitához szükséges, hogy egy közös és érthető nyelvet beszéljünk, de három év küzdelem után, meg vagyok róla győződve, hogy ez nem az UHI projekt ügye. Klimatológusok, várostervezők, mérnökök és járvány szakértők nem beszélik ugyanazt a nyelvet. Az nem angol, olasz, német vagy magyar nyelvi probléma, hanem klimatológiai és város tervezési és így tovább. A három éves NFG tevékenység fő koncepciója az volt, hogy közös területet hozzanak létre a multidiszciplináris UHI probléma megvitatására. És mi történt? Az első találkozó Stuttgartban volt szeptemberében, ahol megalakult a négy Fókusz Csoport (lsd: Hírlevél 1.) Itt a játék szabályok rögzítésével és a szerepek kiosztásával foglakoztunk, ez volt az út kezdete (göröngyös út volt!). Négy különböző városi hősziget vizsgálati aspektust vázoltunk föl. Budapesten februárjában a hiányosságokra fókuszáltunk, a vitákat néhány jellegzetes ellentét köré csoportosítottuk, és próbáltuk áthidalnia azt az űrt, amely a különböző nézőpontok között tátongott. A harmadik alkalommal, Varsóban októberében csúcsosodott ki a vita. Varsóban a csatamezőn párosával csaptak össze: I. Város tervezők (TFG1) és járványügyi szakemberek (TFG3) vitáztak a számok és adatok definicióján, hogy közérthető módon jellemezzék számokkal az UHI jelenséget. II. meteorológusok (TFG 4) és kommunikációs szakemberek (TFG2) vitája. Létezik-e olyan modell vagy eszköz, amely hatékony hatékonyan segíti a kommunikációt a tudósok és a polgárok között? A TGF tagjainak reakciói Varsóban elég elkedvetlenítő volt. De az eredmények azt bizonyították, hogy a közös megközelítések és jó példák áthidalhatják az űrt. A negyedik esemény -mi van a külvárosokban? A prágai találkozón áprilisában a projekt szakértői találkoztak és vitáztak a mintaterületek helyi sajátosságairól. A folytatásos regény 4. szakaszában megszületett a megoldás! októbrében Velencében lezártuk a vitát. Minden egyes TFG-nek két-két megállapítást kellett tennie, hogy megnyugtató és kreatív megoldások szülessenek. A találkozót csoport munka követte, amelynek az volt a célja, hogy a megfogalmazott két szabály egy helyi és egy európai szintű UHI problémát fogalmazzon meg. Először spontán pánik reakciót tapasztaltunk a tagokban. És az eredmények?.. Természetesen a következő Hírlevélben olvashatja!tter! NFG, Velence, október Amennyiben érdekli Önt ezen csoportok munkája, vagy álláspontját, véleményét, benyomását szeretné kifejezni a tárgyalt témákkal kapcsolatban, írjon az UHI TFG vezetőinek (Vezető partner ARPA): Davide Fava d.fava@democentersipe.it 13

14 Partners Partners Regional Agency for Environment Protection in Emilia-Romagna Emilia Romagna Region. General Directorate Territorial and negotiated planning, agreements Veneto Region - Territorial and Strategic Planning Department CORILA. Consortium for Coordination of Research Activities Concerning the Venice Lagoon System Karlsruhe Institute of Technology Municipality of Stuttgart Meteorological Institute - University of Freiburg Institute of Geography and Spatial Organization, Polish Academy Of Sciences Nofer Institute of Occupational Health Vienna University of Technology - Department of Building Physics and Building Ecology Municipal Department 22 - Environmental Protection Departement in Vienna (MA 22) environment/protection Hungarian Meteorological Service Charles University in Prague, Faculty of Mathematics and Physics City Development Authority of Prague Czech Hydrometeorological Institute Scientific Research Centre of the Slovenian Academy of Sciences and Arts Municipality of Ljubljana 1.sz. UHI Projekt Hírlevél Október 1. Ro- Szerkesztőség: Matteo Morgantin, Enrico Rinaldi, CORILA - NL Illetékes Partner. Salvatore Puglisi, Emilia magna régióban. A Vezető Partner Chiara Pederzini, Democenter Sipe és Chiara Licata, Euris S.r.l. További információért látogasson el a UHI honlapján: A projekt végrehajtása a CENTRAL EUROPE program által társfinanszírozott az ERFA ( 14