Особенности городского воздуха и микроклимата кратко

Обновлено: 02.07.2024

Микроклимат оказывает существенное влияние на организм человека. Понижение температуры и повышение скорости движения воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. При повышении температуры воздуха, исследователями установлено, что работоспособность человека падает.

Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела.

Недостаточная влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнение болезнетворными микроорганизмами. Поэтому при длительном пребывании людей в закрытых помещениях рекомендуется ограничиваться относительной влажностью в пределах 30-70%.

Микроклимат — комплекс физических факторов окружающей среды в ограниченном пространстве, оказывающий влияние на тепловой обмен организма.

Микроклимат определяется следующими основными метеорологическими компонентами: температурой воздуха, Тепловым излучением, влажностью и скоростью движения воздуха. Микроклимат открытых помещений изменяется в соответствии с состоянием внешних атмосферных условий и, следовательно, подвержен колебаниям сезонного характера. Микроклимат закрытых помещений создается искусственно для того, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия для людей и защитить их от неблагоприятных. С этой целью, с учетом климатических условий местности рассчитывают теплопотери помещения и производят расчет отопления и вентиляции.

Влияние микроклимата на здоровье ребенка, подростка или взрослого человека выражается в поддержании функциональности каждой системы организма. И если температура воздуха, его влажность и скорость движения отклонены от нормы, человек склонен к заболеваемости, что подчеркивает важность организации адекватного уровня вентиляции внутри помещения.

Работоспособность напрямую зависит от состояния здоровья, а оно предопределяется условиями, в которых человек живет и работает. Если он находится в условиях высокой или низкой температуры воздуха, он вредит организму, так как происходит перегрева или переохлаждения. В первом случае возникают такие признаки:

Часто повторяющиеся головные боли
Тошнота, рвота
Покраснение лица
Интенсивное выделение пота
Повышение уровня давления
Слабость
Нарушение координации движений

Перечисленные выше признаки говорят о тепловом ударе, что может привести к инсульту, инфаркту миокарда, обезвоживанию организма, гиповитаминозу, гипоксии и других нарушений.

Пребывание в условиях высокой температуры приводит к недостаточному насыщению организмом кислорода, что может привести к нарушению активности головного мозга, выражающееся в ослаблении концентрации, памяти, речи, координации, мышления.

Пребывание в условиях низкой температуры приводит наоборот к переохлаждению, что опасно развитием инфекционно-воспалительных болезней, снижением защитных свойств организма.

Уровень влажности воздуха снижается при чрезмерно интенсивном функционировании отопительных приборов. Последствия недостаточного уровня влажности воздушных потоков:

Пересыхание слизистых оболочки носа
Повышение вязкости крови, предрасположенность к образованию опасных для жизни тромбов
Нарушение функционирования почек, вплоть до недостаточности этого парного органа
Замедление активности кишечника, трудности с перевариванием пищи, набор веса
Сбой в функционировании сердца, предрасположенность к развитию ишемической болезни, инфаркту миокарда
Ухудшение общего самочувствия – повышенная утомляемость, раздражительность, перепады настроения
Снижение иммунитета, склонность к развитию различных инфекционно-воспалительных заболеваний.

Повышенная влажность внутри жилого или производственного здания способствует развитию заболеваний дыхательной и мочевыделительной системы. Увеличивается риск развития бронхита и заболевания почек, которое быстро принимает хроническое течение, вредит здоровью и снижает качество жизни.

Специалисты доказали не только влияние микроклимата не только на взрослых, но и на детей.

Если ребенок находится в среде с недостаточным уровнем влажности воздуха, у него появляется сухой кашель, трещины на губах, нарушается дыхание и обоняние. Это состояние приводит к развитию респираторных заболеваний, бессонницы; вызывает ослабленную иммунную систему. Дети не понимают дошкольную или школьную программу, они вялые, слабые, плохо питаются.

Также есть риск развития неврологических и пищеварительных расстройств.

Относительная влажность воздуха - 40-54%

Скорость движения воздуха - 0,2 м/с

Допустимое насыщение воздуха токсичными веществами - менее 0,8

В данной работе было рассмотрено влияние микроклимата. Я считаю, что актуальность этой темы как никогда высока именно в наше время, особенно в период развития малого и среднего бизнеса, где ответственность за охрану труда ложится на одного человека - директора, ограничивающийся просто прослушиванием лекций.

Как правило, там где микроклимату уделяется должное внимание, всегда производительность труда выше, а показатель заболеваний ниже.

1. Параметры микроклимата производственных помещений [Электронный ресурс]

(Дата обращения 30.03.2021)

2. Влияние микроклимата на здоровье человека [Электронный ресурс]

(Дата обращения 30.03.2021)

3. Микроклимат рабочего помещения и его влияние на организм человека [Электронный ресурс]

(Дата обращения 31.03.2021)

4. Исследование экологической среды жилого помещения [Электронный ресурс]

5. Микроклимат и его влияние на человека [Электронный ресурс]

6. Влwerdftghjияние микроклимата на здоровье человека [Электронный ресурс]

В городе формируются особые микроклиматические условия, присущие отдельным участкам городской территории. 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 отражения.

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 зданий 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;

– снижение испарения из-за асфальтовых покрытий и зарегулированности стока атмосферных осадков;

– резкое уменьшение площади поверхности с растительным покровом и естественной почвой.

Эти факторы влияют на микроклимат города одновременно, но их вклад в разное время и в различных климатических условиях весьма различен. Он вызывает изменения естественного радиационного баланса, условий тепло- и массообмена, нарушение естественного круговорота влаги. Все это определяет микроклиматическую изменчивость общеклиматических режимов в отдельных районах крупного города:

а) радиационный режим микроклимата города. Вследствие загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами и аэрозолями происходит уменьшение его прозрачности. Поэтому часть солнечной радиации не проникает на территорию города. В зависимости от степени загрязнения атмосферного воздуха, времени года и суток наблюдается снижение ее интенсивности до 20 %. 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. Нормы инсоляции зависят от климатической зоны размещения городской территории. В соответствии с СанПиНом 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;

б) температурный режим микроклимата городов. Температура воздуха в крупном городе по сравнению с его окрестностями выше на от 1 ?С до 4 ?С, иногда эта разница достигает 8 ?С. Повышение температуры обусловлено нагревом элементов застройки за счет поглощения ими солнечной радиации и отражением радиации городскими поверхностями, а также уменьшением эффективного излучения тепла над городом. Величина отражательной 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 так же 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 вызвать локальное повышение температуры воздуха над отдельными участками территории городской застройки – транспортной магистралью, промышленной зоны, ТЭЦ. Так, по данным космического мониторинга, тепловые аномалии занимают четвертую часть территории города Москвы.

в) 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 инсоляция отдельных участков городской территории. Движение воздуха называемое термическим проветриванием, возникает между городом и его окрестностями, между зеленным массивом и территорией застройки, между нагретой солнцем и затененной частью улиц. Наличие водоемов способствует формированию местной циркуляции, подобной бризам.

Ветровой режим приземного слоя воздуха в условиях городской застройки принято называть аэрационным режимом. Аэрационный режим считается комфортным, если скорость ветра на территории застройки находится в пределах от 1 до 5 м/с. Участки городской территории, где скорость ветра меньше 1 м/с, относится к непроветриваемым, а более 5 м/с – к зонам продувания. Непроветриваемые участки городской территории, или зоны застоя воздуха, создают антисанитарное состояние. Зоны продувания дискомфортны для человека;

г) влажностный режим микроклимата города. Влажность города 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. 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 становиться меньше, чем за его пределами.

Погодные условия могут оказывать негативное влияние на самочувствие человека или вызывать чувства 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 (ЭЭТ) и радиационноэквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ). ЭЭТ учитывает комплексное воздействие температуры, влажности воздуха и скорости ветра на теплоощущение человека. РЭЭТ дополнительно учитывает 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 – от 17 ?С до 21 ?С;

– для городов средней полосы, Сибири и Приморья – от 13,5 ?С до 18 ?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.

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.

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 – токсический туман. Он возникает при неблагоприятных метеорологических условиях и высоких концентрациях вредных веществ в приземном слое воздуха. 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;

– 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). Фотохимический смог – это сильное загрязнение воздуха. При воздействии смога на дыхательную и кровеносную системы человека возникает стойкая неспособность крови к усвоению и переносу кислорода. Образованию смога способствует интенсивная солнечная радиация и безветрие. Предвестником образования фотохимического смога является озон. Поэтому особое внимание при контроле атмосферного воздуха города необходимо уделять мониторингу озона;

Для оценки территории города также используется экологомикроклиматическая оценка. Выделяют три основных экологических критерия для оценки микроклимата различных частей территории города. Микроклимат должен способствовать:

– уменьшению техногенного загрязнения атмосферы;

– повышению комфортности биоклиматических условий для человека;

– улучшению условий роста и развития растительности.

Экологическое состояние земной атмосферы определяется как прямодействующими метеорологическими факторами (температура и влажность воздуха, скорость ветра и др.), так и опосредованными эколого-географическими факторами (местоположение территории, характер ее рельефа, наличие водоемов и растительности и др.).

Установлено влияние на эколого-микроклиматические условия города геоморфологического состояния подстилающей поверхности. Типы местоположений подстилающей поверхности ранжированы по комфортности микро- и биоклимата, а также по потенциальным условиям рассеяния атмосферных загрязнителей (таблица 1). Комфортность климатических условий ухудшается с I по V ранг, то есть самым комфортным является I ранг.

Таблица 1 – Ранжирование типов микроклимата по степени комфортности и потенциальным условиям рассеяния примесей (РП)

Потенциальные условия рассеяния примесей ухудшаются в рангах в алфавитном порядке от А до Д, то есть наилучшие условия соответствуют рангу А. Как видно из таблицы, комфортным микро- и биоклиматическим условиям не всегда соответствуют лучшие условия рассеяния загрязнителей.

У метеорологов есть замечательное определение погоды: погода – это сиюминутное состояние атмосферы. Климат – это многолетний режим погод, характерный для определенной территории.

Климат региона формируется под влиянием трех основных климатообразующих факторов:

солнечной радиации, обеспечивающей поступление на землю света, тепла и ультрафиолета;
атмосферной циркуляции, с которой связаны скорость и направление ветра, т.е. перенос воздушных масс в атмосферных вихрях (циклонах и антициклонах) и наличие зон раздела воздушных масс (атмосферных фронтов, характеризующихся резким изменением со временем всех метеорологических величин);
влиянием подстилающей поверхности (ландшафтные особенности территории),от которых зависит поток солнечной радиации, поглощенный земной поверхностью и определяющий тепловой режим приземного слоя воздуха, а также режим ветра и влажности воздуха.

Все эти факторы определяют мезо- и микроклиматические особенности местности.

Биоклимат –оценивается по степени влияния климата на биосферу и, в частности, на организм человека.

В соответствии с этим биоклиматические параметры отличаются от обычных метеорологических характеристик, т.к. они:

В оценке биоклиматических параметров применяется физиологический подход, т.е. оценка степени комфортности условий окружающей среды. А степень комфортности зависит от того, насколько легко (или тяжело) люди привыкают к изменившимся условиям окружающей среды.

2 Факторы, влияющие на формирование городского климата

На формирование городского климата оказывают влияние:

прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации;
пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;
изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстрому стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен зданий, мостовых и т.д.);
пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа.

Сами города могут располагаться в естественных котловинах. Перечисленные факторы действуют комплексно, хотя и неодинаково в разных условиях климата и погоды.

2.1 Солнечная радиация

Солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров оказывается пониженной вследствие:

уменьшения прозрачности из-за большого количества пылевых частиц и аэрозолей;
затененности городской территории жилыми и производственными зданиями.

По этим причинам особенно заметно понижается поступление ультрафиолетовой радиации (УФ). С другой стороны, в городе к рассеянной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовыми. Этим обстоятельством обусловлено чувство зноя и духоты, характерное для городов летом.

Режим ультрафиолетовой радиации влияет на жизненно важные для человека процессы. Под влиянием ультрафиолета в организме человека вырабатывается витамин D. При недостатке ультрафиолета у детей развивается рахит, а у взрослых авитаминоз.

Избыток ультрафиолета приводит к не менее негативным последствиям - к раку кожи вплоть до образования самой опасной формы - миланомы, к ожоговой катаракте и мутационным процессам.

Величина ультрафиолетового излучения определяется высотой солнца над горизонтом, режим которой связан с географической широтой местности. По характеру УФ режима территория земного шара делится на зоны. Из-за загрязнения воздушного бассейна в городах снижается эффективное излучение и, соответственно, ночное охлаждение.

Рис.1 Формирование радиационного и теплового баланса городской подстилающей поверхности

Таким образом, указанные выше факторы являются причиной образования так называемого "острова тепла" над городом. Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Вертикальное строение "острова тепла" над городом

На границе раздела "город - сельская местность" возникает значительный горизонтальный градиент температуры, соответствующий "утесам острова тепла", достигающий иногда 4°С /км. Большая часть города представляет собой "плато" теплого воздуха с повышением температуры по направлению к центру города. Термическая однородность "плато" нарушается "разрывами" общего характера поверхности в виде областей холода — парки, водоемы, луга и областей тепла — промышленные предприятия, плотная застройка зданиями.

Над центральной частью больших городов располагается "пик острова тепла", где температура воздуха максимальна. В крупных агломерациях может наблюдаться несколько таких "пиков", обусловленных наличием промышленных предприятий и плотной застройкой. Указанные выше факторы являются причиной образования так называемого "острова тепла" над городом.

Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. По данным метеорологических исследований, тепловое влияние городов проявляется в пределах 100 - 500-метрового слоя атмосферы, а иногда и 1 км.

Большая аэродинамическая шероховатость подстилающей поверхности и наличие "островов тепла" определяют особенности ветрового режима города.

2.2 Ветровой режим города

Ветровой режим города характеризуется существованием местной циркуляции. Например, при слабых ветрах до 2-3 м/с у поверхности земли может возникнуть поток холодного воздуха, направленного к "острову тепла", а у вершины "острова тепла" формируется поток теплого воздуха к окраинам города.

В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов также обусловливает местную циркуляцию воздуха. В ней восходящий поток образуется над поверхностью освещенных стен, а нисходящий — над затененными стенами и частями улиц или дворов.

Наличие водоемов способствует формированию дневной местной циркуляции, подобной бризам, от водоема к застройке, что весьма желательно жарким летом. Одновременно такая циркуляция может способствовать захвату загрязняющих примесей. Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осаждению примесей.

Скорость ветра в городе, как правило, снижается по сравнению с открытой территорией. Но в некоторых случаях возможно усиление ветра, например, в городах, располагающихся на холмистой местности или при совпадении направления ветра с направлением улицы - "эффект аэродинамической трубы".

2.3 Влажность воздуха

Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим снижением содержания влаги в атмосфере над городом, как результат уменьшения испарения. Наибольший контраст влажности в системе город - окрестности наблюдается летом, а в суточном - в вечернее время.

В климатических зонах, где зимой выпадает снег или поверхность земли замерзает, воздух в городе может быть более влажным за счет техногенных источников пара. Влияние города на выпадение жидких и твердых осадков различно. Зимой отмечается снижение до 5% в выпадении снега, летом наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центре, а на окраине.

При высокой влажности воздуха повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздушных масс над городом благоприятствуют образованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием преобладающего переноса воздушных масс. Осадки выпадают преимущественно в подветренных районах города и за его пределами.

Если влажность воздуха недостаточна для образования облаков, мощные конвективные потоки, образующиеся над центром города, являются препятствием для горизонтальных воздушных потоков, поступающих в наветренную часть города. Приходящие массы воздуха испытывают дополнительный вынужденный подъем, вследствие чего образуется облачность и выпадают осадки.

Различия в температурно-влажностном режиме города и прилегающих окрестностей влияют и на распределение атмосферных явлений. Так, туманов в городе может быть больше при ослаблении скорости ветра или значительной загрязненности воздуха. С повышением температуры и понижением относительной влажности воздуха туманов в городе становится меньше, чем за городом. При одновременном образовании тумана в городе и его окрестности продолжительность городского тумана больше, чем в чистой атмосфере окрестности.

Таким образом, особенности климата и биоклимата города определяются следующими факторами:

3 Мероприятия для улучшения микроклимата городской среды

Результаты исследования одновременной изменчивости метеорологического режима атмосферы в городах и их окрестностях, в среднем, можно представить в виде таблицы 1.

С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и условий природно-климатической зоны проводят мероприятия по улучшению городского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:

Мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города — планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа, систем водоемов и т.д..
Мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями — конструкция окон, ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного расположения зданий и групп зеленых насаждений.
Мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха — создание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с естественным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка улиц и площадей и т.п..
Мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем расположения загрязняющих объектов вне городской черты или в подветренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м), способствующих рассеиванию примесей, эффективным использованием газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды топлива, использованием более экономичных установок для сжигания топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы производства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве, транспорте.
Мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации — планировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разноуровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зданий и их элементов и т.п.).

Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использование лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития современной цивилизации.

Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды — атмосферу, растительность, почву, рельеф и даже микроклимат. Разница в температуре и влажности воздуха, инсоляции между городом и его окрестностям, иногда соизмерима с передвижением на 20° по широте. В городапх изменяется электрическое магнитное поле Земли. Влияние города на недра распространяется на глубину от 0,5 до 4 и даже до 8 м. Иными становятся механизмы формирования подземных вод и их химический состав. В крупных городах создаются условия для интенсивного загрязнения воздушной среды и почвы. По опубликованным расчетам, все города мира ежегодно выбрасывают в окружающую среду более 3 млрд т твердых промышленных и бытовых отходов, около 1 млрд т различных аэрозолей, более 500 км 3 промышленных стоков.

Особенности атмосферного воздуха в промышленных городах

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха городов в индустриальных странах являются автотранспорт, промышленные предприятия, тепловые электростанции. Ежегодно в атмосферу выбрасывается 200—250 млн т золы, до 60 млн т диоксида серы.

Огромное количество пыли и вредных газов выделяется при различных технологических процессах (выпуск чугуна, стали, шлака из доменных и сталеплавильных печей, дробление и обжиг серного колчедана и т.д.).

Среди источников загрязнения воздушной среды городов автотранспорт занимает ведущее место. Миллионы автомобилей ежегодно выбрасывают в воздух около 200 млн т окиси углерода, 40 млн т оксидов азота. Выхлопные газы автомобилей представляют собой смесь примерно 200 соединений.

Много пылеобразующих веществ выбрасывают в атмосферный воздух металлургические заводы. Пыль металлургических заводов состоит из триоксида железа и триоксида алюминия. Существенное загрязнение воздушной среды вызывают предприятия – нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в состав их выбросов входят большое количество углеводородов, сероводорода, а также стирол, дивинил, толуол, ацетон и др.

Загрязнение атмосферного воздуха резко ухудшает условия жизни населения, что проявляется в снижении прозрачности атмосферы, уменьшении естественной освещенности, повышении туманообразования.

Особенности формирования городской среды.

Особенности атмосферного воздуха в промышленных городах

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;

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 % [37].

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 [38, 27]. 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 [37].

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.) [39].

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 [37]. Участки городской территории, где скорость ветра меньше 1 м/с, относятся к непроветриваемым, а более 5 м/с – к зонам продувания. В учебном пособии [11] 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.

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 [40].

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.

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 [36].

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.

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).

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.

Читайте также: