12. fejezet - A városi hősziget és az épített környezet sajátosságai

Tartalom

12.1. A városi hősziget
12.2. Épületek klimatológiája
12.3. Törekvések a városi hősziget hatás csökkentésére
12.3.1. Hidegtetők alkalmazása
12.3.2. Hideg útburkolatok alkalmazása
12.3.3. Zöldtetők
Ellenőrző kérdések

A városklíma egyik legjellegzetesebb jelensége a városi hősziget, melyet intenzitásával jellemezhetünk. E hősziget-intenzitás a városi és városkörnyéki hőmérséklet különbségeként definiálható. Ennek meghatározása sokféle módon történhet. A számítás módja elsősorban az adatfelvétel módjától és a városra vonatkozó adatok mennyiségétől függ. Például ha csak egy városi állomás és egy városon kívüli referenciaállomás 2 méteres magasságban mért léghőmérsékleti adatai állnak rendelkezésre, akkor a hősziget intenzitása értelemszerűen e kettő különbségeként határozható meg. Teljesen más módszereket kell alkalmazni abban az esetben, ha egy városról és annak környékéről egy műholdas mérésekből meghatározott, folytonosnak tekinthető felszínhőmérsékleti mező, illetve ha gépkocsis mérések segítségével egy szabályos rácshálózat mentén végzett mérések eredményei állnak rendelkezésre. Ilyenkor statisztikai eszközök felhasználásával határozható meg a hősziget erősségére jellemző érték.

A 12.1. ábrán Chicago belvárosának példáján láthatjuk a különböző mesterséges felszínburkolatok hőmérsékletét összehasonlító szimulációt. A sárgás árnyalatok jelölik a magasabb felszínhőmérsékleteket, a lilás árnyalatok az alacsonyabbakat. Jól látszik az épületek árnyékolásának hatása. A közvetlenül a tóparton található épületek meleg felszínűek az erős közvetlen besugárzás miatt, az épületek jobb oldala pedig a balról érkező napsugárzás miatt hűvösebb, mint a bal oldala.

Egy nagyvárosról készült fotó felhasználásával készült hőmérsékleti szimuláció – Chicago, 2008

12.1. ábra: Egy nagyváros hőmérsékleti viszonyainak szimulációja, Chicago, 2008.

Ebben a fejezetben a városi hőszigettel kapcsolatos információk mellett áttekintjük az épületek mikroklímáját, s a klímaváltozás hatásait a városi környezetve. Szót ejtünk a változó körülményekhez való alkalmazkodás módszereiről, illetve a városi hősziget hatást mérsékelő lehetőségekről.

12.1. A városi hősziget

A hősziget intenzitása függ a szinoptikus helyzettől, az évszaktól, a napszaktól, a beépítettségtől és a felszín anyagától. A hősziget kialakulásának a szélcsendes, derült időjárás kedvez, ilyen feltételek mellett alakul ki a legnagyobb hőmérsékletkülönbség a város és annak környéke között. A hősziget általában nyáron intenzívebb, mint télen (Oke, 1982).

A műholdak által meghatározott sugárzási felszínhőmérséklet és a 2 méteres magasságban mért léghőmérséklet napi menetében különbség tapasztalható (12.2. ábra). A léghőmérsékleti adatokból meghatározott városi hősziget általában napnyugta után 2-3 órával a legintenzívebb, a felszínhőmérsékleti adatokból meghatározott hősziget intenzitása viszont napközben, dél körül a legnagyobb (Roth et al., 1989; Gallo et al., 1993). A két hőmérséklet különbségének több oka van. Az egyik legfontosabb, hogy a felszínhőmérséklet a felszín energiaháztartási mérlegétől, a léghőmérséklet pedig a légtömeg fluxusdivergenciájától függ, amit az advekció befolyásol. A különbség másik fontos oka az, hogy a műhold a földfelszínről érkező hosszúhullámú sugárzásnak csak bizonyos szögből érkező részét észleli (pl. ha a műhold a földfelszínhez képest zenitben van, akkor csak a vízszintes felületeket „látja”), tehát az aktív felület, mely a különféle energiaszállító folyamatokban részt vesz, sokkal nagyobb, mint amit a műhold „lát” (Soux et al., 2004; Voogt, 2008). A függőleges falak és a fák lombkoronája alatti területek „láthatatlanok”. Sűrűn beépített területek esetén az aktív felület 2-3-szorosa is lehet annak a területnek, melynek sugárzását a műhold érzékelni képes. Nagy napmagasság esetén a vízszintes felületek jobban felmelegednek, mint a függőlegesek, viszont a léghőmérséklet kialakulásáért felelős energiaszállító folyamatokban a teljes városfelszín szerepet játszik. Ezért a felszínhőmérséklet általában magasabb és nagyobb szórású, mint a 2 méteres magasságban mért léghőmérséklet (Roth et al., 1989). A különböző kutatások szerint a műholdakkal észlelt felszínhőmérséklet és a 2 méteres magasságban mért léghőmérséklet közötti korreláció 0,7–0,8 (Nichol, 1996; Ben-Dor és Saaroni, 1997).

A városi hősziget keresztmetszete

12.2. ábra: A városi hősziget nappali és éjszakai keresztmetszete a léghőmérséklet és a felszínhőmérséklet alapján. (EPA nyomán)

A hősziget horizontális szerkezete elsősorban a felszín anyagától és a beépítettségtől függ. A parkok és tavak viszonylag hidegebbek, míg az ipari területek, lakótelepek, hivatali és kereskedelmi negyedek relatíve melegebbek. A felszín anyaga és a hőmérséklet közötti korreláció jóval erősebb, ha a műholddal érzékelt felszínhőmérsékleti adatokat vesszük figyelembe, mint ha a 2 méter magasságban mért léghőmérsékleti adatokkal számolunk (Roth et al., 1989).

Ideális esetben a város fölött ún. városi hőkupola jön létre. A valóságban e hőkupola szerkezetét a szél módosítja. A város feletti légtér két rétegre osztható (Oke, 1982):

  • a városi tetőszint rétege (UCL, Urban Canopy Layer): a felszíntől az átlagos háztetőszint magasságáig terjed,

  • a városi határréteg (UBL, Urban Boundary Layer): a tetőszinttől a zavartalan atmoszférikus határrétegig terjed, ahol a légmozgást nem befolyásolja már a felszín zavaró hatása.

Az UBL vastagsága nappal átlagosan 500-1500 m, míg éjszaka 100-300 m, mely függ a szenzibilis hőáramtól és a légtömeg stabilitásától. A hősziget vertikális szerkezetét a 12.3. ábra a nappali órákra, a 12.4. ábra éjszakára vonatkozóan mutatja be.

A városi hősziget vertikális szerkezete a nappali órákban

12.3. ábra: A városi hősziget vertikális szerkezete a nappali órákban (Stull, 1989 nyomán), a  potenciális hőmérséklet vertikális menete látható a városon kívül és a hősziget központi térségében

A városi hősziget vertikális szerkezete éjszaka

12.4. ábra: A városi hősziget vertikális szerkezete éjszaka (Stull, 1989 nyomán), a  potenciális hőmérséklet vertikális menete látható a városon kívül és a hősziget központi térségében

A városi hősziget kialakulását számos tényező befolyásolja. A hősziget kialakulásáért közvetlenül valamilyen sugárzási változás a felelős, de ennek hátterében mindig valamilyen urbanizációs hatás áll.

A városi tetőszint rétegében végbemenő legfontosabb változások (Oke, 1982):

  • Az épületek alakjának és egymáshoz viszonyított elhelyezkedésének köszönhetően a városokban nagy az aktív felszín, és megsokszorozódik a sugárzás visszaverődése, ami a rövidhullámú sugárzáselnyelés megnövekedéséhez vezet.

  • A városi légtérben a légszennyezés következtében nagyobb az üvegházgázok koncentrációja, mint a városon kívül, aminek hatására intenzívebb a hosszúhullámú sugárzás elnyelődése és újbóli kibocsátása. Ez a városi tetőszint rétegében megnövekedett lefelé irányuló hosszúhullámú sugárzást eredményez.

  • A szűk utcáknak, magas házaknak köszönhetően a városban egy adott pontból az égboltnak kisebb hányada látható, mint zavartalan városon kívüli környezet esetén. Emiatt a felszín által kibocsátott hosszúhullámú sugárzásnak kisebb része hagyja el a városi határréteget, tehát kisebb a hosszúhullámú sugárzási veszteség.

  • Az épületek és a közlekedés hővesztesége az antropogén eredetű hő fontos komponense, ami a városi tetőszint rétegének hőtartalmát növeli.

  • Az épületek, burkolatok anyagának átlagos hővezető-képessége nagyobb, mint a városon kívüli természetes anyagoké, aminek hatására a városi tetőszint rétegében megnő a szenzibilis hő tározódása.

  • A mesterséges anyagoknak, burkolatoknak köszönhetően a víz a városok felszínéről gyorsan lefolyik, aminek hatására az evapotranspiráció csökken.

  • A tetőszint rétegében a nagyobb súrlódás következtében csökken a szélsebesség, ami a teljes turbulens hőszállítás csökkenését okozza.

Változások a városi határrétegben (Oke, 1982):

  • A légszennyezettség következtében megnövekedett légköri abszorpció miatt a városi határrétegben megnő a rövidhullámú sugárzáselnyelés.

  • A kémények hővesztesége – mint antropogén eredetű hő – a városi határréteg hőtartalmát növeli.

  • A városi tetőszint hőkibocsátásának köszönhetően megnövekszik a felszín felől érkező szenzibilis hőáram.

  • A nagy érdességnek és a hősziget jelenlétének köszönhetően a városi határrétegben megnő a turbulencia, aminek hatására a felülről érkező szenzibilis hőáram is megnövekszik.

E két utóbbi hatás együttesen a városi határrétegben a szenzibilis hő konvergenciáját eredményezi. Ez a tényező, valamint a súrlódás miatt a légáramlás sebességének csökkenése következtében bekövetkező feláramlás együttesen okozza a város fölött a határréteg felboltozódását (Oke, 1982).