Спутниковые данные о «поверхностном острове тепла» Москвы во время карантина из-за пандемии коронавируса в 2020 году.

Явление городских «островов тепла» проявляется в виде положительной аномалии в поле температуры не только воздуха в приземном слое, но и поверхности городов. Обычно «поверхностные острова тепла» (ПОТ) изучаются по данным радиометрических измерений с борта спутников. Применительно к Москве многолетние данные об этом явлении по данным спутников Terra и Aqua, оснащённых радиометрами MODIS, приведены авторами в [1]. Температура поверхности ТП по этим данным доступна с разрешением 1 км и с точностью ±1 ºС.
Пандемия коронавирусной инфекции привела к введению жёсткого карантина в большинстве стран мира весной 2020 года. Однако анализ изменений интенсивности «поверхностных островов тепла» разных городов во время карантина привёл к неоднозначным результатам: если в большинстве мест отмечено его ослабление, то в городах бассейна рек Инда и Ганга (Индия) [2], напротив, это явление усилилось из-за дополнительных расходов на транспирацию растениями в сельской местности вследствие неубранного урожая. В городах Ближнего Востока [3] также отмечены неоднозначные результаты.
В Москве жёсткие карантинные ограничения (самоизоляция населения) действовали 71 день: с 30 марта до 08 июня 2020 г. За это время лишь 12 снимков обоих спутников пригодны к анализу (в условиях ясного неба или малооблачной погоды при покрытии облаками не более 20% площади города и не более 50% области сравнения). При этом имеется лишь 1 снимок из 12 после 11 мая. Интенсивность ПОТ рассчитана нами как разность средних значений температуры поверхности во всех единичных ячейках города (в традиционных границах Москвы до 2012 г. вокруг линии МКАД площадью 1081 км2) и во всех ячейках окружающей области сравнения (описанного вокруг границ Московской области прямоугольника площадью 94851 км2). Результаты расчётов за время карантина в 2020 г. сопоставлены с данными измерений за этот же календарный период (с 30/III по 08/VI) в течение предыдущих 20 лет.
В результате анализа получено, что температура поверхности и Москвы, и окружающей сельской местности во время карантина была меньше, чем в среднем за 2000-2019 гг. Вероятными причинами этого служат холодная погода в апреле и мае, а также сокращение антропогенных выбросов тепла как в столице, так и в других населённых пунктах региона. Меньше обычных значений во время карантина оказалась не только ТП в Москве и Подмосковье, но и их разность, т.е. интенсивность ПОТ (2,6 ºС в 2020 г. по сравнению с 2,8 ºС в среднем за 2000-2019 гг.). Отдельный пересчёт за период с 30/III только до 11/V также показал уменьшение интенсивности ПОТ Москвы: 2,3 ºС в 2020 г.; 2,6 ºС в среднем за 2000-2019 гг. Однако, согласно критерию Стьюдента, выявленное ослабление ПОТ статистически незначимо с доверительной вероятностью 0,95.
Для оценки возможного влияния на интенсивность ПОТ дополнительных затрат тепла на транспирацию растениями были рассчитаны значения нормализованного относительного индекса растительности (NDVI), а также индекса листовой поверхности (LAI) как за период карантина в 2020 г., так и за все предыдущие 20 лет в те же даты. Оказалось, что значения LAI в Московском регионе в период карантина, особенно во второй его половине, были существенно меньше средних многолетних значений вследствие задержки развития вегетации из-за холодной весны. Уменьшение затрат тепла на транспирацию в сельской местности могло стать одной из причин ослабления «поверхностного острова тепла» Москвы в период карантина.
В ходе исследования не выявлено статистически достоверных долговременных изменений в среднегодовых значениях температуры поверхности, интенсивности ПОТ, а также NDVI и LAI в Москве и Московском регионе в весенние месяцы за период 2000-2020 гг.
Авторы благодарят М.В.Зимина и других сотрудников ИТЦ «СКАНЭКС» за любезно предоставленное программное обеспечение.