Жизнь на островах тепла: что, кто и почему нагревает наши города и села

Фото: Мария Григорьева, участница конкурса РГО «Самая красивая страна»

Фото: Мария Григорьева, участница конкурса РГО «Самая красивая страна»

Жизнь на островах тепла: что, кто и почему нагревает наши города и села Жизнь на островах тепла: что, кто и почему нагревает наши города и села

Группа ученых-метеорологов МГУ имени Ломоносова в течение нескольких лет изучает острова тепла в Москве и окрестных городах. В последние два года фокус внимания исследователей сместился на малые города и даже деревни. В них тоже существуют острова тепла, а значит, они вносят свою гомеопатическую лепту в глобальное изменение климата. Многолетняя работа осуществляется при поддержке гранта Русского географического общества. С научным руководителем проекта, ведущим научным сотрудником кафедры метеорологии и климатологии МГУ, кандидатом географических наук Михаилом ЛОКОЩЕНКО мы обсудили причины возникновения островов тепла в мегаполисах и деревнях, а также попытались выяснить, чего больше в островах тепла — вреда или пользы.

Сколько лет островам тепла?

— Михаил Александрович, начнем с азов: что такое остров тепла?

— Простыми словами, остров тепла — это повышение температуры в городах по сравнению с окружающей, чаще всего сельской местностью. Это физико-географическое явление было открыто более 200 лет назад, в начале XIX века. Знаменитый английский метеоролог-любитель Люк Говард сравнил данные двух метеостанций — в Лондоне и в предместье — и показал, что в любое время года температура воздуха в городе выше.

С тех пор в разных регионах планеты проводились исследования, в результате которых было выявлено, что почти все города отличаются более высокой температурой по сравнению с фоновой местностью. Особенно эта разница заметна в самых крупных городах-мегаполисах.

Люк Говард первым обнаружил остров тепла

Люк Говард первым обнаружил остров тепла

— Почему «почти все»? Бывают исключения?

— Да. Это города-оазисы в сухих тропических пустынях, где за счет затрат тепла на испарение и транспирацию растениями озелененный город бывает холоднее окружающей его горячей пустыни. Но в средних и высоких широтах практически всегда с городами связаны острова тепла.

 Хорошо или плохо?

— Для чего изучают острова тепла? Почему это важно?

— Города занимают около 2% поверхности Земли. Это не так уж мало. А в некоторых регионах планеты урбанизированы довольно обширные территории, где отдельные города фактически сливаются друг с другом. Острова тепла на таких урбанизированных территориях оказывают прямое влияние на региональный климат, приводят к ускорению глобального потепления. А если вспомнить, что в городах живет около половины населения Земли, то эффект островов тепла ощущают на себе миллиарды людей.

Кроме того, острова тепла сильно влияют на экономику, флору и фауну и в целом на географическую оболочку. Наверное, многие замечали, что в городах раньше цветут яблони. Действительно, сроки вегетации и цветения различных культур в крупных населенных пунктах смещаются. Острова тепла — многообразное явление, которое влияет на все стороны жизни человека и природы.

— Это хорошо или плохо?

— У данного явления есть и положительные, и отрицательные следствия. Острова тепла, которые создают города, приводят к усилению теплового стресса в условиях аномальной жары, о чем сейчас много говорится.

— Речь о влиянии на человека в прямом физиологическом смысле?

— Да. В условиях жары дополнительный нагрев создает проблемы для здоровья людей. У нас в России климат холодный, поэтому аномальная жара и связанная с ней опасность для здоровья человека — не столь частое явление. Но все же подобное иногда происходит. Вспомним хотя бы лето 2010 года. По данным доктора медицинских наук, профессора Бориса Ревича, дополнительная смертность, связанная тогда с сильнейшей жарой, составила в Москве 11 тыс. человек. А во всей центральной части Европейской России эта погодная аномалия прямо или косвенно стала причиной смерти 55 тыс. человек.

Летний зной. Фото: Софья Власова, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»

Летний зной. Фото: Софья Власова, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»

— Но в нашем климате гораздо чаще люди мерзнут, особенно зимой…

— А есть еще аномальные морозы. Это часто упускают из виду, но аномальный холод не менее опасное явление, чем аномальная жара, в условиях нашего климата — даже более опасное. То, что их давно не было, не значит, что их не будет впредь. Острова тепла в городах уменьшают опасность замерзнуть. Кроме того, острова тепла позволяют уменьшить затраты на отопление в городах зимой.

Как видим, нет однозначного ответа на вопрос, хорошо или плохо само это явление.

 

Что внутри?

— А что происходит внутри острова тепла? Это же, судя по всему, какой-то нелинейный процесс?

— Безусловно, он зависит от многих факторов. Во-первых, города есть разные, не всегда их формы компактные. А центр острова тепла не всегда совпадает с центром города. Например, там может находиться парк, который является локальным островом холода. Вот Москва — очень удобный объект для исследования, так как имеет компактную и простую геометрическую форму, близкую к эллипсу (если говорить о традиционных границах города). Столица характеризуется ровным рельефом, отсутствием крупных водоемов и примерно симметричной плотностью городской застройки, которая последовательно уменьшается от центра к периферии. Самый теплый район Москвы — это ее центр. Расположенная здесь метеостанция «Балчуг» как раз характеризует остров тепла.

Метеостанция «Балчуг». Фото: CC BY-SA 3.0, Nick Fishman, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16877997

Метеостанция «Балчуг». Фото: CC BY-SA 3.0, Nick Fishman, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16877997

В других регионах есть огромное многообразие географических условий. Город может быть раскидистым, иметь два и три центра, представлять собой любую, подчас причудливую форму…

— А есть города, вытянутые вдоль рек, например Самара или Пермь…

— Да, если город вытянут вдоль реки или морского побережья, то картина усложняется еще и вследствие тепловой инерции водной толщи.

— А что в городе сильнее всего нагревает?

— Прямые антропогенные источники тепла связаны с промышленными предприятиями, теплоэлектростанциями и т. д. И каждое отапливаемое здание — это маленький отдельный источник тепла. Есть выбросы тепла от движущегося автомобильного транспорта. И есть еще третий небольшой довесок к прочим факторам — метаболическое тепло, выделяемое организмами людей и животных.

Источники московского тепла. Фото: Ирина Иванова, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»

Источники московского тепла. Фото: Ирина Иванова, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»

Но это не все факторы, создающие остров тепла. Например, влияет характер покрытия в городе, большое количество асфальтовых дорог и тротуаров, бетонных и каменных поверхностей, которые сильнее накапливают тепло в силу своей теплоемкости и тем самым способствуют усилению острова тепла вечером и ночью.

Наконец, если в городе работают промышленные предприятия и ТЭЦ, да еще большое количество автотранспорта, то их выбросы формируют так называемую городскую дымку. А она создает противоизлучение, то есть удерживает тепло: ослабляет охлаждение поверхности вследствие излучения длинноволновой радиации в атмосферу.

  

Москва — «курорт»?

— В России, очевидно, самый теплый город — Москва. Интересно, насколько?

— Если брать всю площадь Москвы, то она в среднем на 1 градус теплее окружающей (фоновой) местности, то есть Подмосковья. А если брать центр города в пределах Бульварного кольца, то он на целых 2 градуса теплее сельской местности. Об этом свидетельствуют показания упомянутой мною метеостанции «Балчуг».

— Как столица выглядит на фоне других крупных агломераций в мире?

— По порядку величин эти значения близки к Токио, Парижу, Лондону и другим крупным городам, где проводились подробные исследования.

 

И деревни тоже?

— А малые населенные пункты могут создавать острова тепла?

— В основном явление островов тепла изучалось применительно к крупным мегаполисам. Здесь у географов и метеорологов накоплен большой опыт. А вот небольшие населенные пункты очень редко становятся объектами исследований. Хотя известно, что даже отдельные городские дворы создают маленькие острова тепла. Как правило, чем меньше населенный пункт, тем обычно слабее выражен его остров тепла. В рамках проекта, поддержанного РГО, мы изучали острова тепла малых населенных пунктов Московского региона. Несколько лет назад мы исследовали по данным спутников острова тепла 10 населенных пунктов, включая Москву, Тверь, Рязань, а также малые города и даже деревни. В прошлом году мы эти совсем маленькие населенные пункты Подмосковья начали изучать более подробно.

Карта с населенными пунктами, выбранными для анализа. Предоставлено кафедрой метеорологии и климатологии МГУ

Карта с населенными пунктами, выбранными для анализа. Предоставлено кафедрой метеорологии и климатологии МГУ

— Что это за населенные пункты?

— Самый маленький город московского региона — Верея, расположенный примерно в 80 км к юго-западу от столицы, с населением около 5 тыс. человек. И две деревни — Афанасово (порядка 300 жителей) и Бяконтово (все население — шесть человек).

— Чем обусловлен такой выбор?

— Важно, чтобы был четко выраженный природный фон, но при этом отсутствовали побережья или сложный рельеф — они вносили бы свои нюансы в исследование. Играла роль компактность населенного пункта и его по возможности простая геометрическая форма, чтобы можно было четко обозначить исследуемую территорию. В выбранных трех населенных пунктах мы провели цикл экспериментов по изучению островов тепла, чтобы сопоставить их с оценками спутниковых снимков.

— Почему нужны полевые наблюдения, если есть данные со спутников?

— Действительно, изучить острова тепла малых населенных пунктов легче всего с помощью спутниковых снимков. Скажем, мы уже много лет работаем с данными, полученными спутниковой системой MODIS. Но у спутников есть существенное ограничение: они видят земную поверхность только при отсутствии облаков. А Московский регион и вообще средние широты находятся в очень облачном климате. Снимков, полученных спутником в условиях ясного неба, чрезвычайно мало. Сделать по ним статистически достоверные выводы затруднительно. Кроме того, возник вопрос с оценкой интенсивности, потому что, если населенный пункт маленький, спутники со средним разрешением включают в расчетную ячейку окружающую его местность — например, близлежащую опушку леса. Значения интенсивности подобных малых островов тепла могут быть искажены в сторону их занижения. Такого рода соображения потребовали прямых измерений, тех самых микроклиматических съемок. Работать приходилось в прямом смысле в поле — еще и потому, что, в отличие от Москвы, в условно сельской местности отсутствует стационарная сеть метеостанций, которая бы фиксировала разницу между температурой воздуха внутри и вне населенных пунктов.

Даже небольшая деревня является маленьким островком тепла. Фото: Фёдор Лашков, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»

Даже небольшая деревня является маленьким островком тепла. Фото: Фёдор Лашков, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»

— Когда проводились эксперименты?

— В разное время года, при разных погодных условиях, в том числе во время ярко выраженных антициклонов, а также, напротив, при плотном облачном покрове.

Эксперимент в Верее. Фото предоставлено кафедрой метеорологии и климатологии МГУ
Эксперимент в Верее. Фото предоставлено кафедрой метеорологии и климатологии МГУ
Карта первого эксперимента в Афанасово. Предоставлено кафедрой метеорологии и климатологии МГУ
Карта первого эксперимента в Афанасово. Предоставлено кафедрой метеорологии и климатологии МГУ
/

В результате экспериментов были получены оценки интенсивности островов тепла, построены карты этих островов в маленьких населенных пунктах и сделан вывод относительно суточного хода интенсивности этих островов тепла — так сказать, изучена их динамика.

— Насколько я понимаю, такая работа была сделана впервые.

— В Московском регионе — совершенно точно, но, думаю, и в России подобные исследования в малых и очень малых населенных пунктах ранее не проводились. Наша научная группа благодарна Русскому географическому обществу за возможность провести такие исследования.

 

Тепло — от трассы?

— А что ученых удивило в ходе исследования?

— В самых маленьких населенных пунктах мы фиксировали температуру в среднем на 1 градус теплее окружающего их леса. Кажется неожиданным, что маленькая деревушка на целый градус теплее окружающей ее местности — как и в среднем для Москвы, но при совсем других условиях. Однако, если сравнить температуру воздуха в такой деревне с открытым полем за околицей, то остров тепла окажется очень слабым — отличие всего в 0,1–0,2 градуса. Следовательно, остров тепла как разность температур в деревне и окружающем ее лесу не полностью объясняется антропогенным влиянием. Он создается в основном природным фактором — микроклиматическими условиями. Под пологом леса холоднее, чем в поле, на открытой прогреваемой местности.

И еще одно интересное явление связано с интенсивностью островов тепла малых придорожных населенных пунктов, находящихся рядом с шоссе.

— Неужели автомобили, проносящиеся мимо по трассе, нагревают воздух?

— Да, здесь четко проявился суточный ход острова тепла, зависящий от интенсивности автомобильного движения. Мы его зафиксировали. Этот эффект очень интересен. Кстати, в большом городе острова тепла создаются в основном стационарными источниками, и у них совершенно иной суточный ход. А если населенный пункт маленький и застройка разреженная, то основным источником тепла могут служить проезжающие автомобили, когда рядом находится довольно оживленная трасса.

— Что станет предметом изучения вашей научной группы в ближайшей перспективе?

— Помимо прочего, в нынешнем проекте нами были начаты исследования влияния большого города на поле ветра, а именно — на скорость и направление ветра в антициклональных условиях. Надеюсь, в следующем году мы продолжим такие эксперименты и постараемся выявить связь воздушных течений с островами тепла.

Айвар Валеев