G319E Városklimatológia előadás A városklíma (1) Unger János unger@geo.u @geo.u-szeged.hu www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan 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 www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan szeged.hu/eghajlattan/ link OKTATÁS Vizsgák: elővizsga: máj. 13. majd a vizsgaidőszakban 1
Ajánlott irodalom: Unger J. - Sümeghy Z., 2002: Környezeti klimatológia. SZTE TTK jegyzet, JATEPress,, Szeged. UJ Letölthető kiegészítő tananyag: www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan szeged.hu/eghajlattan/ Oktatók: Dr. Unger János egyetemi docens Dr. Sümeghy Zoltán egyetemi adjunktus 62-544 544-857 62-544 544-000/3172 unger@geo.u-szeged.hu sumeghy@geo.u-szeged.hu szeged.hu Gulyás Ágnes egyetemi t.segéd Gál Tamás PhD hallgató 62-544 544-000/3050 62-544 544-000/3172 agulyas@geo.u-szeged.hu szeged.hu tgal@geo.u-szeged.hu www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan szeged.hu/eghajlattan Kántor Noémi PhD hallgató 62-544 544-000/3050 kantor.noemi@geo.u-szeged.hu 1. Az urbanizáció időbeli folyamata Város Mai ország Kialakulása kb. Jerikó Palesztina-Izrael i.e. 5000 Ur Irak i.e. 5. évezred Susa Irán i.e. 4000 Hierakonpolisz Egyiptom i.e. 4000 Nippur Irak i.e. 4. évezred eleje Trója Törökország i.e. 4. évezred Mohendzsodáró Pakisztán i.e. 3000 Memphisz Egyiptom i.e. 2850 Anjang Kína i.e. 2000 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
* 16. sz. világ 10 legnagyobb városa közül 5 Kínában * 17-18. 18. 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
legerőteljesebb urbanizáció a harmadik világban Nagyváros 1992 2010 2010-1992 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 1,0 2009 11,4 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: 1800 2,4 % 1900 13,6 % 1950 29,0 % 4
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 2000 2006 2005 2006 2005 2000 2001 2000 2006 2006 2006 2006 2006 2006 A városokban v élő lakosság aránya néhány n ny országban Régiók 1950 1985 2000 (%) (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 (1950-2000) 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
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
felszíngeometria légszennyezés lepel Fotokémiai füstköd Denverben és s Mexikóvárosban 7
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
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 2-3002 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) 1000 750 500 250 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) 2 400 300 200 100 0 0 0 1 5 10 15 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. 2009.01.!?) A légszennyezettsl gszennyezettség g (SO 2 és s füst) f mértékének és s a haláloz lozások számának alakulása Londonban (1952. dec.) 9
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 2 300-1000 CO 1-200 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
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 ) -2 1000 800 600 400 200 0-200 -400 00 Q* Q E Q H Q G 04 08 12 16 20 IDŐ (h) 24 11
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 (%) 20 15 10 5 0 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, 1965. nov. 1967. 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 (1969-1973) 1973) és városiasodott (1999-2003) időszak szakában, és s a két k t időszak %-os eltérésének nek menete 12
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 288 763-306 813 - Q* tényezt nyezői és s a Q F (Wm - 2 ) a K 42 120-80 159 - városban és s környk rnyékén n nyáron L* -61-100 -98-61 -67-67 különböző időpontokban Q* 184 543-98 165 587-67 (Cincinnati, Ohio) Q F 36 29 26 - - - 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
Város Időszak Q* (Wm -2 ) Q F (Wm -2 ) Lakósűrűség (fő/km 2 ) Energiafelhasználás (MJx10 3 /fő) Vizsgált időszak Fairbanks (64ºÉ) év 18 6 550 314 1967-75 Reykjavik (64ºÉ) év 90 35 2.680 1.100 1992 Sheffield (53ºÉ) év 56 19 10.420 58 1952 Moszkva (56ºÉ) év 42 127 7.300 530 1970 Ny-Berlin (52ºÉ) év 57 21 9.830 67 1967 Chorzów (50ºÉ) év 82 1965 Vancouver (49ºÉ) év 57 19 5.360 112 1970 Budapest (47ºÉ) év 46 43 11.500 118 1970 nyár 100 32 tél -8 51 Montreal (45ºÉ) év 52 99 14.102 221 1961 nyár 92 57 tél 13 153 Manhattan (40ºÉ) év 93 159 28.810 169 1967 nyár 53 tél 265 Oszaka (35ºÉ) év 26 14.600 55 1970-74 Los Angeles (34ºÉ) év 108 21 2.000 331 1965-70 Hong Kong (22ºÉ) év ~110 4 37.200 34 1971 Szingapúr (1ºÉ) év ~110 3 3.700 25 1972 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
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
FAJLAGOS TELJESÍTMÉNY (Wm ) -2 1000 Az 800 600 400 200 0-200 -400 00 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 04 08 12 16 20 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
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
Q E csökken Q H nő levegőt melegíti (a városban) ΔQ S nő Külterület Külváros Belváros K 800 776 760 K 160 116 106 K* 640 660 654 L 350 357 365 L 455 478 503 L* -105-121 -138 Q* 535 539 516 Q F 0 15 30 Q H 150 216 240 Q E 305 216 158 ΔQ S 80 122 148 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
F és I áramlások közvetlenül emberi döntések szabályozzák összhangban az emberi tevékenységek napi és évszakos ritmusával VÍZFELHASZNÁLÁS (m /nap/fő) 3 12 10 8 6 4 2 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
intenzív esőzés? áradás? lefolyás mértéke ~ vízát./vízátnem. tnem. VÍZHOZAM Melbourne, 1972. 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 ) 2 3-1 50,0 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 ) 04 08 12 16 20 IDŐ, 1963. 01. 30. (h) 24 20