Makra László Környezeti klimatológia II.
Városok éghajlata
Alapismeretek
A 19. század óta a városok erőteljesen növekednek, különösen a 20. században. A viszonylag kis területen lévő sok épület módosítja a különböző éghajlati elemeket, mint pl. a levegő hőmérsékletét, vagy a szélsebességet és a szélirányt. Azonban számos természeti tényező befolyásolja a város éghajlatát, mint pl. a földrajzi szélesség, a domborzat, a földhasználat és a vízfelszín előfordulása. Az emberi tevékenységnek is van hatása a városklímára főleg az iparnak és a közlekedésnek. Mindkettő városi területekre összpontosul és mindkettő nagy légszennyezéssel jár. A légszennyezésnek káros hatása van a természetes környezetre, gazdaságra és az emberi egészségre. A hatások közé soroljuk pl. a szmogot és a savas esőket. Földünk számos területét veszélyezteti a légszennyezés, ilyen pl. az ún. Fekete Háromszög, mely Lengyelország, Németország és Csehország hármas határvidékén található.
1. Fejezet: Antropogén eredetű légszennyezés Mi a légszennyezés? Az antropogén légszennyezés okai A légszennyezettség káros hatásai Légszennyezettséggel veszélyeztetett területek 2. Fejezet: Városklíma A városklímát befolyásoló tényezők A városi hősziget Helyi légkörzés 3. Fejezet: A savas eső Mi a savas eső? A savas esők hatásai a természetes környezetre Savas esők által veszélyeztetett területek
1. fejezet: Antropogén eredetű légszennyezés Az antropogén eredetű légszennyezés súlyos probléma a városi területeken. Megváltoztatja a városklímát és károsítja a természetes környezetet, a gazdaságot és az emberi egészséget. A kiterjedt ipari és szállítási tevékenység jelentős mértékben járul hozzá a városi levegő szennyeződéséhez. Jellemzői: a szmog, illetve a magas porés koromtartalom. Ipari katasztrófák és az ipari infrastruktúra üzemzavarai váratlanul hatalmas mennyiségű szennyezőanyagot juttathatnak a légkörbe, ami a természetes környezet állandósult leépüléséhez vezet. Ezek az emberi egészségre is nagyon veszélyesek. A légszennyezés nemzetközi probléma. Jellemző példa rá az ún. Fekete Háromszög", ami a Német, a Lengyel, és a Cseh Köztársaság határainak találkozásánál terül el, s ahol hatalmas mennyiségű barnaszenet termelnek ki.
Mi a légszennyezés? Gázok, szilárd részecskék és aeroszolok, melyek megváltoztatják a légkör természetes összetételét. Ezek az anyagok károsak lehetnek az emberi egészségre, az élő szervezetekre, a talajra, a vízre, s a környezet más részeit is károsíthatják.
A tiszta levegő a természetben előforduló anyagokból áll. Oxigén és nitrogén alkotja a száraz levegő 99 %-át, a fennmaradó 1 % argont, szén-dioxidot, héliumot és más nyomgázokat tartalmaz. Továbbá a levegő tartalmazhat még pl. vízgőzt, melynek koncentrációja a 4 térfogatszázalékot is elérheti. A tiszta levegő nem tartalmaz káros mennyiségben vegyi anyagokat, vagy káros anyagokat, amelyeknek negatív hatásai vannak az élő szervezetekre. Tiszta levegő és a növények. Kis növények élnek a fatörzsön (zuzmók), melyek nagyon érzékenyek a levegőszennyezésre, és csak tiszta levegőben tudnak élni. Néhány gáz, ami a tiszta levegő természetes összetevője, pl. a szén-dioxid, veszélyessé válhat, ha keverési aránya az átlagosnál sokkal magasabb. A levegő összetételéről többet az Alsó légkör: Összetevők c. részben olvashatunk.
A légszennyezés két fő forrásból származhat. Természetes forrás: Természetes légszennyezés. Füst a Sakura-jima vulkánból, Japán Vulkánok, erdőtüzek, óceánok eredetű tengeri sók, kozmikus por, növényi pollenek, továbbá mocsarak és nedves, vizes területek, valamint más olyan források, amelyek az emberi tevékenységtől függetlenek. Ezek a források az embertől függetlenül is léteztek.
Antropogén forrás: Ipari tevékenység (pl. szénhidrogén alapú erőművek), bányászat, autók, kamionok emissziója, mezőgazdaság, hulladéklerakók. Gyakran nehéz a légkörnek ezekhez a többletszennyezésekhez alkalmazkodnia, s ennek következtében magas koncentrációk jelentkezhetnek regionális vagy lokális skálán. Antropogén légszennyezés. Füst egy gyárkéményből.
Városi közlekedés. A közlekedés számos globális és regionális szennyezőanyagot termel. A légszennyező gázok elsősorban fosszilis üzemanyagok elégetéséből származnak. Globális skálán a gáznemű légszennyezők a szén-dioxid (CO 2 ), a metán (CH 4 ) és a dinitrogén-oxid (N 2 O). Ezeket üvegházgázoknak is nevezzük, mert ezek felelősek a globális melegedésért, mely természetes okokra és az antropogén tevékenységre egyaránt visszavezethető. Regionális és lokális skálán a gáznemű légszennyezők a nitrogén-oxidok (NO x ), a kén-dioxid (SO 2 ), a szén-monoxid (CO) és a szénhidrogének széles skálája (illékony szerves vegyületek, röviden VOC-ok). Mindegyikük a szerves üzemanyagok égése során kerül kibocsátásra. Azonban a VOC-k elsősorban természetes forrásból kerülnek a légkörbe. Ha ezen gázok közül kettő vagy több légköri koncentrációja egyidejűleg magas, az környezeti és egészségi problémákhoz vezethet. Az említett gázok elsődleges légszennyezők, mert a földfelszínről közvetlenül kerülnek a légkörbe.
A regionális gázok kémiai reakcióba is léphetnek a napsugárzás, a magas hőmérséklet és néha a légnedvesség révén, így létrehozva a másodlagos légszennyezést, a fotokémiai szmogot. A szmog igen gyakori Földünk legtöbb nagyvárosában. A fő összetevője az ózon (O3), mely nagy koncentrációban légzési problémákat és szemgyulladást okozhat. Míg a sztratoszférában az O 3 kívánatos, mivel elnyeli a Napból érkező káros UV sugárzást, addig a városi levegőben az O 3 veszélyes. A szennyezők másik típusa a részecskék, amelyek széles mérettartományban megtalálhatók a légkörben. A legkisebb mérettartományúak a nagyon finom részecskék, vagy aeroszolok. Ezek jelentik a legnagyobb veszélyt az emberi egészségre. A részecskék ugyanazokból a forrásokból kerülnek ki, mint a gázok, és ezek is kialakulhatnak kémiai úton a légkörben. Télen számos városban, különösen a szegény országokban, a fűtésre az emberek fát használnak. A fa égésekor a levegőbe kerülő részecskék barna homályt okozhatnak a terület fölött. A nagyobb részecskék gátolhatják a növények a növekedését, mivel kiülepednek a leveleken. Erdőtüzek. Az erdőtüzek számos részecskét és gázt juttatnak a légkörbe.
Kétszáz évvel ezelőtt a légszennyezés főként természetes forrásból származott. Azonban az 1850 utáni gyors fejlődés a szénből és olajból hozzáférhető energián alapult, ami több új antropogén szennyezőanyag-forrást teremtett. A levegőszennyezés a világ sok részén az egyik legfőbb környezeti kérdés. Ha nem leszünk óvatosabbak, és nem készítünk megfelelő ellenőrzést és irányítást, a légszennyezettség tovább súlyosbodik. A természetes levegőszennyezést felbonthatjuk: - szervetlen szennyezők, pl.: vulkáni kitörésekből származó gáz, hamu, tengerből származó és szél által szállított sórészecskék, szélviharban a levegőbe kerülő por, zivatarok idején a villámláskor keletkező gázok és az űrből származó kozmikus por. - szerves szennyezők, a növényi tüzekből származó füst és por, kicsi növényi részek (pl. pollenek, gombák), élő szervezetek (pl. baktériumok) és az ún. phytoncidek pl. virágok és fák által kibocsátott illékony részecskék, növények által előállított szerves anyagok keveréke, pl. terpének és aromás olajok.
Az antropogén levegőszennyezést is két csoportra lehet osztani, a kibocsátás jellemzői alapján: - ellenőrzött kibocsátás, ami megalapozott szabályok szerint zajlódik, szakképzett személyzet felügyelete alatt, - véletlen kibocsátás, ami öreg épületek bontásakor, kőbányában kitermeléskor, ipari katasztrófák során keletkezik a hiányos ipari felszerelés miatt. Követve a szennyezőanyag megváltozás kritériumát a légkörben, a légszennyezést két csoportra oszthatjuk: - elsődleges szennyezés, mely a légkörbe közvetlenül kibocsátott káros anyagokat tartalmaz. - másodlagos szennyezés, mely olyan anyagokat tartalmaz, amik a légkörbe való kibocsátás után, vagy a levegővel való kémiai reakciót követően válnak károssá. A következő ábra összefoglalja a különböző légszennyezés osztályozások kritériumait. A színek a szövegben megfelelnek az ábrán használt színeknek.
A légszennyezés osztályozása. Az ábrán használt színek megegyeznek a szövegben levőkkel, ahol magyarázatra kerülnek.
Kandalló A kandallók voltak az első beltéri antropogén légszennyező források. Az eddig említett mindenféle levegőszennyezést szabadtéri légszennyezésnek nevezzük, de az emberek néha beltéri légszennyezést is okoznak. A lakásokon és más épületeken belüli levegő gyakran szennyezettebb, mint kültéri levegő a legnagyobb és legiparosodottabb városokban. Ilyen beltéri légszennyezést okozhatnak a kandallók, a kályha és a fűtés, ha nem jól működik, továbbá olyan gázok [pl. a szén-monoxid (CO)], melyek ahelyett, hogy a kéményen keresztül elhagynák a lakást, a szobába kerülnek. Ez egy komoly probléma, főleg a szegény országokban, ahol az életkörülmények és a házak felszereltsége nagyon alacsony.
Más beltéri légszennyező forrás pl. a dohánytermékek, a háztartási vegytisztítók, s a testápolási cikkek. A nem megfelelő légcsere növelheti a beltéri légszennyezést, ha nem jön be elegendő szabad levegő, hogy a benti emissziók felhíguljanak, s ha a beltéri szennyezők nem hagyják el a zárt teret. A magas hőmérséklet és légnedvesség növelheti néhány szennyezőanyag koncentrációját. A városlakók idejük kb. 90 %-át zárt térben töltik. Így sok embernél a beltéri levegőszennyezettségnek való kitettség egészségi kockázata nagyobb, mint a szabadban. Beltéri szennyezés A cigaretta, a pipa, a szivar több, mint 4000 összetevőt tartalmaz, melyek közül több mint 40-ről tudott, hogy az embernél, állatoknál rákot okoz, míg számos közülük erős ingerlő hatású.
Az antropogén légszennyezés okai A legtöbb antropogén légszennyező anyag a fosszilis üzemanyagoknak az erőművekben, az ipari tevékenységek során, illetve a közlekedés révén történő elégetése miatt kerül be a légkörbe. Viszont a fejlődő országok városaiban a szállítás a fő szennyező.
Antropogén légszennyezés forrásai Az alapvető folyamat, melynek során az antropogén szennyező anyagok a légkörbe kerülnek, nem más, mint a fosszilis üzemanyagok erőművekben történő, továbbá egyedi és távfűtés révén, valamint a gépjármű közlekedésben való elégetése. Szennyezőanyagokat bocsát ki az ipar és a mezőgazdaság is. Kandalló. A kandallók voltak az első antropogén légszennyező források. Az emberi civilizáció kezdetén csak a kandallókból származó füst volt az antropogén légszennyező forrás. Viszont a probléma fontossága fokozatosan növekedett. Már 1273-ban I. Edward, Anglia királya betiltotta a szén használatát Londonban, mert hatalmas légszennyezést okozott.
A 20 században az ipar és a szolgáltatások dinamikus fejlődése számos intézményt és gyárat hozott létre a városi és ipari területeken. Ennek velejárója volt a lakosság, az autók, s az épületek számának jelentős növekedése, melyek szintén oda összpontosultak. Különösen fontos a városokban a járműforgalom, ahol az utcák, utak sűrűsége sokkal nagyobb, mint a nem városi területeken. Számos fejlett ország városaiban a közlekedés a legfontosabb légszennyező forrás. Intenzíven városiasodott környezet. Sűrűn emelt épületek, különböző intézmények és gyárak a városi és ipari területeken a magas légszennyezés fő okai között szerepelnek. Az összes, előbb említett paraméter rontja a városi életfeltételeket. Sőt, a városi légszennyezés hozzájárul a fokozódó üvegházhatáshoz és a globális felmelegedéshez.
Emisszió és immisszió Emisszió és immisszió A városi területeken számos légszennyező forrás (= kibocsátó) található, azonban szennyezőanyag kibocsátás másutt is történik. A káros gázok és aeroszolok a szél által messzire elkerülhetnek az emisszió forrásától. Ennek következtében, amikor a városi levegőminőséget mérjük, pl. egy adott anyag levegőbeli koncentrációját, figyelembe kell vegyük, hogy ez az immisszió eredménye, ami azt jelenti, hogy azok az anyagok, amelyeket adott helyen mérünk, lehet, hogy különböző forrásokból és helyszínekről származnak.
Egységek Amíg az emissziót általában nagy mennyiségként szokták megadni (pl. ezer tonna / év), s szétosztják terület és forrás szerint, az immissziót azaz a levegőben mért koncentrációt sokkal kisebb egységekben adják meg (pl. µg m -3 ). Beszélhetünk az egész Földre vonatkozó koncentrációról [pl. a szén-dioxid (CO 2 ) esetében], vagy egy adott helyre és időre vonatkozó értékről (mint pl. a kén-dioxid értéke 1952 decemberében Londonban). A levegőben a globális mennyiséget (keverési arányt) általában ppm (egy a millióból), vagy ppb (egy a milliárdból) mennyiségekkel fejezik ki. [Keverési arány: lásd: Felső légkör rész; Alapismeretek, A sztratoszféra megismerése, Összetétel]. A széndioxid (CO 2, ppm) és a metán (CH 4, ppb) keverési arányának változása a légkörben, 1980 2000.
Antropogén emisszió Ahogyan a Mi a légszennyezés? c. részben magyaráztuk, egyes kibocsátásoknak globális hatása van az éghajlatra, míg másoknak csak helyi. Az emberi tevékenység következtében magas légszennyezettségű területek: az USA és Kanada keleti partvidéke, Európa, Dél- és Délkelet-Ázsia, valamint Délkelet-Ausztrália, melyek nagy légszennyező-anyag kibocsátóként is ismertek. A kén-dioxid (SO 2 ) és a nitrogén-oxidok (NO x ) kibocsátásával és a savas esőkkel részben foglalkozunk. Más, nagy mennyiségben kibocsátott szennyezőanyagok, melyek jelentős szerepet játszanak az éghajlati rendszerben a szén-dioxid (CO 2 ), az illékony szerves vegyületek (VOC-k) és néhány VOC (pl. a metán (CH 4 ) és a CFC-k) üvegházgázok. A VOC-k kibocsátását Az ipar hatásai a légszennyezésben c. fejezetben tárgyaljuk. A következő táblázat és a grafikon a kibocsátott légszennyező anyagok emisszióját mutatja adott országokban. Az emisszió sokat változik, különböző okok miatt, az alábbiakban példaként a CO 2 -t említjük.
Ország SO x NO x CO 2 Por Anglia 2 028 2 060 539 344 213 Magyarország 657 197 58 498 136 Németország 1 468 1 803 834 379 316 Franciaország 989 1 691 344 666 211 Lengyelország 2 368 1 154 348 260 1 282 Dél Korea 1 500 1 258 424 119 423 Japán 903 1 409 1 164 518 - USA 18 481 21 394 5 444 794 3 393 Ausztrália 1 842 2 166 316 704 38 Néhány ország emissziói, 10 3 tonna Légszennyező emissziók, 1997 CO 2 emissziók, 1997 Légszennyező emissziók, USA, 1997 Néhány ország ermissziói, 10 3 tonna
Példa: Globális hatású kibocsátás: szén-dioxid (CO 2 ) A CO 2 kibocsátásnak globális hatása van az éghajlatunkra, mint ahogyan az Üvegházgázok c. részben láthatjuk. Nézzük meg kik a Földön a legnagyobb CO 2 kibocsátók. Az Energy Information Administration szerint 2001-ben a globálisan kibocsátott CO 2 6567,82 millió tonna szénnek felelt meg. A szénnel megegyező -t (vagy a szén-egyenértéket) úgy határozhatjuk meg, hogy a széndioxid keverési arányát megszorozzuk a szén-dioxid széntartalmával (vagyis, 12/44-el). CO 2 emisszió kontinensenként, 2001
Kontinensenkénti emisszió Amint a következő ábra is mutatja, Ázsia, Ausztrália és Óceánia a világ CO 2 mennyiségének egyharmadát bocsátja ki, Észak-Amerika további 28 %-ot. Ez a két régió a globális kibocsátás majdnem 60 %-át adja. Jóllehet a két régió majdnem ugyanannyi mennyiségű szén-dioxidot bocsát ki évente, azonban ennek az oka különböző. Kb. 4 milliárd ember él Ázsiában, Ausztráliában és Óceániában, ami a világ népességének 57 %-a, ugyanakkor a Föld népességének mindössze 5 %-a (kb. 350 millió ember) él Észak-Amerikában. Amíg Ázsia, Óceánia és Ausztrália esetében a jelentős szén-dioxid kibocsátás oka az ott élő emberek magas száma, addig Észak- Amerikában az ok a különböző formában meglévő igen magas energiafogyasztás.
Az adott földrészen a legtöbb szén-dioxidot kibocsátó országok, illetve térségek, 2001 Emissziók kontinensenként Az ábrán láthatjuk, hogy az egyes kontinenseken mely ország, vagy térség bocsátja ki a legtöbb CO 2 -t. Pl. az USA 46 %-a azt jelenti, hogy az észak-amerikai kibocsátás 46 %-a az USA-ból származik. Összesen a világ népességének 33 %-a él az említett a hét országban, de a világ szén-dioxid kibocsátásának 51 %-t adják (ami 3352 millió tonna szénnek felel meg). Viszont az országonkénti egy főre jutó kibocsátás igen különböző (lásd: az ezt követő második ábra (Az egyes országok személyenkénti emissziója).
Emissziók országonként Az ábra azon országokat mutatja, melyek a legtöbb CO 2 - ot bocsátják ki. Pl. az USA 23,2 %-a azt jelenti, hogy a Föld összes emissziójának 23,2 %-át ez az egyetlen ország adja. Amint láthatjuk, az előző ábráról feltűnik ismét néhány ország, viszont néhány nem. Azon országok, melyeknek a legnagyobb a részesedésük (%) a Föld szén-dioxid kibocsátásából, 1999 Az USA, Kína és Oroszország együtt a az összes emisszió több, mint 42 %- át adja, bár a Föld népességének csak 27 %-a él ezen országokban. A hét legnagyobb kibocsátó között nincsen ország a déli féltekéről; három közülük Európában van, három Ázsiában és egy Észak-Amerikában (megjegyezzük, hogy Oroszország Európához és Ázsiához is tartozik, de általában az európai országokhoz számítjuk).
Az egy főre jutó kibocsátás Egyes országok emissziói személyenként Az ábrán azt láthatjuk, hogy a kiválasztott országok mennyi CO 2 -ot bocsátanak ki évente személyenként, pl. az USAban az emisszió 19,7 tonna / év egy amerikai polgárra, míg Indiában mindössze 1,1 tonna / év / fő. Ilyen hatalmas eltérést okoz a gazdaság eltérő fejlettsége. A kellemesebb élet (mint pl. az autóhasználat, a légkondicionáló, a különböző otthoni elektromos eszközök, stb.) több energiát igényel, és a nagyobb CO 2 kibocsátás a nagyobb energiafelhasználásnak köszönhető.
Az egyes szektorok antropogén emissziói Az antropogén légszennyezés számos forrásból származik. Általában egy forrás többféle szennyezőanyagot is kibocsát. De azt is láthatjuk, hogy egyes emberi tevékenységek, mint pl. a szállítás, bizonyos szennyezések mértékét alapvetően meghatározzák. Az UNECE / EMEP-től (az Egyesült Nemzetek Európai Gazdasági Bizottságának Együttműködési Programja az Európai szennyezőanyagok hosszú távú szállításának monitoringjára és értékelésére) származó adatok megmutatják, hogy a gazdaság melyik szektora (azaz milyen emberi tevékenység) volt elsősorban felelős a szén-monoxid (CO), a nitrogén-oxidok (NO x ) és a kéndioxid (SO 2 ) kibocsátásért Európában, 2001-ben. A kibocsátás kifejezhető Gg SI mértékegységben: 1 Gg = 1000 tonna.
A szén-monoxid (CO) Európában, 2001-ben 30 679 Gg CO-ot bocsátottak ki. A légköri antropogén CO kibocsátás fő forrása a közlekedés volt (60 %), az ipar pedig 36 %-ban járult hozzá a teljes kibocsátáshoz. Ugyanakkor a mezőgazdaság és a hulladékkezelés szerepe esetleges volt. (CO kibocsátás: lásd még: Alsó Légkör" (Alapismeretek, Üvegházhatás, Tűz) c. fejezet.) Az egyes szektorok CO kibocsátása Európában, 2001. Látható, hogy a hulladékkezelés és -elhelyezés csak a 3, míg a mezőgazdaság csak 1 %-kal részesül a teljes kibocsátásból.
Nitrogén-oxidok (NO x ) A szállítás NO x forrás is egyben, ami a teljes kibocsátás 63 %- áért felel, ami 10 056 Gg-nak felelt meg 2001-ben. Az ipar részesedése a teljes kibocsátásból 35 %. A hulladékkezelés és a mezőgazdaság szerepe minimális az NO x emisszióban. Az egyes szektorok NO x kibocsátása, 2001-ben Európában
Kén-oxidok (SO x ) A CO és az NO x emisszióktól eltérően, a fő SO x kibocsátó az ipar volt 2001-ben. A teljes kibocsátás (5 949 Gg) 93 %-a innen került ki. Az összes többi szektor adta a maradék 7 %-ot. (SO 2 és NO x kibocsátás: lásd még: Savas esők" c. fejezet.) Az egyes szektorok SO x kibocsátása, Európa, 2001
Kibocsátások a városban Városi közlekedés. Számos városban a közlekedés a légszennyezés fő forrása. A fő források és a fő szennyezők városonként különbözhetnek. Függ attól, hogy milyen ipar települt az adott városba, milyen intenzív a közlekedés, milyen fűtést használnak, stb. A városokban a légszennyezést alacsony források (pl. a házak egyedi fűtése), magas források (pl. magas gyárkémények) és mobil források (autók, buszok) juttatják a légkörbe.
Pl. Krakkó egy közepes méretű lengyel város az ország déli részén 800 000 lakossal, fejlett nehéziparral (acélművel, hatalmas erőművel) és intenzív közlekedéssel. A kén-dioxid (SO 2 ) szinte teljes egészében ipari emissziókból származik, míg a szénmonoxid (CO) emissziók fele-fele arányban az iparra és a közlekedésre vezethetők vissza. A nitrogén-oxidok (NO x ) és por nagyobb részt ipari eredetű. Más légszennyező források szerepe minimális. Ugyanakkor Nyugat-Európa számos országában, a CO vagy NO x fő forrása a szállítás, mivel a nehézipart elköltöztették, vagy új, tiszta technológiával helyettesítették. szektor/szennyezõk CO NO x por szállítás 48% 15% 2% ipar 44% 83% 88% városi gazdaság 8% 2% 10% összeg 100% 100% 100% Krakkóban (Lengyelország) az egyes szektorok szén-monoxid (CO), nitrogén-oxid (NO x ) és por kibocsátása 2001-ben
A légszennyezés káros hatásai A légszennyezésnek mind globális, mind lokális hatásai is vannak. Káros anyagokat bocsátunk a légkörbe, amelyek a szél révén átlépik az országhatárokat. Ennek következtében nemzetközi összefogás szükséges a levegőminőséget javításához.
A légszennyezés globálisan jelentős szerepet játszik az üvegházhatás fokozódásában, valamint az ózonlyuk elmélyítésében. A leginkább ismert lokális hatások a szmog és a savas esők, melyek főleg azokat érintik, akik városi területen laknak. A légszennyezés fenyegeti az egészségünket és gazdasági károkat is okozhat. Szenteljünk több figyelmet a városi légszennyezésnek. A különböző forrásokból származó emissziók révén a következő anyagok találhatók meg a városi levegőben: kén- és nitrogén-oxidok, szénhidrogének (főleg a finomítókból és a közlekedésből), szén-oxidok, nehézfémek (a közlekedésből és az iparból), valamint por és korom. Azonban az egyes szennyezők részesedése a teljes légszennyezésből változik; pl. a fejlett országokból kibocsátott kén többé nem játszik főszerepet. A szennyezőanyagok Városi légszennyezés. Az egyedi fűtés hozzájárul a városi légszennyezéshez. légköri koncentrációja (ami a szennyezőanyag immisszió eredménye) határozza meg a levegőminőséget.
Szmog Számos városban a légszennyezés túllépi a megengedett koncentrációt, s akkor az ún. szmogriadót kell elrendelni. A szmog" szó az angol füst és köd szavak egyesítéséből származik (smoke + fog), melynek bevezeteését Harold Des Voeux francia fizikus javasolta 1911-ben. A magas kén-dioxid koncentráció előidézte halálesetek száma, 1952 december
Kétfajta szmog létezik: 1) London típusú szmog: elsősorban a szén égéséből és a kén-dioxid (SO 2 ), valamint por kibocsátásból származó légszennyezés okozza. Az ilyen szennyezés köddel párosulva levegőben lebegő kénsavcseppeket (H 2 SO 4 ) eredményezhet. Amikor 1952-ben, Londonban a szmog idején a SO 2 koncentrációja a levegőben meghaladta a 3,5 mg m -3 értéket, jelentősen megnőtt az elhalálozások száma. A London típusú szmog először 1850-ben fordult elő, s napjainkban egyre ritkább. Pl. 2001-ben, Barcelonában az évi átlagos SO 2 koncentráció értéke 3 µg m -3, Münchenben 4 µg m -3, Londonban 7 µg m -3 (1999-es adat), s Varsóban 13 µg m -3 volt. Azonban néhány napon a SO 2 koncentrációja sokkal magasabb értékeket is elérhet. 2001-ben a legmagasabb óra-érték Varsóban 211 µg m -3, Londonban 106 µg m -3 (1999-es adat), Barcelonában 70 µg m -3, Münchenben pedig 17 µg m -3 volt.
2) Los Angeles-típusú szmog: (fotokémiai szmog), napfényes napokon intenzív közlekedés mellett fordul elő. A kipufogógázokból a nitrogén-oxidok és a szénhidrogének (változó antropogén és biogén forrásokból) reakcióba lépnek a napfény jelenlétében, s ártalmas gáz és aeroszol keveréket hoznak létre. A fotokémiai szmog ózont is tartalmaz (nevezetesen troposzférikus ózont), valamint formaldehideket, ketonokat és PAN-t (peroxi-acetil-nitrátot). Az ózon a sztratoszférában 12 ppm keverési arányt is elérhet, azonban a Föld felszínén a 0,04 ppm értéket nem szokta meghaladni. A fentiekben említett anyagok mindegyike ingerli a szemet és Mi a szmog, hogyan képződik? károsítja a légzőrendszert. Hatással vannak a növényzetre is. A nagyvárosokban nyaranta általában ez a típusú szmog fordul elő. Ez helyettesíti a London-típusú szmogot számos városban valamilyen módon 1960, Nyugat-Európában 1980 óta. A koncentrációkról és a keverési arányról lásd: a Felső légkör Alapismeretek, A sztratoszféra megismerése, Összetétel, c. fejezet.
Por és korom A 10 µm-nél kisebb átmérőjű részecskék évi átlagos koncentrációja, 1999-ben További káros anyagok a városok levegőjében a por és a korom. 1999-ben pl. a 10 μm-nél (PM 10 ) kisebb átmérőjű részecskék koncentrációja Londonban 21,8 µg m -3, Budapesten 29,5 µg m -3, Rómában 43,3 µg m -3, Sevillában 44,4 µg m -3, s Krakkóban pedig 45,4 µg m -3 volt. Összehasonlításként Krakkóban az 1970-es és 1980-as években a PM 10 évi átlagos koncentrációja meghaladta a 100 µg m -3 -t, sőt télen még a 200 µg m -3 értéket is túllépte, elsősorban az acélgyártás és az erőmű emissziói miatt. Ezeket a gyárakat azóta modernizálták és a termelésük is csökkent, így ott a levegőminőség jelentősen javult.
Határértékek Minden szennyezőnek van egy megállapított koncentráció határértéke, amelyet nem szabad túllépnie. Máskülönben a légszennyezés káros és veszélyes lehet az egészségünkre és akár az életre is. Az EU országainak a légszennyezők légköri határértékeit és riasztási küszöbértékeit 96/62/EC számú tanácsi direktívában 1996. szeptember 27-én fogadták el. A részleteket 3 tanácsi direktíva tartalmazza: 1. 1999/30/EC 1999. 04. 22.; 2. 2000/69/EC 2000. 11. 16., 3. 2002/3/EC 2002. 02. 12. Az európai zászló, az egyesült Európa szimbóluma. Mivel a légszennyezés nemzetközi probléma, a kibocsátásról szóló törvényes szabályozást a tagországoknak az Európai Unió tanácsa alkotta meg.
EU országaiban a NO 2, SO 2, Pb és PM 10 határértékei (évi átlagos koncentrációk). A nitrogén-dioxid (NO 2 ), kén-dioxid (SO 2 ), ólom (Pb) és a 10 µm-nél kisebb átmérõjû részecskék (PM 10 ) határértékei évi átlagos koncentrációban vannak megadva. Ez azt jelenti, hogy egy adott napon a koncentráció lehet magasabb, mint a határérték, míg más napokon lehet sokkal alacsonyabb, de éves átlagban a határérték alatta kell maradnia. A SO 2 és a Pb határértékei jóval alacsonyabbak, mint az NO 2 és a PM 10 esetében, mivel ezek az anyagok még kis mennyiségben is nagyon károsak az emberi egészségre.
Az ózon (O 3 ) és a szén-monoxid (CO) határértékei 8 órás átlagos koncentrációként vannak megadva. Ezek a gázok kis mennyiségben és rövid kitettségi időszak alatt (a kitettség az az idő, amely alatt az emberek belélegzik a szennyezett levegőt) is nagyon mérgezőek. Láthatjuk, hogy az engedélyezett ózonszint sokkal alacsonyabb, mint a szén-monoxidé. A felszín közelében lévő ózon, ami általában fotokémiai szmog révén keletkezik, káros ránk nézve, ellentétben a sztratoszférikus ózonnal, ami védi a földi életet. Az EU országokban az O 3 és a CO határértékei (8 órás átlagos koncentrációk).
Riasztási szint Az EU országaiban a NO 2, SO 2 és az O 3 riasztási (1 órás átlagos koncentráció) határértékei. A NO 2 -nek, a SO 2 -nak és az O 3 - nak, a határértéken kívül is van riasztási értéke. Ezek 1 órás átlagos koncentráció értékek. Ha ezeket az értékeket meghaladja a mért érték, a helyi hatóságnak először tájékoztatni kell a nyilvánosságot erről, és utána végrehajtani egy olyan cselekvési tervet, amely révén csökken a levegőben lévő szennyezőanyagok koncentrációja, pl. a közlekedés korlátozása a városban, az ipari termelés csökkentése, stb.
Magas légszennyezettségű területek A sűrűn lakott és városi területeken a levegő mindig tartalmaz nem kívánatos anyagokat, néha azonban az ipari katasztrófáknak következtében tiszta levegőjű területek válhatnak igen szennyezetté. Ahogyan a Mi a légszennyezés?" c. fejezetben bemutattuk, a légszennyező anyagoknak globális vagy lokális hatásuk van. A légszennyezés lokális hatása: a talaj, víz és növényzet degradálódása.
A levegőszennyezés nemzetközi probléma A légszennyezés hatásai a légáramlások révén a kibocsátás forrásától jelentős távolságban is érzékelhetők. Jó példa erre az ún. Fekete Háromszög", amely terület a lengyel, német és a cseh határ találkozásánál helyezkedik el. Itt három nagy lignitmező található: A Fekete Háromszög térképe Turoszow, Lusatian és az Észak-cseh mező, összesen hét erőművel, amelyek együttesen 16 000 MW áramot termelnek. Ez a térség mindössze 32 400 km 2 -en terül el, mégis az európai SO 2 kibocsátás 30 %-át adta 1989-ben. Ezzel jelentősen hozzájárult a savas esők kialakulásához (lásd: a Savas esők által veszélyeztetett területek" c. fejezet).
Ez okozta Európa legnagyobb erdőpusztulását, ami a Szudétákban következett be. 1981-1987 között 11.000 hektár lucfenyő károsodott, amiből 10.000 hektár a Nyugat Szudétákban volt. Ugyanekkor, Északnyugat-Csehország területein és Szászországban összesen 15.000 hektár erdő pusztult ki. A három ország együttműködésének eredményeként, az 1990-es évek elején belekezdtek egy, a természetes környezetet javító tevékenységbe. 1992-ben 43 egységből álló automata mérőállomás hálózatot hoztak létre Lengyelország, Németország és Csehország területén. Az SO 2 források kibocsátását korlátozták az erőművek és a fűtőrendszerek korszerűsítésével. A levegőminőség javulásához hozzájárult a közép-európai országok akkori gazdasági válsága, s ezzel együtt az ipari termelés csökkenése. Mindezek eredményeként a káros anyagok kibocsátása évről évre csökkent e régióban. Por, SO 2 és NO x emissziók a Fekete Háromszög területén
Ipari katasztrófák A technológiai kockázat a kezdetek óta az ipari termelés velejárója. Minden üzembe helyezés során kialakulhat üzemzavar a működés egy bizonyos pillanatában, s a gépekkel és rendszerrel dolgozó emberek mindig követhetnek el hibát. Amikor az ipari katasztrófa megtörténik, a légkörbe általában igen mérgező, vagy radioaktív anyagok kerülhetnek, mint pl. nukleáris erőmű baleset esetében. Vegyi üzem
Ipari katasztrófák események, időpontok 1930 - szmog a Mosa völgyben (Belgium), a kén-dioxid általi légszennyezés több száz ember halálát okozta; 1948 - Donora (USA), a szmog 20 embert ölt meg; 1950 - Pozza Rica (Mexikó), ellenőrizetlen kén-hidrogén kibocsátás (H 2 S) egy erőmű üzemzavara során, ami 300 embert mérgezett meg, közülük 22 meghalt; 1952 - londoni szmog, 4 ezer ember halt meg; 1984 - vegyi katasztrófa Bhopalban (India), 3400 ember halt meg, 600 ezer embert érintett; 1986 - csernobili atomerőmű megsérül (korábbi a Szovjetunió, ma Ukrajna), 31 ember halt meg a robbanás utáni egy héten belül, de még ma sem ismert az áldozatok pontos száma; becslések szerint több millió ember szenved sugárbetegségben: rák (a környező területeken a pajzsmirigy-rákos esetek növekedését figyelték meg), az immunrendszer működési zavarai, stb., nagy területek hosszú évtizedekre - évszázadokra elszennyeződtek; 1991-92 az öbölháború idején lángoló olajkutak Kuwaitban és Irakban;
2. Fejezet: A városklíma Egyes városok éghajlatát számos természeti tényező alakítja, pl. magasság, domborzat, felszínborítás és a vízfelületek. Amilyen mértékben a város növekszik és fejlődik, új tényezők (pl. antropogén melegedés, légszennyezés) megváltoztatják a város helyi klímáját és hozzájárulnak a különböző városi klímák kialakulásához. Nagyszámú lakos és az antropogén hőkibocsátás, valamint az a tény, hogy a várost főleg betonból, aszfaltból, téglákból és kövekből építették, a városban magasabb a hőmérséklet, mint vidéki területeken. A sűrű beépítettség módosítja a szél sebességét és irányát; helyi légáramlás, ún. városi szél alakul ki.
Mi vezérli a városklímát? A városklíma számos természetes és antropogén tényező kölcsönhatásának az eredménye. A légszennyezés, a városi felszínnek a környezetétől eltérő anyagi minősége, s az antropogén hőkibocsátás eredményeként a városok klímája eltér a környezetükétől.
Egy adott város éghajlatát számos természeti tényező határozza meg, mind makroskálán, mind pedig mezoskálán. Ahogyan a város növekszik és fejlődik, az új tényezők megváltoztatják a város helyi klímáját és hozzájárulnak a különböző városklímák kialakulásához. A városi klímát meghatározó tényezők
A városi felszín nagy részét, utcák, épületek, stb. borítják, amelyek különféle áthatolhatatlan anyagból épültek (beton, aszfalt stb.). Az eredeti, természetes felszínborítást csak a gyepek és a parkok jelentik, ezek azonban a városnak csak kis részét borítják. A városi felszín gyakran nagyon összetett, mozaikszerűen tartalmaz különböző felszíneket. Városi környezet albedója Az egyes felszíni anyagoknak más és más az albedójuk, így módosítják a napsugárzás felszín által visszavert és elnyelt részét. A városi felszín albedója kb. 10-15 % (a friss hó albedója nagyobb, mint 80 %), ami azt jelenti, hogy a város a beérkező napenergia jelentős részét elnyeli. Továbbá a városi építőanyagoknak általában magas a a hőkapacitása és a hővezetése.
Az ég láthatósági tényezője. Az ég láthatósági tényezőt (sky view factor: SVF) csökkenti a városi beépítettség. Az SVF maximális értéke 1, ami nyílt, szabad területeken fordul el, fák, házak stb. takarása nélkül. Továbbá a városok háromdimenziós kiterjedésük révén hajlamosak a felszín közelében a hosszúhullámú sugárzást visszatartani, s így csökkentik a hosszúhullámú sugárzási veszteséget. Ez azt jelenti, hogy sok energia tárolódik el nappal a városban, ami este fokozatosan sugárzódik ki. Ez lelassítja az éjszakai lehűlést a városban, a vidéki területekhez képest.
Egy másik fontos, a városklímát módosító tényező a légszennyezés. Megváltoztatja a városi levegő összetételét, csökkenti az áteresztő képességét, növeli az elnyelőképességét, s ennek következtében csökkenti a földfelszínre érkező sugárzás mennyiségét. Más szavakkal, a levegőben lévő szennyezőanyagok felfogják a napfényt, s a levegőt kevésbé áthatolhatóvá teszik. Ennek következtében kevesebb napsugárzás éri el a talajt. A városi légszennyezés az ipar, szállítás, fűtés, stb. által kibocsátott gázokat, szilárd anyagokat tartalmazza. Általában a városközpont sokkal szennyezettebb, mint a külváros, de ez függ az ipar elhelyezkedésétől és az utcai forgalom intenzivitásától is. Nappal a legmagasabb légszennyezettségi értékeket akkor figyelhetjük meg, amikor legintenzívebb a közlekedés. Az év folyamán a legmagasabb koncentráció értékeket télen fordulnak elő: ekkor a fűtés miatt megnő az emisszió, továbbá a légkör ilyenkor a legstabilabb, így kevésbé valószínű az átkeveredés. Viszont a fotokémiai szmog nyáron fordul elő, mikor a hőmérséklet a legmagasabb (lásd: az Ózon szmog" és a Levegőszennyezés: Káros hatások" c. fejezet).
Egy tipikus, napos nyári napon a légszennyezettség napi menete. Krakkó, 2003. augusztus 22. Nyáron a közlekedés a fő légszennyező forrás. Reggel az intenzív közlekedés magas nitrogén-oxid és szén-monoxid koncentrációt okoz (a és b ábra). Dél körül és délután mivel a hőmérséklet emelkedik és a szélsebesség alacsony (c ábra) a kémiai reakciók (a napfény hatására) a nitrogén-oxidok csökkenését és a troposzférikus ózon növekedését okozzák (a ábra). A méréseket utca közepén, egy keskeny, zöld területen végezték, csúcsforgalomban. Az egyes paramétereket a felszín fölött a következő magasságokban mérték: légszennyező anyagok: 4 m; szélsebesség 10 m; hőmérséklet: 6 m.
A légszennyezettség napi menete egy átlagos téli napon. Krakkó, 2002. 12. 26-27. Télen a kibocsátás az épületek fűtése miatti energiatermelés eredménye. Mivel a hőmérséklet jóval nulla fok alatt van (c ábra), a hőforrásokból származó erős kibocsátás magas részecske ( PM 10 = olyan részecskék, melyeknek átmérője nem nagyobb, mint 10 μm), szénmonoxid és kén-dioxid (a és b ábra) koncentrációt eredményez. Mivel a szélsebesség alacsony, és a hőmérséklet is nulla fok alatt van (tipikus hőmérsékleti inverziós helyzet - c ábra), a légszennyezést az inverziós rétegek felszín közelben tartják, és az nem szállítódik el a városból, ennélfogva a koncentráció magas marad. A méréseket a városközpontban végezték. Az egyes paramétereket a felszín fölött az alábbi magasságokban mérték: légszennyező anyagok: 12 m; szélsebesség: 10 m; hőmérséklet: 6 m.
Egy további fontos tényező, ami meghatározza a városi klímát az az antropogén hő. Ezt a hőt télen, mint a fűtés melléktermékét (nyáron a légkondicionálással), vagy más tevékenységgel (fosszilis üzemanyagok elégetésével, ipari termeléssel és szállítással) bocsátjuk a szabadba. Az antropogén hő mennyisége függ az egyének által felhasznált energiától, a város Az antropogén hő egyik formája a házi fűtés népsűrűségétől, az ipartól és a város helyzetétől. A városban a párolgás hatékonyan lecsökkenhet, mivel a mesterséges felszínek nem nyelik el oly mértékben a vizet, mint ahogy a természetesek teszik azt. Éppen ellenkezőleg, amikor esik, a víz gyorsan lefolyik a városi csatornahálózaton, s a felszín gyorsan kiszárad. Így a hő nem használódik fel a párolgásra (mivel kevés víz található itt, így csak kevés tud elpárologni), hanem felmelegíti a város levegőjét. Azonban fontos felismerni, hogy sok városban, vagy a városrészben jelentős mennyiségű növényzet lehet, ami javít ezen a helyzeten.
Az antropogén tényezőknak a városi klímára gyakorolt hatása függ a város méretétől, térbeli felépítésétől, népességétől, s az iparosodottság fokától. Kis városok viszonylag alacsony épületekkel, zöld területeken szétterülve, gyárak és erőművek nélkül kevésbé módosítják az éghajlatot, mint azok a városok, amelyekben magas épületek vannak. A várost körülvevő természetes környezet módosíthatja az antropogén tényezõk helyi klímára gyakorolt hatását. Pl. egy hegyvidéki medencében található városban a tapasztalat alapján gyakoribb a köd és gyengébb a légáramlás. Ez rontja a levegőminőséget, amihez a gyakori hőmérsékleti inverzió is hozzájárul. (Inverzió: lásd: a Vertikális szerkezet" c. fejezet.) A köd ronthatja a levegő minőségét a városban, mivel a légszennyezettség reakcióba léphet a ködben lévő vízzel, és savas köd képződhet.
A medencében, vagy egy mély völgyben elhelyezkedő város esetében az inverzió fő oka, hogy a völgy, vagy medence alját a lejtõk leárnyékolják, így az alacsonyabb, árnyékos terület, s a felszín közelében a levegő is hidegebb marad, mint a följebb elhelyezkedő területek. Ily módon keletkezik a hőmérsékleti inverzió. Továbbá a hideg (s emiatt nehezebb) levegő a város körüli lejtőkről gravitációs úton lefolyik, és felhalmozódik a völgyben, vagy a medencében, ami még tovább erősíti az inverziót. A városklíma javítható, ha olyan módon tervezzük meg a város szerkezetét, hogy csökkentjük az antropogén és a természetes tényezők káros hatását. Például a stratégiai zöld területek (pl. parkok) és vízfelületek (pl. tavak, kutak) révén. A gyárakat az uralkodó széliránnyal szemben kell építeni, azért, hogy a szennyezést a szél elvigye, és ne kerüljön be a város területére.
A városi hősziget Egy várost főleg betonból, aszfaltból, téglából és kövekből építenek fel. Mivel a levegő hőmérséklete adott helyen nagymértékben függ a felszín jellemzőitől, a hőmérséklet a városban magasabb, mint vidéki területen. A városi hősziget kialakulásához jelentős mértékben hozzájárul a nagy népsűrűség és az antropogén hőkibocsátás.
Számos városban a hőmérséklet melegebb, mint a várost körülvevő területeké. Ez a hőmérsékleti többlet átlagosan 0,5-0,8 C, viszont télen akár 1,1-1,6 C is lehet. Ezt a jelenséget nevezik városi hõszigetnek (VH). A város izotermái koncentrikusak, melyek értéke a külső kerületek felé csökken. A VH nem homogén, de általában vannak olyan elemei, melyek kedveznek a környezeténél melegebb viszonyok kialakulásának (pl. a városközpont, nagy gyárak, erőművek). A VH mértéke és erőssége változó, ezért cellás szerkezete van. Térkép a New York-i hőszigetről. A felszín legmelegebb pontjait piros szín jelöli.
A VH maximális erősségének a városlakók számától való függése A népsűrűség döntő tényező a VH kialakulásában. Azokban a városokban, ahol a népesség száma 500.000-1.000.000, ott a léghőmérséklet általában 1,1-1,2 C-kal magasabb, mint a város környezetében. Azokban a városokban pedig, amelyek lakossága meghaladja az egymillió főt, ez az érték 1,2-1,5 C körüli. Ugyanakkor a megfigyelt maximális VT értékek ennél sokkal magasabbak (lásd az ábrát).
A városok mérete és térbeli kiterjedése szintén nagy fontossággal bír, mivel azok a városi területek, ahol sok a zöldfelület alacsony házakkal, nem alakítanak ki jellegzetes hőszigetet. A VH jelensége közeli kapcsolatban van a Mi vezérli a városi klímát?" c. fejezetben megtárgyalt antropogén hőkibocsátással, légszennyezéssel és a természetes felszínborítás változásával. A városi hősziget oldalnézetének vázlata Ezek mindegyike hozzájárul a városi területek hőmérsékletének emelkedéséhez. Ezenkívül a VH erőssége (a város és a környező területek közötti a hőmérséklet-különbség ) számos meteorológiai elemtől és jelenségtől is függ (pl. szélsebesség, felhőzet, párolgás). A szélsebesség és a felhőzet növekedése csökkenti a VH erősségét.
A VH erőssége éves és napi ciklusban változik. Télen kétszer akkora lehet, mint nyáron, az épületek fűtése okozta antropogén hőkibocsátás miatt. Intenzívebb a városi hősziget éjjel, mint nappal, mivel éjszaka intenzív kisugárzás történik a felszínről a légkör felé. Tovább Tokióban megfigyelték, hogy a VH erőssége csökken a hétvégeken és ünnepnapokon. Antropogén hőkibocsátás - autók Eltekintve a vízszintes kiterjedéstől, a VH-nak függőleges szerkezete is van. A VH függőleges kiterjedése a talaj felett 200-300 m-t is elér, ami 3-5-ször magasabb az itt található épületeknél. Felhőtlen ég esetén a VH akár az 500 métert is elérheti. Két réteget különböztethetünk meg:
1. városi alsó határréteg, ahova a hő a házak kéményéből (ún. alacsony kibocsátás), az épületekből (mivel sok napfényt elnyelnek és utána hő formájában kisugározzák) és a közlekedésből kerül. Antropogén hőkibocsátás - hűtőtornyok 2. kémény réteg, az előbbi réteg fölött található, ahová a hő az ún. magas kibocsátókból, az erőművek kéményeiből kerül ki. A VH kialakulása megváltoztatja a városi klímát. Összehasonlítva a vidéki területekkel, több a forró nap és kevesebb a talajfagy. A vegetációs periódus hosszabb, a csapadékösszeg magasabb és gyakrabban fordulnak elő gomolyfelhők. A VH jelenségének káros hatásai is vannak az emberi szervezetre, különösen nyáron, mivel túlmelegedést okozhat. Következésképp, a városokban növelni kellene a zöld területek és a kis vízfelszínek arányát.
Helyi légkörzés A városban helyi légkörzés alakulhat ki. Ún. városi szél figyelhető meg, továbbá a sűrűn emelt épületek módosítják a szélsebességet és a szélirányt. A szél javíthatja a levegő minőségét, de az épületek túlzott hűléséhez is vezethet.
A városban a légkörzést természetes és antropogén tényezők is meghatározzák, mint pl. a léghőmérséklet, a felszín érdessége, s a különböző akadályok megjelenése (hegyek, erdők, magas épületek). A nap folyamán a városi terület gyorsabban melegszik fel, mint a vidéki. Ennek következtében légnyomásban különbség alakul ki a két térszín között. A város fölött egy alacsony nyomású, míg a környezetében magas nyomású területek alakulnak ki. Ez egy lokális légáramlási cella kialakulásához vezet, melyvízszintes összetevője a felszínen a város belseje felé fújó szél. Ezek helyi szelek, melyeket eltérő okok hívnak életre, szemben kontinensek fölötti légnyomáskülönbséggel és a légköri cirkulációval, s a térbeli kiterjedésük is sokkal kisebb. A városi szélrendszer akkor tud a leginkább kifejlődni egy bizonyos terület fölött, amikor ott nincsenek frontális légáramlások, illetve nem tapasztalható a légköri cirkuláció által kiváltott szél. Először a város feletti meleg levegő felemelkedik s a magasban a külváros felé halad. Ez a szélrendszer felső ága, mely a felszíni a városi szélhez képest ellentétes irányú. A cirkuláció felső ága a magasban lehűlve a városperemen leereszkedik, s visszatér a városba, mint felszíni városi szél.
5175[1]-1.wmv Városi szél
A várost elérve a szél iránya megváltozik. Az utcák két oldalán lévő magas házak által meghatározott csatornában halad, vagy kikerüli az akadályt képező épületeket, melyek az eredeti szélirányra merőlegesen helyezkednek el. A városba vezető főutak szintén fő folyosók, amelyeken keresztül esténként a szél bejut a városba. A széles utcákban a szél követi az út nyomvonalát. Viszont a keskeny utcákban a szélsebesség jelentősen megnő az utcasarkoknál. Sőt, a szél helyi örvényeket alakít ki tereknél, a háztömbök és az utcák találkozásánál, ahol a légáramlatok találkoznak. A városközpontban a szélsebesség alacsonyabb, mint a külvárosban, és a szélirány sokkal változatosabbá válik, szemben a városon kívüli egyetlen jellemző széliránnyal. A szélsebesség szoros kapcsolatban van a felszíni érdességgel, azaz az akadályok magassága és sűrűsége a szélsebesség csökkenését idézi elő (épületek, fák stb.). A városközpontban a szélsebesség a külvárosban mért érték 20 %- ára csökken, s a gyenge szelek (v < 3 m s -1 ) sokkal gyakoribbak, mint a városon kívül.
Ha a szél merőlegesen fúj a sorban álló épületek felé, a szélnek kitett oldalon erős széllökések tapasztalhatók, míg a szélvédett oldal ún. aerodinamikai árnyékban van. Ezenkívül az épületeket túlságosan intenzíven szellőzteti a szél, ami káros hatással van a lakók egészségére és kényelmére. Az egymást követő panelházak helyi örvényeket alakítanak ki a szélvédett oldalon. Az örvények mérete az épület magasságával növekszik. Ha a házak közötti távolság csökken, akkor a szélsebesség akár 50 %-kal is mérséklődhet! Amikor a szél elér egy magas épületet, a légáram több ágra oszlik. Egy része felfelé mozog, míg a maradék megkerüli a házat, ami 30 %-os sebességnövekedést idéz elő az épület sarkánál. A magas épületek szomszédságában lévő alacsony házak gyakran tapasztalhatják a szélirány változásának káros hatásait. A magas épületek által létrehozott légáram (a fentiekben került leírásra) pl. az alacsonyabb épületek vibrációját okozhatja. A 3 m s -1 fölötti szélsebesség pozitív hatást gyakorol a légegészségügyi állapotra, mivel növeli a város szellőzését és a párolgást. Másrészt, a negatív hatása abban nyilvánul meg, hogy növeli a légszennyezettség szétszóródását, és télen a szélnek gyakran kitett épületekben hőveszteséget okoz.
Idealizált áramlás egy épület közelében
Idealizált áramlás épületek közelében
3. Fejezet: A savas eső A víz szükséges a földi élethez és ezért annak minősége nagyon fontos. Amikor a csapadék PH-ja 5,6 alatti, akkor savas esőnek nevezzük. Két légszennyező, a NO x és a SO 2 a fő okai a savas eső kialakulásának. Amíg ezek kibocsátása Európában és Észak-Amerikában csökkenő trendet mutat, Ázsiában növekszik. A savas esők a láncfolyamatokon és kapcsolódásokon keresztül hatással vannak az egész természetes környezetre. A szennyezett csapadék bejut a felszíni vizekbe és a talajvízbe. Miután eléri a talajt, aktiválja az alumíniumot és kimossa a tápanyagokat. Ennek következtében a fák kipusztulnak, de rájuk közvetlenül is hatással van a savas eső. A szennyezett vizek komoly veszélyt jelentenek a biodiverzitás szempontjából. Savas esőkkel veszélyeztetett területek főleg Európában, az USAban és Kínában találhatóak, az erősen városiasodott és iparosodott területek környezetében. Azonban a nagy hatótávolságú transzport folyamatok révén a légszennyezettség a szennyezés forrásától távol is tud savas esőt okozni.
Mi a savas eső? A víz alapvető a földi élet számára. Ezért, mikor szennyezetté válik, az egész környezetre hatással van. A savas esőket elsődlegesen a fosszilis üzemanyagok elégetéséből származó antropogén légszennyezés okozza. Az eső savasságát a ph skálával tudjuk mérni. A víz szükséges a földi élethez, ennek következtében a minősége nemcsak az emberek, hanem minden élő szervezet számára fontos. A légköri csapadék (eső, szitálás, hó, stb.) bejut a folyókba, beszivárog a talajba, vagy elpárolog és vízgőzzé alakul. Egy fontos, a vízminőséget leíró paraméter a ph-index.
A ph skála. Minél alacsonyabb a szám, annál nagyobb a savasság mértéke. A ph-skála Minden folyadéknak van bizonyos ph-ja. Minél savasabb a folyadék, annál kisebb a ph-ja. A ph a hidrónium-ion (hidratált hidrogén ion) koncentrációnak a negatív logaritmusa, melyet az egy literben található molok számával fejezünk ki (mol liter -1 ). Ha a hidrónium-ion koncentráció c(h3o + ) = 10-7 mol l -1, akkor a ph = 7, ha a koncentráció 10-6 mol l -1, akkor a ph = 6, stb. Ezt a skálát egy dán kutató, Soren Sorenson alkalmazta először 1909-ben. A ph-skála 0-tól 14-ig változik, a 7-es értéket semlegesnek tekintjük. A 7-nél nagyobb értékek lúgos, a 7-nél kisebbek savas állapotot jelölnek. Pl. az ecet ph-ja 2,5; a desztillált vízé 7,0; szódabikarbónáé 8,5; és a mészé 12. A skála kialakítása azon alapul, hogy a tiszta vizet elkülöníthetjük hidróniumionokra (H3O + ) és hidroxil-ionokra (OH).
A disszociációra a tömegmegmaradás elve érvényes. A Kw állandót víz ionszorzatnak nevezzük, melynek értéke mindig 10-14. így a törvény bármilyen vizes savra, vagy lúgra: pkw = ph + poh = 14 Tiszta víznél c(h3o + ) = c(oh - ) = 10-7 mol l -1 és pkw = 7 + 7 = 14 Ezt a tiszta víz önfelbomlásának, vagy auto-disszociációjának nevezzük.
Savas eső A csapadék általában valamennyire savas, mivel a szén-dioxid (CO 2 ) mindenütt előfordul a természetben, s a légköri vízgőzzel szénsavat képez (H 2 CO 3 ). Ily módon a csapadékvíz ph-ja 5.6 körüli. Ezért a szénsav nem stabil a vízben, hanem hidrónium-ionra és hidrogénkarbonát ionra disszociál: Lúgosabb ph-jú oldatban a hidrogén-karbonát leadhat még egy hidrogénatomot és ekkor karbonáttá alakul. Sok szikla, hegy és üledék karbonát sókat tartalmaz, pl. a dolomit és a mész.
De a tiszta eső is gyengén savas a disszociált szénsav miatt. Savas esőről akkor beszélünk, amikor a csapadék ph-ja a szénsav által okozott érték, azaz az 5,6 alatt van. Mivel néhány természetes sav az esőt még savasabbá teszi, számos kutató csak a ph < 5.0 csapadékot tekinti savas esőnek. A savas esőn kívül lehet savas havazás és savas köd is, így általánosságban savas csapadékról beszélhetünk. Az ember a savas esőkhöz a nitrogén- és kénvegyületekkel járul hozzá. A kén-dioxid és a nitrogén-oxidok számos összetett kémiai reakción mennek keresztül, mielőtt a savas esőben található kénsavvá (H 2 SO 4 ), vagy salétromsavvá (HNO 3 ) alakulnának. A kénsav kén-összetevőkből származik: SO 2 + O 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 A salétromsav nitrogén-oxidokból származik: NO x + H 2 O HNO 3 A savas felhők ph-ja alacsonyabb lehet, mint 2,6. A savas eső ph-ja az erősen iparosodott területeken általában 4,0 körüli; Los Angelesben a ködök ph-ja gyakran kisebb 3,0-nál. Viszont Földünk néhány részén, pl. Észak-Ausztráliában, a természetes növényzetből történő szerves kibocsátás létre tud hozni 4,4 körüli ph-értéket.