Скоро больше теплового стресса в городах?

Учёные впервые провели глобальное исследование влияния продолжительных волн тепла на города. Результаты показывают, что частота летнего теплового стресса в городах может возрасти более резко, чем в окружающих сельских районах.

Во время волн тепла в Европе (2003) и России (2010) десятки тысяч людей погибли от жары и её косвенных последствий (в частности, загрязнения воздуха от лесных пожаров). Наиболее пострадали жители городов. Причина в том, что — помимо высокой плотности населения — города охлаждаются ночью меньше, чем сельская местность. Городские структуры накапливают дополнительное тепло днём, а из-за нехватки зелёных зон испарение меньше. Тепло задерживается в каньонах высотных зданий, что мешает охлаждению городов по сравнению с окружающими территориями, превращая их в локальные «острова тепла».

Не учтено в климатических моделях

Хотя города оказывают значительное влияние на климат, они явно не учитываются в глобальных моделях. «Глобально города занимают небольшую площадь, что лишь незначительно влияет на средние мировые температуры», — поясняет климатолог из ETH Zurich Эрих Фишер, ведущий автор исследования, опубликованного в Geophysical Research Letters.

Из-за последствий волн тепла 2003 и 2010 годов и того, что более половины населения мира уже живёт в городах, Фишер совместно с учёными из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере (Колорадо, США) впервые учёл городской тепловой стресс в глобальных климатических моделях. Ранее существовали лишь модели для отдельных городов. Новые сценарии дают представление о том, как изменение климата может повлиять на города и здоровье их жителей.

Модельные симуляции использовали сетку с разрешением около 100 километров. Поскольку города часто занимают всего несколько квадратных километров, исследователи с помощью спутниковых снимков разделили каждую ячейку сетки на доли, соответствующие лесу, лугам, воде или застроенным территориям. Они использовали суточный ход кажущейся температуры (на основе комбинации температуры и влажности воздуха у поверхности) для определения уровня теплового стресса. На этой основе учёные смоделировали, как тепловой стресс развивается в городах по сравнению с сельской местностью в течение часов и дней.

Резкий контраст между городом и селом

Симуляции выявили, что во время волн тепла в Европе, Северной Америке и Азии, особенно в субтропиках, формируются выраженные городские острова тепла. Этот результат также согласуется с многочисленными фактическими измерениями. Городско-сельский контраст в этих регионах значительно возрастает, особенно ночью. Моделирование также показывает, что температура по сравнению с влажностью воздуха является ключевым фактором высокого уровня теплового стресса в городах. «Хотя сухой воздух в городах немного компенсирует избыток температуры, этого недостаточно, чтобы нивелировать разницу в тепловом стрессе между городом и сельской местностью», — говорит Фишер.

В тропиках модели не показали контраста между городами и окружающими сельскими районами, что подтверждается измерениями в отдельных исследованиях. По словам учёного, причина в том, что влажные тропические почвы отличаются от городов по теплоёмкости и теплопроводности меньше, чем за пределами тропиков. Кроме того, в городах и сельской местности высокая влажность, а облака препятствуют излучению тепла.

Нет отдыха ночью

Когда учёные экспериментально удвоили содержание CO₂ в своих моделях, город и сельская местность во всех климатических зонах прогрелись примерно одинаково. «Это обнадёживает, ведь если бы города нагревались значительно интенсивнее, это было бы особенно тревожно», — подчёркивает Фишер. Однако при удвоении содержания CO₂ в атмосфере стало очевидно, что количество «ночей с высоким тепловым стрессом» возрастает в городах более резко, чем в сельской местности, что значительно увеличивает риск для здоровья горожан. Человеческому телу, которое вырабатывает около 100 ватт (джоулей в секунду) тепла, трудно отдавать его в окружающую среду при температурах, близких к температуре самого тела. А при высокой влажности охлаждение усложняется, так как испарение пота перестаёт работать эффективно.

Фишер признаёт, что исследование является макромасштабной, грубой оценкой, не позволяющей делать локальные выводы для отдельных городов. По его словам, работа в первую очередь призвана стимулировать дальнейшие исследования в этом направлении, чтобы можно было разработать подходящие адаптационные меры.