В городе формируются особые микроклиматические условия. Микроклимат города – это климат приземного слоя воздуха отдельных участков городской территории. Приземной слой воздуха занимает воздушное пространство двухметровой высоты над уровнем земли.
На формирование микроклимата города, помимо природных условий, оказывают влияние условия, создаваемые городской застройкой, а также функционированием автотранспорта, теплоэлектростанций, промышленных и других предприятий. Городская застройка изменяет природный рельеф: увеличивает шероховатость подстилающей поверхности (например, формирует котловинные условия на фоне равнинного рельефа), включает множество вертикальных поверхностей, создает пересеченную местность. Кроме того, теплофизические свойства (теплоемкость и отражательная способность) элементов городской застройки (стен зданий, крыш, дорог, мостовых) отличаются от теплофизических свойств элементов природного окружения. Почва города скрыта под строениями и дорожными (асфальтовыми) покрытиями. В природных условиях часть влаги уходит в почву. В городе значительная часть осадков не попадает в нее. Стоки городских осадков отводятся в ливневую или городскую канализацию. При работе автотранспорта, отоплении города, функционировании предприятий в атмосферный воздух поступают потоки тепла, выбрасываются газообразные загрязняющие вещества, жидкие и твердые взвешенные частицы.
Перечисленные особенности городской территории определяют факторы формирования микроклимата города:
· изменение рельефа, обусловленное городской застройкой;
· различие теплофизических свойств поверхностей элементов городской застройки и природного окружения;
· различие в альбедо подстилающих поверхностей территории города и окрестностей;
· искусственные потоки тепла;
· загрязнение воздуха;
· снижение испарения из-за асфальтовых покрытий и зарегулированности стока атмосферных осадков;
· резкое уменьшение площади поверхности с растительным покровом и естественной почвой и др.
Эти факторы влияют на микроклимат города одновременно, но их вклад в разное время года и в различных климатических условиях весьма различен. Они вызывают изменение естественного радиационного баланса, условий тепло- и массообмена, нарушение естественного круговорота влаги. Все это определяет микроклиматическую изменчивость общеклиматических режимов в отдельных районах крупного города.
Радиационный режим микроклимата города . Вследствие загрязнения атмосферного воздуха твердыми и жидкими взвешенными частицами (аэрозолями) происходит уменьшение его прозрачности. Поэтому часть солнечной радиации не проникает на территорию города. В зависимости от степени загрязнения воздуха, времени года и суток наблюдается снижение ее интенсивности до 20 % .
В градостроительстве решающую роль играет прямая солнечная радиация, которая оценивается инсоляционным режимом. Инсоляционный режим – режим облучения городских территорий и помещений зданий прямыми солнечными лучами. Инсоляцию городской застройки уменьшают облачность и загрязнение атмосферного воздуха. Солнечное облучение необходимо для жизни. Оно оказывает оздоровительное и положительное психологическое влияние на человека. Продолжительность инсоляции регламентируется санитарными нормами и соответствующими параграфами СНиПа . Нормы инсоляции зависят от климатической зоны размещения городской территории. В соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 на территориях игровых площадок, спортивных площадок жилых домов, групповых площадок дошкольных учреждений, спортивных зон, зон отдыха общеобразовательных школ и школ-интернатов; зоны отдыха лечебно-профилактических учреждений стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3 часов на 50 % площади участка, независимо от географической широты.
СанПиНом также определены гигиенические требования по ограничению избыточного теплового воздействия инсоляции. На территории жилой застройки III и IV климатических районов защита от перегрева должна быть предусмотрена не менее чем для половины игровых площадок, мест размещения игровых и спортивных снарядов и устройств, мест отдыха населения.
Температурный режим микроклимата города . Температура воздуха в крупном городе по сравнению с его окрестностями выше на 1…4 градуса, иногда эта разница достигает 8 градусов .
Повышение температуры объясняется нагревом элементов застройки за счет поглощения ими солнечной радиации и отражением радиации городскими поверхностями, а также уменьшением эффективного излучения тепла над городом. Величина отраженной радиации зависит от наклона и ориентации поверхностей, а также от альбедо строительных и дорожных материалов. При этом может происходить взаимооблучение элементов застройки, а вблизи инсолируемых поверхностей городского окружения может значительно возрасти температура воздуха. Из-за загрязнения атмосферного воздуха, а также неоднородностей подстилающей поверхности, обусловленных застройкой, ослабляется эффективное излучение над городом и соответственно уменьшается его ночное охлаждение. Кроме того, на испарение влаги асфальтным покрытием и другими городскими поверхностями тратится значительно меньше энергии, по сравнению с энергией, необходимой для испарения влаги растительным покровом. Поэтому в приземном слое воздуха городской территории, за счет малого расхода энергии на испарение влаги, остается значительно больше тепла по сравнению с территорией окрестностей.
Дополнительное поступление тепла в атмосферный воздух происходит при сжигании топлива. Тепловые выбросы транспортных средств, промышленных и энергетических предприятий могут вызывать локальное повышение температуры воздуха над отдельными участками территории городской застройки – транспортной магистралью, промышленной зоной, ТЭЦ. Так, по данным космического мониторинга (съемки инфракрасного излучения), тепловые аномалии занимают четвертую часть территории г. Москвы (март 1997 г.) .
Повышение температуры воздуха внутри города по сравнению с температурой окружающей местности приводит к образованию так называемого «острова тепла» над городом – области повышенной температуры воздуха, которая имеет вид купола. Размер «острова тепла» и другие его показатели зависят от метеорологических условий и особенностей города. «Остров тепла» разрушается ветром или другими атмосферными осадками, но устойчив в безветрие. На высоте до нескольких сот метров по границам «острова» происходит циркуляция масс теплого и холодного воздуха. Вертикальная скорость воздушных потоков сравнительно небольшая. Например, у «острова» диаметром 10 км при скорости ветра 1 м/с в слое толщиной 500 м она составляет около 10 см/с . В «острове тепла» давление атмосферного воздуха понижено. Это способствует притягиванию облаков верхних слоев атмосферы. Поэтому облака над городом расположены значительно ниже, чем над открытой местностью. Восходящие потоки воздуха образуют кучевую облачность. Образование «острова тепла» вызывает уменьшение притока солнечной радиации на территорию крупного города, увеличение количества атмосферных осадков, увеличение повторяемости туманов.
Ветровой режим микроклимата города . Элементы городской застройки и зеленые насаждения изменяют скорость ветра и его направление. Обычно скорость ветра в городе меньше, чем за его пределами. Усиление ветра возможно при расположении города на холмах или при совпадении направления ветра с направлением улиц. Для городов, где скорости ветра незначительны, характерны местные циркуляции воздуха. Причиной их возникновения может быть разная температура или освещенность отдельных участков городской территории. Движение воздуха, называемое термическим проветриванием, возникает между городом и его окрестностями, между зеленым массивом и территорией застройки, между нагретой солнцем и затененной частью улиц. Наличие водоемов способствует формированию местной циркуляции, подобной бризам. Воздух движется от водоемов к застройке.
Ветровой режим приземного слоя воздуха в условиях городской застройки принято называть аэрационным режимом . Аэрационный режим считается комфортным, если скорости ветра на территории застройки находятся в пределах от 1 до 5 м/с . Участки городской территории, где скорость ветра меньше 1 м/с, относятся к непроветриваемым, а более 5 м/с – к зонам продувания. В учебном пособии отдельно выделяются комфортный аэрационный режим (скорость ветра от 1 до 3 м/с) и аэрационный режим, близкий к комфортному (скорость ветра от 3 до 5 м/с). Непроветриваемые участки городской территории, или зоны застоя воздуха, создают антисанитарное состояние. Зоны продувания дискомфортны для человека.
Влажностный режим микроклимата города. Влажность воздуха в крупных городах ниже по сравнению с окрестностями. Это связано с повышенными температурами атмосферного воздуха и меньшим содержанием в нем влаги за счет снижения количества испарений. Наибольшая разница по влажности воздуха между городом и его окрестностями в течение года наблюдается летом, а в течение суток – в вечерние часы. В зимнее время воздух города может быть более увлажнен за счет выбросов пара техногенными источниками. Зимой в городе выпадает меньше снега, а летом выпадает больше дождей.
Образованию облачности в городе при высокой влажности способствует повышенная конвективная неустойчивость и загрязнение воздушных масс. Образованию облачности при недостаточной влажности также способствуют конвективные потоки над городом. Они препятствуют горизонтальному перемещению воздушных масс, поступающих с наветренной стороны, вовлекают их в восходящий поток воздуха. Вследствие этого образуется облачность и выпадают осадки.
При значительном загрязнении атмосферного воздуха и ослаблении скорости ветра туманов в городе может быть больше. С повышением температуры и понижением относительной влажности туманов в городе становится меньше, чем за его пределами .
Биоклиматические условия территории города . Погодные условия могут оказывать негативное влияние на самочувствие человека, могут вызывать чувство комфорта. Погодой называется состояние атмосферы в данном месте в определенный момент или за ограниченный промежуток времени (сутки, месяц). Погода обусловлена физическими процессами, происходящими при взаимодействии атмосферы с космосом и земной поверхностью. Погоду характеризуют метеорологические показатели: атмосферное давление, температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра.
Специалистами по медицинской климатологии разработан ряд биоклиматических показателей по восприятию человеком погодных условий. Эти показатели получены на основе параллельных физиологических и метеорологических наблюдений. Наибольшее применение получили показатели, отражающие тепловое состояние человека.
Тепловое состояние человека определяется его физиологическими показателями, физической нагрузкой, теплозащитными свойствами одежды, но в первую очередь комплексом метеорологических факторов: температурой и влажностью воздуха, солнечной радиацией и скоростью ветра. Установлено, что человек испытывает тепловой комфорт в том случае, когда его теплорегуляторная система находится в состоянии наименьшего напряжения. Так, низкая температура воздуха вызывает ощущение холодного дискомфорта, который возрастает с увеличением скорости ветра и повышением влажности. В жарком климате при температуре воздуха, близкой к температуре тела или превышающей ее, даже ветер не всегда приносит ощущение свежести. Сочетание высокой температуры и высокой влажности воздуха вызывает состояние духоты.
К биоклиматическим показателям, отражающим тепловое состояние человека, относятся: эквивалентно-эффективная температура, тепловая нагрузка на организм человека, физиологический тип погоды и др. На основе этих показателей разработаны методы оценки биоклиматических условий территории. Рассмотрим метод температурных шкал, метод теплового баланса тела человека и методы, основанные на классификации типов погод .
Метод температурных шкал. В основном используются два вида температурных шкал: эквивалентно-эффективные температуры (ЭЭТ) и радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ). ЭЭТ учитывают комплексное воздействие температуры, влажности воздуха и скорости ветра на теплоощущение человека. РЭЭТ дополнительно учитывают солнечную радиацию. Комплексное воздействие на человека температуры воздуха, скорости ветра и относительной влажности вызывает такой эффект теплоощущения, который соответствует воздействию неподвижного, полностью насыщенного влагой воздуха при определенной температуре, называемой эквивалентно-эффективной температурой . Для оценки биоклимата городов, расположенных в разных климатических районах, даются следующие рекомендации по использованию системы температурных шкал. В качестве зоны комфорта принимается интервал ЭЭТ:
· для южных городов – 17…21 0 С;
· для городов средней полосы, Сибири и Приморья – 13,5…18 0 С.
ЭЭТ ниже указанных пределов характеризуют состояние охлаждения, а выше – перегрева. При расчетах ЭЭТ, помимо средних многолетних показателей, следует использовать и ежедневные метеорологические данные. Человек адаптируется к средним климатическим условиям. Экстремальные условия (их повторяемость, интенсивность, продолжительность) могут вызвать негативную реакцию организма, и прежде всего у людей с ослабленным здоровьем.
Данные по ЭЭТ и РЭЭТ позволяют оценить биоклиматические ресурсы конкретного города: определить среднюю продолжительность комфортного и дискомфортного периодов в течение года; рассчитать повторяемости погодных условий, обеспечивающих состояние перегрева, комфорта и охлаждения, и рассмотреть распределение их степени дискомфортности в аномально жаркие и холодные годы (рис. 3.1).
С помощью ЭЭТ и РЭЭТ можно определить особенности формирования биоклимата в зависимости от особенностей застройки, неоднородности рельефа, наличия лесных массивов, близости водных объектов и в итоге выделить зоны с различной степенью комфортности для проживания и отдыха горожан. Методы ЭЭТ и РЭЭТ могут быть использованы в любых климатических районах и обеспечивают сравнимость результатов.
Метод расчета теплового баланса тела человека основан на уравнении, выражающем равенство теплопоступлений и теплопотерь:
R k + M = R q + P + LE + B ,
где R k – приход к поверхности тела коротковолновой радиации, М – теплопродукция организма, R q – длинноволновое излучение, Р – конвекция, LE – затраты тепла на испарение пота, L – скрытая теплота испарения, Е – величина влагопотерь испарением пота, В – затраты тепла на нагревание выдыхаемого воздуха и насыщение его водяным паром при испарении с поверхности легких.
Рис. 3.1. Повторяемость комфортной и дискомфортной погоды
по эквивалентно-эффективным температурам (г. Чита):
1) ЭЭТ < 18,6 0 С (охлаждение); 2) ЭЭТ = 13,6 - 18 0 С (комфорт);
3) ЭЭТ > 18 0 С (перегрев)
Данный метод используется при оценке биоклимата городов с жарким климатом и непригоден для городов с умеренным и холодным климатом. В качестве показателя степени тепловой нагрузки на организм человека в условиях жаркого климата принята величина влагопотерь испарением пота. Используется также показатель напряженности терморегуляторной системы, представляющий собой отношение фактической тепловой нагрузки к максимально возможной при тех же метеорологических условиях. Комфортному состоянию взрослого человека (величина площади тела принята равной 1,5 м 2) соответствуют значения влагопотерь испарением пота 50…150 г/ч и значения показателя напряженности терморегуляторной системы 5…12%. Одежда может уменьшать потоотделение на 33…45%.
Методы, основанные на классификации типов погод , состоят в том, что биоклиматическая характеристика территории дается по совокупности и последовательности повторяемости типов погод (методы комплексной климатологии). В свою очередь, типы погод определены в соответствующих классификациях погод.
Климатическая классификация погоды основана на объединении в типы и классы погод всего многообразия метеорологических условий теплого и холодного периодов года. Каждый тип (класс) погоды определяется строго ограниченными интервалами температуры и влажности воздуха, скорости ветра и облачности (последняя рассматривается как косвенный показатель радиационного режима). Выделяют перегревную, жаркую, теплую, комфортную, прохладную, холодную и суровую погоду. Метод оценки биоклимата, основанный на этой классификации, позволяет получить фоновую картину распределения погодных условий применительно к тепловому состоянию человека. Метод нагляден, удобен и часто применяется для биоклиматической характеристики городов. В то же время метод недостаточно надежен для оценки биоклимата в зависимости от микроклиматических особенностей небольших районов.
Физиологическая классификация погод основана на различных типах теплового состояния человека и обусловленной им терморегуляторной нагрузки. Выделяют четыре класса холодных погод разной степени переохлаждения (1Х, 2Х, 3Х, 4Х), четыре класса теплых погод разной степени перегрева (1Т, 2Т, 3Т, 4Т) и комфортную погоду (Н) (табл. 3.2). Метод оценки биоклимата, основанный на физиологической классификации, состоит в учете повторяемости дискомфортных типов погод (2Х, 3Х, 4Х, 2Т, 3Т, 4Т). Результаты оценки выражают графически, в виде климатограмм.
Климато-физиологическая классификация основана на физиологических типах погод и их метеорологических характеристиках (сочетание различных значений температуры воздуха, скорости ветра и общей облачности) (рис. 3.2, табл. 3.3). Классификация предназначена для условий с относительной влажностью 30…60%, оптимальной для человека. Эта классификация погод, применяется для оценки рекреационного потенциала территории пригородов, использования ее для летнего отдыха.
Все существующие методы оценки влияния климата и погоды на организм человека нельзя признать универсальными. Связано это, прежде всего, со сложностью исследуемых объектов – человека и атмосферы, а также с разными способностями организма людей адаптироваться к местным климатическим условиям и с индивидуальными особенностями человека (возраст, пол, состояние здоровья, уровень физической нагрузки).
Рассеивание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе влияет на экологическую обстановку в городе. Твердые частицы загрязняющих веществ размером более 0,1 мм оседают на подстилающую поверхность под действием гравитационных сил. Мелкие, твердые и жидкие частицы, а также газообразные вещества распространяются в атмосферном воздухе вследствие диффузии.
Таблица 3.2
Типы погод по физиологической (ФК) и климато-физиологической классификации (КФК)
Рис. 3.2. Оценочная шкала определения степени благоприятности погоды для человека:
1 - холодная дискомфортная; 2 - прохладная субкомфортная; 3 - комфортная; 4 - жаркая субкомфортная; 5 - жаркая дискомфортная; а) скорость ветра 0…0,2 м/с; б) 2,1… 4,0 м/с; в) 4,1… 6,0 м/с; T - температура воздуха, п - облачность, Q - суммарная радиация
Степень рассеивания загрязняющих веществ зависит от метеорологических условий и в первую очередь определяется ветровым режимом и температурной стратификацией нижнего слоя атмосферы. Метеорологические условия могут способствовать:
· аккумуляции загрязняющих веществ при инверсиях, штилях и туманах;
· разложению загрязняющих веществ при благоприятных радиационных условиях, температурном режиме и наличии гроз;
· выносу загрязняющих веществ при сильном ветре и обильных осадках.
То есть рассеивающая способность атмосферы (РСА) определяется характеристиками метеорологических условий. При оценке загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспортных средств и промышленных предприятий используют понятие «потенциал загрязнения атмосферы » (ПЗА). ПЗА называется сочетание метеорологических условий, определяющих возможный уровень загрязнения атмосферы при заданных выбросах загрязняющих веществ (см. табл. 3.3). Характеристика потенциала загрязнения атмосферы противоположна рассеивающей способности атмосферы: чем выше РСА, тем ниже ПЗА.
Опасные атмосферные явления . К явлениям, опасным для города, относятся инверсии температуры и смог.
Инверсии температуры создают задерживающие слои воздуха. Приземные инверсии обуславливают отсутствие аэрации жилых кварталов и тем самым способствуют скоплению загрязняющих веществ в приземном слое. Низкие приподнятые инверсии, как «крыша», закрывают город и препятствуют рассеянию вредных примесей. Инверсии в городах обуславливают увеличение концентрации загрязняющих веществ в воздухе и способствуют образованию неблагоприятной экологической обстановки.
При проявлениях инверсии температуры участки застройки на холмистом рельефе располагают выше верхней границы инверсионного слоя, на средних и верхних частях склона или плато. При этом непригодными для жилой застройки являются территории, расположенные в котловине или долине.
Смог (от англ. smoke - дым и fog - туман) - токсический туман. Он возникает при неблагоприятных метеорологических условиях и высоких концентрациях вредных веществ в приземном слое воздуха. Явления смога наблюдались в разные годы в Лондоне, Лос-Анджелесе, Нью-Йорке, Токио. Выделяют три типа смога - восстановительный (смог лондонского типа), окислительный, или фотохимический, и смог ледяного типа.
Восстановительный смог характерен для крупных промышленных центров. Он представляет собой воздушную смесь частиц сажи и оксидов серы и азота. Оксиды при взаимодействии с водой атмосферы образуют аэрозоли серной и азотной кислот. За счет раздражающего действия кислот на бронхи и дыхательные пути смог оказывает отрицательное влияние на здоровье людей. В 1952 и 1962 гг. такой смог стал причиной смерти нескольких тысяч человек в Лондоне.
Фотохимический смог наблюдается в городах с высокой интенсивностью радиации солнца. Он образуется при взаимодействии солнечного света с оксидами азота и углеводородами, содержащимися в выхлопных газах автотранспорта и промышленных выбросах. Фотохимический смог – это комплексная воздушная смесь, состоящая из оксидантов, в основном озона, смешанного с другими окислителями, включая слезоточивый газ – пероксиацетилнитрат (ПАН).
Первоначальная реакция образования смога:
NO 2 + hu ® NO + O.
Атомарный кислород взаимодействует с кислородом О 2 и неактивным веществом М (например, азотом):
О + О 2 + М ® О 3 + М, NO + O 3 ® NO 2 + O 2 .
В городах формируется особый климат, который в летние знойные дни близок к климату полупустыни или даже скалистой пустыни. Не зря города называют каменными пустынями с зелёными оазисами скверов, садов и парков. Летом температура на поверхности асфальта после полудня достигает 45-55°C.
Температура красно-кирпичной стены равна 41°.
Белой стены – 38°C.
А газона – 25°C.
Все эти различия вызваны неодинаковой поглощающей
способностью поверхностей, испарением влаги растениями (транспирацией), в
результате чего снижается температура воздуха.
В безветренные дни над городами на высоте 100-150 м может образовываться слой
температурной инверсии, который задерживает загрязнённые массы воздуха над
территорией города. Это наряду со значительными тепловыми выбросами и
интенсивным нагревом каменных, кирпичных и железо-бетонных сооружений, приводит
к нагреву центральных районов города. Деревья и кустарники в центре города
распускаются на 7-10 дней раньше, чем на окраинах.
В результате теплового загрязнения над городами формируются зоны (острова) тепла, над которыми устанавливаются своего рода местная циркуляция воздушных масс, называется городскими бризами. В жаркие летние безветренные дни воздух в центре нагревается и поднимается, что ведёт к его подтоку с окраин, как из лесопарковых зон, так и из промышленных зон, независимо от их расположения по отношению к розе ветров. Если городские бризы дуют с окраин, то они приносят в центр относительно чистый воздух. Но проявляются такие ветры не всегда. При мощном антициклоне в высоком давлении воздуха городские бризы могут и не возникать.
Повышенная конвективность и техногенная запылённость воздуха над городом приводит к увеличению частоты гроз и, вообще, к росту интенсивности и общего количества осадков.
Пыль, выброшенная авиатранспортом, промышленными предприятиями, теплоэнергетическим комплексом резко повышает содержание в атмосфере ядер конденсации (частиц пыли, соединений серы и азота) абсорбирующихся капельки воды, образующая аэрозоли. Поэтому в больше облачных, пасмурных дней.
Из-за задымленности, запылённости и загазованности воздуха в город поступает на 15% меньше солнечной радиации, на 65% чаще наблюдается смог, а относительна я влажность воздуха на 6%, скорость ветра на 25% меньше, чем в сельской местности.
Во всём мире в больших городах солнечная радиация за последнее столетие уменьшилась на 10-30%. Особенно значительно снизилось поступление ультрафиолетовой радиации, что приводит к увеличению содержания в воздухе болезнетворных бактерий. Это отрицательно сказывается на здоровье городских жителей, т.к. при пониженной инсоляции замедляется выведение из организма ряда токсичных веществ, в частности, тяжелых металлов и их соединений, а также — синтез в организме важных ферментов.
Нестандартен в городах тепловой режим почвы. В жаркое летнее время асфальтовые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и вглубь почвы. При температуре воздуха 26-27°C температура почвы на глубине 20 см достигает 34-37°C, а на глубине 40 см — 29-32°C. Это настоящие горячие горизонты — как раз те, в которых обычно находятся окончания корневой системы растений. Поэтому самые верхние слои городских почв практически не содержат живых корней. То, для уличных растений создаётся необычная тепловая ситуация; температура подземных органов растений зачастую выше, чем надземных. В нормальных естественных условиях жизненные процессы у большинства растений умеренных широт протекают при обратной температурной стратификации.
Зимой из-за уборки спавших листьев осенью и снега зимой городские почвы сильно выхолаживаются и глубже промерзают. На улицах городов, где регулярно убирают снег, а слой асфальта имеет большую теплопроводность (т.е. способность к потере тепла), почвы охлаждаются до 10-15°C, это может привести к повреждению подземных коммуникаций, а также к опасному перемерзанию корней. Установлено, что годовой перепад температур в корнеобитаемом слое городских почв достигает 40-50°C, в то же самое время в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20-25°C.
Но не только микроклимат ухудшает жизнь растений в крупном городе. Важнейший экологический фактор в жизни растений — влага. Однако в городской среде растения часто испытывают недостаток в почвенной влаге из-за стекания её в канализацию. Вместе с тем, при дожде или обильном поливе возможно застаивание воды, при котором прекращается доступ воздуха к корням. Из-за стекания воды «мимо почвы» уменьшается количество влаги, испаряющейся с поверхности земли, что влечёт понижение влажности воздуха вплоть до так называемой «атмосферной засухи».
Если спросить «где вы живете», то больше половины людей ответят – в городе таком-то, с населением таким-то. Лишь немногие смогут похвастаться, что живут в поселке или в деревне.
Отходы большого города
Классификация городов по численности населения
В соответствии с классификацией, принятой в России, городские поселения с численностью населения свыше одного миллиона относятся к крупнейшим городам , с населением 250–1000 тысяч человек – к крупным , с населением 100–250 тысяч человек – к большим , 50–100 тысяч – к средним , 20–50 тысяч –к малым. В настоящее время в России имеется около тысячи городов и более двух тысяч поселков городского типа, в которых проживает примерно 70% населения страны.
Санкт-Петербург - один из крупнейших городов России
За последние 50 лет доля городского населения России возросла с 52 до 73%. Большие, крупные и крупнейшие города (в дальнейшем для краткости – большие) отличаются от средних и малых городов по ряду признаков:
– территорий, занятой различными постройками;
– интенсивностью ее освоения;
– антропогенным давлением на занимаемую территорию;
– разрушением природных экосистем;
– образованием специфической урбоэкосистемы, существенно отличающейся от природной экосистемы.
Под экосистемой мы понимаем биологическую систему, в состав которой входят живые организмы, среда их обитания и система связей, обеспечивающая обмен веществом и энергией между ними. Урбоэкосистема – это искусственно созданная и поддерживаемая человеком среда. Сюда относятся города и посёлки городского типа.
Проблемы жизни в больших городах
Общая тенденция развития и роста городов состоит в прогрессирующем ухудшении условий жизни в них. Одна из величайших трагедий городов состоит в том, что они, являясь материализованным уровнем развития цивилизации, становятся не только неудобными, но и в значительной степени опасными для жизни.
В городах-миллионерах население не может воспроизводить себя, для них характерно преобладание граждан пожилого возраста. Рост населения происходит за счет механического прироста: миграцией из сельских районов и малых городов, а также из бывших советских республик и дальнего зарубежья.
За счет нелегальных мигрантов повышается население городов
В городах процветают такие уродливые явления, как рост преступности, наркомании, алкоголизма. Города часто сравнивают с демографическими «черными дырами», «чудовищами, пожирающим человеческий род», предрекают гибель большим городам. Тем не менее, опыт человечества показывает, что альтернативы городу нет.
Наркомания и алкоголизм - спутники больших городов
Понятно, что жизнь в сельской местности в общем случае более здоровая, чем в городе. Тем не менее «среднестатистический» россиянин не имеет желания переселяться в сельскую местность, хотя и не прочь ездить в выходные на дачу.
В западных странах с великолепно развитой дорожной и информационной инфраструктурой, а также наличием личного автотранспорта отток среднего класса из городов в пригороды сменился возвращением в города.
Почему города привлекательны для жизни?
Жизнестойкость города объясняется тем, что этот тип поселения в наибольшей степени удовлетворяет основные потребности людей.
– в городе комфортно жить, так как здесь в первую очередь появляется все новое и прогрессивное;
– легче получить высшее образование;
– в городе легче найти работу по душе;
– город – инкубатор для творческой деятельности, формирующей новые направления в науке, производстве, искусстве, культуре.
Города отражают историю развития цивилизации. В больших городах сосредоточено многообразие отраслей производства и обслуживания, их развитая инфраструктура способствует модернизации старых и развитию новых производств и рабочих мест. Многообразие и высокая концентрация мест приложения труда, а также способов проведения досуга «перевешивает» в глазах жителей экологические недостатки городов.
В большом городе всегда есть, чем заняться во время досуга.
Урбанизация – прогрессивное явление. Хотим мы этого или нет, города и промышленные зоны есть и еще долго будут развиваться. Не случайно Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) несколько лет назад организовала в японском городе Кобе Международный научный центр по развитию и отнесла к числу основных направлений его деятельности проблемы урбанизации и исследования современной ситуации в крупнейших городах мира.
Во многих городах мира население уже сейчас превышает 250 тысяч человек. Эти города уже в значительной степени обособились от окружающей естественной среды как вследствие больших территорий, занимаемых ими, так и вследствие большой энергетической нагрузки на окружающую среду.
Особое место в отношении экологической нагрузки занимают промышленные зоны , где сконцентрированы, как правило, большие энергетические мощности и интенсивное промышленное производство.
Город – мощный источник загрязнения
В первую очередь, мегаполисы загрязняют атмосферу. В последние годы этот процесс стал особенно заметен. К основным источникам загрязнения городского воздуха относятся выхлопные газы от автомобилей и выбросы промышленных предприятий. Попутно с воздухом загрязняется почва и вода . Во многих городах пить воду из-под крана – опасно для жизни.
Как-то меня пригласили на телевизионную программу, где оценивалось качество различных фильтров для воды. Всем экспертам дали попробовать водицу из петербургского водопровода, а потом после очистки различными фильтрами. Оказалось, чтобы определить качество водопроводной воды, ее нужно только понюхать…
"Дегустация" питерской водопроводной и фильтрованной воды. Слева - автор статьи
Одной из больших проблем городов является утилизация твердых промышленных и бытовых отходов . Современные технологии переработки мусора есть далеко не везде, а стандартные типы мусоросжигающих заводов не справляются с нарастающим объемом мусора.
Упомянутые проблемы не являются неразрешимыми. В Японии, Германии и США проводится большая работа по улучшению экологической обстановки в крупных городах. Например, гуляя по улицам Тусона (города с миллионным населением), расположенного в Аризоне, США, даже в часы пик, вы не почувствуете запах бензина, поскольку в стране существуют жесткие требования к качеству эмиссии автомобилей.
Вероятно, если очень захотеть, можно превратить город в урбанизированный оазис, удобный и безопасный для жизни.
Подробное решение параграф § 22 по географии для учащихся 8 класса, авторов В. П. Дронов, И. И. Баринова, В. Я. Ром, А. А. Лобжанидзе 2014
вопросы и задания
1. Определите температуры и влажность воздуха в различных частях вашего города (в жилых и промышленных районах, в районах автомагистралей и местах отдыха) в одно и то же время. Какие закономерности вы сможете установить?
Особый микроклимат существует в городах. Город состоит из искусственной и твердой поверхности: асфальт, бетон, кирпич, камень, стекло, которые не могут впитывать атмосферную влагу, и все выпадающие осадки удаляются через стоки, что приводит к иссушению не только самой поверхности, но и воздуха города. Сухость городской атмосферы подтверждается более низкой (абсолютной и относительной) влажностью и очень редкими туманами в больших городах. В городе всегда теплее по сравнению с пригородом в любое время года. Причина тому - выброс в атмосферу большого количества тепла: отопительные системы, промышленные и бытовые предприятия, прогреваемые здания, асфальт улиц и, конечно, автотранспорт.
2. На основе сравнения климатической карты и карты транспорта сделайте вывод о влиянии климатических условий на особенности развития сети железнодорожного и автомобильного транспорта.
Климат влияет на развитие транспортной сети в целом. В благоприятных климатических условиях европейской части страны развиты все виды транспорта и транспортная сеть густая. В Азиатской части с суровым климатом транспортная сеть плохо развита. Автомобильный транспорт в большей степени зависит от погодных условий. Поэтому сеть автодорог в неблагоприятных условиях редкая. Железнодорожный транспорт при длительных переездах в восточной части страны намного надежнее.
3. Какие неблагоприятные климатические условия встречаются в вашей местности?
Наиболее распространенными неблагоприятными климатическими условиями на территории России являются заморозки, засухи, ливни, сильные морозы.
ИТОГОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ
1. Перечислите все климатообразующие факторы, под влиянием которых формируется климат нашей страны. Какие выводы о единстве её природы можно сделать из этого перечня?
На формирование климата любой территории оказывают влияние следующие факторы: 1) географическая широта, 2) солнечная радиация, 3) циркуляция воздушных масс, 4) подстилающая поверхность, 5) рельеф (высота местности над уровнем моря, направление горных хребтов), 6) близость морей и океанов, 7) морские течения, 8) антропогенные воздействия. Все эти климатообразующие факторы действуют и на территории нашей страны, формируя своеобразные климатические условия того или иного места (региона). Это все говорит о том, что природные условия территории зависят от совокупности природных компонентов. Именно их взаимодействие определяет облик территории.
2. Назовите основные показатели, определяющие особенности климата данной территории.
Основными климатическими показателями являются: количество тепла, количество осадков и распределение их по сезонам года, испаряемость, коэффициент увлажнения.
Влияние географической широты на климат. Большая протяжённость России с севера на юг определяет разное количество солнечного тепла, получаемое той или иной территорией.
3. В каких климатических поясах располагается наша страна? Чем отличаются климатические условия каждого из них?
Территория России расположена в арктическом, субарктическом, умеренном, субтропическом климатических поясах.
Арктический климат характерен для островов Северного Ледовитого океана и его сибирских побережий. Здесь поверхность получает очень мало солнечного тепла. В течение всего года господствуют холодный арктический воздух, антициклоны. Суровость климата усиливается из-за длинной полярной ночи, когда на поверхность не поступает солнечной радиации. В этом климате практически два сезона года: долгая холодная зима и короткое прохладное лето. Средние температуры января -24-30°С. Летние температуры низкие: +2-5°С. Количество осадков ограничивается 200-300 мм в год.
Субарктический климат характерен для территорий, расположенных за Полярным кругом на Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнинах. Зимы долгие и суровые, причём суровость климата нарастает при движении с запада на восток. Лето короткое и довольно холодное (средние температуры июля от +4 до +12 °С). Годовая сумма осадков 200-400 мм, но из-за малых величин испарения увлажнение избыточное.
Умеренный климатический пояс - самый большой по площади климатический пояс России. Для него характерны существенные различия в температуре и увлажнении по мере движения с запада на восток и с севера на юг.
Умеренно континентальный климат господствует в европейской части России. Его основные признаки: тёплое лето (температура июля +12-24 °С), морозная зима (средние температуры января от -4 до -20 °С), годовое количество осадков более 800 мм на западе и до 500 мм в центре Русской равнины.
Континентальный климат умеренного пояса характерен для Западной Сибири. Осадков здесь выпадает 600 мм в год на севере и менее 200 мм - на юге. Лето тёплое, на юге даже знойное (средние температуры июля от +15 до +26 °С). Зима сурова по сравнению с умеренно континентальным климатом, средние температуры января составляют от -15 до -25 °С.
Резко континентальный климат умеренного пояса распространён в Восточной Сибири. Этот климат отличается постоянным господством континентального воздуха умеренных широт. Здесь большие амплитуды (перепады) температур воздуха, тёплое и жаркое лето и морозная малоснежная зима. Малоснежность при сильных морозах (средняя температура января от -25 до -45 °С) обеспечивает глубокое промерзание почв и грунтов, а это в условиях умеренных широт вызывает сохранение многолетней мерзлоты. Лето солнечное и тёплое (средние температуры июля от +16 до +20 °С). Годовое количество осадков менее 500 мм. Коэффициент увлажнения близок к единице.
Муссонный климат умеренного пояса типичен для южных районов Дальнего Востока. Средние температуры января здесь от -15 до -30 °С; летом, в июле, от +10 до +20 °С. Осадки (до 600-800 мм в год) выпадают преимущественно летом. Если таяние снега в горах совпадает с обильными дождями, происходят наводнения.
4. С помощью каких источников информации можно составить характеристику климата любой территории?
Характеристику климата любой территории можно ставить в с помощью климатических карт, которые отражают годовой ход температур, среднегодовое количество осадков и их распределение, физических карт, карты климатических поясов. Характеристику климата можно составить так же из личных наблюдений, прогнозов погоды.
5. Укажите основные различия континентального и морского климата в пределах умеренного климатического пояса, объясните причины этих отличий, укажите, для каких территорий России типичен такой климат.
Морской - этот климат формируется над океанами и охватывает прибрежные территории суши. Зимы здесь мягкие, лето - нежаркое, много осадков и повышенная влажность. Двигаясь над сушей вглубь материка, морские воздушные массы трансформируются – теряют влагу и прогреваются. Поэтому во внутренних районах континентальный климат характеризуется недостаточным увлажнением, жарким летом и суровой морозной зимой. Резко континентальный климат умеренного пояса распространён в Восточной Сибири. Морской климат характерен для западных побережий. В России морской климат умеренных широт характерен для Калининградской области.
6. Какие климатические условия установились бы в средней полосе Русской равнины, если бы вдоль побережий северных морей располагались горы?
Расположение вдоль побережья северных морей гор сделало бы климат средней полосы России еще более сухим, но более теплым, поскольку холодные воздушные массы с Северного Ледовитого океана не будут проникать вглубь материка.
7. Дайте характеристику погод в азиатской части России зимой при прохождении антициклона.
При прохождении антициклона зимой над азиатской частью России наблюдается ясная, безоблачная и очень морозная погода в центральных частях страны и Дальнем Востоке. Температуры могут опускаться до -250С в районах с континентальным климатом, и до -450С в условиях резко-континентального климата.
8. Какие неблагоприятные явления связаны с климатом? Укажите их причины, назовите районы распространения, расскажите о влиянии на жизнь и деятельность человека.
К неблагоприятным климатическим явлениям относятся засухи, суховеи, заморозки, сильные ливни, сильные морозы, ураганы и пыльные бури. Причиной их являются отсутствие или обилие атмосферных осадков, резкие перепады давления, быстрые смены температур или собственно суровые климатические условия.
Засухи возникают при длительных высоких температурах и отсутствием или малым количеством осадков. Наиболее подвержены засухам степная и лесостепная полосы. Засухи часто сопровождаются суховеями - ветром свыше 5 м/с с высокой температурой и очень низкой относительной влажностью. Суховеи часто возникают в Прикаспии, на Северном Кавказе, а в последние годы отмечаются даже и в центре европейской части России. И засухи, и суховеи значительно снижают урожайность (до 50%), ухудшают качества почвы.
Пыльные бури - сильные и продолжительные ветры, выдувающие верхний слой почвы, также наносят большой вред сельскому хозяйству. Это типичное явление в распаханных степях. Часто из-за пыльных бурь приходится вновь засевать поля. Огромный вред и сельскому хозяйству, и промышленности, и транспорту причиняют ураганы - ветры, достигающие огромной скорости (более 30 м/с). Ураган обладает колоссальной разрушительной силой: выворачивает деревья и телеграфные столбы. Причина образования ураганов в европейской части России - прохождение циклонов с очень низким давлением в центре.
Сильные морозы приводят к гибели озимых культур на больших площадях, вымерзанию плодовых деревьев и кустарников.
Опасны для земледелия и поздние весенние и ранние осенние заморозки.
Много неприятностей работникам сельского хозяйства и транспортникам доставляют град и гололед. Связаны эти явления с резким похолоданием. На плодородных степях Предкавказья создана специальная противоградовая служба, задача которой следить за градоопасными облаками и вовремя уничтожать их.
Для того чтобы предотвратить негативные последствия названных неблагоприятных климатических явлений, необходимо составлять прогноз погоды, а также проводить специальные мероприятия (посадка лесных полос), использовать современные способы обработки почвы и т. д.
9. Что такое комфортность климата? Расскажите о наиболее благоприятных районах проживания населения.
Комфортность климатических условий определяется как набор условий, благоприятных для жизни и хозяйственной деятельности людей. Максимальный уровень комфортности климата в России наблюдается в ряде районов Северного Кавказа, несколько ниже он на остальном юге Европейской России, её западных границах и в приалтайских районах.
10. Докажите, что крупные города - это важный климатообразующий фактор.
Независимо от своего географического положения любой крупный город - это важный климатообразующий фактор. Городская среда влияет на формирование свойств приземных слоёв воздуха. Промышленные предприятия, транспорт и жилые кварталы выделяют тепло, повышающее температуру воздуха. Городская среда способствует сильному нагреву больших масс воздуха при соответствующих погодных условиях (безветрие, низкий расход тепла на испарение). Это формирует особую городскую циркуляцию воздуха и тепловой колпак, усиливающий загрязнение атмосферы города.
Город активно обменивается веществами и энергией с окружающей средой. Потребляя огромное количество энергии и сырья, город перерабатывает их, выделяя в атмосферу огромное количество отходов. Взвешенные в воздухе частицы служат ядрами конденсации воды, поэтому над городами небо часто прикрыто облаками, чаще выпадают осадки. По мере того как растительность в городе замещается мостовыми и зданиями, изменяется перераспределение выпавшей дождевой воды. В естественных условиях часть воды поглощается почвой и испаряется постепенно. В городах вода стекает в коллекторы и меньше испаряется. Когда на испарение идёт меньше воды, относительная влажность воздуха падает, а температура повышается.
11. Вы уже знаете о существовании западного переноса, т. е. об устойчивом переносе воздушных масс из Западной Европы на территорию нашей страны. На климат эти воздушные массы оказывают смягчающее влияние. Подумайте, какие экологические последствия может иметь такое перемещение воздушных масс?
Загрязнение атмосферы не имеет государственных границ. Выбросы, попавшие в атмосферу в одной стране, могут стать причиной кислотных дождей на территории за тысячи километров. В результате действия западного переноса воздушных масс, все загрязнения атмосферы из Западной Европы попадают на территорию России. На территории нашей страны в зоне действия западного переноса происходит тоже самое. Если промышленное предприятие будет построено на восточной окраине города, то все выбросы будут под действием западных ветров двигаться в город.
