Изучение феномена городского острова тепла в условиях полярной ночи с помощью экспериментальных измерений и дистанционного зондирования на примере Норильска

Перспективы роста существующих городов и строительства новых поселений, связанные с интенсификацией социально-экономической активности в Арктике, обуславливают актуальность изучения микроклимата арктических городов. Среди городских климатических особенностей наиболее значимой, как с научной, так и с прикладной точки зрения, является эффект городского острова тепла: в условиях жаркой погоды летом он приводит к усилению теплового стресса и связанной с ним смертности [1], а зимой, напротив, смягчает морозы и уменьшает количество топливо, необходимого для отопления. Феномен городского острова тепла хорошо изучен для городов тропических и умеренных широт [2] однако для городов, расположенных за Полярным кругом, таких исследований практически не проводилось. В том числе, до недавнего времени не было понятно, возможно ли вообще формирование этого феномена в условиях Заполярья зимой, так одной из основных причин его возникновения считается более эффективное поглощение и сохранение городом солнечного тепла [2], которое в течение полярной ночи отсутствует. Получить новые результаты позволило исследование, проведенное для Норильска – второго по величине города за Полярным круга. В рамках этого исследования в декабре 2013 года были проведены экспериментальные измерения температуры воздуха в городе и окрестностях с помощью автоматических метеостанций и компактных термодатчиков. Целью исследования было: а) получение ответа на вопрос, возможно ли формирование острова тепла в условиях полярной ночи; б) оценка возможности его изучения с помощью данных спутникового зондирования; в) оценка экономической значимости эффекта городского острова тепла для теплоснабжения города.
Анализ данных экспериментальных измерений показал, что Норильск имеет хорошо выраженный остров тепла, средняя интенсивность которого за три дня наблюдений составила 2.4⁰С для центра города и 3⁰С для набережной незамерзающего озера Долгое на окраине, куда сбрасываются сточные воды с одного из заводов. Максимальная интенсивность острова тепла за эти дни достигала 6-7⁰С. На основе данных о работе городской ТЭЦ была сделана оценка, что если бы Норильск не имел городского острова тепла, расходы на отопление за год могли бы быть больше на сотни миллионов рублей. При этом десятки миллионов можно сэкономить, если оптимизировать существующую систему мониторинга температуры для нужды ТЭЦ. Для оценки возможности изучения острова тепла Норильска по данным спутникового зондирования использовались ежедневные данные о температуре земной поверхности съемочной системы MODIS (спутники TERRA и AQUA). Анализ этих данных показал, что они содержат частые пробелы, в том числе, спутниковые данные полностью отсутствуют для период экспериментальных наблюдений. Сравнение спутниковых данных с доступными метеорологическими наблюдениями (ТЭЦ в городе и метеорологическая обсерватория за его пределами) показало, что спутниковые данные позволяют идентифицировать остров тепла Норильска, но для конкретных случаев оценки его интенсивности могут существенно расходится, однозначную зависимость между ее значениями по данным спутникового зондирования и метеорологических наблюдений установить затруднительно.
Ссылки:
1. Buechley RW, Van Bruggen J и Truppi LE Heat island equals death island?// Environmental Resourses. 1972. V. 5. PP. 85-92.
2. Oke, T.R. Boundary Layer Climates. 2nd edition. Routledge. 1987. 435 pp


Исследование выполнено при поддержке грантов Русского географического общества 69/2013-H7 и 27/2013-H3.