Моделювання біокліматичних умов урбанізованого середовища (на прикладі міста Києва)
Анотація
Дослідження біокліматичних умов урбанізованих територій в теплий період є дуже актуальними, адже, достовірні результати оцінки інтенсивності теплового стресу є підґрунтям для розробки та впровадження заходів адаптації до спеки. Крім того, моделювання біоклімату важливо застосовувати на етапі проектування міської забудови для підбору оптимальної структури, що допоможе підвищити комфортність міських районів. Метою даного дослідження є моделювання біоклімату урбанізованого середовища для визначення теплового навантаження на людський організм в літній період з використанням сучасних біокліматичних індексів та програмних продуктів. Для реалізації мети дослідження було обрано частину території житлового масиву Осокорки (м. Київ). Значення основних метеорологічних параметрів на досліджуваній ділянці отримані з використанням прогностичної тривимірної моделі «ENVI-met», а фізіологічно-еквівалентної температури (ФЕТ) – за допомогою моделі «RayMan». Аналіз результатів моделювання свідчить, що значення температури та вологості повітря, характеристик вітру та ФЕТ характеризується значною прострово-часовою мінливістю навіть на незначних за розмірами ділянках в межах міської забудови. Амплітуди значень ФЕТ були максимальними в денні години і становили 12°–15ºС. Найсильнішого теплового стресу мешканці урбанізованих територій зазнають перебуваючи на відкритих заасфальтованих ділянках в денні години. Зменшення амплітуди температури повітря на досліджуваних ділянках у вечірні та нічні години призвело до помітного зниження амплітуди ФЕТ на обраній території – до 2°–3ºС. Порівняння змодельованих значень ФЕТ для досліджуваної території та для АМСЦ «Київ» показало, що значення ФЕТ, змодельовані за даними метеорологічної станції, не відображають реальних біокліматичних умов в межах складної міської забудови.
Завантаження
Посилання
Basu, R., & Samet, J. M. (2002). Relation between elevated ambient temperature and mortality: A review of the epidemiologic evidence. Epidemiologic Reviews, 24, 190–202. https://doi.org/10.1093/epirev/mxf007.
Vandentorren, S., Suzan, F., Medina, S., Pascal, M., Maulpoix, A., Cohen, J.-C., & Ledrans, M. (2004). Mortality in 13 French cities during the August 2003 heat wave. American Journal of Public Health, 94(9), 1518–1520. https://doi.org/10.2105/ajph.94.9.1518.
Jamei, E., Rajagopalan, P., Seyedmahmoudian, M., & Jamei, Y. (2016). Review on the impact of urban geometry and pedestrian level greening on outdoor thermal comfort. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 1002–1017. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.104.
Johansson, E., Thorsson, S., Emmanuel, R., & Krüger, E. (2014). Instruments and methods in outdoor thermal comfort studies - The need for standardization. Urban Climate, 10(P2), 346–366. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2013.12.002.
Ahmed, K. S. (2003). Comfort in urban spaces: Defining the boundaries of outdoor thermal comfort for the tropical urban environments. Energy and Buildings, 35(1), 103–110. https://doi.org/10.1016/S0378-7788(02)00085-3.
Emmanuel, R., & Johansson, E. (2006). Influence of urban morphology and sea breeze on hot humid microclimate: the case of Colombo, Sri Lanka. Climate Research, 30, 189–200. https://doi.org/10.3354/cr030189.
Gaitani, N., Santamouris, M., & Mihalakakou, G. (2005). Thermal comfort conditions in outdoor spaces. Environment, 1995(May), 761–765.
Fahmy, M., & Sharples, S. (2009). On the development of an urban passive thermal comfort system in Cairo, Egypt. Building and Environment, 44(9), 1907–1916.
Giannopoulou, K., Santamouris, M., Livada, I., Georgakis, C., & Caouris, Y. (2010). The Impact of Canyon Geometry on Intra Urban and Urban: Suburban Night Temperature Differences Under Warm Weather Conditions. Pure and Applied Geophysics, 167(11), 1433–1449. https://doi.org/10.1007/s00024-010-0099-8.
Perini, K., & Magliocco, A. (2014). Effects of vegetation, urban density, building height and atmospheric conditions on local temperatures and thermal comfort. Urban Forestry and Urban Greening, 13(3), 495–506. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2014.03.003.
Carfan, A. C., Galvani, E., & Nery, J. T. (2012). Study of thermal comfort in the city of São Paulo using ENVI-met model. Investigaciones Geograficas, 78(August), 34–47.
Holst, J., & Mayer, H. (2011). Impacts of street design parameters on human-biometeorological variables. Meteorologische Zeitschrift, 20(5), 541–552. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2011/0254.
Lee, H., Holst, J., & Mayer, H. (2013b). Modification of Human-Biometeorologically Significant Radiant Flux Densities by Shading as Local Method to Mitigate Heat Stress in Summer within Urban Street Canyons. Advances in Meteorology, 2013, 1–13.
Ali-Toudert, F., & Mayer, H. (2006). Numerical study on the effects of aspect ratio and orientation of an urban street canyon on outdoor thermal comfort in hot and dry climate. Building and Environment, 41(2), 94–108. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2005.01.013.
Lee, H., Mayer, H., & Chen, L. (2016). Contribution of trees and grasslands to the mitigation of human heat stress in a residential district of Freiburg, Southwest Germany. Landscape and Urban Planning, 148, 37–50. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2015.12.004.
Erell, E., Pearlmutter, D., Boneh, D., & Kutiel, P. B. (2014). Effect of high-albedo materials on pedestrian heat stress in urban street canyons. Urban Climate, 10(P2), 367–386. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2013.10.005.
Huttner, S. (2012). Further development and application of the 3D microclimate simulation ENVI-met. Mainz: Johannes Gutenberg-Universitat in Mainz, 147. Retrieved from http://ubm.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2012/3112/.
Skelhorn, C., Lindley, S., & Levermore, G. (2014). The impact of vegetation types on air and surface temperatures in a temperate city: A fine scale assessment in Manchester, UK. Landscape and Urban Planning, 121, 129–140. https://doi.org/10.1016/J.LANDURBPLAN.2013.09.012.
Noro, M., & Lazzarin, R. (2015). Urban heat island in Padua, Italy: Simulation analysis and mitigation strategies. Urban Climate, 14, 187–196. https://doi.org/10.1016/J.UCLIM.20.
Ketterer, C., & Matzarakis, A. (2014). Human-biometeorological assessment of heat stress reduction by replanning measures in Stuttgart, Germany. Landscape and Urban Planning, 122, 78–88. https://doi.org/10.1016/J.LANDURBPLAN.2013.11.00.
Taleghani, M., Kleerekoper, L., Tenpierik, M., & van den Dobbelsteen, A. (2015). Outdoor thermal comfort within five different urban forms in the Netherlands. Building and Environment, 83, 65–78. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.03.014.
Bruse, M., & Fleer, H. (1998). Simulating surface-plant-air interactions inside urban environments with a three dimensional numerical model. Environmental Modelling and Software, 13(3–4), 373–384. https://doi.org/10.1016/S1364-8152(98)00042-5.
Samaali, M., Courault, D., Bruse, M., Olioso, A., & Occelli, R. (2007). Analysis of a 3D boundary layer model at local scale: Validation on soybean surface radiative measurements. Atmospheric Research, 85(2), 183–198. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2006.12.005.
Matzarakis, A., Rutz, F., & Mayer, H. (2010). Modelling radiation fluxes in simple and complex environments: basics of the RayMan model. International Journal of Biometeorology, 54(2), 131–139. https://doi.org/10.1007/s00484-009-0261-0.
Shevchenko O. G. (2016). Comparative analysis of bioclimatic indices for estimation of comfort in urban areas in warm period. Hidrolohiiа, hidrokhimiiа i hidroekolohiiа, 3(42), 105–115.
Höppe Peter. (1999). The physiological equivalent temperature – a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. https://inspectapedia.com/Appliances/Hoppe_1999_Pet.pdf.
Matzarakis A. (1996). Another kind of environmental stress: thermal stress. WHO Newsletter, 18, 7-10.
Tkachuk, S.V., (2012). Review of weather comfort indexes and their connection with mortality rates. Gidrometeorologicheskii nauchno-issledovatel’skii tsentr Rossiiskoi Federatsii Publ., Moscow.
Mayer, H., Holst, J., Dostal, P., Imbery, F., & Schindler, D. (2008). Human thermal comfort in summer within an urban street canyon in Central Europe. Meteorologische Zeitschrift, 17(3), 241–250. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2008/0285.
Vieira De Abreu-Harbich, L., Labaki, L. C., & Matzarakis, A. (n.d.). Influence of different urban configuration on human thermal conditions in a Typical Subtropical Coast City-Case of Santos, São Paulo. Retrieved from http://www.meteo.fr/icuc9/LongAbstracts/poster_2-9-7721603_a.pdf.
Erell E., Pearlmutter D., Williamson T. Urban Microclimate: Designing the Spaces Between Buildings. – London, Washington, DC, 2012, 452.
Lin, T.-P., Matzarakis, A., & Hwang, R.-L. (2010). Shading effect on long-term outdoor thermal comfort. Building and Environment, 45(1), 213–221. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2009.06.002.
Matzarakis. A and Mayer. H. (2003). Human-Biometeorological assessment of urban structures, Proceedings of the Fifth International Conference on Urban Climate, 1-5 September 2003, Lodz, Poland, 83-86.
Nunez, M., & Oke, T. R. (1977). The Energy Balance of an Urban Canyon. Journal of Applied Meteorology, 16, 11–19. https://doi.org/10.2307/26177588.
Santamouris, M., Papanikolaou, N., Koronakis, I., Livada, I., & Asimakopoulos, D. (1999). Thermal and air flow characteristics in a deep pedestrian canyon under hot weather conditions. Atmospheric Environment, 33(27), 4503–4521. https://doi.org/10.1016/S1352-2310(99)00187-9.
Yahia, M. W., & Johansson, E. (2013). Influence of urban planning regulations on the microclimate in a hot dry climate: The example of Damascus, Syria. Journal of Housing and the Built Environment, 28(1), 51–65. https://doi.org/10.1007/s10901-012-9280-y.
Gusson, C. S., & Duarte, D. H. S. (2016). Effects of Built Density and Urban Morphology on Urban Microclimate - Calibration of the Model ENVI-met V4 for the Subtropical Sao Paulo, Brazil. Procedia Engineering, 169, 2–10. https://doi.org/10.1016/J.PROENG.2016.10.001.
Ali Toudert, F. (2005). Dependence of Outdoor Thermal Comfort on Street Design in Hot and Dry Climate. Berichte des Meteorologischen Institutes der Universität Freiburg . Retrieved from file:///C:/Users/hp1/Downloads/Diss_Freidok_Ali_Toudert_Fazia.pdf.
Winston, T. L. C., Ronald, P., Chris A., M., & Anthony J, B. (2010). Observing and modeling the nocturnal park cool island of an arid city: Horizontal and vertical impacts. Theoretical and Applied Climatology, 103, 197–211. https://doi.org/DOI: 10.1007/s00704-010-0293-8.
Ambrosini, D., Galli, G., Mancini, B., Nardi, I., & Sfarra, S. (2014). Evaluating Mitigation Effects of Urban Heat Islands in a Historical Small Center with the ENVI-Met® Climate Model. Sustainability, 6(10), 7013–7029. https://doi.org/10.3390/su6107013.
Spangenberg, J., Shinzato, P., Johansson, E., & Duarte, D. (2008). Simulation of the influence of vegetation on microclimate and thermal comfort in the city of São Paulo. Revista Da Sociedade Brasileira de Arborização Urbana (REVSBAU); 3(2), Pp 1-19 (2008), 3(2), 1–19. Retrieved from https://lup.lub.lu.se/search/publication/5ed25573-9929-4e43-871a-d9d3fc594aae.
Chandler, T. J. Absolute and relative. Retrieved from https://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0477-48.6.394.
Landsberg, H. E. (1981). The urban climate. Academic Press, 275.
