Download
1 / 36
E N D
Hőmérséklet • A városi és a természetes felszín eltérő energiaháztartásának eredményeképpen általában hőmérsékleti többlet, az ún. városi hősziget (angolul: urban heat island – UHI) alakul ki a város légterében ill. a felszínén és az alatta lévő rétegekben is néhány méteres mélységig. • Ezek természetesen összefüggenek, de keletkezésük folyamatai, időbeli dinamikájukban lényeges eltérések vannak. Itt elsősorban a légtér melegebb voltával foglalkozunk, amelyen belül a rétegzettségének megfelelően két hősziget (UCL és UBL) különböztethető meg.
Ha külön nem jelezzük, akkor a megállapítások általában az UCL-ben kifejlődött hőszigetre vonatkoznak. • Több amerikai, észak- és kelet-európai településen végzett vizsgálat esetében télen vagy kora ősszel mutatható ki a legnagyobb pozitív eltérés a város javára, máshol ez a hőmérsékleti többlet alig változik az évszakokkal. • Budapesten havi átlagban 1-1,5°C eltérés mutatkozik, januári maximummal. A követk. táblázat összefoglalja azokat a tényezőket, amelyek e felmelegedéshez vezetnek, mind az UCL-ben, mind pedig az UBL-ben.
A városi hősziget kialakulásának okai (nem fontossági sorrendben) a külterülethez viszonyítva az UCL és UBL-ben
A városi hősziget területi struktúráját, tehát horizontálisan legjellemzőbb vonásait a követk. ábra mutatja be, amelyek igen jól érzékeltetik, hogy mennyire találó a ”sziget” elnevezés. • Az izotermák rendszere egy ”sziget” alakját rajzolja ki, amelyet a nálánál hűvösebb vidéki környezet ”tengere” vesz körül. • A külterületek felől a belváros felé haladva a külváros peremvidékén erőteljesen megemelkedik a hőmérséklet, itt a horizontális hőmérsékleti gradiens a 0,4°C/100m értéket is meghaladhatja (“szirt”). • Ezt követően lassú, de viszonylag egyenletes az emelkedés (“fennsík”), amelyet csak a közbeékelődő parkok, tavak, egyéb egységek eltérő energiaegyenlege módosít valamennyire.
A sűrűn beépített belvárosban észlelhető a legmagasabb hőmérséklet (“csúcs”). • Az is megfigyelhető az ábrán, hogy gyenge szél hatására az izotermák kissé eltolódnak a légáramlás irányának megfelelően. • Természetesen ilyen viszonylag szabályos alakzat csak rövid ideig áll fenn és változik az idő multával, valamint csak olyan időjárási helyzetekben jön létre, amely kedvező a kisebb léptékű klimatikus folyamatok kialakulásához. • A városi és külterületek szabad felszíne felett mért hőmérsékletek különbségével definiálható a városi hősziget intenzitása (T).
A városi hőmérsékleti többlet vázlatos keresztmetszeti képe és horizontális szerkezete ideális körülmények között (keresztmetszet: AB mentén)
A horizontális méretek mellett a hőszigetnek van egy vertikális, a városi felszín fölé nyúló (UBL) kiterjedése is. • A hőmérsékleti különbségekben kimutatható egy magassági függés, amely szerint a legnagyobb különbségek a város és a külterület között a felszín közelében jelentkeznek, majd a különbség a magassággal csökken. • Általában a hősziget-jelenség néhányszor 10 m-től 2-300 m magasságig terjed ki. • Jó kisugárzási feltételekkel rendelkező éjszakákon a város felett akár 100 m magasságig is szinte nem, vagy csak alig változik a hőmérséklet (a függőleges profil csaknem izotermikus), míg a környező területeken erőteljes talajmenti sugárzási inverzió fejlődik ki.
A tipikus éjszakai függőleges hőmérsékleti profilok a város és a környező területek felett. A görbék metszésénél megfigyelhető a cross-over hatás.
Ennek következtében egy viszonylag vékony felszínközeli réteget elhagyva a levegő már melegebb a vidéki, mint a városi terület felett. Ez az ún. cross-over hatás. • Az intenzitás jellegzetes napi menetet és a városon belül eléggé eltérő mértéket mutat. • A napi menet legfőbb jellemzője , hogy a késő délutáni és az esti mérsékeltebb lehűlés miatt a hajnali minimum-hőmérséklet sem olyan alacsony, mint a külső területeken. Ugyanakkor napkelte után a város légtere lassabban melegszik fel.
Ezek eredőjeként a hősziget intenzitása napnyugta után gyorsan növekszik és kb. 3-5 órával később éri el a maximumát. • Az éjszaka hátralévő részében lassan, de egyenletesen csökken a különbség a hőmérsékletek között, majd a csökkenés napkeltekor erősödik fel. • Tehát a nap folyamán a hősziget intenzitásának mértékét a lehűlési és felmelegedési ütemek eltérései szabályozzák. Összességében az mondható el, hogy a külterületi ütemek görbéi meredekebbek a városiaknál. • A negatív értékek tavasszal és nyáron jelentkeznek, a legnagyobbak dél körül (-1,2ºC). Ősszel és télen egész nap pozitív a különbség. • A legerőteljesebb pozitív értékeket éjszaka tapasztalhatjuk (szintén nyáron), amelyek elérik a 3,5ºC-ot is, télen az intenzitás mérsékeltebb.
(1) A hőmérséklet napi menete (C), (2) a lehűlés és felmelegedés üteme (Ch-1) a városban és a külterületen, valamint (3) a hősziget intenzitása (C) ideális körülmények között
Az év folyamán kb. 80%-ban a különbség pozitív, vagyis az órás értékek tükrében az év nagy részében a város melegebb környezeténél. Az ábra is alátámasztja azt, hogy a városi hősziget egy olyan jelenség, amely legszembetűnőbben este és éjszaka lép fel. • hősziget kifejlődésének mértékét, tehát az intenzitását az időjárási tényezők (különösen a szél és a felhőzet) jelentősen befolyásolják. Kialakulására kedvezőek a magasnyomású (anticiklonális) helyzetek, amikor általában derült az ég és közel szélcsend van. • A felhőzet hatását a felhőfajták eltérő jellege miatt elég nehéz számszerűsíteni.
Az erős szél a hőszigetet nagymértékben gyengíti, sőt a különbséget akár meg is szüntetheti. • Minél nagyobb lélekszámú a település, annál nagyobb erősségű szél szükséges a termikus különbségek kialakulásának megakadályozására. A kapcsolatot a kritikus szélsebesség (v) és a lakosságszám (P) logaritmusa között a következő képlet adja meg: v = 3,41*lgP - 11,6 [ms-1] • A hősziget intenzitása a település méretével is szoros kapcsolatban áll. A város nagyságának egyik lehetséges – de nem feltétlenül a legjobb – mérőszáma a lakosok száma (P).
A hősziget intenzitásának maximuma (Tmax) és a lakosok száma közötti kapcsolat észak-amerikai, európai, japán és koreai településeken
Az ábra szerint még az 1000 fős településeken is kimutatható a hősziget és milliós nagyvárosok esetén a lehetséges legnagyobb hőmérsékleti módosulás 12ºC körül van, szélcsendes és derült időjárás mellett. • Látható bizonyos eltérés a görbék meredekségében az észak-amerikai és európai városok között és külön érdekesek a japán és koreai városok a görbék törései miatt. • Az eltérések oka nyilván az, hogy a világ különböző területein jelentősen mások a várostervezés, a városépítés elvei és hagyományai.
Ezért a városok méretének a lélekszámmal történő jellemzése sok esetben nem kielégítő a tanulmányozott fizikai jelenség magyarázatára, ugyanis a hősziget intenzitásának szempontjából egyáltalán nem elhanyagolható, hogy szellősen elhelyezett, alacsony épületek vagy a tömör, magas beépítés dominál az adott településen.
Minél magasabbak az utcában lévő házak, annál inkább akadályt jelentenek a hosszúhullámú kisugárzás számára, vagyis annál kisebb az utcákban a lehűlés üteme. • Ezért bevezethető a H/W arány, ahol H az épületek átlagos magassága, W pedig az utcák átlagos szélessége. A vizsgálatok szerint így ismét egy logaritmikus kifejezés állítható fel a maximális intenzitású hőszigetre: Tmax = 7,54 + 3,97·ln(H/W) • Ezt illusztrálja a következő ábra, amelyen több kontinens városaiból származó adatok szerepelnek. A két mennyiség közötti szoros kapcsolatot a belváros geometriai szerkezetének a sugárzási mérlegre és az advekciós folyamatára kifejtett hatása magyarázza.
A hősziget intenzitásának maximuma (Tmax) és a városközpontban lévő utcák átlagos magasság/szélesség (H/W) közötti kapcsolat több kontinens településein
Másik, az előzőtől nem teljesen független beépítettségi mutató az ún. horizontkorlátozás, vagy inkább az ezt 1-re kiegészítő „égboltláthatósági” érték, amely megadja, hogy egy adott helyről az égbolt hányad része látszik (angolul: sky view factor – SVF). • Az SVF nagyságának hatását a hősziget maximális értékére a következő ábra mutatja be, több városból nyert adatok alapján. Tehát ezen a módon is világosan megmutatkozik a szoros kapcsolat a zártabb beépítettség és a magasabb városi hőmérséklet között.
A hősziget intenzitásának maximuma (ΔTmax) és a település központi részein mért SVF közötti kapcsolat néhány kontinensen
A hősziget – mint klimatikus jelenség – jelentősen befolyásolja a légtér komfortértékét. Nyáron a város felmelegedése bioklimatológiai szempontból rendkívül kedvezőtlen (az alacsonyabb és a mérsékeltebb szélességeken), télen viszont kifejezetten előnyös. • Emellett a város melegebb volta miatt meghosszabbodik a fagymentes időszak és ezzel a növények vegetációs időszaka, eltolódnak a fenológiai fázisok, csökken a fagyok intenzitása, csökken a fagyos és téli napok száma, megrövidül a hótakaróval borítottság ideje, valamint csökken az ún. fűtési napok száma, ami természetesen mérsékli a fűtésre felhasznált energia mennyiségét is.
A vadgesztenye rügyfakadásának ideje Genfben (20 éves csúszóátlagok)
Minél közelebb vannak a házak egymáshoz (ez a jellemző a belsőbb területeken), annál nagyobb a védelmet nyújtanak egymásnak az időjárás szélsőségei ellen és relatíve annál kevesebb energia felhasználására van szükség. • A táblázat különböző elrendezésű családi házak esetében mutatja be ezt a viszonylagos különbséget.
Hősziget mérések Debrecenben • A mérések során az volt a cél, hogy megállapítsuk a városon kívüli viszonyítási területhez képest fennálló hőmérsékleti különbségeket a város összefüggően beépített területén a hősziget maximális kifejlődése idején. • Ezért egy Debrecen összefüggően beépített, közel 50 km2 kiterjedésű részét lefedő gridhálózatot készítettünk. Az EOTR 1:10.000-es méretarányú térkép hálózatát negyedelve jutottunk 0,5x0,5 km méretű gridekhez, amelyeket DNY-ÉK irányban növekvő értékű négyjegyű kódokkal jelöltünk
A méréseket mobil technikával hajtottuk végre, hogy az egész vizsgált területre vonatkozóan kaphassunk eredményeket. • Két útvonalat jelöltünk ki a város északi és déli részén. Egy-egy gépkocsi haladt végig párhuzamosan a déli és északi útvonalon oda, és a gridek fordított sorrendjében visszafelé. • Ez lehetővé tette, hogy az oda és visszaúton mért eredmények átlagolása útján azonos időpontra, a mérés középidejére (az ún. referencia időre) vonatkozó, így összehasonlítható eredményekhez juthassunk.
A gépkocsikra logit típusú digitális adatgyűjtővel összekötött, hővédő pajzzsal ellátott ellenálláshőmérőket szereltünk fel a tetőre előre kinyújtva. • A műszerek 10 másodperces mintavételre voltak beállítva. A méréseket úgy időzítettük, hogy a város területén a város és külterület közötti legnagyobb hőmérsékleti különbség idején, napnyugta után 3-5 órával legyen a mérés középideje. • Az adatok feldolgozása és megjelenítése Excel és Surfer for Windows programok segítségével történt
A városi hősziget-intenzitás (°C) átlagos területi eloszlása Debrecenben2002. április – 2003. március
A hősziget megléte Debrecen esetében igazolható. Az éves átlagos maximális hősziget intenzitás 2,3°C volt. • A hősziget térszerkezete alapvetően megfelel a beépített területek térbeli megoszlásának, de a nagytérségi időjárási helyzet határozza meg a hősziget nagyságát, valamint a légmozgások módosítják az alakot. • Az abszolút maximális hősziget intenzitás értéke között a fűtési és nem fűtési félévben nincs jelentős különbség (0,3°C). Az átlagos maximális intenzitás a nem fűtési félévben magasabb, mivel ez az időszak kedvezőbb a hősziget kialakulása szempontjából a gyakoribb anticiklonális helyzeteknek köszönhetően.
A debreceni hősziget intenzitási görbe általánosságban magán viseli az Oke által leírt fő jegyeket („szirt", „fennsík" és „csúcs"), de ezek mellett több speciális jellegzetességgel rendelkezik. • A városi „szirt" megléte, illetve kifejlődöttségének mértéke attól függ, mennyire éles a határ a városon kívüli mezőgazdasági- és parlag-, vagy erdőterületek és a beépített városi térszínek között. Csak olyan helyen jelentkezik markánsan, ahol rövidtávon belül gyorsan megváltozik a beépítés sűrűsége, illetve a mesterséges talajfedés aránya legmarkánsabban a Nagyerdei Park és a szomszédos lakóterületek között, a városon belül jelentkezik.
A kertes-családiházas beépítésű területeken a beépítés sűrűsége és a mesterséges talajfedés aránya fokozatosan növekszik. Ennek következtében a hősziget intenzitási értékek is fokozatosan növekednek, ami a görbén az Oke által leírt „fennsík" helyett „lejtőt" hoz létre. • A legnagyobb hősziget intenzitási értékeket a városközpontban mértük. A lakótelepek és ipari területek, ahol nagy a beépítés sűrűsége, az épületek átlagos magassága és a mesterséges talajfedés aránya a hősziget alközpontjaiként jelennek meg az intenzitási görbén.
