Исследование «поверхностных островов тепла» в городах и малых населённых пунктах Московского региона по данным спутников Aqua и Terra

Явление «поверхностного городского острова тепла», то есть связанной с городом положительной аномалии в поле температуры поверхности, обычно изучается по данным радиометрических измерений с борта спутников применительно лишь к крупным городам. Авторами это явление, помимо «поверхностного острова тепла» Москвы [1], изучено также применительно к девяти другим населённым пунктам в пределах Московского региона и соседних областей: городам Рязань, Тверь, Подольск, Ногинск, Дмитров, Можайск и Верея, а также двум деревням Мытищинского района Подмосковья: Афанасово и Бяконтово. В своей совокупности эти десять пунктов охватывают наиболее широкий спектр значений и по площади: от 1081 км2 (Москва в её традиционных границах до 2012 г.) до 0,14 км2 (дер. Бяконтово), и по населению: от 12678 тыс. (Москва) до 6 чел. (Бяконтово). Анализ осуществлён на примере данных 2018 г. Выборка дневных снимков спутников Aqua и Terra в условиях ясного или малооблачного неба, пригодных для анализа, составила для восьми городов от 103 до 118; число дней в течение года с такими снимками (одним или двумя) – от 70 до 75.
Интенсивность «поверхностного острова тепла» ΔТп рассчитана как разность между средней температурой поверхности Тп в пределах созданного авторами векторного слоя каждого из выбранных населённых пунктов и средней Тп в общей области сравнения –прямоугольника, описанного вокруг границ Московской области площадью 94851 км2 с исключением из него всех 10 векторных слоёв. Получено, что среднегодовая интенсивность «поверхностного острова тепла», нормированная на годовой ход (с приданием равного веса средним значениям за каждый месяц), составила от 0,0 ºС для самого маленького города региона (Вереи) до 2,6 ºС для самого крупного города (Москвы). В Рязани и в крупном столичном пригороде Подольске этот показатель составил соответственно 2,0 и 2,2 ºС, в более мелких районных центрах Ногинске, Дмитрове и Можайске – от 0,7 до 1,2 ºС. Для обеих деревень значение ΔТп оказалось слабоотрицательным (-0,1 и -0,4 ºС соответственно для Афанасово и Бяконтово), однако здесь следует учесть краевые эффекты (влияние сравнительно холодного их окружения, попадающего в расчётные ячейки векторных слоёв), поскольку пространственное разрешение радиометрических данных спутников Aqua и Terra составляет 1 км, а обе деревни окружены лесом. Подобные краевые эффекты могут приводить к заметному занижению оценок ΔТп для любых населённых пунктов площадью менее 20-25 км2. Таким образом, самым маленьким населённым пунктам, площадь которых равна (Афанасово) или даже меньше (Бяконтово) площади единичной расчётной ячейки, присуще либо отсутствие термической аномалии в поле Тп, либо слабо выраженный «поверхностный остров холода» с учётом окружающей границы этих деревень лесной опушки шириной несколько сотен метров.
Полученные для всех десяти населённых пунктов эмпирические функции значений ΔТп от их численности населения и площади могут быть описаны экспоненциальными функциями с высокой статистической достоверностью: коэффициенты корреляции R для обеих связей в полулогарифмических координатах составляют соответственно 0,82 и 0,80. Ранее подобные зависимости, также близкие к экспоненциальным, были получены в [2] для городов США и Западной Европы, а в [3] – для 28 городов Западной Сибири, однако для более узких диапазонов численности населения. Показано также, что годовой ход интенсивности «поверхностных островов тепла» большинства городов Московского региона отмечен наибольшими значениями летом и наименьшими осенью или зимой.
Авторы благодарят М.В.Зимина и других сотрудников ИТЦ «СКАНЭКС» за любезно предоставленное программное обеспечение. Работа проведена при частичной поддержке РНФ, проект № 16–17–10275.