Страница не найдена

Котлы отопления

Читая эту статью вы, уважаемые читатели, можете считать, что это своего рода отзыв о

Водоснабжение

Повысительный насос для воды являются неотъемлемой частью почти любой системы водоснабжения. Подобная установка необходима

Вентиляция

Своевременное и регулярное проветривание не менее важно для стабильного развития растений, чем систематический полив

Теплый пол

Если вы счастливый обладатель просторного балкона — можете смело начинать работы по превращению его

Водоснабжение

Стиральная машина уже очень давно стала неотъемлемым атрибутом в любой семье. Машинка автомат уверенно

Водоснабжение

Большинство городских жителей имеют загородные дома или дачные участки, проводя на них все теплое

Страница не найдена

Водоснабжение

Для монтажа систем водопровода основным материалом являются трубы. Современная промышленность выпускает четыре основных вид

Канализация

Трудно представить себе, чтобы загородный дом был комфортным без правильной организации стока хозяйственно-бытовых вод.

Водоснабжение

Автономное водоснабжение невозможно без насоса, а в лучшем случае насосной станции, позволяющей решить все

Водоснабжение

На рынке бурения скважин не так давно стала применяться новая инженерно-техническая технология, представленная компанией

Системы отопления

Вопрос отопления для владельцев коттеджей и загородных домов всегда оставался актуальным, особенно при проживании

Водоснабжение

Частные дома, удаленные от города, чаще всего не подключены к системе водоснабжения. Единственным выходом

статическое испытательное давление в городской системе отопления, зачем делать расчет при перед испытанием, фото и видео примеры

Содержание:

1. Зачем давление в системе
2. Виды рабочего давления в отопительной конструкции
3. Показатели нормального давления

4. Испытательное давление
5. Проверка герметичности системы отопления

Теплоснабжающая конструкция большого многоэтажного дома представляет собой сложный механизм, способный эффективно функционировать при условии соблюдения множества параметров элементов, входящих в него. Одним из них считается рабочее давление в системе отопления. От этого значения зависит не только качество передаваемого воздуху тепла, но также надежное и безопасное функционирование обогревательного оборудования. 

Давление в системе теплоснабжения многоэтажных зданий должно отвечать определенным требованиям и нормам, установленным и прописанным в СНиПах. При наличии отклонений от требуемых значений возможно возникновение серьезных проблем, вплоть до невозможности эксплуатировать отопительную систему. 

Зачем давление в системе

Многих потребителей интересует, зачем давление в системе отопления и что от него зависит. Дело в том, что оно оказывает непосредственное влияние на эффективность и качество обогрева помещений дома. Благодаря рабочему напору удается добиться наибольшей производительности теплоснабжающей системы по причине гарантированного поступления теплоносителя в трубопроводы и радиаторы в каждую квартиру многоэтажного дома. 

 
Постоянное и стабильное давление в городской системе отопления позволяет сократить потери тепла и доставлять теплоноситель к потребителям почти такой же температуры, как и при нагреве воды в теплоагрегате котельной (прочитайте также: «Температура теплоносителя в системе отопления: нормы»). 

Виды рабочего давления в отопительной конструкции

Напор в конструкции обогрева многоэтажного строения бывает нескольких видов:

1. Статическое давление системы отопления является показателем того, с каким усилием объем жидкости в зависимости от высоты воздействует на трубопроводы и радиаторы. При этом при проведении расчетов уровень напора на поверхности жидкости равен нулю.
2. Динамическое давление возникает в процессе движения жидкого теплоносителя по трубам. Оно воздействует на трубопровод и радиаторы изнутри.
3. Допустимое (максимальное) рабочее давление в системе отопления – это параметр нормального и безаварийного функционирования теплоснабжающей конструкции. 

 

Показатели нормального давления

Во всех отечественных многоэтажных домах, построенных как несколько десятков лет тому назад, так и в новостройках, система обогрева функционирует по закрытым схемам при помощи принудительного передвижения теплоносителя. Идеальными считаются условия эксплуатации, когда работает система отопления под давлением, равным 8-9,5 атмосферы. Но в старых домах в теплоснабжающей конструкции может наблюдаться потеря давления, а соответственно показатели напора снижаться до отметки 5 -5,5 атмосферы. Читайте также: «Что такое перепад давления в системе отопления».

Выбирая трубы и радиаторы для замены их в квартире, расположенной в многоэтажном доме, следует учитывать начальные показатели. Иначе отопительное оборудование будет работать нестабильно и даже возможно полное разрушение схемы теплоснабжения, которая стоит немалых денег. 

То, какое давление в отопительной системе многоэтажного здания должно быть, диктуют стандарты и другие регулирующие документы.

Как правило, достичь необходимых параметров по ГОСТу невозможно, поскольку на рабочие показатели оказывается влияние со стороны разных факторов:

1. Мощность оборудования, необходимого для подачи теплоносителя. Параметры давления в отопительной системе многоэтажки определяются на теплопунктах, где происходит нагрев теплоносителя для подачи через трубы в радиаторы.
2. Состояние оборудования. И на динамическое, и на статическое давление в теплоснабжающей конструкции непосредственно влияет уровень износа элементов котельной таких, как генераторы теплоты и насосов. Немаловажное значение имеет расстояние от дома до теплопункта.
3. Диаметр трубопроводов в квартире. Если при проведении ремонта своими руками владельцы квартиры установили трубы большего диаметра, чем на входном трубопроводе, то произойдет снижение параметров давления.
4. Расположение отдельной квартиры в многоэтажке. Безусловно, необходимое значение напора определяют, согласно нормам и требованиям, но на практике немало зависит от того, на каком этаже находится квартира и ее расстояние от общего стояка. Даже когда жилые комнаты располагаются недалеко от стояка, натиск теплоносителя в угловых помещениях всегда ниже, поскольку там часто имеется крайняя точка трубопроводов.
5. Степень износа труб и батарей. Когда элементы отопительной системы, расположенные в квартире, прослужили не один десяток лет, то некоторого снижения параметров оборудования и производительности не избежать. Когда имеют место подобные проблемы, желательно изначально произвести замену изношенных труб и радиаторов и тогда удастся избежать аварийных ситуаций. 

Испытательное давление

Жильцам многоквартирных домов известно, каким образом коммунальные службы совместно со специалистами энергетических компаний проверяют давление теплоносителя в отопительной системе. Обычно они до начала отопительного сезона подают в трубы и батареи теплоноситель под напором, величина которого приближается к критическим отметкам. 

Используют давление при испытании системы отопления для того, чтобы протестировать работоспособность всех элементов теплоснабжающей конструкции в экстремальных условиях и выяснить, насколько эффективно будет передаваться тепло от котельной в многоэтажный дом. 

Когда подается испытательное давление системы отопления нередко ее элементы приходят в аварийное состояние и требуют ремонта, поскольку изношенные трубы начинают протекать и в радиаторах образуются пробоины. Избежать подобных неприятностей поможет своевременная замена устаревшего отопительного оборудования в квартире.

При проведении испытаний контроль параметров выполняют при помощи специальных приборов, установленных в самой низкой (обычно это подвал) и самой высокой (чердачное помещение) точках многоэтажки. Все произведенные замеры в дальнейшем анализируют специалисты. При наличии отклонений необходимо обнаружить неполадки и немедленно их устранить. 

Проверка герметичности системы отопления

Для обеспечения эффективной и надежной работы системы обогрева, не только проверяют давление теплоносителя, но и тестируют оборудование на герметичность. Как это происходит, видно на фото. В результате можно проконтролировать наличие протечек и предотвратить поломку оборудования в самый ответственный момент.

Проверку герметичности осуществляют в два этапа:

• испытание с использованием холодной воды. Трубопроводы и батареи в многоэтажном здании наполняют теплоносителем, не нагревая его, и замеряют показатели давления. При этом его значение в течение первых 30 минут не может составить менее стандартных 0,06 МПа. Через 2 часа потери не могут быть более 0,02 МПа. При отсутствии порывов отопительная система многоэтажки дальше будет функционировать без проблем;
• испытание с применением горячего теплоносителя. Отопительную систему тестируют до начала отопительного периода. Воду подают под определенным сдавливанием, его значение должно быть наиболее высоким для оборудования. 

 
Чтобы добиться оптимального значения давления в системе отопления расчет схемы ее обустройства лучше всего доверить специалистам-теплотехникам. Сотрудники таких фирм не только могут произвести соответствующие испытания, но еще и промоют все ее элементы. 

Тестирование проводят перед началом запуска отопительного оборудования, иначе цена ошибки бывает слишком дорогостоящей, а, как известно, аварию устранить при минусовых температурах довольно сложно. 

От параметров давления в схеме теплоснабжения многоэтажного дома зависит, насколько комфортно можно проживать в каждой комнате. В отличие от собственного домовладения с автономной системой обогрева в многоэтажке у владельцев квартир не имеется возможность самостоятельно регулировать параметры отопительной конструкции, в том числе температуру и подачу теплоносителя. 

Но жильцы многоэтажных домов при желании могут установить такие измерительные приборы как манометры в подвале и в случае малейших отклонений давления от нормы сообщать об этом в соответствующие коммунальные службы. Если после всех предпринятых действий потребители по-прежнему недовольны температурой в квартире, возможно, им следует подумать над организацией альтернативного отопления.

Как правило, напор в трубопроводах отечественных многоэтажных зданий не превышает предельные нормы, но все же установка индивидуального манометра не будет лишней.

Какое давление в системе отопления многоэтажного дома

Постоянное рабочее давление в системе отопления должно поддерживаться для обеспечения ее функционирования, заставляя теплоноситель циркулировать по трубам и отдавать энергию через теплообменники. Возникает давление в процессе нагрева воды и характеризуется как величина внутреннего воздействия на элементы отопительной системы (трубы, котлы и радиаторы).

Виды давления

Различают:

• статическое давление — постоянная величина, зависит от высоты столба, не подвержена воздействию перепадов температур и возникает лишь вследствие влияния гравитации (вода любой температуры давит на стенки труб), значение этого параметра увеличивается на 1 атм при подъеме на каждые 10 м;
• динамическое — подвержено снижению/росту, что является следствием изменения свойств горячей воды при нагреве, а дополнительно на эту величину оказывает воздействие работа насосов, которые обеспечивают принудительное продвижение теплоносителя по трубам.

Динамическое давление зависит не только от температуры жидкости и параметров насосного оборудования, но и регулятора, благодаря которому осуществляется распределение горячей воды в системе. Учитывая, что все перечисленные факторы постоянно изменяются, давление периодически снижается и возрастает. Данный параметр должен контролироваться, т. к. при существенном падении уменьшится скорость продвижения жидкости по трубам, что приведет к остыванию коммуникаций, а вместе с тем и остановке насосов. При повышении давления увеличивается риск поломки оборудования.

Существует еще одна разновидность. Рабочее давление комбинируется из перечисленных нагрузок (статического и динамического). Благодаря этому обеспечивается нормальная работа системы отопления, а риск возникновения аварийной ситуации снижается.

Как можно создать давление в системе отопления

Если рассматривать пример создания давления в отопительной системе закрытого типа, то создать для общего контура расчетное давление будет несложно. Для этого используется три шага:

1. Опрессовка, которая выполняется путем заполнения контура теплоносителем через перемычку, соединённую с водопроводом. Данный процесс сопровождается нагнетанием давления системы отопления до величин, в 2-3 раза превышающих рабочие показатели. Опрессовка выполняется, чтобы избежать перепадов давления и вытеснения попавшего в магистраль воздуха. При операции должен производиться непрерывный контроль параметров по манометру.
2. Проверка тепломагистрали на герметичность и наличие течей. Проверка проводится двумя этапами. Вначале идет холодный этап – давление в магистрали постепенно повышается (между повышениями интервал времени составляет 15 минут), пока не будет достигнуто минимальное рабочее значение показателей в контуре. По истечении 30 минут начальное давление должно удерживаться с погрешностью не более чем на 0,06 МПа в сторону уменьшения. По истечении двух часов изменения не должны превышать 0,02 МПа. Горячий этап проводится после подключения к магистрали рабочего котла. Испытательное давление должно быть установлено на максимальном рабочем уровне. Фиксируемые значения должны оставаться такими же, которые были сделаны согласно первоначальному расчету.
3. Создание рабочего давления, для чего достаточно после опрессовки сбросить лишний объём теплоносителя через любой вентиль или воздушный клапан (воздушник).

Важно! Испытание на герметичность должно проводиться после трех суток эксплуатации отопительной системы.

Как только все испытания успешно проведены, а нарушения герметичности (если такие имелись) устранены, можно продолжать эксплуатацию системы.

Требования ГОСТ и СНиП

В современных многоэтажных домах монтаж системы отопления осуществляют, опираясь на требования ГОСТа и СНиП. В нормативной документации оговорен диапазон температур, которые центральное отопление должно обеспечить. Это от 20 до 22 градусов С при параметрах влажности от 45 до 30%.

Чтобы достичь этих показателей, необходим просчет всех нюансов в работе системы еще при разработке проекта. Задача теплотехника — обеспечить минимальную разность значений давления жидкости, циркулирующей в трубах, между нижними и последними этажами дома, сократив тем самым теплопотери.

Этажность	Рабочее давление, атм
До 5 этажей	2-4
9-10 этажей	5-7
От 10 и выше	12

На реальную величину давления влияют следующие факторы:

• Состояние и мощность оборудования, подающего теплоноситель.
• Диаметр труб, по которым теплоноситель циркулирует в квартире. Бывает, что желая повысить температурные показатели, хозяева сами меняют их диаметр в большую сторону, снижая общее значение давления.
• Расположение конкретной квартиры. В идеале это не должно иметь значения, но в действительности существует зависимость от этажа, и от удаленности от стояка.
• Степень износа трубопровода и нагревательных приборов. При наличии старых батарей и труб не следует ожидать, что показатели давления останутся в норме. Лучше предупредить возникновение нештатных ситуаций, заменив отслужившую свое теплотехнику.

Как меняется давление от температуры

Проверяют рабочее давление в высотном доме при помощи трубчатых деформационных манометров. Если при проектировании системы конструкторы заложили автоматическую регулировку давления и его контроль, то дополнительно устанавливают датчики разных типов. В соответствии с требованиями, прописанными в нормативных документах, контроль осуществляют на наиболее ответственных участках:

• на подаче теплоносителя от источника и на выходе;
• перед насосом, фильтрами, регуляторами давления, грязевиками и после этих элементов;
• на выходе трубопровода из котельной или ТЭЦ, а также на вводе его в дом.

Норма

Для автономной отопительной системы частного дома нормальным считается давление от 0,7 до двух атмосфер.

Конкретная величина рассчитывается еще при проектировании в зависимости от характеристик оборудования, особенностей теплосети, количества этажей. Показатель выше двух атмосфер считается критическим. Если давление достигнет трех атмосфер, произойдет авария. Соединения станут негерметичными, система выйдет из строя.

Обязательным условием, которое дает основание считать давление нормальным, является необходимая разница между показателями в прямой и обратной трубах. Она должна составлять от 0,3 до 0,5 атмосфер.

Методы контроля

Для мониторинга давления в СО применяют специализированные приборы – манометры, которые в режиме реального времени показывают все изменения данного значения. Конструктивно, данные устройства могут нести чисто информативную функцию, или быть оснащены контактной группой, коммутирующей работу некоторых элементов СО. Например, при повышении давления выше номинального, контакты манометра размыкаются, что приводит к остановке работы теплогенератора.

Важно! Для оперативного мониторинга состояния СО устанавливаются манометры: на обвязке котлоагрегата; на вход и выход насосного оборудования; по сторонам регулятора давления воды в системе отопления. Кроме этого, специалисты рекомендуют устанавливать манометры на разветвлениях участков; по сторонам грязевиков; в нижней и верхней точке СО.

Как известно, при нагреве теплоноситель расширяется, вследствие чего его объем увеличивается. За компенсацию объема расширяющегося теплоносителя и резкий скачек давления отвечает расширительный бак, который, может быть закрытого или открытого типа.

Для поддержания значений рабочего и номинального давления, в СО входит, так называемая группа безопасности, которая состоит из манометра, автоматического воздухоотводчика и подрывного клапана.

Параметры нормального давления для дома

Конечно, все зависит от типа дома, потому что сравнивать частные и многоквартирные здания не имеет смысла. Даже этажность дома определяет нормативы требуемого давления. Например, для домов в пять этажей нормальным считается давление 2–4 атм. В девятиэтажках давление должно подниматься до 5–7 атм. Различие обусловлено напором горячей воды, которую нужно доставить на верхние этажи.

В частном доме с автономной системой отопления давление может и вовсе составлять всего лишь 0,75 атм. Обычно необходимые параметры указываются в документах на отопительный котел.

При указанных параметрах давления должна обеспечиваться температура в квартирах не менее 22 градусов, в местах общего пользования – 15.

ГОСТ, СНиП и прочие страшные документы: какое давление должно быть в системе отопления многоквартирного дома?

Давление в системе отопления регламентируется двумя документами: строительными нормами и правилами, и государственными стандартами.

Перед разработкой системы отопления следует ознакомиться с нормативными документами. На всякий случай, лучше пригласить специалистов, которые помогут с созданием обвязки.

ontakte

Odnoklassniki

Существует три показателя:

1. Статическое, которое принимают равным одной атмосфере или 10 кПа/м.
2. Динамическое, учитываемое при использовании циркуляционного насоса.
3. Рабочее, складывающееся из предыдущих.

Первый показатель отвечает за давление в батареях и трубопроводе. Зависит от длины обвязки. Второй возникает в случае принудительного движения жидкости. Правильный расчёт позволит системе работать безопасно.

Рабочее значение

Характеризуется нормативными документами и представляет собой сумму двух составляющих. Одна из них — динамическое давление. Оно существует лишь в системах с циркуляционным насосом, что нечасто встречается в многоквартирных домах. Поэтому в большинстве случаев, за рабочее принимают значение, равное 0,01 МПа за каждый метр трубопровода.

Минимальное значение

Выбирается как количество атмосфер, при которых вода не закипает, если нагрета свыше 100 °C.

Температура, °С	Давление, атм
130	1,8
140	2,7
150	3,9

Расчёт производится следующим образом:

• определяют высоту дома;
• добавляют запас в 8 м, что предотвратит проблемы.

Так, для дома в 5 этажей по 3 метра каждый, давление составит: 15 + 8 = 23 м = 2,3 атм.

Какие должны быть нормативы ГОСТ и СНиП для многоквартирных домов

Документы оговаривают диапазоны, обеспечивающие отопление здания. Показатели рассчитаны для поддержания температуры около 20 °C при влажности порядка 40%.

Для их достижения на стадии подготовке к строительству разрабатывается проект. Выделяют три значения рабочего давления:

• 2—4 атм для домов до 5 этажей;
• 5—7 для 6—9;
• 12 и выше для 10-этажных и больших строений.

Факторы, определяющие показания

Современные дома оборудованы элеваторами, которые разделяют сеть на части. Их цель — смешать потоки воды разной температуры. Они оборудованы регуляторами, при помощи которых управляют соплами. Это влияет на определение давления: частично закрытый узел изменяет показатель.

Достичь значений, указанных в ГОСТ, также мешают следующие факторы:

• Мощность приборов, установленных в здании, редко подходит под расчёты, проведённые перед началом работ.
• Состояние оборудования. В течение эксплуатации оно изнашивается.
• Диаметр трубопровода. Иногда, при ремонте, участок обвязки заменяют, выбирая другой размер, что приводит к падению давления.
• Расположение квартиры: чем дальше от магистрали и котла, тем больше шанс снижения показаний.

Проверка нормы в многоэтажных зданиях

Осуществляется манометрами в трёх точках:

• на подаче, около котла, а также на обратке в аналогичной точке;
• возле всего используемого оборудования: насосов, фильтров, регуляторов и прочего;
• на магистрали около котельной и у отвода к дому.

Требования к показателям определены ГОСТ и СНиП.

Способы поднять давление

Централизованное отопление проверяют холодной водой. Если обнаруживается падение давления, необходимо вернуть его на прежний уровень. Затем делают испытание горячей водой.

• Ослабление резьбы путём нарушения сварных стыков.
• Остановка подачи в разные части обвязки.
• Уменьшение мощности системы на короткий срок.
• Осмотр вентилей на предмет пропускания рабочей жидкости.
• Нанесение мыла на соединения.

Внимание! Чтобы вернуть давление на нормальный уровень, рекомендуется обратиться к специалистам, особенно при обнаружении проблем в многоквартирном доме.

Посмотрите видео, в котором показано, как именно подается отопление в многоэтажный жилой дом.

Представляет собой разницу между значениями на подающей и обратной трубах. Для устойчивой работы системы это число должно находиться в диапазоне 0,1-0,2 МПа. Отклонение говорит о сбое и необходимости ремонта.

Важно! Проблему ищут путём поочерёдного отключения частей обвязки. Если она не обнаруживается, внимание переключают на оборудование. Подробнее о перепадах написано в СНиП 41-01-2003.

Постоянство этого показателя зависит от расчётов и следующих моментов:

• расположения подачи;
• диаметра труб;
• присутствует запорная арматура.

Оцени статью:

Средняя оценка: из 5. Оценили: 3 читателя.

Поделись с друзьями!

ontakte

Odnoklassniki

Давление в системе отопления

Кроме него есть динамическое давление, создаваемое циркуляционным насосом или конвекционными потоками в гравитационных системах отопления.

И все же в реальных условиях давление в системе отопления в частном доме намеренно повышают, ведь это позволяет снизить гидродинамическое сопротивление труб и радиаторов, препятствует попаданию воздуха внутрь, который может полностью остановить циркуляцию теплоносителя. Остается выяснить, каким должно быть параметр и что от этого зависит.

С помощью манометра регистрируется избыточное давление в трубах свыше естественного атмосферного и именно с ним предстоит оперировать в дальнейшем для диагностики и настройки системы отопления.

Как поднять давление в котле самостоятельно? (видео)

• Пластиковая бутылка, лучше прозрачная. Нужно выбирать только известные марки, чтобы пластик был прочный;
• Золотник для бескамерной резины авто;
• Лерка, которой будет нарезаться резьба;
• Запорный сантехнический кран;
• Шланг.

1. Нарезать на горлышке бутылки резьбу. При этом желательно держать не за саму бутылку, а воспользоваться разводным ключом и зажать ее за «юбочку» ниже горлышка;
2. Ввинтить в горлышко бутылки кран через накидную гайку. В ней необходимо предусмотреть резиновую прокладку;
3. Установить золотник. В дне бутылки под него нужно просверлить отверстие. Затем надеть деталь на спицу и завести ее внутрь бутылки, а там вставить в отверстие. На выходе из бутылки со стороны дна зажать его гайкой;
4. Проверить самодельное приспособление на давление. Это необходимо выполнить, чтобы проверить уровень давления, которое оно может выдержать. В среднем она сдерживает 3 атм. Если нужно, чтобы она выдержала большее давление, ее стенки нужно обмотать строительным скотчем, это придаст ей большую плотность;
5. Подключить бутылку с помощью крана к системе отопления. Предварительно перед этим набрать в нее воду;
6. Накачать давление в бутылке обычным насосом. При этом воздух вытесняет из нее жидкость, и она поступает в систему котла.

Какое должно быть рабочее давление

На практике давление выбирают как можно больше, чтобы снизить динамические нагрузки и сопротивления труб и радиаторов, но не выше предела, который может выдержать самый слабый элемент в системе.

Нормированных значений для автономной системы отопления не существует, и выбор оптимального уровня определяется индивидуально.

Схема открытой системы отопления

Для открытой системы отопления расширительный бак, устанавливаемый в верхней точке контура, своей позицией и уровнем воды в нем задает рабочее давление всего контура.

Его объем подбирается не меньше 10% от всего объема контура отопления, а располагают бак на высоте примерно 3-5 метров над трубой верхней разводки.

На практике установлено, что с повышением давления в трубах до 2,4 бар, динамическое сопротивление для естественной циркуляции снижается. Более высокие значения наоборот ухудшают ситуацию.

Нормальным диапазоном значений для систем отопления частного дома считается от 1,5 до 2,5 бар, причем ориентируются по верхнему допустимому пределу рабочего давления для самого слабого звена. Предохранительный клапан отсекает верхнюю границу, чтобы избежать разрыва труб или радиаторов.

Перепад давления в начале контура, если идти от горячего выхода котла, и в конце на холодном вводе должен составлять примерно 0,3-0,5 бара, что соответствует нормальному напору, поддерживающему циркуляцию теплоносителя.

Так как давления в трубах не должно опуститься ниже одной атмосферы, что привело бы к активному выделению растворенного газа в жидкости.

В зависимости от расположения расширительного бака в воздушной камере следует задать давление с учетом перепада под действием напора, заданного циркуляционным насосом.

Схема закрытой системы отопления: 1. Котел; 2. Клапан; 3. Терморегулятор; 4. Радиатор; 5. Балансировочный клапан; 6. Расширительный бак; 7. Шаровый кран; 8. Фильтр; 9. Насос; 10. Манометр; 11. Пердохранительный клапан.

Если все компоненты в контуре уже подобраны и согласованы, то нормальное давление настраивается при первом запуске как среднее значение с охватом характеристик всего оборудования: котла, циркуляционного насоса, расширительного бака, радиаторов и труб разводки.

Сложив вместе все допустимые диапазоны, достаточно выбрать узкую полосу в пересечении и определить его середину как номинальное значение. Одновременно сравнивая максимально допустимые значения, определяется настройка предохранительного клапана.

От чего зависит давление в системе?

На рабочие характеристики влияют многочисленные факторы, среди которых выделяют:

• Уровень износа отопительного оборудования – насоса и генератора;
• Диаметр труб, которые установлены в квартирах. Если они больше размера входящей трубы, то будет наблюдаться снижение давление в общей системе всей многоэтажки;
• Удаленность сооружения от источника тепла или котельной;
• Расположение квартиры относительно общего стояка. Если в ней переделывалось отопление, то нужно проверить правильность завязки его труб;
• Степень изношенности радиаторов и труб, как в квартире, так и в общем жилье.

Устранение перепадов

Устройство сопла элеватора

При понижении температуры обратного потока и изменении давления в трубах отопления в многоквартирном доме, регулируется диаметр сопла элеватора. При необходимости он рассверливается. Эта процедура должна быть согласована с предоставляющей услугу компанией (ТЕЦ или котельная). Нельзя допускать самодеятельности. В экстремальных ситуациях, когда под угрозой размораживание системы, из элеватора может полностью удаляться механизм регулировки. В этом случае теплоноситель попадает в коммуникации дома беспрепятственно. Такие манипуляции приводят к понижению давления в центральной системе отопления и значительному повышению температуры, до 20 градусов. Такое повышение может быть опасным для системы отопления дома и городских сетей в целом.

Повышение температуры рабочей среды из обратного потока связано с увеличением диаметра сопла, что приводит к уменьшению давления в отоплении многоквартирных домов. Для того чтобы понизить температуру, его следует уменьшить. Тут без сварочных работ не обойтись. Затем сверлом меньшего диаметра высверливается новое отверстие. Это уменьшит количество горячей воды в смесительной камере элеватора. Данная манипуляция проводится после остановки циркуляции теплоносителя. Если есть необходимость срочно, без остановки системы, уменьшить температуру обратки, частично перекрываются вентили. Но это может быть чревато последствиями. Металлические заслонки запорной арматуры создают барьер на пути теплоносителя. В результате повышается давление и сила трения. От этого увеличивается износ заслонок. В случае если он достигнет критического уровня, заслонка может оторваться от регулятора и полностью перекрыть поток.

Сколько стоит обслуживание и кто его оплачивает

В соответствии с законодательством РФ, расходы за установку счетчиков ложатся на плечи собственников жилого дома. Часто они изначально входят в состав платы за содержание и ремонт жилого помещения или в счет обязательных платежей. Расходы каждого владельца пропорциональны его доле в праве общей собственности.

Многих также интересует, сколько стоит опрессовка системы отопления в многоквартирном доме. Каждая фирма устанавливает собственные тарифы. Как правило, за основу берется площадь здания, от чего зависят остальные параметры:

• протяженность трубопроводов;
• количество отопительных приборов;
• тепловая производительность;
• стоимость самих работ.

Падение давление в отопительном контуре

Мы уже знаем, что норма давления в системе отопления частного дома – это 1,5-2 атмосферы. В холодном состоянии это значение ниже. Включение контура подразумевает активацию циркуляционного насоса. Одновременно с этим начинается подогрев теплоносителя. Тепловое расширение жидкости вызывает небольшой рост. После прогрева контура датчик давления (манометр или термоманометр) покажет вышеуказанные цифры.

Система отопления под давлением хороша тем, что не обязательно следовать требованиям о соблюдении уклонов, заужений труб, высоты их расположения. При её строительстве используются недорогие тонкие трубы, прокладываемые под любыми углами – протекание теплоносителя обеспечивается циркуляционным насосом. Есть и другие плюсы:

• Не нужно следить за уровнем жидкости в контуре.
• Простота в монтаже.
• Возможность применения альтернативных теплоносителей.
• Возможность организации нескольких контуров.
• Возможность реализации системы тёплых полов.

Недостатком считается её зависимость от электросети – электроэнергия необходима для работы циркуляционного насоса.

Давление в системе отопления закрытого типа с циркуляционным насосом держится примерно на одном уровне, проявляя зависимость от температуры теплоносителя и включённого/отключённого насоса. Если оно начинает падать, это указывает на какие-то неполадки. Основные причины:

Повысить давление в системе отопления можно за счёт подачи дополнительного количества теплоносителя. Но прежде всего необходимо выявить причину падения и устранить поломку.

• Образование протечки в трубопроводах или радиаторах.
• Неисправность теплообменника котла.
• Повреждение мембраны в расширительном бачке.
• Наличие воздушных пробок.

Иногда давление в закрытой системе отопления падает из-за поломки циркуляционного насоса – по каким-то причинам он перестаёт обеспечивать требуемый напор. Такое часто происходит с недорогими моделями от малоизвестных брендов. Поэтому экономить на циркуляционных насосах не рекомендуется.

Поднять давление воды в системе отопление поможет более точная настройка циркуляционного насоса. Его необходимо отрегулировать так, чтобы добиться равномерного прогрева всего контура и не создать разрежение за самим насосом. О выборе режимов работы мы уже говорили в наших обзорах.

Памятка по замене труб ГВС и отопления

    Монтаж труб из полипропилена в системах с центральным отоплением является серьезным просчетом, который со временем может вылиться для собственников квартир большими неприятностями. Идти на такие риски ради экономии, простоты и эстетического восприятия не стоит.

   • максимальная стойкость полипропилена составляет 95 ° С. После этого порога трубы могут провисать и прогибаться.
   • в пик холодов температура теплоносителя может достигать 130 ° С. При такой температуре труба просто плавится или разрывается.   Термостойкость полипропилена понижается особенно в домах с двухтрубной системой теплоснабжения, когда горячее водоснабжение организовано от трубопровода теплосети, а на системе не установлены теплорегуляторы.
   • в период подготовки к отопительному сезону при ежегодных испытаниях отопительной системы полипропиленовые трубы могут не выдержать искусственного повышения давления воды в системе.
   • максимальное допустимое давление, которое указывается на трубах – 25 кгс/см2. При повышенных температурах прочность полипропилена сильно падает. При 90-95 ° С давление составляет всего 5-9 кгс/см2.
   • применение полипропилена допустимо только в системах с автономным отоплением, когда в системе имеется собственный источник тепла и параметры теплоносителя контролируются.

    При выполнении ремонта в своем жилом помещении ВАЖНО ПОМНИТЬ, что замена инженерных сетей должна производиться на аналогичный материал, соответствующий техническому паспорту дома.

   По согласованию с управляющей домом организацией возможна замена стальных труб горячего водоснабжения и отопления на металлопластиковый материал с соответствующими характеристиками для подачи теплоносителя не менее 130-150 130 ° С и внутренним проходным сечением аналогичным стальным трубам.

   Обращаем внимание, что ответственность за техническое состояние труб, отличных по материалу от паспортных характеристик дома и замена которых выполнена без согласования с управляющей организацией, несут собственники помещений.

Пресс-служба администрации города Рыбинска

В системе отопления многоквартирных домов Подольска ведутся работы по устранению «воздушных пробок»

22 сент. 2021 г., 23:08

Нередки ситуации, когда с началом отопительного сезона жители многоквартирных домов замечают, что их батареи недостаточно греют или вовсе холодные. Почему это происходит, и как устранить данную неисправность рассказал директор МКУ «Окружное хозяйство» Дмитрий Чибисов.

— Одной из наиболее распространенных причин нарушения работы системы отопления является образование «воздушных пробок», — сказал Дмитрий Чибисов. — В настоящее время управляющими компаниями активно проводятся работы по стравливанию воздуха из отопительных систем в жилых домах. Специалисты управляющих компаний и ресурсоснабжающих организаций перешли в круглосуточный режим работы, чтобы оперативно реагировать на все поступающие заявки жителей Большого Подольска по нарушению теплоснабжения. На постоянном контроле в администрации находится вопрос пуска тепла, крайне важно чтобы тепло дошло до каждой квартиры, с этой целью специалистами проводится мониторинг изменения ситуации по пуску тепла в режиме реального времени и если необходимо принимаются все меры по организации взаимодействия жилищно-коммунальных служб города с целью решения возникших проблем.

По словам Дмитрия Алексеевича, при пуске тепла в многоквартирные жилые дома из-за изменения гидравлического режима в сети образуются «воздушные пробки», воздух попадает в инженерные сети и мешает полноценной циркуляции теплоносителя. Над устранением проблемы работают представители управляющих компаний. Они проверяют стояки и устраняют воздух в трубопроводах на чердаках и в подвальных помещениях многоквартирных домов.

Так, в среду, 22 сентября, приступили к работам по стравливанию воздуха в доме № 46 по улице Литейной. Как рассказала директор ООО «ЖЭУ Подольск» Нина Штанько, сброс воздуха из системы отопления выполняют в определенной последовательности, сначала специалисты проверят давление на каждом тепловом узле. Замер производится с помощью специального прибора — пирометра.

— Управляющая компания обслуживает жилой фонд из 26 многоквартирных домов, — сказала Нина Штанько. — С 13 сентября во все дома было запущено отопление. На данный момент в домах ведутся пусконаладочные работы, среди которых устранение «воздушных пробок». Представители управляющей компании отрабатывают каждую заявку жителей по вопросам отопления — проблемы оперативно решаются. 

Налаживают подачу тепла путем устранения «воздушной пробки» в радиаторах и стояках системы отопления и в доме № 11 по Народной улице. Данный дом находится в управлении МУЖРП № 5.

— Тепло в дома поступило, — сказал заместитель главного инженера МУЖРП № 5 Александр Устинов. — В некоторых из них система отопления завоздушена — оперативно работаем над устранением проблемы. В частности, на чердаках и в подвалах стравливание воздуха производится путем сливания некоторого количества воды из системы отопления. Также специалисты посещают квартиры, чтобы спустить воздух из радиаторов отопления. Управляющая компания обслуживает 256 домов.

Несмотря на проведенные мероприятия в межотопительный период, в процессе запуска также происходят технологические нарушения, как на тепловых сетях, так и на внутридомовых. В частности, из-за порыва трассы отсутствует тепло в домах на улицах Индустриальная, 4, Б. Серпуховская, 34/2, Веллинга, 22 в Подольске – работы планируется завершить в ближайшее время.

Отметим, что в случае отсутствия тепла в многоквартирном жилом доме необходимо связаться с аварийно-диспетчерской службой управляющей компании, позвонить по телефону «горячей линии» Комитета по жилищно-коммунальному хозяйству администрации — +7 (916) 565-96-15, +7(4967) 55-57-93 (ежедневно с 9.00 до 18.00) или обратиться в Единую дежурную диспетчерскую службу Городского округа Подольск – (4967) 55-57-98 (круглосуточно).

Источник: http://inpodolsk.ru/novosti/aktualno/v-sisteme-otopleniya-mnogokvartirnyh-domov-podolska-vedutsya-raboty-po-ustraneniyu-vozdushnyh-probok

Выбор радиатора

Что нужно знать, чтобы правильно выбрать и купить радиаторы водяного отопления? Начать наш сегодняшний разговор о выборе прибора водяного отопления мы решили с констатации двух фактов.

Факт первый.

Статистика гласит — на каждые 600-1000 отопительных приборов при эксплуатации в городских условиях имеет место один выход из строя из-за несоответствия параметров эксплуатации техническим данным прибора (давление, коррозия, плохая водоподготовка и т.д.). Вроде бы это немного, подумаешь один прибор из тысячи. Если учесть, что в среднем на квартиру покупается пять радиаторов, то та же статистика резко изменяет свой вид — в одной из 120, а лучшем случае в одной из 200 квартир, в которых установлены недавно купленные радиаторы отопления возможен потоп. Причем, радиаторы могут выходить из строя как сразу, так и в течение первых трех лет эксплуатации. В чем же причина такой статистики?

Факт второй.

На российском рынке водяных отопительных приборов (радиаторов) в настоящее время присутствует продукция различных конструкций и систем не менее 20 заводов-производителей Европы, Азии, Америки. В большинстве случаев — это приборы от признанных мировых производителей. Различаются они в основном по области применения. Исходя из этого, они изготавливаются из различных материалов, с разными техническими и эксплуатационными характеристиками.

Вот вам и причина — запутаться в предлагаемом изобилии гораздо легче, чем разобраться. А дело все в том, что свои особенности есть в каждой конструкции, да и наша с Вами российская система отопления имеет ряд «национальных особенностей». И о тех, и о других мы зачастую забываем. Начнем с особенностей системы отопления.

Во всем мире принята двухтрубная система отопления — по одной трубе теплоноситель подводится, по второй отводится. Она подразумевает параллельное подсоединение отопительных приборов. Мы, пожалуй, единственная страна в мире, в которой система подвода теплоносителя осталась однотрубной. Эта система подразумевает применение труб большого диаметра при последовательном подсоединении приборов отопления. При этом требуется прокачивать по системе как можно большее количество теплоносителя по системе отопления в единицу времени, что влечет за собой высокие характеристики систем отопления как по давлению, так и по температуре. Какому бы то ни было регулированию такая система поддается очень плохо, ведь как только Вы начали регулировать один из теплоприборов, изменения тут же начинают происходить в остальных отопительных приборах. Двухтрубная же система этого недостатка лишена.

И мы с Вами вынуждены мириться с недостатками однотрубной системы — у нас просто нет другого выхода. А это значит, что надо и создавать и использовать отопительные приборы, имеющие большой запас по прочности и малое гидравлическое сопротивление.

Во-вторых, на Западе не сливают воду из системы отопления, она постоянно заполнена. А это очень важный момент, т.к. коррозионные процессы в системе заполненной воздухом, идут гораздо быстрее, чем в системе, заполненной водой. В-третьих, рачительные хозяева на западе, берегущие собственную систему отопления, пуск этой самой системы (включение насосов, заставляющих циркулировать воду по системе) осуществляют в основном через специальные преобразователи. При этом пуск происходит плавно и давление в системе нарастает постепенно. У нас же это происходит гораздо проще. Включается рубильник, и циркуляционный насос сразу же подает теплоноситель на полную мощность. Такой способ включение приводит к, так называемым, гидравлическим ударам, которые просто «разваливают» радиатор.

Рассмотрим основные типы отопительных приборов, используемых в России.

Алюминиевые радиаторы.

Изготовлены из материала, обладающего повышенной теплопроводностью, но одновременно предъявляющего повышенные требования к химическому составу теплоносителя. Прекрасное дизайнерское исполнение большинства радиаторов портится необходимостью устанавливать на каждом приборе автоматический клапан для спуска воздуха, т.к.в процессе эксплуатации происходит активное выделение водорода. В настоящее время на рынке предлагается большое выбор алюминиевых радиаторов как на рабочее давление до 6 атм., так и на рабочее давление 10-30 атм., что предполагает возможность их применения в городской застройке. Следует отметить особо группу алюминиевых, экструзионных радиаторов, более дешевых, более легких, но и более уязвимых в неблагоприятных условиях эксплуатации

Стальные панельные радиаторы.

Это высокоэффективные тепловые приборы, как Kermi и Henrad, рассчитанные в большинстве случаев на рабочее давление 8,7 атм., опрессовочное 13 атм. Их рекомендуется использовать в индивидуальном, малоэтажном строительстве, а при наличии индивидуального теплового пункта — в зданиях любой этажности. И не стоит пытаться их испытывать при работе в системе с многократно большими значениями давления, особенно там, где есть вероятность гидравлического удара (многоэтажные городские здания с централизованной системой отопления). Срок их службы при этом может сократиться до года и даже до нескольких месяцев.

Биметаллические секционные радиаторы удачно сочетают лучшие свойства секционных алюминиевых и трубчатых стальных радиаторов: прочность (выдерживают давление до 40-50 атмосфер), долговечность (срок службы — до 20 лет) и высокий уровень теплоотдачи в сочетании с современным дизайном. В биметаллическом радиаторе применяются два металла — сталь и алюминий. Стальной сердечник усиливает конструкцию радиаторов. Именно благодаря ему они выдерживают высокое давление. Вдобавок стальная начинка «спокойнее» других реагирует на щелочность воды (ph-фактор). Алюминий обладает высокой теплопроводностью, что существенно улучшает теплоотдачу радиатора и уменьшает его инертность. Такой отопительный прибор быстрее нагревается и охлаждается.

Секционный биметаллический радиатор «GLOBAL» (Италия) занимает особое место среди всех типов радиаторов. Комбинация стальных проводящих каналов и алюминиевого оребрения дала очень хорошие результаты. Радиаторы имеют рабочее давление 35 атм., опрессовочное 59 атм. и не имеют ограничений по установке в различные системы отопления зданий любой этажности.

RS Bimetal — новинка «отопительного сезона 2004», продолжающая лучшие традиции корпорации Sira Group. Конструкция биметаллического радиаторов Sira оригинальна и не имеет аналогов. Секции RS состоят из двух стальных каналов для прохода теплоносителя, залитых под давлением высококачественным алюминиевым сплавом.

Чугунные радиаторы хорошо знакомы российскому потребителю.

Чугун — это материал, обладающий хорошей теплопроводностью, нейтральный по отношению практически ко всем теплоносителям. Именно поэтому чугунные радиаторы можно использовать в системах отопления с плохой подготовкой теплоносителя (повышенная агрессивность, загрязненность и пр.). На отечественном рынке можно встретить радиаторы производства Чехии, Италии, Испании, а также их российские аналоги.

Новинкой сезона являются чугунные радиаторы «РИДЕМ» (производство Турция). Предприятие, производящее эти радиаторы построено совсем недавно и, что называется по «последнему слову техники«— производство автоматизировано почти на 90%, качество изготовления гарантируется самим технологическим процессом, основанным на самых современных достижениях науки. Радиаторы «РИДЕМ» рассчитаны на рабочее давление 9 атм., опрессовочное 15 атм., максимальная температура носителя 110°С. Радиатор характеризуется высокой коррозионной стойкостью, широкой областью применения, долговечность, прочность, высокой теплоотдачей, низким гидравлическим сопротивлением и, что самое главное, красивым современным дизайном. Они сертифицированы в Германии ;(DIN), Англии (BSI), Франции (NF) и России (РОСТЕСТ). Стоит отметить так же и то, что до 70% продукции продается в Европе (Англия, Германия, Франция).

Краткие выводы.

Для коттеджной застройки и домов с индивидуальными тепловыми пунктами можно использовать все типы отопительных приборов, при условии, что Вы правильно учли при проектировании рабочее и опрессовочное давление, на которое рассчитан выбранный Вами тип радиатора, а также, не забыли о небольших технических нюансах, свойственных каждому типу радиаторов, например, таких как повышенное газовыделение в алюминиевых радиаторах или повышенная тепловая инерционность чугунных радиаторов. Определяющими факторами при выборе будут — цена, дизайн, гигиеничность, компактность и ;т.д.

Для городской застройки (в системах отопления старого типа) выбор будет в основном определяться «живучестью» отопительного прибора в реальных условиях эксплуатации. Безусловным лидером здесь является чугунный радиатор. Хорошее качество литья, высокие технические параметры и современный дизайн новых отечественных и зарубежных радиаторов еще больше укрепляют это лидерство.

В современных многоэтажных домах желательно использовать биметаллические и алюминиевые радиаторы,отличающихся элегантным дизайном,высокой прочностью и коррозийной стойкостью

И заключении маленький совет. При выборе отопительного прибора обязательно посоветуйтесь со специалистами. Мы имеем ввиду не «специалистов», готовых за определенную сумму оказывать любые услуги, начиная от косметического ремонта и кончая заменой приборов отопления, а настоящими специалистами по отопительной технике. Ну, а право окончательного решения всегда останется за вами.

Снижение давления в сетях централизованного теплоснабжения и холодоснабжения путем попеременного подключения расширительного бака

https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.02.010Получить права и содержание

Основные

•

Низкий- Температурные сети позволяют одновременно нагревать и охлаждать.

•

Низкотемпературные сети заменяют отопление на ископаемом топливе теплом окружающей среды.

•

Регулируемое подключение расширительного бака снижает давление в таких сетях.

•

Снижение давления снижает затраты на трубопроводы и способствует распространению на рынке.

•

Новый клапан автоматически переключает соединение расширительного бака.

Реферат

Низкотемпературные сети централизованного теплоснабжения и охлаждения, работающие при температуре воды ниже 20 ° C, заменяют системы отопления на ископаемом топливе теплом окружающей среды или отходящим теплом промышленных процессов и дополнительно обеспечивают источник прямого охлаждения во время теплые месяцы.Эти сети обладают потенциалом для сокращения выбросов углерода и являются ключевой технологией будущего в стратегии борьбы с изменением климата. Однако большие первоначальные вложения ограничивают распространение таких сетей. Большая часть этих инвестиций, помимо прокладки траншей, идет на прокладку трубопроводов. Стоимость трубопроводов сильно зависит от диаметра трубы, материала и номинального давления. В этой работе мы делаем упор на снижение затрат за счет снижения давления в системе; что позволяет снизить номинальное давление. Чтобы снизить максимальное давление в гидравлической системе, мы представляем новую технику, основанную на попеременном подключении расширительного бака.Мы объясняем нашу концепцию в лабораторном эксперименте, а затем применяем наш метод к крупномасштабной сети в ETH Zurich, Швейцария. В ETH Zurich мы прогнозируем снижение давления на 8% с 6 до 5,5 бар. Снижение давления увеличивает экономическую жизнеспособность и, таким образом, может способствовать распространению на рынке низкотемпературных сетей централизованного теплоснабжения и охлаждения.

Ключевые слова

Расширительный бак

Сети централизованного теплоснабжения

Сети централизованного охлаждения

Снижение давления

Стоимость трубопроводов

Механический клапан

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2019 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Причины, последствия и решения для городского острова тепла

Вы наверняка замечали, что в вашем городе много тепла. Более того, если вы обратите внимание на новости местного канала погоды, вы не упустите возможность заметить странную тенденцию колебаний температуры в городских районах и вокруг них. В городах или мегаполисах обычно теплее, а температура немного выше, чем в прилегающих сельских районах.Эта разница температур связана с необычным состоянием, известным как городской остров тепла (UHI).

Название подразумевает, что города или мегаполисы превращаются в острова тепла. Температура в этих регионах может подняться на 10 градусов по Фаренгейту по сравнению с прилегающими сельскими районами. Таким образом, городской остров тепла (UHI) означает любой городской район, в котором значительно жарче, чем в соседнем районе. Городской остров тепла очень заметен в зимний и летний периоды, а разница температур ночью часто больше, чем днем.

Согласно EPA,

«» Термин «остров тепла» описывает застроенные районы, в которых более жарко, чем в близлежащих сельских районах. Среднегодовая температура воздуха в городе с населением 1 миллион человек и более может быть на 1,8–5,4 ° F (1–3 ° C) выше, чем в его окрестностях. Вечером разница может достигать 12 ° C (22 ° F). Острова тепла могут влиять на сообщества, увеличивая пиковые потребности в энергии в летнее время, затраты на кондиционирование воздуха, загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов, связанные с жарой болезни и смертность, а также качество воды. ”

Причины городского острова тепла

1. Материалы с низким содержанием альбедо

Согласно Буйе, Альбедо — это отношение отраженной солнечной энергии к падающей солнечной энергии. Это зависит от расположения поверхностей, материалов, дорожных покрытий, покрытий и т. Д. Альбедо оказывает непосредственное влияние на формирование микроклимата.

Альбедо города варьируется в зависимости от различных факторов, таких как расположение поверхности, т. Е. Ориентация, неоднородность, материалы для крыш, тротуаров и т. Д.Если альбедо городской поверхности низкое, она будет накапливать больше солнечной энергии, и результатом будет повышение городской температуры, то есть создание городского микроклимата.

2. Мощеные и непроницаемые поверхности

Вымощенные поверхности, такие как дороги и парковки, могут поглощать солнечное излучение в виде тепла, и эти поверхности обычно непроницаемы, что означает, что сток воды перенаправляется в систему ливневых вод, а не поглощается растениями или водоемами, которые помогают охлаждать площадь за счет эвапотранспирации и испарения.

3. Тепловая масса

Здания содержат много тепла, что означает, что они накапливают много тепла в течение дня и медленно выделяют тепло за ночь.

4. Темные поверхности

Темные крыши поглощают больше энергии в здание в виде тепла, отсюда и бум в использовании прохладных крыш. Но не только крыши поглощают тепло, но и асфальтобетон также хорошо поглощает солнечные лучи, и ни одна из поверхностей не отражает много солнечного излучения, поэтому они становятся горячее, чем поверхности более светлого цвета.

5. Недостаток растительности

Растения и деревья создают тень и охлаждают воздух за счет эвапотранспирации. Но на территориях, где преобладают мощеные поверхности, мало места для зеленых насаждений. Леса вырубаются в массовом масштабе, чтобы удовлетворить потребности различных городских объектов. Меньшие деревья означают меньшую эффективность охлаждения.

Деревья улавливают солнечное тепло и поглощают углекислый газ для собственного фотосинтеза, чтобы охладить окружающую среду. С уничтожением растений эффективность системы охлаждения радикально снижается, вызывая создание процесса.

6. Изменение климата

Более экстремальные волны тепла в городских районах, в основном в северных регионах, являются фактором, способствующим образованию городских островов тепла. Городские острова тепла также усугубляют изменения климата, поэтому проблема подпитывается сама собой.

7. Расширенное использование кондиционеров

Мы массово используем кондиционеры, обеспечивая повышенный комфорт. Кондиционеры сохраняют прохладу внутри здания, но поглощают тепло изнутри, выбрасывая его в атмосферу.Механическое кондиционирование воздуха отводит тепло в окружающую среду вокруг здания, что напрямую усугубляет проблему. В результате внешняя среда нагревается, что приводит к повышению температуры воздуха.

8. Городской навес

В городской местности есть многоэтажные дома. Тепло, отраженное зданием, улавливается соседними более высокими зданиями, которые известны как городской навес. UHI усугубляется формированием городского навеса.

9. Защита от ветра

Из-за наличия густо расположенных зданий скорость ветра снижается, что снижает охлаждающий эффект за счет конвекции.Таким образом, удерживаемое тепло усиливает эффект.

10. Загрязнители воздуха

В городских районах, особенно в центрах городов, серьезной проблемой является загрязнение воздуха. Выхлопные газы транспортных средств, промышленные загрязнители, выбрасываемые в атмосферу, задерживают солнечную радиацию, вызывая повышение температуры, и эффект микроклимата становится сильнее.

11. Сбор людей

Поскольку скопление людей в центрах городов очень велико из-за наличия различных сооружений, выбросы CO2 также огромны в этих районах.CO2 сохраняет тепло, вызывая повышение температуры воздуха. Конечный эффект заключается в том, что он в значительной степени способствует образованию теплового острова.

Последствия городского острова тепла

1. Повышенное потребление энергии

Повышение температуры летом в городах увеличивает потребность в энергии для кондиционирования воздуха. Исследования показывают, что потребность в электроэнергии для кондиционирования или охлаждения увеличивается в диапазоне от 1,5 до 2 процентов на каждый 1 ° F (0,6 ° C) повышения температуры воздуха (в диапазоне от 68 до 77 ° F (20-25 ° C), что подразумевает что сообществу требуется примерно на 5–10 процентов больше электроэнергии для удовлетворения городского теплового эффекта.

Это означает, что повышенные требования к охлаждению или кондиционированию воздуха летом способствуют увеличению счетов за электроэнергию. Кроме того, в периоды обострения городских тепловых островов возникающая потребность в кондиционировании воздуха может привести к перегрузке систем, что может привести к отключениям электроэнергии и отключениям электроэнергии.

2. Повышенные выбросы парниковых газов и загрязнение воздуха

Как объяснялось ранее, городской тепловой остров (UHI) увеличивает спрос на электроэнергию в летний период. В результате электростанции должны обеспечивать необходимую дополнительную энергию, а поскольку они полагаются на ископаемое топливо для производства энергии, происходит увеличение выбросов парниковых газов и загрязнителей воздуха.Основные парниковые газы и загрязнители включают окись углерода (CO), двуокись углерода (CO2), двуокись серы (SO2), оксиды азота (NOx), твердые частицы и ртуть (Hg).

Увеличение выбросов парниковых газов вызывает глобальное потепление и изменение климата, в то время как загрязняющие вещества негативно влияют на здоровье человека, а также ухудшают качество воздуха. Иногда UHI также может приводить к образованию приземного озона и кислотных дождей. Исследования показывают, что высокий UHI коррелирует с повышенным уровнем и накоплением загрязнителей воздуха в ночное время, что влияет на качество воздуха на следующий день.

3. Представляет опасность для водных систем

Высокие температуры в городских районах означают повышенные температуры тротуаров и крыш. Соответственно, такие температуры поверхности могут нагревать ливневые стоки. Испытания показали, что тротуары с температурой 100 ° F (38 ° C) могут увеличивать начальную дождевую воду умеренно с примерно 70 ° F (21 ° C) до более 95 ° F (35 ° C).

Эта нагретая ливневая вода — это сток, который попадает в системы ливневой канализации и поднимает температуру воды, сбрасывая ее в пруды, ручьи, реки, озера и океаны, что приводит к тепловому загрязнению.В результате повышенная температура воды влияет на водную систему, особенно на размножение и метаболизм водных видов, и может быть даже фатальной для водных организмов.

4. Дискомфорт и опасность для здоровья человека

Более сильное загрязнение воздуха привело к снижению ночного охлаждения и повышению температуры, поскольку последствия городского теплового острова могут отрицательно сказаться на здоровье человека. Это отрицательно сказывается на здоровье человека из-за повышенного общего дискомфорта, истощения, смертности от жары, респираторных проблем, головных болей, теплового удара и тепловых судорог.

Поскольку городские тепловые острова также могут усугублять воздействие волн тепла, могут возникать аномальные погодные периоды, которые могут серьезно повлиять на здоровье уязвимых и уязвимых групп населения, таких как пожилые люди, дети и люди с погодными условиями здоровья.

Усиленная жара или резкое повышение температуры могут привести к более высокому уровню смертности. Исследования Центра по контролю и профилактике заболеваний показывают, что в период с 1997 по 2003 год в США было зарегистрировано более 8000 преждевременных смертей из-за чрезмерного воздействия тепла.

5. Вторичные воздействия на погоду и климат

Помимо повышения высоких температур, городской остров тепла (UHI) может оказывать вторичное воздействие на местную погоду и климат. Сюда входят изменения в местных режимах ветра, образование тумана и облаков, количество осадков и влажность. Необычная жара, вызванная UHI, способствует более интенсивному восходящему ветру, который может стимулировать грозу и осадки.

Кроме того, городской остров тепла (UHI) создает локальную зону низкого давления, где холодный воздух из прилегающих районов сходится, что вызывает образование облаков и дождя.Это увеличивает общее количество осадков в городах. Эти изменения могут повлиять на вегетационный период в городах, особенно за счет продления роста растений и сельскохозяйственных культур.

6. Воздействие на животных

Большинству видов необходима оптимальная температура для колонизации, использования и процветания в своих экосистемах. Когда существуют высокие температуры из-за городского теплового острова (UHI), создается суровая и жестокая экологическая среда, которая ограничивает основные виды деятельности организмов, такие как обмен веществ, размножение и размножение.

Неблагоприятная жара также может значительно снизить доступность пищи, жилья и воды.

Изменения температуры также могут сделать города более пригодными для выживания по сравнению с дикой природой, которая может привлекать в города диких животных. Примером могут служить сероголовые летучие лисицы в Мельбурне, Австралия, которые колонизировали городские среды обитания после повышения там температуры.

Кроме того, городской остров тепла (UHI) может в равной степени изменить процесс естественного отбора, создав противовес новому набору селективных сил.Например, количество насекомых может быть больше в городских районах, чем в сельской местности, поскольку большинство из них зависят от температуры окружающей среды, чтобы контролировать температуру своего тела. Следовательно, переезд в город является правильным средством их выживания.

Решения для городского острова тепла

1. Использование светлого бетона и белых крыш

Было установлено, что использование светлого бетона и белых крыш эффективно отражает до 50% больше света и снижает температуру окружающей среды.Было показано, что эти стратегии предлагают отличные решения для уменьшения эффекта городского острова здоровья.

Черный и матовые цвета поглощают большое количество солнечного тепла, в результате чего поверхности становятся более теплыми. Использование светлого бетона и белых крыш также может снизить общие требования к кондиционированию воздуха.

2. Зеленые крыши и растительный покров

Зеленые крыши — отличный способ уменьшить воздействие городских тепловых островов. Зеленая кровля — это практика посадки растений на крыше, как если бы они были посажены в саду.Растения на крыше являются отличными изоляторами летом и уменьшают общий эффект городского теплового острова. Растения также охлаждают окружающую среду, тем самым снижая потребность в кондиционировании воздуха.

Кроме того, качество воздуха улучшается, поскольку растения поглощают углекислый газ и производят свежий воздух. Другие методы, которые можно использовать, включают посадку на открытом пространстве, уличные деревья и посадку у бордюров. Все эти методы производят охлаждающий эффект в городских районах и снижают затраты на снижение температуры.

3. Посадка деревьев в городах

Посадка деревьев в городах и вокруг них — невероятный способ отражения солнечной радиации и в то же время уменьшения эффекта городского острова тепла. Деревья создают тень, поглощают углекислый газ, выделяют кислород и свежий воздух и обеспечивают охлаждающий эффект. Лиственные деревья лучше всего подходят для городских территорий, потому что они обеспечивают охлаждающий эффект летом и не блокируют тепло зимой.

4. Зеленые автостоянки

Зеленые парковочные места используют стратегии зеленой инфраструктуры для ограничения воздействия эффекта городского теплового острова.Точнее, он смягчает повышение температуры дорожного покрытия, что может значительно предотвратить тепловое загрязнение в результате ливневого стока. Это снижает опасность для водных систем.

5. Внедрение и повышение осведомленности о политике и правилах по сокращению тепла

Государственная реализация экологической политики, такой как Закон о чистом воздухе, стандарты низкоуглеродного топлива, использование возобновляемых источников энергии и стандарты правил чистых автомобилей, могут значительно регулировать антропогенные факторы, вызывающие эффект городского теплового острова.

При меньшем количестве выбросов уровень парниковых газов в атмосфере может быть уменьшен, тем самым уменьшая последствия изменения климата и глобального потепления. Также можно проводить просвещение и разъяснительную работу для того, чтобы общины знали об экономических и социальных преимуществах посадки деревьев и экоколяров.

Взаимодействие городского отопления и местных ветров во время затишья между сезонами дождей в тропиках — Ooi — 2017 — Journal of Geophysical Research: Atmospheres

1 Введение

Городской пограничный слой (UBL) — это внутренний пограничный слой над городом / городским районом.Он формируется в ответ на всплывающие, конвективные потоки и потоки сопротивления, вызванные геофизическими особенностями и энергетическим балансом городской поверхности суши (Oke, 1976; Stull, 1988). В отличие от сельской местности, динамический UBL значительно жарче, суше и более загрязнен (Barlow, 2014; Collier, 2006; Zhang, Zhu, & Zhu, 2011). Городские поверхности с высокой тепловой инерцией в дополнение к антропогенному тепловыделению сохраняют интенсивное тепло в узких городских каньонах и усиливают турбулентную нестабильность в пограничном слое, особенно после захода солнца (Giovannini et al., 2013; Miao et al., 2009; Оке, 1995). Понижение давления, вызванное городским тепловым островом (UHI), притягивает окружающий воздух к центру города, тем самым создавая городской бриз с расходящимся восходящим потоком около вершины UBL (Miao et al., 2009). Взаимодействие сильных городских термиков с естественным топографическим потоком аналогично наблюдается во внутренних и прибрежных городах (Freitas et al., 2006; Li et al., 2016; Miao et al., 2009; Ryu & Baik, 2013). В результате смещение или ослабление / усиление этих потоков значительно изменило характер выпадения осадков (Dixon & Mote, 2003; Kusaka et al., 2014; Thielen et al., 2000) и уровень загрязняющих веществ в городе и вокруг него (Ji, Lee, & Lee, 2013; Thompson, Holt, & Pullen, 2007). Влияние городских термиков еще больше расширяется и осложняется близостью города к горам и водоемам (Von Glasow et al., 2013).

Разница в скорости нагрева поверхности суши и моря создает температурный градиент между поверхностями и порождает морской (наземный) бриз днем ​​(ночью). Урбанизация оказывает два противоположных влияния на распространение морского бриза в сторону городских городов.Увеличение шероховатости городской поверхности увеличивает поверхностное трение и сопротивление, что может замедлить атмосферный поток над прибрежной городской поверхностью. Горизонтальный сдвиг ветра и фронтальный подъем из-за неровностей поверхности будут задерживать приход морского бриза в центр города. Это наблюдается в таких городах, как Нью-Йорк (Thompson et al., 2007), Большой Пекин (Zhong & Yang, 2015) и Тулуза (Hidalgo, Pigeon, & Masson, 2008). Такой динамический эффект также наблюдается в Тянь Цзине (Miao et al., 2015), Афинах (Dandou, Tombrou, & Nikolaos, 2009) и Хьюстоне (Chen et al., 2011), но ограничивается стадией зарождения морского (наземного) бриза утром (вечером) у подветренной части прибрежного района (городского ядра). Это происходит, когда разница в отоплении города менее значительна. Следовательно, как только тепловой градиент между городом и водой устанавливается, чтобы противостоять динамическому сопротивлению, морской бриз начинает ускоряться к центру городской жары в полдень. Сила адвекции морского бриза зависит от размера города, что вызывает эффект UHI (Kang et al., 2014). Вблизи центра города комбинированный вертикальный подъем и поверхностное трение, обусловленное городской термодинамикой, вызвали остановку морского бриза в центре города, прежде чем он продолжил выталкивать вглубь суши (Chen et al., 2011; Freitas et al., 2006; Ryu & Baik , 2013).

Исследования также показали влияние прохождения морского бриза на циркуляцию тепла в городах. Сильный морской бриз ослабил городской термальный поток и смещает UHI примерно на 5-10 км с подветренной стороны от города, особенно в городах, расположенных в непосредственной близости от водоема (Dandou et al., 2009; Гедзельман и др., 2003). UHI возвращается в центр города после того, как ночью рассеивается морской бриз (Chemel & Sokhi, 2012). Тонкий баланс системы морской бриз-городской бриз также подчиняется условиям синоптического уровня. Сильные преобладающие синоптические условия оказывают подавляющее влияние на циркуляцию тепла в городах (Lemonsu & Masson, 2002; Seasman et al., 1988). Однако влияние синоптических условий на топографический поток носит направленный характер; синоптический поток, направленный к суше, усиливает морской бриз в течение дня (Gedzelman et al., 2003; Лай и Ченг, 2009). И наоборот, когда синоптический поток преобладает в направлении, противоположном морскому бризу, развитый фронт морского бриза более склонен к накоплению вторичных загрязнителей в задней части фронта.

Для городов, ограниченных возвышенными поверхностями или объектами, орографические движения, такие как потоки вверх, вниз и поперек долины, усложняют систему циркуляции морского бриза и городского бриза. Днем воздух из долины поднимается вверх и ослабляет городской бриз на склоне холма с противоположного направления (Miao et al., 2015; Рю и Байк, 2013). Долинный бриз усилил прохождение морского бриза, в отличие от плоской равнинной области, которая сдерживала морской бриз до урбанизированной агломерации (Ohashi & Kida, 2002). Однако UHI имеет тенденцию подавлять ночную инверсию, которая ослабляет поток вниз по долине и продлевает продолжительность периодов озерного / морского бриза (Giovannini et al., 2013; Miao et al., 2015). Также обнаружено, что город, расположенный в районе долины с пересекающим водоем, более склонен к накоплению загрязняющих веществ из-за рециркуляции воздуха обратно на сушу, как это наблюдается в дельте Жемчужной реки и Малаккском проливе (Фудзита, Кимура и Йошизаки, 2010; Ло и др., 2006).

Находясь в центре Морского континента (MC), прогноз погоды Большого Куала-Лумпура (GKL), Малайзия, сложнее из-за неоднородности маски суша-море. Большой состав водного объекта на рассеянной поверхности суши усложняет погодный и гидрологический цикл в регионе (Chang et al., 2005; Kikuchi & Wang, 2008). Среди всех западных прибрежных штатов полуострова Малайзия исследуемый регион, GKL, хорошо затенен центральной магистралью полуострова, горным хребтом Титивангса и островом Суматра (Oki & Musiake, 1994; Varikoden, Samah, & Babu, 2010 ).Географическое положение создает контрастный профиль осадков в районе ГКЛ и подчеркивает индивидуальность местной погоды. Ориентация побережья, перпендикулярная преобладающему муссонному ветру, вызывает такое противофазное климатическое поведение, более выраженное среди остальной части региона МС (Ding & Chan, 2005). В случае GKL морской (наземный) бриз ориентируется на долинный (горный) бриз для узкой равнины между береговой линией и более высокой местностью. Следовательно, местные потоки, включая наземно-морские и орографические потоки, подвержены изменениям из-за присутствия ГКЛ на трассе.Несмотря на сложность региона MC, исследования городского пограничного слоя в Юго-Восточной Азии по-прежнему отсутствуют по сравнению с другими тропическими и субтропическими регионами (Roth, 2007).

Городской район может вызывать местную циркуляцию, а также изменять топографический поток, как показано в предыдущих исследованиях. Чтобы определить движение течения, инструмент численного моделирования с высоким разрешением, ядро ​​Advanced Research версии системы Weather Research and Forecasting (WRF-ARW) (v3.6.1) (Wang et al., 2015). Эта статья направлена ​​на исследование влияния урбанизации на климат на региональной границе в ГКЛ, с особым интересом к ее взаимодействию с эволюцией наземно-морских и орографических потоков. Исследования также проводятся в течение двух межмуссонных периодов, чтобы оценить влияние синоптического потока на взаимодействие городской и вызванной топографией циркуляции. Чтобы обеспечить надлежащее представление пограничного слоя, модель проверяется на основе данных измерений и зондирования в этом районе для оценки сильных и слабых сторон, прежде чем будет применена к исследованию UBL в наиболее развитом мегаполисе Малайзии.

2 Настройки модели

2.1 Фоновая погода

Климатическое воздействие со стороны материковой части Азии играет огромную роль в сезонном поле ветра и структуре осадков на Малайском полуострове (Sani, 1977). Северо-восточный муссон во время северной зимы (с ноября по март) переносит большое количество влаги на Малайский полуостров. Юго-западный муссон (ЮЗ) во время северного лета (с мая по сентябрь) переносит сухой воздух на Малайский полуостров после дождя, затененного островом Суматра.SWM — это сезон активного сжигания биомассы, когда качество атмосферного аэрозоля, образование облаков и количество радиации существенно меняются в Юго-Восточной Азии (Lin et al., 2013; Reid et al., 2013). Формирование полной городской циркуляции тепла происходит интенсивно в слабый синоптический период в условиях ясного неба и штиля (Lai & Cheng, 2009; Santamouris, 2015). Следовательно, с учетом изучения местных погодных явлений предпочтительны периоды с менее сезонным синоптическим атмосферным воздействием и аномалиями осадков (Jauregui, Godinez, & Cruz, 1992; Santamouris, 2015).Два спокойных межмуссонных месяца, апрель и октябрь, с минимальной сезонной конвекцией при местной погоде на западном побережье Малайзии, выбраны для представления бореальной весны и северной осени соответственно (Li et al., 2013; Sani, 1977). В период Эль-Ниньо (Ла-Нинья) в Юго-Восточной Азии температура поверхности моря выше (ниже), выпадает меньше (больше) осадков и меняется состав атмосферы (Inness et al., 2015; Tangang & Juneng, 2004). Хотя нет достоверных исследований, которые предполагали бы роль Эль-Ниньо – Южного колебания (ENSO) в городской жаре, потенциальная изменчивость тепла и осадков, вызванная аномалией осадков, может спутать с сигналом городской жары (Tangang et al., 2012). Таким образом, период интенсивного ЭНСО, а также эпизода сильной дымки не учитываются (Департамент окружающей среды Малайзии, 2016; NOAA, 2017), а текущее городское исследование сосредоточено на 2003 году, году слабого Эль-Ниньо (McPhaden, 2004). . Согласно измерениям с восьми метеостанций в ГКЛ (белые маркеры на Рисунке 3), в регионе дуют довольно слабые ветры со средней скоростью 1,7 м с ⁻¹ и 2,1 м с ⁻¹ в апреле и октябре. соответственно. Данные о погоде, представленные в таблице 1, показывают, что в апреле средняя дневная температура выше 30.6 ° C и большее количество осадков по сравнению с октябрем (29,6 ° C). Конвективные дожди обычно происходят ближе к вечеру в апреле и ночью в октябре (Oki & Musiake, 1994). Такой сигнал о суточных осадках является обычным явлением в MC из-за наличия гор вблизи береговой линии в регионе (Bhatt, Sobolowski, & Higuchi, 2016; Sow et al., 2011; Teo et al., 2011).

Таблица 1. Информация о погоде, извлеченная с измерительных станций, отмеченных на рисунке, за исключением данных о дожде, которые извлекаются только из Сепанга (ST6)

Погодные параметры		Октябрь	апрель
Температура (° C)	Ежедневно	27.1	27,5
	Дневное время (08: 30–17: 30)	29,6	30,6
Влажность (%)	Ежедневно	77.1	81,1
	Дневное время (08: 30–17: 30)	66,9	69,1
Скорость ветра (м с −1 )	Ежедневно	1.5	1,2
	Дневное время (08: 30–17: 30)	2,1	1,7
Осадки зарегистрированы на ST6 *	Общее количество осадков (мм)	42.8	324,6
	Дождь (всего), процентное содержание в течение дня	9,6%	15,7%
	Количество дождей (общее) с 21:00 до 08:00 MYT	49%	15%
	Процент дождя (грозы) в течение дня	4.1%	11,8%
	Появление дождя (грозы) с 1400 по 2000 MYT	21%	55%

• Примечание .Данные собираются в течение 18-дневного периода моделирования. MYT означает малазийское время.

На мезомасштабном профиле, показанном на Рисунке 1, в октябре наблюдается сильный синоптический ветер, дующий в юго-восточном направлении, а в апреле — более слабые ветры с северо-востока. Подобно результатам дождемера, пространственные профили на рисунках 1a и 1b показывают большее количество осадков над ГКЛ в течение апреля по сравнению с октябрем.Контрастный профиль осадков наблюдается в Малаккском проливе у побережья GKL, остальной части MC на рисунках 1a и 1b. После прекращения зимнего муссона в апреле ослабление преобладающего антициклона, если таковое имеется, над Бенгальским заливом значительно снижает силу северо-восточных ветров над восточным побережьем Малайского полуострова (Ding & Chan, 2005). Морские бризы с Малаккского пролива и северо-восточные ветры, исходящие с восточного побережья, усиливают конвергенцию над ГКЛ в апреле (Joseph et al., 2008). С другой стороны, асимметричное движение муссонного желоба от бореального лета к зиме формирует пояс низкого давления у побережья Борнео в октябре (Chang et al., 2005). Депрессия давления сходится к западным ветрам от экваториальной части Индийского океана, чтобы течь мимо Малайского полуострова, как показано на рисунках 1c и 1d. Он переносит большое количество влаги над регионом МС задолго до начала зимнего муссона в 2003 г. (Moten et al., 2014). Горный хребет на острове Суматра впоследствии препятствует потоку влаги и создает влажную и облачную среду для всего МС, но в октябре особенно сухо в ГКЛ.

Профиль осадков, полученный с помощью миссии по измерению тропических осадков (TRMM) за (а) октябрь и (б) апрель. В наборе данных TRMM используется продукт суточного накопления осадков на уровне 3 (3B42), полученный на основе трехчасового исследования качества, полученного с помощью алгоритма многоспутникового анализа осадков TRMM версии 7 (TMPA). На рисунке показан среднесуточный продукт за период исследования (см. Раздел 2.2). Профиль облачности и поле ветра на уровне 850 гПа по данным промежуточного реанализа ERA (Dee et al., 2011) для октября (в) и апреля (г). Расположение ГКЛ отмечено красным пунктирным кружком. EQ обозначает экватор.

2.2 Физика модели и план эксперимента

Все моделирование запускается с 08:00 по малайзийскому времени (малайзийское время), начиная с первого дня, до 08:00 по малайзийскому времени двадцатого дня в апреле и октябре 2003 года. Выбранные периоды моделирования полностью соответствуют переходному периоду двух сезонов муссонов (Diong et al., 2015; Moten et al., 2014). Анализируемый результат не включает первые 24 часа, которые используются в качестве периода наращивания мощности для обеспечения стабильной производительности.Оставшиеся 18 дней затем используются для анализа в этой статье. Родительский домен, охватывающий всю Малайзию (включая Борнео), динамически масштабируется с 27 км до 9 км, 3 км и 1 км до штата Селангор (d04), как показано на рисунке 2. Здесь 37 вертикальных уровней этажа использовались с верхним пределом модели. при 50 гПа. Пятнадцать самых нижних вертикальных слоев зарезервированы ниже нижних 2 км пограничного слоя для дальнейшего устранения быстрых атмосферных изменений. Начальные и боковые граничные условия получены из 6-часовых данных ERA-Interim Reanalysis, обработанных Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (Dee et al., 2011). Моделирование обновляет исходную карту землепользования спектрорадиометра со средним разрешением, чтобы включить три городских подразделения и лучше представить застроенную территорию, как показано на рисунке 3. Пакет однослойной модели городского навеса (UCM) с подробной спецификацией городской морфологии связан с Noah Модель поверхности земли для преодоления разрыва между микромасштабной городской средой на поверхности земли и атмосферными условиями в приповерхностном слое (Chen et al., 2011). Показано, что локально откалиброванные городские параметры, включая непроницаемую часть городской сети, геометрию навеса и тепловые свойства, существенно улучшили прогноз приповерхностной температуры и поля ветра (Morris et al., 2017; Ooi et al., 2017). Нагрев атмосферы, вызванный балансом длинноволнового и коротковолнового излучения, решается с помощью модели быстрого переноса излучения (Mlawer et al., 1997).

Настройки домена и карта расположения с информацией о высоте местности для моделирования WRF; d обозначается как домен со следующей нумерацией, указывающей номер домена.

Существующая карта землепользования (URB) с высотой (контуром) местности.Две линии обозначили вертикальный профиль поперечного сечения, извлеченный в ходе более позднего анализа. AA ‘пересекает плоскость (70,28), а BB’ пересекает плоскость (60,28), обе под углом 45 °. ST1 — ST8 — станции, на которых извлекаются данные приповерхностных измерений. ST6 (Сепанг) также предоставляет данные зондирования.

Схема локального планетарного пограничного слоя (PBL), Mellor-Yamada-Janjić (MYJ), может предсказать генерацию, перенос и диссипацию турбулентной кинетической энергии и унос вблизи вершины PBL (Janjic, 1994; Skamarock et al., 2008). Предварительное сравнительное исследование показало, что MYJ демонстрирует преимущество для воспроизведения стабильных и локализованных пограничных слоев во время переходного периода муссонов по сравнению с нелокальными схемами PBL, Университетом Йонсей и асимметричным конвективным механизмом. В WRF схема MYJ PBL привязана к схеме поверхностного слоя Янича Эта Монин-Обухов (Эта). Последний регулируется для параметризации длины термической шероховатости в соответствии с землепользованием (MZT) для улучшения процессов теплообмена между атмосферной и наземной растительностью (Chen & Zhang, 2009).Он превосходит схему поверхностного слоя MM5, связанную с нелокальными схемами PBL, и предсказывает более точное приближение приповерхностной температуры, коэффициента смешивания воды и количества осадков. Неоднородная маска суши и моря в MC защищает регион GKL от крупномасштабных турбулентных движений и создает относительно спокойные погодные условия по сравнению с остальной частью Малайского полуострова (Chang et al., 2005). В таком контексте местная схема (MYJ) остается более подходящим кандидатом на схему PBL для текущего исследования при относительно стабильных погодных условиях, что согласуется с выводами Shin and Hong (2011).

Выявлено, что модель дает большую ошибку в дни с сильными осадками. Чтобы уменьшить неопределенность модели, проистекающую из единого физического представления, эта статья включает мультифизическое ансамблевое исследование для кучевых облаков и микрофизических схем (Berner et al., 2011; Toth, 2001). Включенные параметры физики включают схемы кучевых облаков Беттса-Миллера-Янича (BMJ) и Каина-Фристча (KF), а также схемы одномоментной микрофизики Purdue Lin (Lin) и одномоментные схемы 6-класса WRF (WSM6).Цикл влажности явно параметризован с помощью двух микрофизических схем для определения соотношений смешивания водных веществ в шести формах, включая водяной пар, облачную воду, дождь, лед, снег и крупу. Они использовали аналогичные процессы для крупы (Lin, Farley, & Orville, 1983), но схема WSM6 улучшает прогнозирование осадков за счет введения отдельного процесса насыщения для льда и воды и процесса осаждения / накопления для снега и крупы (Hong, Dudhia, & Chen, 2004). ; Хонг и Лим, 2006).Обе схемы подходят для исследовательских целей с высоким разрешением в тропических исследованиях (Cruz & Narisma, 2016; Skamarock et al., 2008). Схема кучевых облаков включена для двух внешних областей (масштаб сетки более 5 км), где вышеупомянутая процедура микрофизики неспособна разрешить горизонтальные и вертикальные подсеточные потоки облака (Janjic, 1994). Схема статистического равновесия, схема BMJ, хорошо воспроизводит характер и интенсивность конвективных осадков (Salimun, Tangang, & Juneng, 2010) на Малайском полуострове, где дневные осадки в основном возникают из-за нестабильности восходящего движения воздуха над горами (Sow et al. al., 2011; Тео и др., 2011). Конвективная схема KF, которая освобождает от нестабильности, ограниченной конвективным торможением, воспроизводит суточный цикл осадков в МС (Bhatt et al., 2016). Комбинация микрофизики WSM6 и конвекции KF опущена из-за генерируемой нестабильности и завышенной оценки вертикальной скорости ветра, расходящейся вверх по пограничному слою. Следовательно, три члена ансамбля, принятые для этого исследования, которые представляют микрофизические и кучевые схемы, соответственно, это (а) Lin и BMJ, (2) WSM6 и BMJ (2) и (3) Lin и KF.

Примеры моделирования выполняются соответственно для двух вышеупомянутых межмуссонных периодов, чтобы оценить их соответствующие характеристики с установленными сценариями. Благодаря билинейной интерполяции соседних сеток все случаи проверяются на основе данных приповерхностных измерений, полученных с восьми метеостанций, в то время как профиль вертикального зондирования ограничен станцией Сепанг (ST6), управляемой Метеорологическим департаментом Малайзии (MMD) и Департаментом окружающей среды (DOE) как показано на рисунке 3.Зная низкую надежность измеренного направления ветра при штилевом ветре, проверочные данные о направлении ветра при скорости ветра менее 1,5 м с ⁻¹ отфильтровываются (Zhang, Pu, & Zhang, 2013). Вариант без урбанизации (noURB) запускается с аналогичными настройками модели ансамбля, но заменяет использование городских земель на окружающие их покрытые растительностью поверхности. Вымышленный случай разработан для того, чтобы показать влияние городского присутствия на пограничный климат по сравнению с окружающим его землепользованием, в то же время изолировав пространственные вариации фонового климата.Категория землепользования пастбищ и кустарников с большим коэффициентом обзора неба также выбрана в качестве внегородской поверхности из-за большого контраста теплового отклика по сравнению с городскими поверхностями (Li et al., 2013). Этот подход широко применяется для выявления единственного воздействия урбанизации на городской климатический сектор (Freitas et al., 2006; Thompson et al., 2007).

3 Оценка модели

3.1 Вертикальный профиль

Характеристики модели в октябре и апреле оцениваются с доступными данными зондирования в утренние и ночные переходные часы в 0800 и 2000 MYT.Основное различие между двумя межмуссонными периодами показано в вертикальном профиле ветра. Сильные северо-западные ветры преобладают в атмосфере верхнего слоя в октябре, как показано на рисунках 4c и 4d, в то время как апрель испытывает слабое влияние северо-восточных ветров, как показано на рисунках 4g и 4h. Первое хорошо согласуется с данными реанализа на уровне 850 гПа, представленными на рисунках 1c и 1d. В октябре преобладающий поток, приводимый в движение поясом конвергенции около Борнео (Chang et al., 2005), течет с северо-запада со скоростью ветра до 9 м с ⁻¹ в диапазоне от 1000 м до 1400 м в течение дня. (Рисунок 4c), где конвективный нагрев в азиатском регионе муссонов наиболее показателен (Wang, Wu, & Lau, 2001).Таким образом, сильный сдвиг на этом уровне означает, что над пограничным слоем происходит интенсивный конвективный нагрев и конвергенция влаги. Во всех смоделированных случаях обычно создается более слабый струйный поток на большей высоте. Недооценка горизонтальной скорости ветра от 800 м до 1600 м в основном связана с низкоуровневой струей (с центром на 1000 м), развивающейся с 4 по 8 октября 2003 г. Это потенциальный результат улучшенного перемешивания, произведенного схемой MYJ PBL, хотя схема локального PBL создает более локализованное перемешивание по сравнению с нелокальными аналогами (Balzarini et al., 2014; Xie et al., 2012). Подобные результаты показали, что дискриминация остается систематической ошибкой нереалистичной параметризации PBL, которая склонна к усиленному вертикальному смешиванию (Storm & Basu, 2010; Zhang et al., 2013). Несмотря на меньшую интенсивность низкоуровневой струи, модель разумно запечатлела период возникновения. Слабая струя на нижнем уровне в слое на рис. 4c, следовательно, вызывает холод (рис. 4a) и влажность (рис. 4b) в октябре.

Оценка характеристик модели по данным зондирования (в маркерах) для вертикального профиля (a и e) потенциальной температуры, (b и f) коэффициента смешения, (c и g) скорости ветра и (d и h) направления ветра в зависимости от зондирования данные на 0800 MYT и 2000 MYT в октябре (столбец 1) и апреле 2003 года (столбец 2), соответственно.Часовое усреднение: (i) температуры воздуха 2 м, (j) относительной влажности 2 м, (k) скорости ветра 10 м и (l) направления ветра 10 м, извлеченных для точек сетки, которые совпадают с восемью наземными станциями наблюдения в октябре и апреле. 2003 г. (столбец 3).

В апреле вертикальный профиль ветра показывает плавно возрастающую кривую с небольшим перегибом около устойчивого пограничного слоя на рисунках 4g и 4h. Точно так же ветер в пограничном слое ниже 500 м течет с севера около 2000 MYT, в то время как результат моделирования показывает наклон к северо-западу, но возвращается к северу около 2200 MYT.Взаимодействие поверхности суши и уровня атмосферы является обязательным при фронтальных условиях в апреле, особенно при взаимодействии параметризации поверхностного слоя (Pichelli et al., 2014; Zhang et al., 2013). Характеристики модели приведены в таблице 2 и оцениваются с помощью средней абсолютной ошибки (MAE), среднеквадратичной ошибки (RMSE) и дробной средней ошибки (FAE), (1) (2) (3) где n — номер станции, i — время моделирования в часах, N — общее количество станций, а t — общее количество часов моделирования. M и O представляют смоделированные и наблюдаемые переменные соответственно. В вертикальном масштабе он показывает в целом лучшую точность в течение апреля, чем в октябре, во время переходной фазы пограничного слоя. Схема локальной параметризации (MYJ), как известно, оценивает вертикальные величины через прогнозируемую вихревую диффузию соседних решеток и, следовательно, моделирует случаи в стабильных и слегка нестабильных условиях лучше по сравнению с конвективными условиями (Mellor & Yamada, 1982).Несмотря на более сильное вертикальное перемешивание во время низкоуровневой струи в октябре, она имеет преимущество в решении стабильных и локализованных граничных условий в спокойный апрельский месяц. До этого момента модель проверяется только в том случае, если зондирование доступно во время переходной фазы стабильности. Следовательно, во время процесса увлечения и удаления между стабильными и нестабильными атмосферными условиями он является репрезентативным только при оценке модели. Затем временная проверка дополняется суточной оценкой приповерхностных погодных параметров.Таблица 2. Индексы ошибок суточного анализа характеристик модели по вертикальным и приповерхностным параметрам

Месяц	Октябрь		Апрель		Октябрь		Апрель		Октябрь		Апрель
Вертикальный	Температура (° C)				Пропорция смешивания (г / кг)				Скорость ветра (м / с)
Время	0800	2000	0800	2000	0800	2000	0800	2000	0800	2000	0800	2000
MAE	0.43	0,38	0,33	0,18	1,53	1,42	1,09	1.39	1,38	1,06	0,90	0,79
RMSE	0,50	0.49	0,37	0,24	1,75	1,56	1,28	1,77	1.81	1,31	1,07	0,91
FAEa , b	0,14	0,12	0.11	0,06	0,13	0,13	0,10	0,10	0,22	0.17	0,27	0,21
У поверхности	2 м температура (° C)				Относительная влажность 2 м (%)				Скорость ветра 10 м (м / с)
Среднее OBS	27.09		27,49		77,08		81,12		1,47		1,22
MAE	1.31		1,65		6,74		9,62		0,92		0,83
RMSE	1.65		2,08		8,56		11,67		1,26		1,15
FAEa	0.05		0,06		0,09		0,13		0,62		0,65
R2a	0.67		0,64		0,58		0,65		0,31		0,26
NMAEa	0.05		0,06		0,09		0,12		0,63		0,69

• ^a FAE, R2 и NMAE безразмерны.
• ^b Вертикальная потенциальная температура умножается на 100.

3.2 Характеристики поверхности

Суточные данные наземной метеорологической сети собираются для изучения характеристик сопровождающей схемы поверхностного слоя каждой схемы PBL, которая разрешает обмен поверхностным теплом (Shin & Hong, 2011). Приповерхностное состояние результата моделирования усредняется за период исследования для получения профиля почасовых колебаний.На рисунке 4i модель достаточно хорошо воспроизводит часовой тренд температуры 2 м (T2) с отклонением от холода, достигнутым для пиковой температуры в 1400 MYT в апреле. Обычно наблюдается меньшее изменение амплитуды; то есть смоделированный результат более холодный днем ​​и более жаркий ночью и имеет отношение к дневной антропогенной теплоте, которой не хватает в текущей конфигурации UCM (Lin et al., 2008; Morris et al., 2017). Воздух в тропических влажных регионах влажный круглый год (Roth, 2007) с относительной влажностью не менее 60%.На рисунке 4j показаны результаты для относительной влажности 2 м, полученные на основе отношения смеси водяного пара. В отличие от вертикального уровня, схема занижает уровень влажности в апреле, но хорошее согласие достигается в октябре днем.

По сравнению с обсуждаемыми приземными переменными, следует отметить, что профиль ветра показывает меньшие суточные колебания в течение двух месяцев. Модель фиксирует суточные колебания скорости ветра 10 м и создает более сильный воздушный поток в течение дня в ответ на возмущающее движение, вызванное нагретой поверхностью земли, как показано на рисунке 4k.В соответствии с другими тематическими исследованиями WRF, проведенными в районе плоских равнинных долин, сила приповерхностного ветра в течение дня обычно переоценивается (Jiménez et al., 2013; Pichelli et al., 2014; Xie et al., 2012). Обнаружено, что более сильный ветер является результатом недооценки сопротивления поверхности модели WRF, которая разрешает только шероховатость растительности (Mass & Ovens, 2011). Показано, что включение орографического фактора в подсеточную параметризацию сопротивления поверхности снижает положительную ошибку скорости ветра 10 м.Схема сильно зависит от топографического представления и начального состояния слоев почвы, но недоступна для действующей схемы PBL (Jiménez & Dudhia, 2012; Wang et al., 2015). Направление ветра 10 м точно предсказывается в течение дня со средним уклоном 17 °, как показано на Рисунке 4l. Среди них модель фиксирует резкое изменение направления ветра с северо-востока на юго-запад около 1000–1200 MYT в апреле. В эти часы прохождения морского бриза быстрый переход с суши в сторону морского бриза в периоды слабого синоптического влияния незначительно повлиял на воспроизведение направления ветра 10 м, которое в большей степени зависит от условий поверхности и модели поверхности суши (Cheng & Steenburgh, 2005 ; Zhang et al., 2013). В таблице 2 собраны характеристики модели для прогнозирования приповерхностных параметров с использованием дополнительных индексов ошибок, а именно коэффициента корреляции ( R ² ) и нормализованной средней абсолютной ошибки (NMAE), (4)

Результат удовлетворительно согласуется с данными наблюдений, а показатели за оба месяца сопоставимы. Приповерхностный профиль тесно связан с параметризацией поверхностного слоя, которая разрешает обмен поверхностным теплом.Это означает, что теория подобия схемы MYJ хорошо определяет температуру 2 м и относительную влажность. Хорошие характеристики локальной схемы также объясняются применением метода модифицированного поверхностного слоя. Он определяет коэффициент теплопередачи в соответствии с длиной шероховатости поверхностей и, как было показано, особенно улучшает процессы теплообмена между атмосферной и наземной растительностью (Chen & Zhang, 2009). Он также надежно учитывает влияние уноса на приповерхностную температуру при переходе от стабильной границы к конвективному слою.Начальное состояние поверхности и улучшение параметризации сопротивления поверхности могут еще больше улучшить предсказуемость модели. Однако на стадии присутствия, учитывая сильную связь между MYJ PBL, поверхностным слоем подобия Eta и членами ансамбля микрофизических и кучевых схем, это побуждает провести последующий анализ влияния урбанизации с комбинацией.

4 Влияние урбанизации на местный климат

4.1 Суточный анализ интенсивности полога городского острова тепла (UHI)

Температурный отклик уровня навеса на урбанизацию отображается через разницу суточной температуры в 2 м между сценарием моделирования с городской застройкой и без нее (noURB). Расхождение известно как интенсивность UHI. На рис. 5a зафиксирована среднесуточная интенсивность UHI 0,88 ° C и 0,77 ° C для октября и апреля соответственно. Профиль интенсивности варьируется между тремя временными сегментами: ночью (с 19:00 до 07:00 MYT), утром (с 09:00 до 13:00 MYT) и вечером (с 1500 до 1800 MYT).Самый высокий профиль интенсивности в 1,35 ° C наблюдается в течение обоих месяцев после захода солнца с 19:00 до 07:00 MYT. Поверхность, покрытая растительностью, остывает с большей скоростью, чем поверхность города, и впоследствии увеличивает интенсивность ночного UHI, как показано на Рисунке 5b. Охлаждение городских поверхностей в ночное время уменьшается от характеризуемых районов с низкой плотностью к высокой плотности жилых и коммерческих районов. Дифференциальное охлаждение характеризуется более высокой теплоемкостью, более низкой теплоотдачей поверхности и меньшим соотношением сторон городского навеса (Grossman-Clarke et al., 2008; Loughner et al., 2012; Оке и Максвелл, 1975). Положительное явление UHI согласуется с пространственным распределением разницы температур на Рисунке 6. Наличие неровной городской поверхности, а также нагретой городской зоны конвергенции препятствует горному потоку и, следовательно, оттоку городской воздушной массы (Li et al., 2013; Miao et al., 2015). Несмотря на более жаркий месяц, интенсивность ночного UHI в апреле остается сопоставимой с октябрем из-за эталонного сельского региона, где ночью также жарко.Это подтверждает, что ночной эффект UHI в меньшей степени зависит от колебаний температуры между месяцами.

(a) Усредненная почасовая интенсивность UHI городских поверхностей (COM, HDR, LDR и все городские), полученная с помощью разницы между симуляцией и случаем noURB. (b) Суточный профиль T2 (линия: октябрь; пунктирная линия: апрель) и скорость нагрева / охлаждения (закрашенная точка: октябрь, полая точка: апрель) как в апреле, так и в октябре для городской поверхности (городской) и после замены растительностью (овощи).

Пространственная разница температуры 2 м (° C) и вектора ветра 10 м (м / с) со случаем noURB в (a и b) утром, (c и d) вечером и (e и f) ночью для октября (слева) столбец) и апрель (правый столбец). Диаграмма скрыла менее значительную разницу температур между -0,1 ° C и 0,1 ° C.

Интенсивность UHI в самый жаркий период около 1400 MYT (Рисунок 5) приближается к нулю для обоих периодов исследования. Минимальное влияние города в час пиковой температуры также проявляется в городе Сингапур, который имеет аналогичный погодный фон (Li et al., 2013). Во время утреннего отопительного периода (с 09:00 до 13:00 по малайзийскому времени) апрель дает сильную отрицательную интенсивность до -0,58 ° C на Рисунке 5a. Такой феномен «прохладного бассейна» обычно наблюдается в исследовании UHI (например, Chow & Roth, 2003; Jauregui et al., 1992). Подобно замедленному охлаждению ночью, городские поверхности испытывают более низкую скорость нагрева и тепловую проводимость из-за эффекта затенения от высоких зданий, который препятствует поглощению лучистого тепла (Oke, 1987; Santamouris, 2015). На Рисунке 5b более высокая скорость нагрева растительности утром в апреле подчеркивает немедленную термическую реакцию сухой поверхности на радиационный цикл.Таким образом, влажный растительный покров, вызванный поздними ночными осадками в октябре, нагревается медленнее и, следовательно, объясняет близкую к нулю интенсивность UHI (-0,01 ° C). Продолжительное влияние регулярных сильных ливней и грозы на интенсивность UHI в последующие дни также указывали Ким и Байк (2002). Это хорошо согласуется с другими низкоширотными городами, где тепловая реакция в основном определяется влажными / сухими условиями, а не колебаниями тепла / холода в городах средних широт (Arnfield, 2003; Jauregui, 1997).Ясное небо в апреле способствует радиационному нагреву поверхностного тепла, которое равномерно нагревается всей земной поверхностью, как показано на рисунках 8a, 8b и 7. Оно аналогичным образом усиливает радиационное охлаждение нагретой поверхности, как показано на рисунке 6, который Классный бассейн сформирован для городского района. И наоборот, широкая облачность в октябре (рис. 8) препятствует вертикальной транспортировке приповерхностного воздуха (Morris, Simmonds, & Plummer, 2001). Это также снижает скорость рассеивания тепла, выделяемого в городе, и объясняет накопление тепла над наземной маской, как показано на рисунке 6.

Пространственный профиль ветра 10 м (м / с), температуры 2 м (° C) и давления на уровне моря (гПа) утром, вечером и ночью для октября (левый столбец) и апреля (правый столбец).

Суммарный столб облачности (г / кг) утром (09: 00–13: 00 MYT) для октября (а) и апреля (б). Пространственная разница коэффициента смешения водяного пара 2 м (г / кг) и вектора ветра 10 м (м / с) со случаем noURB для октября (рис. 8c) и апреля (рис. 8d) в вечернее время (1500–1800 MYT).Рисунки 8a и 8b, 8c и 8d замаскировали менее значительный столб облаков и отклик ниже 0,1 г / кг и отклик отношения смеси между -0,1 г / кг и 0,1 г / кг, соответственно.

Впоследствии в апреле интенсивность UHI составит 0,61 ° C, что на 0,22 ° C ниже, чем в октябре с 1500 до 1800 MYT, когда происходят дневные конвективные осадки. Совпадение активности осадков предполагает связь преобладающего потока влажных морских бризов и интенсивности UHI.Поверхность города образует четкий профиль «городского сухого острова» с более низким содержанием влаги на Рисунке 8. В частности, в октябре городской подветренный район образует прохладный бассейн (Рисунок 6c) с более высоким содержанием влаги по сравнению с соседним городским районом (Рисунок 8c). Присутствие городских земель вдоль пути ветра снижает силу морского бриза на подветренной стороне города. Это указывает на то, что сильное внутреннее городское отопление привлекает огромное количество влаги из моря в прибрежные районы в течение часа начала полуденных конвективных осадков.Тенденция к увеличению количества осадков из-за урбанизации подчеркивается в нескольких городах (Daniels et al., 2016; Zhong & Yang, 2015). В этот период на городскую жару оказывает взаимное влияние взаимодействие морского бриза и синоптических погодных условий, что более подробно обсуждается в разделе 4.2. Городской прохладный бассейн постепенно сужается и к вечеру уступает место растущему участку городского отопления. Выраженный UHI формируется ночью в оба месяца (Рисунок 6).

В апреле морской бриз задерживается с подветренной стороны центра города в вечерний период (рис. 6) из-за притока щелевых ветров (нижняя часть отмечена на рис. 3) и переносимого им горного бриза с внутреннего горного хребта.Примерно в вечернее время на Рисунке 7 морской бриз проходит мимо ГКЛ и сходится возле пропасти, расположенной справа от ГКЛ (отмеченной как нижняя часть на Рисунке 3), которая действует как отверстие. Более низкая прочность UHII в апреле, вероятно, связана с уменьшением силы морского бриза и, следовательно, притока влаги. Различная реакция интенсивности дневного UHI подчеркивает потенциальную тенденцию дневного UHI по-разному реагировать на синоптические условия в течение двух межмуссонных сезонов.Взаимодействие UHI и местного топографического потока более подробно рассматривается в следующем разделе.

Синоптический эффект вызывает большую тепловую реакцию, вызванную городским хозяйством, в течение дня, чем ночь обоих переходных месяцев в тропическом регионе. С утра до полудня чистое небо отвечает за формирование городского прохладного бассейна в апреле. Усиленный морской бриз из-за зоны слияния городов эффективно подавил эффект городского отопления на подветренной части города в вечернее время.Прохождение ветров с моря / суши и бризов с гор / долин варьируется в зависимости от синоптических условий при сравнении двух месяцев. Таким образом, наличие городской поверхности изменяет циркуляцию этих потоков в зависимости от синоптических фронтальных условий.

4.2 Бриз с суши и орографическая циркуляция бризов

Вертикальная динамика местной климатической циркуляции исследуется через профиль поперечного сечения (AA ‘), который проходит перпендикулярно поверхности моря, города и возвышенности на востоке, как показано на Рисунке 3.В этом контексте влияние синоптического воздействия (~ 850 гПа) на местную циркуляцию учитывается только для той части, которая ориентирована на морской / долинный (наземный / горный) бриз. Следовательно, несмотря на сильное синоптическое воздействие в октябре, в районе ГКЛ наблюдается слабый синоптический поток, который ориентирован на морской бриз (SBOS), как показано на Рисунке 1b. Такое состояние способствует формированию фронта слабого морского бриза (SBF). Напротив, слабые синоптические условия (рис. 1b) в апреле протекают прямо противоположно потоку морского бриза на уровне 850 гПа, но недостаточно сильны, чтобы предотвратить образование морского бриза, как обсуждается ниже.Таким образом, формируется сильное условие SBF.

4.2.1 Октябрь

В 1300 MYT сила морского бриза усиливается с 2,52 м с ⁻¹ (noURB) до 2,83 м с ⁻¹ за счет области слияния, созданной рядом с нагретой городской поверхностью, как показано на рисунке 9. Застой Морской бриз, который также присутствует в noURB, считается блокирующим эффектом возвышенности (Qian, Epifanio, & Zhang, 2012).На отметке 1500MYT большое количество влаги переносится в подветренную часть города, как показано на Рисунке 10, что объясняет влажность у побережья, как показано на Рисунке 8c. Морской бриз держался на час дольше, до 1800 MYT для случая урбанизации. Впоследствии, в 19:00 MYT, более слабая холодная воздушная масса с вершины горы движется вниз по городу, параллельно с сухопутным бризом, текущим к Малаккскому проливу. Нисходящие бризы ослабляются сопротивлением городской поверхности, а также более слабой ночной инверсией, образующейся в результате городского отопления.Это обычное ночное явление, наблюдаемое из-за урбанизации (Giovannini et al., 2013; Kang et al., 2014; Li et al., 2013). Ослабление наземного бриза в результате урбанизации предрасполагает к перемещению воздушных масс с моря вглубь суши на следующее утро.

Вертикальный профиль поперечного сечения AA ′ (профиль поперечного сечения в черте города, показан на рисунке 3) в октябре для горизонтального ветра в 1000, 1100, 1300, 1400, 1700, 1800, 1900 и 2200. MYT.(слева) случаи noURB и (справа) случаи URB. Отображаемый горизонтальный ветер замаскировал менее значительную реакцию между -0,25 м / с и 0,25 м / с. Цветная полоса внизу указывает тип землепользования в случае урбанизации по долготе. Синий для водоема, зеленый для пригородов и красный для городских. Показанная векторная аннотация удваивает фактический размер вектора. Профиль вертикального поперечного сечения AA ′ для вертикального ветра в 1300, 1500, 1700 и 1900 MYT в октябре и апреле.Отображаемый вертикальный ветер замаскировал менее значительную реакцию в диапазоне от -5,0 см / с до 5,0 см / с. Синий контур представляет соотношение смешивания водяного пара в кг / кг. См. Рисунок 9 для получения подробной информации.

В течение дня (с 0800 до 1800 MYT) было замечено, что урбанизация усиливает крупномасштабную горизонтальную адвекцию воздушных масс в верхнем слое от моря к внутренним горным регионам задолго до появления морского бриза в 0800 MYT. . Слабый SBOS ​​также наблюдается в верхнем пограничном слое (1.От 5 км до 5 км) на расстоянии менее 2 м с ^-1 от горного региона, как показано на рисунке 9. SBF поднимается до 850 гПа, что почти на один раз больше, чем в случае noURB. На 1300 MYT, как показано на Рисунке 10, интенсивная вертикальная турбулентность, создаваемая городом, снижает тенденцию к слабым встречным SBOS ​​на склоне холма в городе. Это более благоприятно для прохода морского бриза вглубь суши. Способность индуцированной городом циркуляции ослаблять горный бриз, текущий в направлении, противоположном морскому бризу, аналогичным образом наблюдается в агломерации Пекина (Miao et al., 2015). Это хорошо согласуется с Ji et al. (2013), которые обнаружили, что дни со слабым SBOS ​​также способствуют развитию более глубокого SBF. Без присутствия городского района встреча морского бриза и противостоящих систем нисходящего ветра приводит к усилению вертикального восходящего потока морского бриза и его застаиванию на подветренной стороне города. Это также ясно показано на Рисунке 10 при 1500 MYT. Преобладающий северо-западный синоптический поток через разрыв создает круглосуточную депрессию на горном востоке на Рисунке 11.Это также объясняет тенденцию притока городского потока на восток после того, как противоположный SBOS ​​ослаблен городскими термиками. Таким образом, соединение обеих ветровых систем является коллективным вкладом в горную пропасть и урбанизацию в условиях слабого SBOS. В этот момент городская земля ослабляет SBOS ​​на склоне холма и играет решающую роль в преодолении двух крупномасштабных ветровых движений с восточного и западного побережья.

Вертикальный профиль BB ‘(профиль поперечного сечения через зазор, показанный на рисунке 3) для горизонтального ветра noURB в 0800 MYT, 1300 MYT в октябре и случая вертикального ветра в 0800 MYT, 1900 MYT в апреле.См. Рисунок 9 для получения подробной информации.

4.2.2 Апрель

В апреле наземный бриз рассеивается позже, примерно в 1000 MYT, прежде чем морской бриз переместится на берег в 1100 MYT вместе с восходящими горными бризами, показанными на Рисунке 12. Проход морского бриза входит в городской кластер в 1500 MYT после накопления достаточной силы ( 5,71 м с ⁻¹ ). Без сопротивления городской поверхности (noURB) морской бриз усиливается до 5.87 м / с с дальнейшим проникновением на 2,6 км вглубь суши. Это хорошо перекликается с городским прохладным бассейном, образовавшимся в течение периода, который ослабляет силу морского бриза. Горный бриз продолжает течь в сторону зоны слияния городов, в то время как сердцевина морского бриза остается вокруг подветренной прибрежной зоны. Хорошо известно, что, как и в октябре, ночной горный бриз и щелевые ветры уменьшаются в силе из-за урбанизации. Вертикальный подъем морского бриза значительно подавляется ниже 850 гПа, как показано на рисунках 10 и 12.При таких обстоятельствах нестабильный вал Кельвина-Гельмгольца также с большей вероятностью может развиться в верхней части фронта морского бриза (Chemel & Sokhi, 2012; Thompson et al., 2007). Ночью возникает циркуляционный поток по часовой стрелке между поверхностным бризом с суши и повышенным притоком из моря в местах, где происходит опускание вблизи горного региона Титивангса. Это хорошо согласуется с конвергенцией поверхностных ночных потоков вдоль Малаккского пролива в спокойный межмуссонный период (Fujita et al., 2010).При сильных условиях SBOS ​​апрель показал четкую суточную циркуляцию SLB в MC (Hara et al., 2009).

То же, что и на рисунке 9, но в апреле: 1000 MYT, 1100 MYT, 1300 MYT, 1500 MYT, 1700 MYT, 1800 MYT, 1900 MYT и 2200 MYT.

Влияние урбанизации на местную циркуляцию различается в зависимости от силы противостоящих SBOS ​​в оба месяца. В спокойных и слабых синоптических условиях ясное небо и слабая облачность в апреле усиливают нагрев поверхности суши и последующее усиление морского бриза.Морской бриз дует с большей силой и продолжительностью (10 часов) по сравнению с октябрем даже без урбанизации. Это связано с тем, что в апреле у центра ГКЛ образуется система пониженного давления. Несмотря на это, интенсивность UHI становится отрицательной в результате более высокой скорости рассеяния при ясном небе в апреле. Городской прохладный бассейн в апреле выдержал приток морского бриза. И наоборот, положительно индуцированная интенсивность UHI увеличивает силу морского бриза в октябре.Принимая во внимание синоптическое влияние, оба месяца аналогичным образом испытали противодействие потоку SBOS, но в октябре оно было слабее, чем в апреле. В таких обстоятельствах высокая интенсивность UHI становится критической для ослабления встречного SBOS ​​со склона холма в октябре. Впоследствии морской бриз набирает силу, достаточную для продвижения вглубь суши, и усиливает горизонтальную адвекцию морского бриза и горный бриз на большей высоте над уровнем моря. С другой стороны, сильный встречный SBOS ​​в апреле усиливает прорыв ветра и горные потоки в регион GKL в течение дня, как показано на Рисунке 11.Горный бриз усиливается после 1500 MYT, когда вместо прохладного бассейна начинает формироваться UHI. Следовательно, влияние урбанизации на местную циркуляцию потока зависит как от облачности, так и от силы и направления SBOS.

В апреле потенциальное образование вала Кельвина-Гельмгольца, скорее всего, будет накапливаться в хвостовой части SBF и приведет к скачку уровня вторичных загрязнителей, таких как озон, в апреле (Ji et al., 2013). Тем не менее, ночью в апреле в городской район постоянно проникают сильные порывистые ветры, вызванные юго-западным потоком.Это показывает, что область, расположенная около седловины, получает дополнительные ветры с востока на вершине горного бриза и, следовательно, лучше вентилируется, чем октябрь. Таким образом, исходящий наземный бриз, ответственный за качество ночного воздуха, усиливается в апреле и затрудняется в октябре.

4.3 Анализ осадков

Как обсуждалось ранее, существование городского кластера усиливает взаимодействие морского бриза на верхнем пограничном слое, соединяющем море и вершину горы в октябре.Приток влаги в верхний пограничный слой на наветренной стороне горы предполагает возможное изменение профиля осадков. Возникающий в результате приток влажного воздуха из моря с принудительной конвекцией на крутом склоне горы способствует образованию тропических конвективных дождей (Mori et al., 2004; Sato & Kimura, 2005), а также соседней Западной Суматре (Sasaki et al. др., 2004). Таким образом, на Рисунке 13 показана тенденция к выпадению осадков на холмистой стороне города в часы пик с 1700 до 2000 MYT.Урбанизация производит сравнимое общее накопленное количество осадков с noURB, но осадки выпадают на 2 часа позже, как показано на Рисунке 13. Это синхронизируется с замедленным отступлением морского бриза и последующим возникновением горного бриза. Установлено, что влияние урбанизации на осадки в значительной степени зависит от влияния городов на эволюцию влажного морского бриза. Такая задержка также наблюдается из-за длительного воздействия морского бриза в районе Большого Пекина (Zhong & Yang, 2015).

Дождевая вода составляет 1700 MYT, 1800 MYT, 1900 MYT и 2000 MYT на октябрь и апрель для городских жителей и случаев урбанизации.

В апреле общее почасовое количество осадков на Рисунке 13 указывает на то, что количество осадков больше сконцентрировано на подветренной части города. Это тесно связано с противостоянием более слабой системы морского бриза и горного потока с востока во время месяца фронта сильного морского бриза, как показано на Рисунке 12.Промежуток между горными хребтами усилил взаимодействие распространяющихся ветровых систем с каждой стороны полуострова, которое инициирует грозу в ГКЛ в спокойных синоптических условиях (Joseph et al., 2008; Sow et al., 2011; Teo et al., 2011). Осадки концентрируются в подветренной части города из-за подъема плавучести, вызванного UHI в 1800 MYT, как показано на Рисунке 10. Интенсивность нисходящего потока может также зависеть от ряда других факторов, включая антропогенную жару, тип городских поверхностей и количество ядер облачной конденсации, особенно в загрязненных городах (Han, Baik, & Lee, 2014; Kaufmann et al., 2007; Шарма и др., 2016). Этот вывод показал, что урбанизация вытесняет и усиливает выпадение осадков, как это наблюдалось во многих предыдущих исследованиях (Dixon & Mote, 2003; Pathirana et al., 2014; Thielen et al., 2000).

Результат подчеркивает эволюцию движения морского бриза в профиле осадков (Sakurai et al., 2005). Присутствие города сильно изменяет прохождение морского бриза, что позже отражается на графике выпадения осадков во второй половине дня.Однако следует помнить, что способность имитационной модели прогнозировать конвективные осадки за короткий промежуток времени все еще ограничена и постоянно оценивается и совершенствуется (Bhatt et al., 2016).

5 Выводы

Влияние урбанизации на местную топографическую циркуляцию изучается с помощью имитационной модели WRF в наиболее развитом кластере в GKL, Малайзия. Роль синоптических условий во взаимодействии городского отопления и циркуляции, вызванной топографией, также оценивается между двумя межмуссонными месяцами (апрель и октябрь).Характеристики ансамблевой модели WRF сначала оцениваются по данным зондирования и приповерхностным метеорологическим параметрам в течение периода исследования. Выбор локальной схемы MYJ PBL позволяет реалистично получить вертикальный профиль температуры и ветра, особенно в атмосферно стабильный апрельский месяц. Распределение длины термической шероховатости для соответствующего землепользования также улучшает способность схемы поверхностного слоя теории подобия Eta (в сочетании со схемой MYJ PBL) оценивать коэффициент теплопередачи и, следовательно, лучше определять приповерхностные условия.Используются три комбинации микрофизических и кучевых схем, чтобы уменьшить неустойчивый сигнал о приповерхностных погодных условиях и поле осадков.

Суточный нагрев городской поверхности ночью сильнее, чем днем, и за оба месяца зафиксировано около 1,4 ° C. В отличие от ночной интенсивности UHI, которая довольно постоянна между месяцами, интенсивность дневной UHI варьируется в период с октября по апрель. Горячий сдвиг наблюдается в октябре, тогда как в апреле в полдень наблюдается более холодная поверхность (0900–1300 MYT) по сравнению со случаем noURB.Отрицательная интенсивность UHI в апреле в этот период в основном объясняется более высокой скоростью нагрева растительного покрова под влиянием осадков предыдущего дня. В условиях ясного неба в апреле дифференциальная скорость нагрева еще больше усиливается. Позже, в период с 1500 по 1800 MYT, большая положительная интенсивность UHI, развивающаяся в октябре, должна переносить больше влаги в подветренные районы города. Это происходит одновременно с началом вечерних конвективных дождей и, таким образом, подтверждает связь урбанизации с осадками.

Местное влияние урбанизации обычно зависит от мощности городского отопления, а также от SBOS. GKL испытывает встречный синоптический поток, который впоследствии образует SBF в течение обоих месяцев. Днем городские термики, как правило, уменьшают силу слабого встречного SBOS ​​в октябре. Это увеличивает силу морского бриза. Таким образом, сильный приток влажного морского бриза к возвышенностям вызывает большее количество осадков с подветренной стороны городского района.С другой стороны, городская прохладная лужа, образовавшаяся под чистым небом, замедляет морской бриз в апреле. Сильный противостоящий SBOS ​​в апреле еще больше подавляет распространение морского бриза вглубь суши. Его ускоренное ядро ​​останавливается над подветренной частью перед городом, где происходят конвективные осадки. Таким образом, установлено, что влияние урбанизации на осадки в значительной степени зависит от их влияния на эволюцию влажного морского бриза.

Ночной эффект урбанизации менее изменчив между месяцами.Ночной образ жизни и горный бриз замедляются из-за городского сопротивления и сильного городского обогрева в ночное время. Тем не менее, сильный противодействующий SBOS ​​в апреле значительно усиливает сухопутный бриз и слабые ветры в апреле и предлагает лучшую вентиляцию в ГКЛ в ночное время по сравнению с октябрьским месяцем. Таким образом, анализ показывает, что влияние урбанизации на местную региональную погоду сильно зависит от синоптических условий в течение дня, в то время как местная термическая реакция наиболее очевидна в ночное время.

Данные о доступности ограничивают временную и пространственную верификацию вертикального профиля, но каждый этап верификации хорошо дополняет друг друга, чтобы подтвердить надежность модели. Однако несоответствия вертикальной скорости ветра и профиля влажности поверхности позволяют предположить, что конвективный механизм модели можно улучшить. Примечательно, что это проведенное исследование является первым шагом для определения влияния урбанизации на климат городской границы с точки зрения термической циркуляции, ветровой циркуляции и состояния осадков в конкретный год аномалии слабых осадков.Его не следует обобщать, чтобы представить типичную реакцию урбанизации. Имеющиеся данные позволяют включить химический фактор для исследования влияния урбанизации на образование и перенос местного городского загрязнителя, и это будет продолжаться в будущем.

Воздействие экстремальной жары на городское население во всем мире

Значение

Повышенное воздействие экстремальной жары как в результате изменения климата, так и эффекта городского теплового острова угрожает быстрорастущим городским поселениям во всем мире.Тем не менее, поскольку мы не знаем, где пересекаются рост городского населения и экстремальная жара, у нас ограниченные возможности для уменьшения воздействия экстремальной жары в городах. Здесь мы используем данные о температуре и населении с высоким разрешением для измерения экстремальной жары в 13 115 городах с 1983 по 2016 год. В глобальном масштабе воздействие городской среды увеличилось почти на 200%, затронув 1,7 миллиарда человек. Общее потепление в городах повысило уровень воздействия на 52% по сравнению с одним только ростом населения. Однако пространственно неоднородные модели воздействия подчеркивают острую необходимость в адаптированных к местным условиям адаптациях и системах раннего предупреждения для уменьшения вреда от воздействия экстремальной жары в городах в различных городских поселениях планеты.

Abstract

Повышенное воздействие экстремальной жары как из-за изменения климата, так и из-за эффекта городского теплового острова — полного городского потепления — угрожает устойчивости быстрорастущих городских поселений во всем мире. Чрезмерное тепловое воздействие крайне неравномерно и серьезно сказывается на городской бедноте. В то время как предыдущие исследования количественно оценивали глобальное воздействие экстремальной жары, отсутствие глобально точного временного анализа городского воздействия с высоким разрешением существенно ограничивает наши возможности по адаптации.Здесь мы оцениваем ежедневное воздействие экстремальной жары на городское население 13 115 городских поселений с 1983 по 2016 год. Мы согласовываем глобальные оценки дневных максимумов температуры и относительной влажности с высоким разрешением (0,05 °) и относительной влажностью с геолокационными и продольными данными о глобальном городском населении. Мы измеряем среднегодовые темпы увеличения экспозиции (человеко-дни / год ^-1 ) на глобальном, региональном, национальном и муниципальном уровнях, отделяя вклад в траектории экспозиции от роста городского населения и от общего городского потепления.При максимальном дневном пороге температуры земного шара по влажному термометру 30 ° C, глобальное воздействие увеличилось почти на 200% с 1983 по 2016 год. Общее потепление в городах увеличило годовое увеличение воздействия на 52% по сравнению с ростом только городского населения. Траектории воздействия увеличились для 46% городских поселений, которые в совокупности в 2016 году составляли 23% населения планеты (1,7 миллиарда человек). Однако то, как общее потепление в городах и рост населения повлияли на траектории экспозиции, пространственно неоднородно. Это исследование подчеркивает важность использования нескольких показателей экстремального теплового воздействия для определения местных закономерностей и сравнения тенденций воздействия в разных регионах.Наши результаты показывают, что предыдущие исследования недооценивают экстремальное тепловое воздействие, подчеркивая безотлагательность целевых адаптаций и систем раннего предупреждения для снижения вреда от экстремального теплового воздействия в городах.

Повышенное воздействие экстремальной жары как в результате изменения климата (1⇓⇓⇓ – 5), так и эффекта городского теплового острова (UHI) (6⇓⇓ – 9) угрожает устойчивости быстрорастущих городских поселений во всем мире. Воздействие опасно высоких температур ставит под угрозу здоровье и развитие городов, приводя к снижению производительности труда и экономического производства (10, 11) и увеличению заболеваемости (1) и смертности (2, 3, 12).В городских поселениях экстремальное тепловое воздействие крайне неравномерно и сильнее всего сказывается на городской бедноте (13, 14). Несмотря на пагубные и несправедливые риски, в настоящее время у нас нет глобального всеобъемлющего понимания с высоким разрешением того, где рост городского населения пересекается с увеличением экстремальной жары (2, 6, 15). Без этих знаний у нас ограниченные возможности адаптации для снижения экстремального теплового воздействия в различных городских поселениях планеты (6, 15, 16).

Снижение воздействия экстремальной жары на городское население требует глобально согласованных, точных и высокоразрешающих измерений как климатических, так и демографических условий, определяющих экспозицию (5, 15, 17).Такой анализ предоставляет лицам, принимающим решения, информацию для разработки мероприятий, адаптированных к местным условиям (7, 18, 19), а также является достаточно широким по пространственному охвату для передачи знаний между городскими географическими и климатическими условиями (6). Информация о воздействии и вмешательствах в различных контекстах имеет жизненно важное значение для разработки функциональных систем раннего предупреждения (20) и может помочь в проведении оценок рисков и информировании при планировании будущих сценариев (21). Однако существующие глобальные оценки экстремального теплового воздействия (1, 2) не соответствуют этим критериям ( SI, приложение , таблица S1) и недостаточны для лиц, принимающих решения.Эти исследования являются крупнозернистыми (пространственное разрешение> 0,5 °), используют разрозненные или единые показатели, которые не отражают сложность последствий для здоровья и жары (22), не разделяют воздействие на городское и сельское воздействие (19) и полагаются на продукты реанализа климата. которые могут быть существенно (на ~ 1–3 ° C) холоднее, чем данные наблюдений на месте (5, 23, 24). Фактически, широко цитируемые эталонные тесты (25), которые оценивают экстремальную жару с помощью версии 5 Реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ERA5) (26), могут сильно недооценивать общее глобальное воздействие экстремальной жары (5, 23, 24). .Используя суточную максимальную 2-метровую температуру воздуха 40,6 ° C (T _max ), недавний анализ показал, что ERA5 T _max резко занижает количество дней с экстремальной жарой в году по сравнению с наблюдениями на месте (23). Наконец, в нескольких исследованиях (2, 18) была проведена оценка воздействия экстремальной жары в городах в малоизвестных (23) быстро урбанизирующихся регионах, таких как Африка к югу от Сахары, Ближний Восток и Южная Азия (27), которые могут быть наиболее подвержены влиянию учащение случаев экстремальной жары из-за изменения климата (3, 5, 28).

Здесь мы представляем глобальную всестороннюю, с высоким разрешением и продольную оценку подверженности городского населения воздействию экстремальной жары — далее именуемой экспозицией — для 13 115 городских поселений с 1983 по 2016 год. Для достижения этой цели мы согласовываем глобальные, мелкозернистые (пространственное разрешение 0,05 °) T _max оценок (23) с глобальными данными о городском населении и пространственной протяженности (29). Для каждого городского поселения мы рассчитываем среднюю по площади дневную глобальную температуру по влажному термометру (WBGT _max ) (30) и максимальные значения индекса тепла (HI _max ) (31) с использованием инфракрасной температуры Центра климатических опасностей со станциями ежедневно (CHIRTS-daily ) T _max (23) и уменьшенные суточные оценки минимальной относительной влажности (RH _min ) (32).CHIRTS-daily лучше подходит для измерения экстремального теплового воздействия в городах, чем другие наборы данных о температуре с привязкой к сетке, используемые в недавних глобальных исследованиях экстремальной жары ( SI Приложение , Таблица S1) по двум причинам. Во-первых, он более точен, особенно на больших расстояниях (см. Рисунок 3 в ссылке 23), чем широко используемые наборы данных температуры с координатной привязкой для оценки сигналов городской температуры во всем мире ( SI Приложение , рисунки S1 и S2). Во-вторых, он лучше отражает пространственную неоднородность T _max в различных городских условиях ( SI Приложение , рис.S3). Эти факторы являются ключевыми для измерения экстремального теплового воздействия в быстро урбанизирующихся регионах с дефицитом данных.

Как описано в исх. 23 и 24, количество наблюдений за температурой на месте слишком мало в быстро урбанизирующихся (27) регионах, чтобы разрешить пространственные и временные колебания экстремальной жары в городах, которые могут резко меняться на небольших расстояниях и в периоды времени. Например, из более чем 3000 городских поселений в Индии (29) только 111 имеют надежные станционные наблюдения ( SI Приложение , рис.S3). Хотя повторный анализ климата может помочь преодолеть эти ограничения, он является крупнозернистым ( SI Приложение , таблица S1) и страдает от среднего смещения и, в меньшей степени, от точности во времени. Было показано, что ERA5 существенно недооценивает увеличивающуюся частоту экстремальных температурных явлений (рисунок 4 в ссылке 23), в то время как ретроспективный анализ современной эпохи для исследований и приложений, версия 2 (MERRA2) не отражает существенного увеличения ежемесячных T _max за последнее время. значения (рисунок 8 в исх.24). Эти наборы данных резко недооценивают рост потепления. CHIRTS-daily преодолевает эти ограничения за счет последовательного суммирования информации из полученной климатологией температуры приземных выбросов с высоким разрешением (0,05 °) (24), интерполированных наблюдений на месте и повторного анализа ERA5 для получения продукта, который был специально разработан для мониторинга и оценки опасности, связанные с температурой (23). Таким образом, CHIRTS-daily лучше всего подходит для регистрации изменений экспозиции в городских поселениях в быстро урбанизирующихся (27) регионах с недостаточным объемом данных, таких как Африка к югу от Сахары, Ближний Восток и Южная Азия ( SI Приложение , рис.S3) (24).

Мы измеряем экспозицию в человеко-днях в год ⁻¹ — количество дней в году, которые превышают пороговое значение теплового воздействия, умноженное на общую экспозицию городского населения (5). Затем мы оцениваем годовые темпы увеличения воздействия на глобальном (рис.1), региональном ( SI, приложение , таблица S2), национальном ( SI, приложение , таблица S3) и муниципальном уровне с 1983 по 2016 год ( SI. Приложение , Таблица S4). В каждом пространственном масштабе мы отделяем вклад в траектории экспозиции от общего потепления в городах и прироста населения (5).Для ясности, полное городское потепление относится к комбинированному увеличению экстремальной жары в городских поселениях как из-за эффекта UHI, так и из-за антропогенного изменения климата. Мы не разделяем эти два форсирующих агента (33, 34). Однако мы определяем, какие городские поселения нагреваются быстрее всего, измеряя скорость увеличения количества дней в году, которые превышают два пороговых значения экстремальной жары, описанные ниже (15). Наши основные результаты используют порог экстремального теплового воздействия, определенный как WBGT _max > 30 ° C, пороговое значение профессионального теплового стресса Международной организации по стандартизации (ISO) для риска тепловых заболеваний среди акклиматизированных лиц с низким уровнем метаболизма (от 100 до 115 Вт. ) (30).WBGT _max — широко используемый показатель теплового стресса (35), который фиксирует биофизический отклик (36) сочетаний высокой температуры и влажности (3, 17), которые снижают производительность труда (36), приводят к тепловым заболеваниям (36) , и может вызвать смерть (23). Используя пороговое значение WBGT _max > 30 ° C, которое было связано с более высоким уровнем смертности среди уязвимых групп населения (37), мы стремимся выявить действительно чрезвычайно жаркие комбинации температуры и влажности (17), которые могут нанести вред здоровью человека и благополучию. существование.Однако мы признаем, что строгие пороговые значения воздействия не учитывают индивидуальные риски и уязвимости, связанные с акклиматизацией, социально-экономическим статусом или состоянием здоровья или местной инфраструктурой (18, 19, 38). Мы также отмечаем, что существует ряд определений воздействия, и мы предоставляем дальнейший анализ, определяющий двухдневные или более длительные периоды, в течение которых максимальный тепловой индекс (HI _max ) (31) превышал 40,6 ° C ( SI Приложение , Рис. S4 – S6) в соответствии с определением Национальной метеорологической службы США для предупреждения о чрезмерной жаре (39).

Рис. 1.

Воздействие экстремальной жары на глобальное городское население, определяемое 1-дневным или более длительным периодом, когда WBGT _max > 30 ° C, с 1983 по 2016 год ( A ), с вкладом от роста населения ( B ) и полное городское потепление ( C ) без привязки.

Результаты и обсуждение

Глобальное воздействие увеличилось на 199% за 34 года, с 40 миллиардов человеко-дней в 1983 году до 119 миллиардов человеко-дней в 2016 году, увеличившись на 2,1 миллиарда человеко-дней в год ^-1 (Рис.1 А ). На рост населения (рис. 1 B ) и общее потепление в городах (рис. 1 C ) пришлось 66% (1,5 миллиарда человеко-дней в год ⁻¹ ) и 34% (0,7 миллиарда человеко-дней в год ⁻¹ ) к годовой скорости увеличения экспозиции соответственно. То есть общее потепление в городах повысило глобальные ежегодные темпы увеличения воздействия на 52% по сравнению с одним только ростом городского населения. Этот результат нельзя напрямую сопоставить с недавними глобальными контрольными показателями и прогнозами воздействия экстремальной жары на население в целом из-за используемых несопоставимых определений воздействия ( SI Приложение , Таблица S1).Однако наши результаты указывают на гораздо более высокие уровни воздействия по сравнению с недавними контрольными показателями в континентальном масштабе. Определяя воздействие как общую численность населения, умноженную на количество дней в году, когда HI _max > 40,6 ° C, недавнее исследование показало, что общее среднегодовое воздействие с 1986 по 2005 год для 173 африканских городов составляло 4,2 миллиарда человеко-дней в год. ^-1 (40). Когда мы применяем те же критерии воздействия к нашим данным, включая параметризацию HI _max со средней дневной относительной влажностью вместо RH _min , мы находим в шесть раз больше среднего общего воздействия для Африки, или 27.5 миллиардов человеко-дней в год ^-1 за тот же период времени. Эта контрастирующая оценка воздействия демонстрирует, как повышенная пространственная и временная точность CHIRTS-daily T _max ( SI Приложение , рис. S1 – S3) в сочетании с повышенной детализацией данных о городских поселениях, которые мы используем (29), могут улучшить фиксировать тенденции воздействия в регионах с недостаточным объемом данных, например в Африке.

Хотя всего 25 городских поселений внесли почти 25% глобального годового увеличения экспозиции ( SI Приложение , Таблица S3), мы идентифицируем статистически значимые ( P <0.05) с 1983 по 2016 годы для 46% (5 985) муниципальных образований во всем мире (рис. 2 A ). В совокупности эти городские поселения составляли 23% от общей численности населения планеты (27), или 1,7 миллиарда человек, в 2016 году (27). Большинство из них сосредоточено в низких широтах, но охватывает широкий диапазон климатов. Кроме того, 17% (2252) городских поселений прибавляли по крайней мере один день в год, когда WBGT _max превышал 30 ° C (рис. 2 B ). Другими словами, эти городские поселения испытали дополнительный месяц экстремальной жары в 2016 году по сравнению с 1983 годом.Примечательно, что в 2016 году 21 городское поселение с населением более 1 миллиона человек добавляло более 1,5 дней экстремальной жары в год. Сюда входит Индия, Калькутта, столица штата Западная Бенгалия, в которой в 2016 г. проживало 22 миллиона человек (29). Эти данные свидетельствуют о том, что усиление экстремальной жары потенциально повышает уровень смертности во многих городских поселениях планеты, особенно среди наиболее социально и экономически маргинализованных (37). Во всем мире за каждый дополнительный день, когда T _max превышает 35 ° C по сравнению с 20 ° C, смертность увеличивается на 0.45 на 100 000 человек, с увеличением на 4,7 дополнительных смертей на 100 000 человек для лиц старше 64 лет (12).

Рис. 2.

( A ) Увеличение на уровне муниципалитета степени подверженности городского населения экстремальной жаре с 1983 по 2016 год и ( B ) скорость увеличения общего количества дней в году, когда WBGT _макс > 30 ° C. ( C ) Доля населения по сравнению с общим потеплением в городах в скорости увеличения общего воздействия на население с использованием WBGT _max > 30 ° C. SI Приложение , рис. S4 увеличивает изображение Южной Индии, дельты Ганга, долины и дельты реки Нил, а также долины реки Тигр – Евфрат. Обратите внимание, что наибольшее увеличение экспозиции ( A ) и количество дней в году WBGT> 30 ° C ( B ) показаны последними для выделения. В C городские поселения с большим вкладом от общего городского потепления (например, розовые) отображаются последними для выделения.

Отделение вклада в траектории экспозиции от роста городского населения и общего городского потепления подчеркивает, как уровень анализа влияет на наше понимание пространственного распределения и величины экспозиции.Используемый уровень анализа может либо замаскировать, либо выделить пространственные и временные закономерности, которые являются ключевыми для выделения ограниченных ресурсов на адаптацию и обмен знаниями в городских условиях (2, 5–7). В целом, мы обнаружили, что траектории воздействия на уровне муниципалитетов (рис. 2 C ) отражают тенденции урбанизации на национальном и региональном уровнях (27). В регионах с более медленным ростом городского населения (27), таких как Латинская Америка и Карибский бассейн (Рис.3 A ) (27), вклад общего городского потепления в увеличение траекторий воздействия по сравнению с ростом городского населения в значительной степени отвечает за увеличение подверженность риску для большинства муниципалитетов по сравнению с регионами с более быстрым ростом городского населения.По мере того как темпы прироста городского населения увеличиваются по регионам, сигнал от общего городского потепления ослабевает для большинства муниципалитетов, как видно из Западной Азии (рис. 3 B ), Южной Азии (рис. 3 C ) и Африки к югу от Сахары. (Рис.3 D ).

Рис. 3.

В разбивке по регионам сравнительный вклад в увеличение степени воздействия экстремальной жары в городах из-за роста населения по сравнению с общим потеплением в городах в значительной степени соответствует темпам роста городского населения на региональном уровне, как показано на примерах ( A ) Латинская Америка и Карибский бассейн, ( B ) Западная Азия, ( C ) Южная Азия и ( D ) Африка к югу от Сахары.

Тем не менее, мы подробно описываем поразительную пространственную неоднородность в том, как демографические сигналы в городах и общее городское потепление определяют траектории воздействия для отдельных муниципалитетов (рис. 2 C ), даже тех, которые имеют сходные размеры населения и в пределах одной страны. Таким образом, оценки на региональном и национальном уровнях, предназначенные для информирования о реализации политики (1, 41), могут не улавливать нюансы на уровне муниципалитета (и в более мелком масштабе), которые являются ключевыми для адаптации (7, 15) и планирования будущих сценариев изменения климата. (21) ( SI Приложение, дополнительный текст и рис.S7 и S8). Например, в Западной Африке, хотя мы обнаруживаем, что траектории экспозиции увеличились для 88% городских поселений Нигерии, несопоставимое влияние общего городского потепления в городских поселениях может быть продиктовано местным климатом ( SI Приложение , Дополнительный текст и Рис. S8). Кроме того, мы наносим на карту участки городских поселений в Южной Индии, дельте Ганга, долине и дельте реки Нил, а также вдоль Тигра и Евфрата (Рис. 2 C и SI Приложение , Рис.S9) –– все быстро урбанизирующие регионы (1) –– где общее городское потепление превысило рост городского населения как движущую силу воздействия. Эта географическая картина соответствует недавнему глобальному анализу станционных наблюдений за экстремально влажной жарой, который предполагает, что районы планеты могут вскоре превысить биофизические возможности человека, независимо от местной акклиматизации (17).

Среди наиболее ярких примеров важности разграничения городских демографических сигналов и сигналов общего городского потепления на уровне муниципалитетов можно назвать два индийских мегаполиса: Дели и Калькутту.Траектории воздействия для обоих городов совпадают ( SI Приложение , Таблица S4 и Рис. S10 A ). Однако рост населения способствовал почти 75% увеличения траектории воздействия в Дели, в то время как на рост населения приходилось только 48% годового прироста воздействия в Калькутте ( SI Приложение , Таблица S4 и Рис. S10 B и C ). Резкий контраст во влиянии общего потепления в городах по сравнению с ростом городского населения на траектории воздействия на два города ( SI Приложение , рис.S10) подчеркивает, что индивидуальные адаптации требуют детального пространственно-временного, но при этом глобально сопоставимого анализа (6, 15). Такая точность имеет решающее значение для лиц, принимающих решения, учитывая диапазон вариантов адаптации и затрат (7, 15), а также открывает возможности для исследования связей между повышенными температурами, изменениями влажности и факторами роста городского населения (16, 42⇓⇓– 45).

Наконец, в то время как наши основные результаты сосредоточены на воздействии, определенном WBGT _max > 30 ° C, мы демонстрируем контраст между оценками воздействия WBGT _max и HI _max с двумя примерами плохо задокументированных местных городских экстремальных явлений жары.Во-первых, температура воздуха, достигшая 49,8 ° C, по сообщениям, убила тысячи людей в Индии в 1998 году (46). Однако в отчетах не указываются и не указываются воздействия, характерные для городских поселений. В Калькутте, где в 1998 г. проживало 12 миллионов человек (27), мы обнаружили, что HI _max превышала 40,6 ° C в течение 53 дней подряд с мая по июнь 1998 г. (рис. 4 A ). В течение этого периода среднее значение HI _max превышало 34-летнее дневное среднее значение HI _max на целых 9 ° C (27).Однако амплитуда суточных комбинаций экстремальной температуры и влажности не определяется с помощью WBGT _max (рис. 4 B ), потому что WBGT _max насыщается при высоких значениях (47).

Рис. 4.

Два примера — Калькутта, Индия, в 1998 году ( A и B ) и Алеппо, Сирия, в 2010 году ( C и D ) — ранее плохо задокументированных или недокументированных городских волн тепла. что наш анализ раскрыл. В обоих случаях контраст между ежедневными оценками HI _max ( A и C ) с оценками WBGT _max ( B и D ) показывает, что в то время как HI не был разработан для обеспечения точности при значениях HI _max > 50 ° C, WBGT _max не учитывает амплитуду ежедневных сочетаний экстремально высокой температуры и влажности.

Затем мы рассмотрим лето 2010 года в Сирии, которое было последним годом четырехлетней засухи, вероятность которой из-за изменения климата была в два-три раза выше (48). В Алеппо, где в 2010 г. проживало 3 миллиона человек (27), мы документируем 8-дневный период, за которым следует 7-дневный период с HI _max выше 40,6 ° C (рис. 4 C ). Мы выделяем пик аномальной жары, поразивший Алеппо 5 августа, во время которого HI _max превысил 47 ° C (на 9 ° C выше среднего HI _max за август.5) и стал вторым жарким днем ​​за весь 34-летний рекорд. Тем не менее, как и в Калькутте в 1998 году, амплитуда экстремальных тепловых явлений в Алеппо в 2010 году не фиксируется WBGT _max по сравнению с HI _max (Рис. 4 D ). Хотя вероятность аномальной жары в Восточном Средиземноморье с 1960-х гг. Увеличилась (49), насколько нам известно, экстремальная жара в городах летом 2010 г. в Сирии до сих пор не была задокументирована и количественно не оценена. Эта экстремальная жара произошла за 6 месяцев до начала сирийского восстания.Хотя взаимосвязи между конфликтом и климатом неубедительны и сложны (50, 51), этот вывод из Алеппо иллюстрирует потенциальные преимущества данных и анализа с более высоким разрешением, которые мы представляем здесь для будущих исследований для изучения взаимосвязей между климатом и конфликтом.

Мы представляем эти примеры, чтобы не выступать за или против использования WBGT _max или HI _max для измерения воздействия. Оба имеют ограничения при независимом использовании для количественной оценки экстремального теплового воздействия. HI _max не предназначен для оценки теплового воздействия выше HI _max ∼ 50 ° C (52), и степенная функция второго порядка, которую мы использовали для преобразования HI _max в WBGT _max , объясняет асимптотический потолок WBGT. _max и его неспособность улавливать суточные экстремумы, такие как HI _max (47).Скорее, мы присоединяемся к растущему сообществу ученых, выступающих за использование нескольких (22) показателей аномальной жары на основе конкретных мест, которые информируют и создают лучшую синергию между областями исследований (19). Критерии воздействия, определенные на местном уровне (18), особенно полезны для систем раннего предупреждения (53), когда они связаны с биофизической реакцией на экстремальную жару с воздействием на здоровье и благополучие человека на индивидуальном уровне (19, 22), а также сопоставимы по географическим регионам. (6).

Сосредоточившись на воздействии экстремально жаркой и влажной среды, определяемой температурой> 30 ° C, наш глобальный синтез экстремальной жары в городах является консервативным.Например, когда мы настраиваем пороговое значение на WBGT _max > 28 ° C ( SI Приложение , рис. S11), профессиональный стандарт риска ISO для тепловых заболеваний для акклиматизированных людей при умеренной скорости метаболизма (от 235 до 360 Вт). ) (30), 7628 городских поселений имеют значительное увеличение ( P <0,05) подверженности с 1983 по 2016 год ( SI Приложение , рис. S11). Напротив, когда мы настраиваем порог WBGT _max > 32 ° C, порог теплового риска ISO для неакклимированных людей при скорости метаболизма в состоянии покоя (от 100 до 125 Вт) (30), 2979 городских поселений имеют значительную ( P <0.05) увеличение подверженности с 1983 по 2016 год ( SI Приложение , рис. S11). Соответственно, наши результаты показывают, что в и без того жарких регионах, таких как регион Солнечного пояса в США, где прогнозируется повышение температуры воздуха (18), сочетания температуры и влажности не могут регулярно превышать экстремальные значения, такие как WBGT _max > 32 ° C. для многих городских поселений. Например, возьмем Феникс, штат Аризона. Самая горячая температура T _max , когда-либо зарегистрированная в Фениксе, была 122 ° F 26 июня 1990 года в 23 часа по Гринвичу (54, 55).Относительная влажность в то время составляла 11% (54). Согласно нашим методам, эквивалент HI _max составлял 49 ° C, а эквивалент WBGT _max составлял 32,29 ° C. Тем не менее, уязвимые группы населения регулярно подвергаются экстремальному тепловому воздействию в Фениксе (56, 57), что свидетельствует о необходимости различных определений теплового стресса.

В целом, наш анализ ставит под сомнение будущую устойчивость и равенство населения, живущего во многих городских поселениях планеты и переезжающих в них. Изменение климата увеличивает частоту, продолжительность и интенсивность экстремальной жары по всему миру (1–5).Действительно, комбинированные экстремальные значения температуры и влажности уже превышают биофизические допуски человека в некоторых местах (17). Снижение уровня бедности в городских поселениях в конечном итоге зависит от повышения производительности труда (10), но в пространственных масштабах повышение температуры было связано со снижением экономического производства (11, 58, 59). Таким образом, пространственная структура траекторий воздействия, которую мы определяем в Африке и Южной Азии, где уже проживают сотни миллионов городской бедноты (60), подчеркивает, что без достаточных инвестиций, гуманитарного вмешательства и государственной поддержки экстремальная жара может существенно ограничить способность городской бедноты реализовать экономические выгоды, связанные с урбанизацией (61).Однако синтез экстремального теплового воздействия на все отдельные городские поселения во всем мире показывает, что траектории воздействия экстремальной жары состоят из тысяч экстремальных тепловых явлений. Каждое из этих событий предоставляет возможность для эффективного раннего предупреждения, инструмента, который при широком применении может снизить бремя экстремальной жары для всего городского населения (20).

Материалы и методы

Дневная температура.

CHIRTS-daily обеспечивает глобальную обширную информацию с высоким разрешением (0.05 °) суточные оценки максимальной и минимальной температуры (T _max и T _min ) с 1983 по 2016 г. (23). CHIRTS-daily T _max и T _min получены путем коррекции смещения данных ERA5 T _max с среднемесячным T _max из Центра климатических опасностей Инфракрасная температура со станциями (CHIRTS _max ) запись климатических данных ( 24). Комбинируя гармонизированные тепловые инфракрасные наблюдения с геостационарных спутников с экранированием облаков и около 15000 наблюдений на наземных станциях с Земли Беркли (62), CHIRTS _max является наиболее точным ( R ² = 0.8–0,9) набор данных о максимальной месячной температуре с высоким разрешением и глобальным охватом (24). Преимущество CHIRTS _max заключается в том, что он захватывает T _max в быстро урбанизирующихся (27), но с редкими данными регионах ( SI Приложение , рис. S1 и S2). Действительно, с 1983 по 2016 год количество ежедневных наблюдений за температурными максимумами на станциях во всем мире сократилось с 5900 до 1000 (24). Это снижение было особенно острым в странах Африки к югу от Сахары, на Ближнем Востоке и в Южной Азии, регионах с наиболее быстро растущим городским населением (27).Проверка CHIRTS-daily T _max в сравнении с базами данных Global Historical Climatology Network и Global Summary of the Day показывает, что CHIRTS-daily стабильно превосходит широко используемый набор данных глобального метеорологического воздействия Принстонского университета для моделирования земной поверхности ( SI, приложение , рис. S1. –S3) (63), а также ERA5 (26).

Методология, используемая для создания CHIRTS-daily T _max , основана на объединении навыков CHIRTS _max при измерении месячной климатологии с высоким пространственным разрешением (24) со способностью ERA5 T _max для измерения суточных температурных аномалий. .Чтобы получить CHIRTS-daily T _max , сначала ERA5 T _max и T _min уменьшаются с 0,25 ° широты на 0,25 ° долготы до 0,05 ° на 0,05 ° с использованием билинейной интерполяции для соответствия пространственному разрешению CHIRTS _макс . Затем рассчитывается дневной диапазон суточных температур (DTR) ERA5 путем вычитания суточного T _max ERA5 из суточного T _min (DTR) ERA5 (уравнение 1 ). ERA5 daily T _max затем преобразуются в аномалии путем вычитания ERA5 ежемесячного T _max среднего из дневного значения ERA5 T _max (уравнение. 2 ). Затем дневные аномалии ERA5 T _max добавляются к значению CHIRTS _max для данного месяца (уравнение 3 ). CHIRTS-daily T _min получается путем вычитания дневного DTR ERA5 из CHIRTS-daily T _max (уравнение 4 ). Этот процесс повторяется для всех месяцев и всех дней с 1983 по 2016 год и может быть выражен как DTRt = ERA5Tmaxt − ERA5Tmintfort = 1… T [1] ERA5Tmaxtm, anomn = ERA5Tmaxtt − ERA5Tmaxm fort = 1… T, m = 1… M [2 ] CHIRTSdailyTmax = CHIRTSmax + ERA5Tmaxtm, anomn [3] CHIRTSdailyTmin = CHIRTSdailyTmax − DTRt, [4]

, где T — все дни ( t) в дневной записи CHIRTS, а M — все месяцы ( м) в CHIRTS _max рекорд с 1983 по 2016 год.

Суточный продукт относительной влажности.

Поскольку T _max обычно возникает, когда относительная влажность самая низкая в течение суточного цикла (32), дневная относительная влажность _min рассчитывается (уравнения 5 — 7 ) путем комбинирования CHIRTS-daily T _max с понижением -масштабированное давление точки росы ERA5 ( T _d ) и поверхностное давление ( p , кг / кг) от MERRA-2. ERA5 T _d уменьшено с 0.25 ° долготы на 0,25 ° широты, а MERRA-2 p уменьшен с 0,5 ° широты на 0,625 ° долготы до пространственного разрешения CHIRTS-daily 0,05 ° на 0,05 ° с использованием билинейной интерполяции. Чтобы вычислить относительную влажность _мин (64), сначала мы рассчитали удельную влажность ( q ) asq = (0,622 × e) ÷ (p− (0,378 × e)), [5]

где давление пара в миллибарах ( e ) ise = 6,112 × exp ((17,67 × Td) ÷ (Td + 243,5). [6]

Дневная относительная влажность _мин затем вычисляется как RHmin = 0,263 × p × q ÷ (exp ((17.67 (T − T0) ÷ T − 29,65)), [7]

, где T — дневной CHIRTS T _max , а T ₀ — 273,15 для преобразования Кельвина в Цельсия. Результатом является точная суточная оценка относительной влажности для всей планеты с 1983 по 2016 год.

Данные о населении.

Мы используем оценки численности населения и пространственные границы для 13 115 городских поселений из Глобальной базы данных городских центров уровня населенных пунктов (GHS-UCDB), выпущенной Советом совместных исследований Европейской комиссии в 2019 году (29).Доступный в виде векторных шейп-файлов, GHS-UCDB является производным от структуры моделирования населения с привязкой к сетке, которая распределяет самые точные доступные данные переписи по ячейкам сетки на основе искусственной среды, обнаруженной в архиве Landsat (полное описание см. В ссылке 29). Популяции GHS-UCDB сравниваются для 1975, 1990, 2000 и 2015 годов. Чтобы оценить численность населения для каждого полигона GHS-UCDB за каждый год с 1983 по 2016 год, мы применяем пошаговую линейную интерполяцию к GHS 1975, 1990, 2000 и 2015 гг. -UCDB оценки населения для каждого городского поселения.

GHS-UCDB — единственный хорошо задокументированный глобальный, географически привязанный набор данных о городском населении и протяженности. Мы признаем, что строгие определения городского населения часто не отражают ни континуум между городом и деревней (65), ни широкое разнообразие и различия внутри и между городскими поселениями по всей планете (66). Однако, используя единый критерий для определения населения и границ городских поселений по всей планете, GHS-UCDB позволяет напрямую сравнивать население городских поселений в разных географических регионах и сопоставляет различные модели городских поселений со строгими точными географическими границами, необходимыми для расчет воздействия экстремальной жары на городское население во всем мире.

Обзор гармонизации данных.

Мы преобразуем полигоны GHS-UCDB в растр в той же системе координат (World Geodetic System 84) и пространственном разрешении, что и CHIRTS-daily T _max (0,05 ° на 0,05 °). Затем мы вычисляем HI _max и WBGT _max с CHIRTS-daily T _max и RH _min для пикселей 0,05 ° в каждом городском поселении с 1983 по 2016 год. Затем для каждого городского поселения мы получаем среднее значение по площади HI _max и WBGT _max для каждого дня в записи данных.Мы осознаем ограничения использования средней площади для характеристики WBGT _max и HI _max для всего городского поселения, особенно для крупных агломераций, которые могут охватывать несколько климатических зон (6). Однако надежные исследования городского тепла в глобальном и континентальном масштабе сообщают о единой температуре для городских поселений (2, 3, 6). Мы также отмечаем, что CHIRTS-daily доступен с более высоким пространственным разрешением ( SI Приложение , Таблица S1) и имеет лучшую пространственную и временную точность, чем наборы данных о температуре, используемые в недавних глобальных ретроспективных и прогнозных исследованиях экстремальных температур (2, 3) и Исследования эффекта UHI (6).

Максимальные оценки суточного городского индекса тепла.

Мы вычисляем ежедневный HI _max для пикселей 0,05 ° в каждом городском поселении в соответствии с рекомендациями Национального управления по океану и атмосфере (NOAA) (31). Во-первых, значения CHIRTS-daily T _max (для простоты обозначается Tmax в уравнениях с 8 до 11 ) и RH _min значения преобразуются из градусов Цельсия в градусы Фаренгейта. Затем ежедневные значения HI _max рассчитываются с использованием уравнения Стедмана и усредняются с помощью значения Tmax (уравнение. 8 ): HImax = (0,5 × Tmax + 61,0 + Tmax − 68,0 × 1,2 + 0,094RHmin + Tmax2. [8]

Если полученное среднее значение больше 80 ° F, мы затем вычисляем HI _max для каждый город, соответствующий полному уравнению Ротфуза (уравнение 9 ): HImax = -42,379 + 2,04

3Tmax + 10,14333127RHmin-0,22475541TmaxRHmin-0,00683783Tmax2-0,05481717RHmin2 + 0,00122874Tmax2−0,0548171717RHmin2 + 0,00122874Tmax2000RH2000 9000RH2м затем отрегулируйте значения теплового индекса Ротфуса в соответствии с рекомендациями NOAA.Для данного городского поселения в данный день, если Tmax составляет от 80 до 112 ° F и RH _min <13%, мы вычитаем корректировку 1 из HI _max (уравнение 10 ). Если Tmax находится между 80 и 87 ° F и RH _min > 85%, мы добавляем корректировку 2 к HI _max (уравнение 11 ). Затем мы конвертируем все полученные максимальные суточные значения индекса тепла обратно в градусы Цельсия: ADJ1 = 0,25 × (13-RHmin) × (17-ABS (Tmax -95) 17, [10] ADJ2 = RHmin-8510 × 87-Tmax5. [11] ]

Daily Urban WBGT

_max Оценки.

Парные значения HI _max и WBGT _max соответствуют соотношению мощности второго порядка, при этом HI _max оценивает выше 40,6 ° C в пределах ± 0,5 ° C от WBGT _max (47), более сложный показатель экстремальных тепло, которое включает в себя лучистое тепло и скорость воздуха и широко используется для измерения профессиональных пределов теплового стресса (47). Таким образом, мы конвертируем оценки HI _max пикселей в WBGT _max , используя уравнение. 12 : WBGTmax ° C = -0,0034HImax2 ° F + 0.96HImax ° F-34. [12]

Воздействие экстремальной жары на городское население.

После ежедневного усреднения по площади WBGT _max и HI _max для каждого городского поселения с 1983 по 2016 год мы определяем городские экстремальные тепловые явления по двум критериям: 1-дневные или более длительные периоды, в которых WBGT _max > 30 ° C и 2-дневные или более длительные периоды, в течение которых максимальное значение HI _max > 40,6 ° C. Используемый нами порог WBGT _max соответствует критериям профессионального теплового стресса ISO для оценки риска тепловых заболеваний среди акклиматизированных людей с низким уровнем метаболизма (от 125 до 180 Вт) (30, 36).Пороговое значение HI _max соответствует определению Национальной метеорологической службы США для предупреждения о чрезмерной жаре (39). Мы признаем, что разнообразие определений аномальной жары и экстремальной жары отражает широкий спектр дисциплин, изучающих экстремальную жару (22). Ученые-климатологи склонны использовать строгие пороговые значения для сопоставимых статистических данных по всей планете, а физиологи и исследователи профессионального здоровья склонны использовать пороговые значения, привязанные к местной адаптации, связанной с универсальными биофизическими реакциями на тепловой стресс (36).Вместо использования критериев на основе процентилей для определения теплового стресса, соответствующего местным условиям (18), мы используем пороговые значения WBGT _max и HI _max по двум основным причинам: 1) для обеспечения согласованных оценок траекторий экстремального теплового воздействия в городе, которые могут быть прямое сравнение по городскому географическому и пространственному масштабам и 2) учет вклада в траектории экспозиции как от роста городского населения, так и от общего потепления в городах с использованием пороговых значений, которые, как было показано, влияют на здоровье и благополучие человека.

Кроме того, в отличие от исследований экстремальной жары, в которых используется исключительно двухметровая температура воздуха (1), и WBGT _max , и HI _max учитывают нелинейный биофизический отклик на взаимосвязь между влажностью и температурой воздуха (2). Внутренняя температура тела почти всегда поддерживается на уровне 37 ° C, а температура кожи — около 35 ° C (67). Гипертермия, повышенная внутренняя температура тела, возникает при поддержании повышенной температуры кожи, что может привести к смерти, когда внутренняя температура тела достигнет примерно 42-43 ° C (68).В то время как акклиматизация может уменьшить тепловое бремя (67, 69), акклиматизация только улучшает механизмы потоотделения, а охлаждающий эффект акклиматизированных людей имеет пределы. По мере увеличения относительной влажности эффект испарительного охлаждения при потоотделении уменьшается, и как только относительная влажность достигает 100%, потоотделение продолжается, но охлаждение испарением прекращается. Даже акклиматизированные или здоровые люди сталкиваются со смертью из-за продолжительной температуры кожи от 37 до 38 ° C (70, 71). Таким образом, разумно, что длительные периоды времени с HI> 35 ° C (72) могут быть физически недопустимыми, а воздействие WBGT _max > 30 ° C на открытом воздухе было связано с повышенным уровнем смертности среди уязвимых групп населения (37).Соответственно, наши пороговые значения воздействия являются консервативной оценкой, но сравнимы в глобальном масштабе по пространственным масштабам подверженности городского населения экстремальной жаре, чтобы учесть вредные социальные (73), медицинские (1), экономические (11, 12) и потенциальные политические последствия (74). воздействия сильной жары.

Тенденции воздействия на городское население.

Мы количественно оцениваем воздействие экстремальной жары в городах в человеко-днях / год ⁻¹ для каждого городского поселения GHS-UCDB с 1983 по 2016 год. Человеко-дни / год ⁻¹ — широко используемый показатель для сравнения и сопоставления воздействия к экстремальной жаре в разных географических регионах и временных периодах (3, 40, 75).Для данного года ( Y _i ) и для данного городского поселения ( j ) мы умножаем население городского поселения ( N _ij ) на количество дней в году . i , что порог превышен (например, WBGT _max > 30 ° C, дней _ij ; уравнение 13 ).

После суммирования воздействия в человеко-днях / год ⁻¹ для каждого года в муниципальном, национальном, региональном и глобальном масштабах, мы оцениваем годовые темпы увеличения воздействия с 1983 по 2016 год (человеко-дни / год ⁻¹ ) в пространственных масштабах путем подбора простых моделей линейной регрессии методом наименьших квадратов (МНК).Например, на уровне муниципалитета мы оцениваем скорость изменения (βexp) с 1983 по 2016 год в человеко-днях / год ⁻¹ как подверженность ( Exp _ij ) за год и с 1983 года. до 2016 г. с формулой. 14 .Expij = Nij × Daysij, [13] Expij = β0 + βexpYi + ε. [14]

Затем мы подбираем простые регрессионные модели OLS для оценки скорости изменения количества дней в году, когда превышается пороговое значение для каждого городского поселения (уравнение 15 ).Как для скорости увеличения воздействия, так и для дней в году, когда превышен порог, мы подгруппировали данные, чтобы включить только городские поселения со статистически значимыми положительными тенденциями ( P <0,05): Warmingij = β0 + βj − daysYi + ε. [15]

Вклад в воздействие роста населения по сравнению с общим потеплением городов.

Мы количественно оцениваем долю воздействия от роста населения по сравнению с общим потеплением в городах для каждого городского поселения. Для данного года i и городского поселения j , доля человеко-дней / год ⁻¹ от общего городского потепления ( Heat _ij ) рассчитывается путем умножения населения городского поселения, установленного на 1983 по количеству дней в году, когда превышен порог (ур. 16 ): Heatij = N83j × Daysij. [16]

Доля воздействия от населения рассчитывается путем умножения дней _ij на прирост населения с 1983 года (уравнение 17 ): Popij = (Nij − N83j) × Daysij. [17]

Чтобы измерить скорость изменения Heatijand Popij, мы применяем простую регрессию OLS для оценки средней скорости увеличения человеко-дней в год ⁻¹ . Результирующие коэффициенты βpop и βheat представляют собой среднюю скорость изменения человеко-дней в год ^-1 от общего потепления в городах и прироста населения, соответственно.Мы используем эти коэффициенты для создания ограниченного индекса для измерения относительной доли увеличения воздействия от роста городского населения по сравнению с общим потеплением в городах с 1983 по 2016 год. С этой целью для данного городского поселения j мы вычитаем скорость человеко-день увеличения от прироста населения (βpop) от скорости увеличения человеко-дней из-за потепления (βheat) и разделите результат на годовое увеличение коэффициента воздействия (βexp, уравнение 18 ). Затем мы нормализуем индекс и строим график распределения этого индекса для at для всех муниципалитетов (рис.2 C и SI Приложение , Рис. S5 C ) и по регионам (Рис. 3 и SI Приложение , Рис. S6): Индекс = (βpop − βheat) ÷ βexp. [18]

Идентификация тепловых волн.

Наш набор данных включает более 150 миллионов усредненных по площади ежедневных наблюдений WBGT _max и HI _max , охватывающих более 13000 городских поселений с 1983 по 2016 год. Таким образом, мы составили исчерпывающий перечень городских экстремальных тепловых явлений по двум пороговые значения, используемые для всех городских поселений в качестве производного продукта, который определяет продолжительность, интенсивность, масштабы и даты всех экстремальных городских явлений жары во всем мире с 1983 по 2016 год.Весь набор данных доступен для поиска по англоязычным названиям муниципалитетов, странам и регионам (включая суб- и промежуточные регионы) и становится общедоступным (76) для ученых и практиков, позволяющих идентифицировать экстремальные жаркие явления на основе выбранных ими критериев (22). ).

Неопределенность и ограничения.

Мы понимаем, что помимо наших моделей линейной регрессии, результаты представлены в виде точечных оценок без неопределенности. Тем не менее, все базовые данные получены из сложного сочетания различных источников данных.Используемые базовые информационные продукты не характеризуются неопределенностью и, таким образом, не позволяют нам оценить неопределенность наших результатов. Из-за этого наш анализ фокусируется на явных и крайних различиях в паттернах, которые мы идентифицируем, которые являются репрезентативными оценками истинных сигналов лежащих в основе процессов. Учитывая мелкозернистое пространственно-временное разрешение нашего анализа, наши результаты обеспечивают важные улучшения предыдущих крупномасштабных данных по общему потеплению в городах (3, 40) и тенденциям роста городского населения (27), которые являются ключевыми для планирования сценариев будущего изменения климата (21). ), развитие адаптации (6) и развитие системы раннего предупреждения (20).

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить профессора Сьюзан Касселс за предоставленную внутреннюю рецензию этой рукописи и вычислительный персонал Института исследования Земли за их неустанную помощь на протяжении всего этого проекта. Мы также благодарим двух анонимных рецензентов, приглашенного редактора и члена правления NAS за отличные отзывы. C.T. была поддержана стипендией на год президентской диссертации Калифорнийского университета через Калифорнийский университет в Санта-Барбаре и Программой стипендий Института Земли Колумбийского университета.C.T., K.C. и T.E. получил поддержку NSF Awards SES-1801251 и SES-1832393. К.С. и Т. получил поддержку от NSF Award DEB-1924309. Поддержка C.F. и П. поступило от Глобальной миссии НАСА по измерению осадков Грант 80NSSC19K0686, соглашения о сотрудничестве 72DFFP19CA00001 Агентства США по международному развитию, Сети систем раннего предупреждения о голоде и Программы World Modelers Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны в рамках основного контракта Управления армейских исследований № W911NF-18- 1-0018.

Сноски

• Вклад авторов: C.T., K.C., C.F. и S.S. проведенное исследование; C.T., K.C., C.F., A.V. и P.P. проведенное исследование; C.T., K.C., C.F., A.V. и P.P. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; C.T., K.C., C.F., A.V., S.S., K.G. и T.E. проанализированные данные; и C.T., K.C., C.F., A.V., K.G., S.S. и T.E. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.М.Г. Приглашенный редактор по приглашению редакционной коллегии.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.20247/-/DCSupplemental.

• Авторские права © 2021 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Городские острова тепла и связанное с ними влияние на здоровье

Резюме

В городах и городах обычно наблюдается более высокая температура, чем в сельской местности, по ряду причин, включая влияние городских материалов на естественный баланс входящей и исходящей энергии. уровень поверхности, форма и геометрия зданий, а также влияние антропогенного отопления.Это локализованное отопление означает, что города часто называют городскими тепловыми островами (UHI). Урбанизированные районы изменяют местные температуры, но также и другие метеорологические переменные, такие как скорость и направление ветра и характер осадков. Величина UHI для данного города имеет тенденцию масштабироваться с размером населения, хотя небольшие города с населением всего в несколько тысяч жителей могут иметь заметный эффект UHI. «Интенсивность» UHI (разница в температуре между центром города и сельской контрольной точкой за пределами города) составляет в среднем несколько градусов Цельсия, но может достигать 10 ° C в крупных городах, учитывая правильные условия.UHI, как правило, усиливаются во время волн тепла, когда много солнечного света и недостаток ветра для обеспечения вентиляции и рассеивания теплого воздуха. UHI наиболее ярко проявляется ночью, когда в сельской местности, как правило, прохладнее, чем в городах, и городские материалы излучают энергию, которую они накопили в течение дня, в местную атмосферу.

Помимо воздействия на местные погодные условия и взаимодействия с местным загрязнением воздуха, UHI может напрямую влиять на здоровье через тепловое воздействие, которое может усугубить незначительные заболевания, повлиять на производительность труда или увеличить риск госпитализации и даже смерти.Городское население может столкнуться с серьезными рисками для здоровья во время волн тепла, когда тепло, связанное с UHI, способствует дополнительному потеплению. Риски для здоровья, связанные с жарой, вероятно, возрастут в будущем на фоне изменения климата и растущей урбанизации во многих частях мира. Тем не менее, есть способы снизить городскую температуру и избежать некоторых последствий UHI для здоровья за счет изменения поведения, модификации зданий или вмешательств в городском масштабе. Важно понимать физические свойства UHI и его влияние на здоровье, чтобы оценить потенциал вмешательств по уменьшению воздействия, связанного с жарой.

Исследование внутригородского микроклимата на городском тепловом острове с помощью новой мобильной системы мониторинга

1.

DESA UN. Перспективы мировой урбанизации: редакция 2014 г. Департамент экономики и социальных дел Организации Объединенных Наций, Отдел народонаселения: Нью-Йорк, Нью-Йорк, США , 41 (2015).

2.

Абшар, У. К. И. и Уттам, К. Б. Урбанизация и озеленение индийских городов: проблемы, практика и политика. Ambio 45 (4), 442–457 (2016).

Google ученый

3.

Nurwanda, A. & Honjo, T. Прогнозирование расширения города и температуры поверхности земли в городе Богор, Индонезия. Сустейн. Cities Soc. 52 , 101772 (2020).

Google ученый

4.

Ghandehari, M., Emig, T. и Aghamohamadnia, M. Температура поверхности в городе Нью-Йорк: геопространственные данные позволяют точно прогнозировать радиационный теплоперенос. Sci. Отчет 8 (1), 1–10 (2018).

Google ученый

5.

Пэн, Дж., Яксин, Х., Донг, Дж., Лю, К. и Лю, Ю. Количественная оценка пространственной морфологии и связности городских тепловых островов в мегаполисе: подход радиуса. Sci. Total Environ. 714 , 136792 (2020).

Google ученый

6.

Люк Х. Климат Лондона , Том 1.W. Phillips, продается также J. and A. Arch, 1818.

7.

Ок, Т. Р. Размер города и городской остров тепла. Атмос. Environ. (1967) 7 (8), 769–779 (1973).

Google ученый

8.

Стюарт И. Д. Систематический обзор и научная критика методологии в современной литературе о городских островах тепла. Внутр. J. Climatol. 31 (2), 200–217 (2011).

Google ученый

9.

Kousis, I. & Pisello, A. L. Для смягчения городского тепла Island и городского шума Island: две одновременные стороны городского дискомфорта. Environ. Res. Lett. 15 (10), 103004 (2020).

Google ученый

10.

Арнфилд, А. Дж. Два десятилетия исследований городского климата: обзор турбулентности, обмена энергией и водой, а также городского острова тепла. Внутр. J. Climatol. J. R. Meteorol. Soc. 23 (1), 1-26 (2003).

Google ученый

11.

Гао, К., Сантамурис, М. и Фэн, Дж. О охлаждающем потенциале орошения для смягчения последствий городского острова тепла. Sci. Total Environ. 740 , 139754 (2020).

Google ученый

12.

Цекери Э., Колокоца Д. и Сантамурис М. О связи температуры окружающей среды и смертности пожилых людей на средиземноморском острове — Крит. Sci. Total Environ. 738 , 139843 (2020).

Google ученый

13.

Аргавани, С., Малакути, Х. и Бидохти, А. А. А. Численная оценка сценариев городских зеленых насаждений на городском острове тепла и уровень теплового комфорта в мегаполисе Тегерана. J. Clean. Prod. 261 , 121183 (2020).

Google ученый

14.

Baró, F. et al. Вклад экосистемных услуг в политику в области качества воздуха и смягчения последствий изменения климата: на примере городских лесов в Барселоне, Испания. Ambio 43 (4), 466–479 (2014).

Google ученый

15.

Grennfelt, P. et al. Кислотные дожди и загрязнение воздуха: 50 лет прогресса в экологической науке и политике. Ambio 49 , 1–16 (2020).

Google ученый

16.

Yang, X. et al. Влияние городского теплового острова на спрос на энергию в зданиях: местные климатические зоны в Нанкине. Прил. Энергетика 260 , 114279 (2020).

Google ученый

17.

Рольдан-Фонтана, Дж., Пачеко-Торрес, Р., Ядрак-Гаго, Э. и Ордоньес, Дж. Оптимизация выбросов CO2 на этапах проектирования городского планирования на основе геометрических характеристик: случай исследование малонаселенной городской местности в Испании. Сустейн. Sci. 12 (1), 65–85 (2017).

Google ученый

18.

Roxon, J., Ulm, F.-J. И Pellenq, R.J.-M. Влияние городского теплового острова на стоимость энергии в жилищном секторе и выбросы CO2 в США. Городской климат. 31 , 100546 (2020).

Google ученый

19.

Estoque, R.C. et al. Оценка риска для здоровья от жары в филиппинских городах с использованием данных дистанционного зондирования и социально-экологических показателей. Нат. Commun. 11 (1), 1–12 (2020).

Google ученый

20.

Сантамурис, М. Инновации для обнуления строительного сектора в Европе: минимизация энергопотребления, искоренение энергетической бедности и смягчение последствий местного изменения климата. Sol. Энергия 128 , 61–94 (2016).

Google ученый

21.

Кусис И., Ласкари, М., Нтурос, В., Ассимакопулос, М.-Н. И Романович Дж. Анализ определяющих факторов топливной бедности среди студентов, проживающих в арендуемом частным сектором в Европе, и его влияние на их благосостояние. Источники энергии Часть B Эконом. План. Политика 15 (2), 113–135 (2020).

Google ученый

22.

Founda, D. & Santamouris, M. Синергия между городским островом тепла и волнами тепла в Афинах (Греция) во время чрезвычайно жаркого лета (2012 г.). Sci. Отчет 7 (1), 1–11 (2017).

Google ученый

23.

Pyrgou, A., Hadjinicolaou, P. & Santamouris, M. Повышенный уровень приповерхностного озона в условиях сильной жары на средиземноморском острове. Sci. Отчет 8 (1), 9191 (2018).

Google ученый

24.

Pyrgou, A., Hadjinicolaou, P. & Santamouris, M. Контраст влажности между городом и деревней: регулятор городского острова тепла и синергии волн тепла над средиземноморским городом. Environ. Res. 182 , 109102 (2020).

Google ученый

25.

Гинбо Т., Ди Корато Л. и Хоффманн Р. Инвестирование в адаптацию к изменению климата и смягчение его последствий: методологический обзор исследований реальных вариантов. Ambio 50 , 229–241 (2020).

Google ученый

26.

Коллинз, М., Кнутти, Р., Арбластер, Дж., Дюфрен, Дж.-L., Fichefet, T., Friedlingstein, P., Gao, X., Gutowski, W.J., Johns, T., Krinner, G. et al. Долгосрочное изменение климата: прогнозы, обязательства и необратимость. In Climate Change 2013-The Physical Science Basis: вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата , 1029–1136 (Cambridge University Press, 2013).

27.

Kawase, H. et al. Увеличение количества обильных ежедневных снегопадов в центральной Японии из-за глобального потепления, как прогнозируется большим ансамблем моделирования регионального климата. Клим. Change 139 (2), 265–278 (2016).

Google ученый

28.

Кэплин, А., Гандехари, М., Лим, К., Глимчер, П. и Терстон, Г. Развитие науки об оценке воздействия на окружающую среду на благо общества. Нат. Commun. 10 (1), 1–11 (2019).

Google ученый

29.

Сантамурис, М. Недавние успехи в исследованиях городского перегрева и острова тепла.Комплексная оценка воздействия на энергию, окружающую среду, уязвимость и здоровье. Синергия с глобальным изменением климата. Energy Build. 207 , 109482 (2020).

Google ученый

30.

Kousis, I., Fabiani, C., Ercolanoni, L. & Pisello, A. L. Использование биомасел для улучшения экологических характеристик передового смолистого вяжущего для дорожных покрытий с потенциалом уменьшения теплового и шумового острова. Сустейн. Energy Technol. Оценивать. 39 , 100706 (2020).

Google ученый

31.

Сангиорджио В., Фиорито Ф. и Сантамурис М. Разработка комплексной методологии оценки городского теплового острова. Sci. Отчет 10 (1), 1–13 (2020).

Google ученый

32.

Кусис, И., Фабиани, С. и Пизелло, А.Л. Исследование термооптического поведения фосфоресцентных покрытий для пассивного охлаждения.В E3S Web of Conferences , vol. 238, 06002 (2021).

33.

Алонсо, Л. и Ренар, Ф. Новый подход к пониманию городского микроклимата путем интеграции дополнительных предикторов в различных масштабах в модели регрессии и машинного обучения. Дистанционный датчик 12 (15), 2434 (2020).

Google ученый

34.

Бусато Ф., Лаззарин Р. М. и Норо М. Три года изучения городского острова тепла в Падуе: экспериментальные результаты. Сустейн. Cities Soc. 10 , 251–258 (2014).

Google ученый

35.

Yun, G. Y. et al. Прогнозирование величины и характеристик городского теплового острова в прибрежных городах вблизи пустынных форм рельефа. Случай Сиднея. Sci. Total Environ. 709 , 136068 (2020).

Google ученый

36.

Оке Т. Р., Миллс Г., Кристен А. и Вугт Дж. А. Городской климат (Cambridge University Press, 2017).

37.

Pigliautile, I. & Pisello, A. L. Новая носимая система мониторинга для исследования условий окружающей среды пешеходов: разработка экспериментального инструмента и начальные результаты. Sci. Total Environ. 630 , 690–706 (2018).

Google ученый

38.

Пиглиаутиле, И. и Пизелло, А. Л. Кластерный анализ экологических данных с помощью носимых сенсорных технологий: новый восходящий процесс, направленный на выявление внутригородской гранулярной морфологии на пешеходных трансектах. Сборка. Environ. 171 , 106641 (2020).

Google ученый

39.

Haddad, S. et al. Целостный подход к оценке сопутствующих выгод от смягчения последствий местного климата в жарком влажном регионе Австралии. Sci. Отчет 10 (1), 1–17 (2020).

Google ученый

40.

Чжоу, Д., Чжао, С., Чжан, Л., Сун, Г. и Лю, Ю. Следы эффекта городского теплового острова в Китае. Sci. Отчет 5 (1), 1–11 (2015).

Google ученый

41.

Santamouris, M., Paraponiaris, K. & Mihalakakou, G. Оценка экологического следа эффекта теплового острова над Афинами, Греция. Клим. Изменить 80 (3–4), 265–276 (2007).

Google ученый

42.

Foissard, X., Dubreuil, V. & Quénol, H. Определение масштабов эффекта землепользования для картирования городского теплового острова в европейском городе среднего размера: Ренн (Франция). Городской климат. 29 , 100490 (2019).

Google ученый

43.

Richard, Y. et al. Насколько актуальны местные климатические зоны и городские климатические зоны для исследований городского климата? Дижон (Франция) в качестве примера. Городской климат. 26 , 258–274 (2018).

Google ученый

44.

Chapman, L. et al. Бирмингемская городская климатическая лаборатория: открытый испытательный метеорологический стенд и проблемы умного города. Бык. Являюсь. Meteorol. Soc. 96 (9), 1545–1560 (2015).

Google ученый

45.

Yao, R. et al. Межгодовые колебания интенсивности поверхностного городского теплового острова и связанные с ними факторы в Китае. J. Environ. Manag. 222 , 86–94 (2018).

Google ученый

46.

Чжоу, Д., Бонафони, С., Чжан, Л. и Ван, Р. Дистанционное зондирование эффекта городского теплового острова в густонаселенной городской агломерационной зоне в Восточном Китае. Sci. Total Environ. 628–629 , 415–429 (2018).

Google ученый

47.

Харт М. и Сейлор Д. Дж. Количественная оценка влияния землепользования и характеристик поверхности на пространственную изменчивость городского теплового острова. Теор. Прил. Climatol. 95 (3–4), 397–406 (2009).

Google ученый

48.

Santamouris, M. et al. Использование прохладных материалов для дорожного покрытия для улучшения микроклимата городских территорий — реализация проекта и результаты проекта flisvos. Сборка. Environ. 53 , 128–136 (2012).

Google ученый

49.

Парес Т.Е., Ли Дж., Кэмпбелл Дж. Б., Кэрролл Д. Оценка вклада переменных городского ландшафта в микроклимат. Adv. Meteorol. 2016 (2016).

50.

Santamouris, M. et al. Технологии смягчения последствий жары могут повысить устойчивость в городах. Целостная экспериментальная и численная оценка воздействия городских стратегий по снижению перегрева и связанных с ними стратегий смягчения последствий жары на энергопотребление, комфорт в помещениях, уязвимость и связанные с жарой смертность и заболеваемость в городах. Energy Build. 217 , 110002 (2020).

Google ученый

51.

Спронкен-Смит, Р. А. и Оке, Т.Р. Тепловой режим городских парков в двух городах с разным летним климатом. Внутр. J. Remote Sens. 19 (11), 2085–2104 (1998).

Google ученый

52.

Стюарт И. Д. Влияние метеорологических условий на интенсивность и форму эффекта городского острова тепла в Регине. Кан. Geogr.Le Géographe Can. 44 (3), 271–285 (2000).

Google ученый

53.

Димитрова Б., Вукович М., Кизель К., Махдави А. и Экология, Б. Деревья и микроклимат городского каньона: пример из практики. В материалах 2-й Международной конференции ICAUD по архитектуре и городскому дизайну, Тирана, Албания (2014).

54.

Макидо Ю., Шандас В., Фервати С. и Сэйлор Д. Дневные колебания городских тепловых островов: на примере Дохи, Катар. Климат 4 (2), 32 (2016).

Google ученый

55.

Солтани, А. и Шарифи, Э. Суточные колебания эффекта городского теплового острова и его корреляция с городской зеленью: тематическое исследование аделаиды. Фронт. Arch. Res. 6 (4), 529–538 (2017).

Google ученый

56.

Taha, H. et al. Реакция температуры воздуха на вариации альбедо и растительного покрова в масштабе района в реальном мире: метеорологическое моделирование с высоким разрешением и мобильные наблюдения за температурой на климатическом архипелаге Лос-Анджелеса. Климат 6 (2), 53 (2018).

Google ученый

57.

Kim, Y.-J. et al. Тематическое исследование экологических характеристик поверхности городских дорог и температуры воздуха в дни сильной жары в Сеуле. Атмос. Океан. Sci. Lett. 12 (4), 261–269 (2019).

Google ученый

58.

Sun, C.-Y., Kato, S. & Gou, Z.Применение недорогих датчиков для оценки теплового острова в городах: пример из Тайваня. Устойчивое развитие 11 (10), 2759 (2019).

Google ученый

59.

Jacobs, C. et al. Модели воздействия жары вне помещений в трех городах Южной Азии. Sci. Total Environ. 674 , 264–278 (2019).

Google ученый

60.

Алонсо, Л. Использование гражданской науки в характеристике городских островов Лиона, тепла и прохлады. В 2019 20-я Международная конференция IEEE по управлению мобильными данными (MDM) , 387–388. (IEEE, 2019).

61.

Rodríguez, L.R. et al. Анализ городского теплового острова: комплексная методология сбора данных и оптимальное проектирование мобильных трансект. Сустейн. Cities Soc. 55 , 102027 (2020).

Google ученый

62.

Василику, К. и Николопулу, М. Тепловой комфорт пешеходов на открытом воздухе в движении: тепловые прогулки в сложной городской морфологии. Внутр. J. Biometeorol. 64 (2), 277–291 (2020).

Google ученый

63.

Santamouris, M. Использование прохладных тротуаров в качестве стратегии смягчения воздействия на городской остров тепла — обзор фактических событий. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 26 , 224–240 (2013).

Google ученый

64.

Gill Instruments Ltd. Maximet: Руководство пользователя компактной метеостанции. Технический отчет, Gill Instruments Ltd, 2020.

65.

Гиридхаран Р. и Колокотрони М. Характеристики городского теплового острова в Лондоне зимой. Sol. Энергия 83 (9), 1668–1682 (2009).

Google ученый

66.

Вукович, М., Кизель, К. и Махдави, А. Степень и значение микроклиматических условий в городской среде: тематическое исследование в Вене. Устойчивое развитие 9 (2), 177 (2017).

Google ученый

67.

Пильаутиле, И., Д’Эрамо, С. и Пизелло, А. Л. Картирование внутригородского микроклимата для благосостояния граждан: новые носимые методы измерения и автоматизированная обработка данных. J. Clean. Prod. 279 , 123748 (2021).

Google ученый

68.

Кусис, И., Фабиани, К., Гобби, Л. и Пизелло, А. Л. Тротуары на фосфоресцентной основе для противодействия городскому перегреву — доказательство концепции. Sol. Энергетика 202 , 540–552 (2020).

Google ученый

69.

Jacoby, W. G. Loess: непараметрический графический инструмент для изображения взаимосвязей между переменными. Элект.Stud. 19 (4), 577–613 (2000).

Google ученый

70.

Friendly, M. et al. Эллиптические идеи: понимание статистических методов через эллиптическую геометрию. Stat. Sci. 28 (1), 1–39 (2013).

Google ученый

Городские районы с низким доходом часто более жаркие, чем богатые: NPR

В районе Франклин-сквер в Балтиморе жарче, чем в двух третях районов города.Он также находится в одном из беднейших районов Балтимора. Ян Мортон для NPR скрыть подпись

переключить подпись Ян Мортон для NPR

Район Франклин-сквер в Балтиморе более жаркий, чем примерно две трети районов города.Он также находится в одном из беднейших районов Балтимора.

Ян Мортон для NPR

Когда Шакира Франклин едет из Западного Балтимора на свою работу недалеко от Внутренней гавани города, она чувствует, как летняя жара ослабляет, как кулак, ослабляющий хватку.

«Я действительно чувствую, как еду из-за жары. Когда я добираюсь до определенного места по дороге, я выключаю воздух и опускаю окна», — говорит Франклин. «Кажется, что солнце светит в этом районе.»

Франклин не представляет себе этого. Ее район Франклин-сквер жарче, чем примерно две трети других районов Балтимора — примерно на 6 градусов жарче, чем самый прохладный район города. Он также находится в одном из беднейших районов города, более одной трети жителей живут в бедности.

По всему Балтимору самые жаркие районы, как правило, являются самыми бедными, и такая картина не является чем-то необычным. Согласно совместному исследованию NPR и Центра журналистских расследований Говарда Университета Мэриленда, в десятках крупных городов США районы с низким доходом, скорее всего, будут более жаркими, чем их более богатые собратья.

Те, кто подвергается такой дополнительной жаре, часто являются наиболее уязвимыми в городе: самые бедные и, как показывают наши данные, непропорционально много цветных. И жить день за днем ​​в окружающей среде, которая буквально становится все более жаркой, не просто неудобно, это может иметь ужасные, а иногда и смертельные последствия для здоровья — факт, который мы обнаружили, отраженный в стремительном росте количества вызовов службы экстренной помощи в Балтиморе, когда индекс жары достиг опасного уровня.

Согласно анализу данных переписи населения США и данных о температуре воздуха, проведенному Центром Говарда из Портлендского государственного университета и Музея науки Вирджинии, самые жаркие районы в Балтиморе могут отличаться на целых 10 градусов от самых холодных.

И Балтимор — не крайний случай. NPR проанализировало 97 самых густонаселенных городов США, используя данные о среднем доходе домохозяйств на основе данных Бюро переписи населения США и тепловизионных спутниковых изображений, полученных от НАСА и Геологической службы США. Более чем в трех четвертях этих городов мы обнаружили, что там, где жарче, становится и беднее. По крайней мере, у 69 были даже более сильные отношения, чем у Балтимора, первого города, который мы нанесли на карту.

Это означает, что по мере того, как планета нагревается, городская беднота в десятках крупных U.Южные города действительно будут испытывать больше тепла, чем богатые, просто в силу того, где они живут. И мы не только обнаружили, что в будущем от повышения температуры будет заболеть больше людей, но, скорее всего, они уже болеют.

«Прежде чем я это узнал, я задыхался»

Летом 2018 года в Балтиморе, когда индекс жары достиг 103 градусов — порог, который Национальная метеорологическая служба сочла опасным, — звонки в службу скорой помощи резко увеличились по всему городу для потенциально смертельный тепловой удар.Но количество звонков по поводу хронических заболеваний также увеличилось: количество звонков в службу неотложной помощи по поводу хронического обструктивного заболевания легких (ХОБЛ) увеличилось почти на 70%. Количество обращений за респираторной недостаточностью увеличилось на 20%. Призывы к остановке сердца выросли на 80%. А показатели высокого кровяного давления увеличились более чем вдвое. Выросли и другие состояния: среди прочего, психические расстройства, злоупотребление психоактивными веществами и обезвоживание.

Эта история была опубликована и подготовлена ​​в сотрудничестве с Центром журналистских расследований Ховарда при Университете Мэриленда.

Студенты и профессиональные журналисты центра в течение года изучали влияние экстремальных температур, вызванных изменением климата, на здоровье и жизнь людей в Балтиморе.

Чтобы прочитать рассказы Центра Говарда о жаре, здоровье и бедности в Балтиморе, посетите веб-сайт его серии по адресу cnsmaryland.org/code-red.

Жара повлияла на жителей всего города, но даже если контролировать доход, глядя только на структуру пациентов Medicaid, по городу наблюдались различия.С 2013 по 2018 год пациенты Medicaid в самых горячих районах Балтимора посещали больницу чаще, чем пациенты Medicaid в самых прохладных районах города. Пациенты с низким доходом в горячих точках города чаще посещаются с несколькими заболеваниями, включая астму, ХОБЛ и сердечные заболевания, согласно данным о госпитализации больниц и отделениях неотложной помощи Комиссии по пересмотру стоимости медицинских услуг Мэриленда.

В районе Франклин-сквер в Западном Балтиморе Шакира Франклин слишком хорошо знает связь между жарой и здоровьем.Она говорит, что ее астма вызвана жарой.

В июльскую субботу Франклин говорит, что ехала той же самой дорогой, что и из дома в городскую гавань. Город охватила жара, температура достигала 100 градусов и выше. Франклин говорит, что в такие дни она обычно старается оставаться дома, но ей нужно было приступить к работе. Именно тогда у нее случился первый приступ астмы почти за пять лет.

«Прежде чем я узнал об этом, я задыхался. Мне не нужно даже 10 минут, чтобы добраться из дома на другую работу.Именно так «, — говорит Франклин, который говорит, что приступ похож на питье воды через защемленную соломинку.

Шакира Франклин сидит на стоянке возле своего дома, где она часто делает перерывы в работе по соседству. Франклин работает над созданием водного парка для жителей района, чтобы они могли освежиться в летнюю жару. Мег Андерсон / NPR скрыть подпись

переключить подпись Мег Андерсон / NPR

Шакира Франклин сидит на участке рядом со своим домом, где она часто делает перерывы в работе по соседству.Франклин работает над созданием водного парка для жителей района, чтобы они могли освежиться в летнюю жару.

Мег Андерсон / NPR

«Твое дыхательное горло — это соломинка, а вода — это дыхание, которое ты можешь сделать», — говорит Франклин. «Вы пытаетесь пропустить через себя столько воздуха, сколько можете».

Врачи отделений неотложной помощи близ жарких районов Балтимора говорят, что каждое лето они готовятся к усилению условий, связанных с жарой.

«Жара часто играла роль в обострении хронического заболевания», — говорит д-р Амит Чандра, начальник отделения неотложной медицины в кампусе Мидтаун Медицинского центра Университета Мэриленда. Он говорит, что это особенно верно в отношении сердечно-сосудистых заболеваний.

«Чем хуже ваша система кровообращения, тем хуже вы остываетесь», — говорит Чандра, которая также является преподавателем Медицинской школы Университета Мэриленда. Слабое или поврежденное сердце может изо всех сил перекачивать лишнюю кровь к коже, поэтому тепло может излучаться от тела.Даже потоотделение, которое также помогает избавиться от тепла путем испарения, может вызвать нагрузку на сердце.

Респираторные заболевания тоже могут обостриться, отчасти потому, что жара действительно может ухудшить качество воздуха, а также потому, что такие состояния, как астма и ХОБЛ, могут быть вызваны высокой температурой и влажностью.

Район Франклин-сквер более жаркий, чем примерно две трети других районов Балтимора. В районе города с низким доходом, как правило, жарче, чем в более богатых районах. Ян Мортон для NPR скрыть подпись

переключить подпись Ян Мортон для NPR

Район Франклин-сквер более жаркий, чем примерно две трети других районов Балтимора. В районе города с низким доходом, как правило, жарче, чем в более богатых районах.

Ян Мортон для NPR

Чандра говорит, что даже просмотр медицинских карт пациентов не обязательно даст полную картину того, как тепло может нанести вред их здоровью.

«Мы бы не стали диагностировать у них в конце дня тепловое истощение или тепловой удар, если бы у них не поднялась температура», — говорит Чандра. «Так что, вероятно, довольно много людей пострадали от жары, и мы не отслеживаем и не измеряем.»

Независимо от того, где они живут, люди в бедности более уязвимы для многих хронических состояний, в том числе от жары, таких как астма и болезни сердца.

» Наши пациенты страдают от бедности, злоупотребления психоактивными веществами и, к сожалению, некоторых из них пациенты не имеют большого доступа к медицинскому обслуживанию », — говорит доктор Реджинальд Браун, заведующий отделением неотложной медицины в больнице Bon Secours в Балтиморе в Западном Балтиморе и преподаватель Медицинской школы Университета Мэриленда.

«Что касается воздействия [тепла] на наших пациентов, это еще одна вещь, которая усложняет их жизнь», — добавил он.

Городской остров тепла

Дизайн городов может сделать их более жаркими, чем их сельская местность. Это называется эффектом городского острова тепла.

NPR через YouTube

В целом в городах обычно жарче, чем в их естественной среде, из-за явления, известного как городской остров тепла.

«Если у вас меньше зеленого покрова, вы почти всегда будете иметь более высокие температуры и большее воздействие тепла», — говорит Брайан Стоун, директор лаборатории городского климата Технологического института Джорджии.

Деревья создают тень, но они также охлаждают окружающую среду за счет испарения воды из своих листьев — процесс, подобный тому, как люди потеют, чтобы остыть.

«Когда вы вымощаете территорию, особенно если на ней росли зеленые растения, вы прерываете этот цикл», — говорит Стоун.«Вы не только запечатали поверхность, но и накрыли ее крышкой, чтобы испарения не происходило».

Тротуар — особенно черный — поглощает тепло и удерживает его. Ночью в городе с населением более 1 миллиона человек может быть на 22 градуса теплее, чем в его окрестностях. По словам Стоуна, даже сами здания могут создать своего рода каньон, улавливающий тепло.

С учетом этих факторов, по мнению Стоуна, логично, что многие районы с низким доходом более жаркие, чем более богатые.

«В районах города с низкими доходами, как правило, меньше зелени, — говорит Стоун.«Это то, что мы видим во многих городах».

Также нет ничего необычного, говорит Стоун, в том, что более бедные районы расположены рядом с «нежелательными видами землепользования», такими как близлежащие шоссе или промышленные районы, которые создают еще больше тепла.

Выбор людей, живущих ближе к этим источникам тепла, заключается не только в противопоставлении бедных и богатых, но и зачастую в сравнении черных и коричневых с белыми. По всей стране многие из сообществ с низким доходом, которые NPR оказались более жаркими — часто с меньшим количеством деревьев, более бетонными и ближе к автомагистралям и фабрикам — также являются сообществами цветных.

«Это не просто совпадение, что цветные сообщества попали в одни из самых нежелательных мест», — говорит Мия Йошитани, исполнительный директор Азиатско-Тихоокеанской экологической сети, которая занимается вопросами экологической справедливости, затрагивающими рабочий класс азиатских и Сообщества иммигрантов и беженцев с тихоокеанских островов.

Ёситани объясняет, что такая политика, как красная линия — практика, начавшаяся в 1930-х годах и запрещенная Законом о справедливом жилищном обеспечении в 1968 году, когда районы были отмечены высоким риском для ипотечных кредиторов, в значительной степени из-за их расовой принадлежности — вынуждали цветных людей меньше желаемые районы.В Балтиморе самые популярные районы города, многие из которых являются преимущественно афроамериканскими, все еще довольно точно соответствуют районам, отмеченным «опасными» на карте 1937 года, созданной Home Owners ‘Loan Corp.

«Цветные люди, афроамериканцы. общины, коренные общины вначале, а затем общины иммигрантов, когда они приехали в Соединенные Штаты, не имели выбора в отношении того, где они могли бы жить, где они могли бы растить свои семьи, где они могли бы работать », — говорит Ёситани.«Этот выбор был сделан за них, и это наследие продолжается и сегодня».

«Им не спастись»

В большинстве городов, обозначенных NPR, бедность была связана с жарой, что добавляло второй уровень риска для уже находящегося в группе риска населения. Это не только потому, что бедность сама по себе представляет опасность для здоровья, но и потому, что бедность также связана с другими факторами, которые могут затруднить охлаждение.

«Люди с деньгами, конечно, могут делать это намного лучше, чем люди с меньшими деньгами», — говорит д-р.Жорж Бенджамин, исполнительный директор Американской ассоциации общественного здравоохранения.

12-летняя Бойси Нил продает воду в бутылках проезжающим мимо автомобилистам в районе МакЭлдерри-Парк в Балтиморе 1 июля. МакЭлдерри-Парк — самый популярный район города. Тимоти Якобсен / Мэрилендский университет скрыть подпись

переключить подпись Тимоти Якобсен / Мэрилендский университет

Бойси Нил, 12 лет, продает воду в бутылках проезжающим автомобилистам в районе МакЭлдерри-Парк в Балтиморе, 1 июля.Парк МакЭлдерри — самый популярный район города.

Тимоти Якобсен / Мэрилендский университет

Он говорит, что никто не застрахован от изменения климата, но более обеспеченные люди могут легче контролировать свое воздействие тепла, используя кондиционер, который сам по себе способствует изменению климата, или даже переезжая в более прохладную часть города.

«С другой стороны, люди с меньшими деньгами будут жить в одном своем доме.И им придется иметь дело с условиями в своем единственном доме, — говорит Бенджамин. — Если они собираются оказаться в районе, где очень жарко, им придется найти другие способы адаптироваться, но они не могут избежать этого ».

Городской бедноте, которая уже часто находится в более жаркой окружающей среде и уже подвергается более высокому риску проблем со здоровьем, будет труднее избежать изменения климата.

« Самая серьезная проблема общественного здравоохранения заключается в том, что у нас есть. Он будет здесь надолго.И становится только хуже », — говорит Бенджамин.

« Это наше »

Существуют стратегии охлаждения города: инвестирование в общественный транспорт, проектирование крыш, отражающих солнечный свет, и посадка большего количества деревьев, среди прочего.

В Балтиморе город работает над борьбой с городской жарой. Правительство установило прохладные крыши, превратило пустыри в общественные зеленые зоны, а также стратегически посадило и поддержало деревья в районах с низким доходом, среди других инициатив.Но городской арборист сказал Центру Говарда, что Балтимор не на пути к достижению своей цели по увеличению кроны деревьев до 40% к 2037 году.

«Мы делаем многое с небольшим», — говорит Энн Драдди, горожанин. координатор устойчивого развития.

В районе, где живет Шакира Франклин, со временем увеличился полог деревьев. Но к 2015 году он все еще был одним из самых низких в городе. Франклин говорит, что не верит в то, что в ближайшее время город сможет охладить свой район.

«Город несет большую ответственность. И я думаю, что, если честно, мы были бы ближе к концу списка», — говорит она.

Вверху: Дети на площади Франклина играют во временном парке с брызгами. Слева: Джами (слева), Луи и Шакира Франклин шутят со своими соседями. Справа: Тельма Террелл (слева) и Дэниел Гринспен обсуждают предложения по дизайну парка. Ян Мортон для NPR скрыть подпись

переключить подпись Ян Мортон для NPR

Вверху: Дети на площади Франклина играют во временном парке с брызгами.Слева: Джами (слева), Луи и Шакира Франклин шутят со своими соседями. Справа: Тельма Террелл (слева) и Дэниел Гринспен обсуждают предложения по дизайну парка.

Ян Мортон для NPR

Рядом с ее квартирой есть пустырь, покрытый травой, где Франклин часто отдыхает от работы начальником бригады ландшафтного дизайна в Bon Secours Community Works, близлежащей общественной организации, принадлежащей Bon Secours Health System.

Это одно из немногих мест по соседству с большим количеством тени — в основном от большого дерева, которое Франклин называет материнской тенью.Она помогла придумать идею построить на стоянке бесплатный водный парк, чтобы жители могли остыть в жару. Теперь этим проектом занимается Bon Secours.

«Это я занимал свою позицию», — говорит Франклин. «Я не сидел и не ждал, пока все скажут:« А кто будет переделывать парк? »

Дэниел Гринспен, научный сотрудник по архитектуре, работающий над проектом, говорит, что они примерно на полпути к своей текущей цели по сбору средств — планируют выкупить участок у города.

В жаркую субботу этим летом Bon Secours и общественная ассоциация района устроили вечеринку.Дети бегали по струям воды из всплывающего фонтана, в то время как взрослые обсуждали и голосовали за потенциальные проекты нового парка.

«Наши дети, они этого заслуживают, — говорит Франклин, у которого двое детей. «Я просто чувствую, что скоро придет время просто сказать, что мы построили это здесь для нас. Это наше».

Франклин говорит, что парк станет убежищем для людей, которые не могут спастись от жары — и это действительно будет место, где можно освежиться в этом районе. Но во всем мире волны тепла становятся все более жаркими и частыми, и последние пять лет были самыми жаркими из когда-либо зарегистрированных.

Методология

Чтобы определить связь между теплом и доходом в городах США, NPR использовало NASA / U.S. Спутниковые снимки Геологической службы и данные обследования американского сообщества, проведенного в рамках переписи населения США. Компьютерная программа с открытым исходным кодом , разработанная NPR , загрузила данные о среднем доходе домохозяйств для участков переписи в 100 наиболее густонаселенных городах Америки, а также географические границы участков переписи. NPR объединила эти данные с шейп-файлами городов TIGER / Line.

Программное обеспечение также загрузило тепловые изображения для каждого города со спутника НАСА Landsat 8, ища дни с 2011 года в июне, июле и августе, когда облачность составляла менее 4%. NPR просмотрел все спутниковые изображения и удалил изображения, которые содержали облака или другие скрывающие детали над интересующим городом. В случаях, когда было несколько четких изображений города, мы использовали тепловые показания, которые показали больший контраст между теплой и прохладной частями интересующей области.В случаях, когда приемлемых изображений не было, мы вручную искали дополнительные спутниковые изображения и находили приемлемые изображения со спутника Landsat 8 для каждого города, кроме Хайалиа и Майами, Флорида и Гонолулу, которые часто покрыты облаками.

Для каждого города NPR согласовал данные о температуре поверхности спутника с переписными участками. Для каждого переписного участка программа отсекла географию только до границ интересующего города, а затем удалила все озера, реки, океан и т. Д.Он рассчитал среднее значение температуры для каждого переписного участка. Когда все участки в городе были заполнены, он рассчитал коэффициент корреляции (R) участков, чтобы найти взаимосвязь между доходом и теплом.

Спутниковые данные измеряют температуру на поверхности, например на земле или на крыше. Мы использовали это измерение, а не температуру окружающей среды, которая измеряет воздух на высоте около 2 метров над землей. Измерение температуры воздуха является более точным показателем того, как люди ощущают жару, но спутниковые данные более доступны, чем данные о температуре воздуха.Использование этих данных позволило нам получить более полную картину тенденций изменения температуры во многих городах.

Просмотрите полные данные и код NPR на Github.

Чтобы определить взаимосвязь между жарой и бедностью в Балтиморе, Центр журналистских расследований Ховарда использовал данные о температуре по блокам, показывающие изменения на городском тепловом острове Балтимора, полученные исследователями из Портлендского государственного университета и Музея науки Вирджинии. Авг.29, 2018. Для каждой «статистической области сообщества» в Балтиморе Центр Говарда вычислил среднюю температуру и соединил ее с набором данных обследования американского сообщества переписи населения США с показателем уровня бедности для каждой области, а затем рассчитал коэффициент корреляции (R).

Нора Экерт и Ник Андервуд из NPR; и Шон Массенден, Роксанна Риди и Тереза ​​Диффендал из Центра Говарда внесли свой вклад в этот отчет.

.

No related posts.