ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ & ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑΣ ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ ΔΙΠΛ. ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ & ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑΣ ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ ΔΙΠΛ. ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΠΑΤΡΑ 215

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ & ΑΕΡΟΝΑΥΤΙΚΗΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΝΗΣΙΔΑΣ ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΑ ΜΕ ΠΟΛΕΟΔΟΜΙΚΕΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑΣ Δ. ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ Διπλ. Μηχανολόγου και Αεροναυπηγού Μηχανικού, MSc ΠΑΤΡΑ 215

3 Επιβλέπων Καθηγητής Ιωάννης Καούρης, Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή Ιωάννης Καούρης, Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Ματθαίος Σανταμούρης, Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστήμιου Αθηνών. Νικόλαος Συρίμπεης, τέως Λέκτορας του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή Ιωάννης Καούρης, Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Κωνσταντίνος Κίττας, Καθηγητής του τμήματος Γεωπονίας, Φυτικής Παραγωγής και Αγροτικού Περιβάλλοντος του Πανεπιστήμιου Θεσσαλίας. Διονύσιος Ελευθέριος Μάργαρης, Αναπληρωτης Καθηγητής του τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Θρασύβουλος Πανίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Ματθαίος Σανταμούρης, Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστήμιου Αθηνών. Νικόλαος Συρίμπεης, τέως Λέκτορας του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Ιωάννης Τρυπαναγνωστόπουλος, Καθηγητής του Τμήματος Φυσικης του Πανεπιστημίου Πατρών. Η έγκριση της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής από το τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως (Ν. 5343/1932.άρθρο 22. παρ.2)

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ-ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η αυξημένη αστικοποίηση και βιομηχανοποίηση οδήγησε σε τροποποίηση όλων των συστατικών του ενεργειακού ισοζυγίου, με σοβαρή επίδραση στο αστικό κλίμα. Ως συνέπεια της μεταβολής του θερμικού ισοζυγίου, οι θερμοκρασίες του αέρα, στις πυκνά κτισμένες αστικές περιοχές, είναι υψηλότερες από αυτές των γύρω αστικών περιοχών. Το φαινόμενο αυτό που ονομάζεται «θερμική νησίδα», έχει γίνει γνωστό από τις αρχές του περασμένου αιώνα, ενώ λεπτομερείς μελέτες έχουν παρουσιασθεί τα τελευταία 6 χρόνια. Λαμβάνοντας παράλληλα υπόψη ότι το 5-6 % του παγκόσμιου πληθυσμού κατοικεί σε αστικά κέντρα, με τάση μάλιστα αύξησης (αναμένεται ως το 225 οι κάτοικοι των πόλεων να φθάσουν παγκοσμίως τα 5 δισεκατομμύρια), το φαινόμενο της αστικής νησίδας και η σύνδεση του με τις συνθήκες θερμικής άνεσης στις πόλεις αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Βασικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι α) η μελέτη των φυσικών διεργασιών μέσα σε αστικές χαράδρες, β) η διερεύνηση του θερμοκρασιακού καθεστώτος του αέρα σε αστικές χαράδρες στην Αθήνα, κατά τη διάρκεια θερινών νυκτερινών ωρών, σε συνδυασμό με τον άνεμο και τη νέφωση και μελέτη της επίδρασης της γεωμετρίας των αστικών χαραδρών στις διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ αστικών και ημιαστικών περιοχών, γ) η εγκατάσταση δικτύου σταθμών μέτρησης ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας και υγρασίας του αέρα και χωρική ταξινόμηση του λεκανοπεδίου της Αθήνας, δ) η χωρική και χρονική μελέτη του φαινόμενου της αστικής θερμικής νησίδας το καλοκαίρι, στην ευρύτερη περιοχή του λεκανοπεδίου της Αθήνας, ώστε να εντοπισθούν οι «θερμές» περιοχές, ε) η θεωρητική προσέγγιση του φαινόμενου της ανθρώπινης θερμικής «άνεσης», σε εξωτερικούς χώρους και οι υπάρχουσες αναφορές. Μελέτη του φαινομένου το καλοκαίρι στην Αθήνα, στ) η μαθηματική προσέγγιση του αριθμού των βαθμοωρών στις διάφορες περιοχές της Αθήνας και σχέση μεταξύ βαθμοωρών και μετεωρολογικών παραμέτρων και τέλος ζ) η συσχέτιση μεταξύ αστικής θερμικής νησίδας και ανθρώπινης θερμικής δυσφορίας. Θα ήθελα στο σημείο αυτό να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της εν λόγω διατριβής κ. Ιωάννη Καούρη Αναπληρωτή Καθηγητή του τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Παν/μιου Πατρών, για την δυνατότητα που μου έδωσε να ασχοληθώ με το παρόν θέμα, την καθοδήγηση και υπομονή του καθ όλη τη διάρκεια της διατριβής. Ιδιαίτερες ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω και στα άλλα δύο μέλη της συμβουλευτικής επιτροπής, και κυρίως στον κ. Σανταμούρη Ματθαίο, Καθηγητή του τμήματος Φυσικής του Εθνικού και καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, για τις επιστημονικές του υποδείξεις. Την κ. Λιβαδα Ήρω, Καθηγήτρια του τμήματος Φυσικής του Εθνικού και καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, για την καθοδήγηση της στο υπολογιστικό τμήμα της διατριβής. Τέλος αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω την οικογένεια μου για τον πολύτιμο χρόνο που τους στέρησα όλο το διάστημα που διήρκεσε αυτή η προσπάθεια, αλλά και για την αμέριστη ψυχική στήριξη που μου προσέφερε.

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΧΑΡΑΔΡΕΣ Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα Το αστικό οριακό στρώμα Γεωμετρία χαράδρας Το κλίμα στις αστικές χαράδρες Ενεργειακό ισοζύγιο στον αστικό θόλο Κατανομή των θερμοκρασιών μέσα στον αστικό θόλο Κατανομή του ανέμου μέσα και πάνω από τον αστικό θόλο Η ροη του αέρα μέσα στον αστικό θόλο Η ταχύτατα του ανέμου σε μια αστική χαράδρα ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ ΤΗΣ ΑΣΤΙΚΗΣ ΧΑΡΑΔΡΑΣ, ΣΤΙΣ ΝΥΧΤΕΡΙΝΕΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΜΙΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΘΕΡΜΩΝ ΗΜΕΡΩΝ Εισαγωγή Περιγραφή της διεξαγωγής μετρήσεων Ανάλυση και Αποτελέσματα Σύγκριση του Θερμοκρασιακού Καθεστώτος της Χαράδρας έναντι των Θερμοκρασιακών Δεδομένων των Αστικών και Υπαίθριων Ανοικτού Τύπου Σταθμών Συμπεράσματα ΔΙΚΤΥΟ ΣΤΑΘΜΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΟΥ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟΥ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ Εισαγωγή Το δίκτυο των μετεωρολογικών σταθμών Μαθηματική θεμελίωση του χωρισμού του λεκανοπεδίου της Αθήνας σε επί μέρους περιοχές Η επίδραση της αστικοποίησης και του πράσινου στη θερμοκρασία του αέρα ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΝΗΣΙΔΑ Θερμικό ισοζύγιο στις πόλεις Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας Φαινόμενο αστικής θερμικής νησίδας- Η έρευνα στον Ελληνικό χώρο.17

6 5. ΧΩΡΟΧΡΟΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΩΡΙΑΙΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΣΤΟ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΟΣ ΙΟΥΝΙΟΥ- ΑΥΓΟΥΣΤΟΥ Εισαγωγή Χρονοσειρά διαφορών από το κέντρο της Αθήνας των μέγιστων και ελάχιστων ημερήσιων θερμοκρασιών Κατανομή συχνοτήτων του ημερήσιου αριθμού των ωρών, με θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τις θερμοκρασίες βάσης Σχέση μεταξύ μέσου ημερήσιου αριθμού ωρών με θερμοκρασίες μεγαλύτερες μιας βάσης ως προς την θερμοκρασία βάσης Κλιματική αλλαγή ή φαινόμενο Αστικής Θερμικής Νησίδας ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΗΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΣΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ Εισαγωγή Ορισμός και δείκτες θερμικής άνεσης Βιοκλιματικοί δείκτες θερμικής άνεσης Βαθμοημέρες (DD) και Βαθμοώρες (DH) ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΣΤΟ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ Εισαγωγή Χωροχρονική κατανομή της σχετικής υγρασίας στο λεκανοπέδιο της Αθήνας Εκτίμηση των συνθηκών θερμικής δυσφορίας στο λεκανοπέδιο της Αθήνας το καλοκαίρι με την βοήθεια του δείκτη θερμικής δυσφορίας Η (Humidex) Ημερήσια πορεία του δείκτη δυσφορίας Η Εμμονή των ωρών με δείκτη δυσφορίας Η, μεγαλύτερο του 3 και του Συσχέτιση μεταξύ του δείκτη Η (Humidex) και της ταχύτητας του ανέμου Χωρική κατανομή των μέσων μηνιαίων και μέγιστων ημερησίων τιμών του δείκτη Η (Humidex), στο λεκανοπέδιο της Αθήνας ΕΚΤΙΜΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΒΑΘΜΟΩΡΩΝ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΒΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙΟΥ - ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ Εισαγωγή Στατιστική επεξεργασία της κατανομής των βαθμοωρών για διάφορες βάσεις στο λεκανοπέδιο της Αθήνας ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΒΑΘΜΟΩΡΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Εισαγωγή.263

7 9.2. Συσχετίσεις μεταξύ των βαθμοωρών και των μετεωρολογικών παραμέτρων Εκτίμηση των βαθμοωρών, σε διάφορες τοποθεσίες, με την βοήθεια σταθμών αναφοράς ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΗΣ ΑΣΤΙΚΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΝΗΣΙΔΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΔΥΣΦΟΡΙΑΣ Χωροχρονική προσέγγιση της έντασης της αστικής θερμικής νησίδας (UHII) Συσχέτιση μεταξύ της έντασης της αστικής θερμικής νησίδας (UHII) και του δείκτη θερμικής δυσφορίας Η, (Humidex) Σχέση μεταξύ της μέσης ημερήσιας έντασης της αστικής θερμικής νησίδας (UHII) και του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών για την βάση των 28 C 315 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ.322 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.. 367

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΧΑΡΑΔΡΕΣ 1

9 1.1 Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα Το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα (ΑΟΣ) ορίζεται ως το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας το οποίο επηρεάζεται ευθέως από την παρουσία του εδάφους μέσω της τυρβώδους ροής θερμότητας. Εκτείνεται συνήθως από την επιφάνεια του εδάφους μέχρι τα 1 m περίπου [1]. Σχηματίζεται δε, σαν συνέπεια της αλληλεπίδρασης της ατμόσφαιρας με την υποκείμενη επιφάνεια (έδαφος ή νερό) για χρονικά διαστήματα που κυμαίνονται από λίγες μόλις ώρες έως και περίπου μία ολόκληρη ημέρα. Μέσα σε αυτό παρατηρείται συνεχώς ανάμιξη και γρήγορη ανταπόκριση στις αλλαγές που συμβαίνουν στην επιφάνεια του εδάφους, συναρτήσει του χώρου ή του χρόνου. Η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων όπως η επιφανειακή τριβή ή η θέρμανση, μεταφέρεται ταχύτατα και σχεδόν ομοιόμορφα σε όλο το ΑΟΣ μέσω του μηχανισμού της τυρβώδους μεταφοράς ή ανάμιξης. Οι μηχανισμοί για τη δημιουργία τυρβώδους κατάστασης επηρεάζονται από την επιφάνεια του εδάφους και συνοψίζονται ως εξής: Μηχανική ανάμιξη. Αυτή δημιουργείται κατά την κίνηση του αέρα πάνω από επιφάνειες με κάποια τραχύτητα, λόγω της δυναμικής αστάθειας των μεγάλων βαθμίδων ταχύτητας του ανέμου στο χαμηλότερο στρώμα. Ανάμιξη οφειλόμενη σε ανωστικές δυνάμεις, είτε λόγω της διαφοράς πυκνότητας (buoyancy) των διαφόρων αερίων στρωμάτων, είτε λόγω της θέρμανσης του εδάφους και των υπερκείμενων αερίων στρωμάτων κατά τη διάρκεια της ημέρας ή ακόμα και λόγω της ύπαρξης περισσοτέρων υδρατμών στα χαμηλότερα στρώματα του αέρα, από ότι στα ανώτερα, όπως συμβαίνει πάνω από υδάτινες επιφάνειες (λίμνες- ωκεανούς) [2]. Το ΑΟΣ πάνω από την ξηρά αποτελείται από τρία μέρη: 1) Το στρώμα επιφανείας (surface layer) το οποίο είναι το κατώτερο στρώμα του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος το οποίο συνήθως κυμαίνεται γύρω στο 1% του συνολικού ύψους του ΑΟΣ. Ανάλογα με τη μεταβολή του ύψους του οριακού στρώματος, το επιφανειακό στρώμα έχει ύψος από 5-1 m. Ορισμένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα αυτού του στρώματος μέσα στο οποίο ζουν και κινούνται οι άνθρωποι είναι: Μέσα σε αυτό το στρώμα παρατηρούνται οι περισσότερες εκπομπές, Αποτελεί το στρώμα για το οποίο υπάρχουν οι περισσότερες πληροφορίες ( μια και είναι δυνατόν να γίνουν μετρήσεις μέσα σε αυτό). 2) Το στρώμα ανάμιξης, το οποίο σε πολλές περιπτώσεις θεωρείται ότι ταυτίζεται με το οριακό στρώμα. Το ύψος του (mixing layer) ξεκινά από την επιφάνεια της γης και φθάνει μέχρι το ύψος όπου αναμιγνύονται οι αέριοι ρύποι από τις ατμοσφαιρικές αναταράξεις. Ο υπολογισμός του ύψους ανάμιξης μπορεί να γίνει με πολλούς άμεσους ή έμμεσους τρόπους. Επιτόπιος, άμεσος προσδιορισμός μπορεί να γίνει μέσω της μέτρησης των διαταραχών του ανέμου χρησιμοποιώντας κατάλληλα όργανα 2

10 μέτρησης των ατμοσφαιρικών αναταράξεων, προσαρμοσμένων είτε σε αεροπλάνα είτε σε κάποια άλλη πλατφόρμα μέτρησης ( μετεωρολογικό πύργο, δέσμιο αερόστατο κτλ.). Από τον ορισμό του ύψους ανάμιξης προκύπτει ότι το ύψος του φτάνει μέχρι το ύψος στο οποίο τα όργανα θα δείχνουν πολύ μικρή ή καθόλου ανατάραξη. Αυτή η μέθοδος αν και πολύ ακριβής, δεν είναι πρακτικά εφικτή παρά μόνο κατά την διάρκεια ερευνητικών πειραμάτων. Η παρακολούθηση όμως της αέριας ρύπανσης σε μια περιοχή απαιτεί γνώση του ύψους ανάμιξης σε συνεχή βάση και είναι απαραίτητο να εφαρμοσθούν εναλλακτικές μέθοδοι υπολογισμού του. Η ζώνη εισροής είναι το ευσταθές στρώμα στην κορυφή του στρώματος ανάμιξης, το οποίο ενεργεί ως κάλυμμα στις ανερχόμενες θερμές αέριες μάζες με αποτέλεσμα τον περιορισμό της τύρβης. Το στρώμα αυτό ονομάζεται ζώνη εισροής, γιατί εκεί γίνεται η εισροή μέσα στο στρώμα ανάμιξης από την ελεύθερη ατμόσφαιρα. Αυτό το ευσταθές στρώμα χαρακτηρίζεται από θερμοκρασιακή αναστροφή, δηλαδή στρώμα μέσα στο οποίο παρατηρείται αύξηση της απόλυτης θερμοκρασίας με το ύψος. Συχνά αυτό καλείται στρώμα αναστροφής και ορίζει ένα μέτρο της παρατηρούμενης ευστάθειας. 3) Το αποκομμένο στρώμα (Residual Layer). Σχεδόν μισή ώρα πριν τη δύση του ηλίου τα θερμά ανοδικά ρεύματα αέρα (με τη μορφή φυσαλίδων) παύουν να δημιουργούνται (με απουσία κρύου αέρα κατά τη μεταφορά), επιτρέποντας στην τύρβη να παρακμάσει στο διαμορφωμένο και καλά αναμιγμένο στρώμα. Το στρώμα αέρα που προκύπτει καλείται πολλές φορές στρώμα αποκοπής, επειδή οι μεταβολές της συγκέντρωσης των ρύπων με το ύψος είναι οι ίδιες με αυτές του προσφάτως σε κατάπτωση στρώματος ανάμιξης. Για παράδειγμα κατά την απουσία μεταφοράς, παθητικοί ιχνηθέτες διαχέονται κατά τη διάρκεια της ημέρας στο στρώμα ανάμιξης ενώ παραμένουν επάνω στο αποκομμένο στρώμα κατά τη διάρκεια της νύχτας. Το αποκομμένο στρώμα είναι ουδέτερα στρωματοποιημένο και αυτό έχει ως αποτέλεσμα η τύρβη να είναι σχεδόν ίδιας έντασης σε όλες τις διευθύνσεις. Ως επακόλουθο, οι θύσανοι που εκπέμπονται στο αποκομμένο στρώμα τείνουν να διαλυθούν με ίδιους ρυθμούς στο κατακόρυφο και σε πλευρικές διευθύνσεις, δημιουργώντας ένα θύσανο σε σχήμα κώνου. Την ημέρα παρατηρείται μεγαλύτερο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα από ότι τη νύχτα. Πράγματι την ημέρα το έδαφος δέχεται ενέργεια από τον Ήλιο και θερμαίνεται, ούτως ώστε να δημιουργείται μια μεγάλη ανερχόμενη φυσαλίδα αέρα. Με αυτό τον τρόπο διατηρούνται οι τυρβώδεις στρόβιλοι. Η ενέργεια αυτή πριν τη δύση του Ήλιου αρχίζει να ελαττώνεται με αποτέλεσμα να μην μπορεί να συντηρήσει τους στροβίλους. Την ώρα αυτή όλο το κραταιό οικοδόμημα καταρρέει μέσα σε 15-2 λεπτά από πάνω προς τα κάτω [1] Χαρακτηρισμός της τύρβης στην ατμόσφαιρα Με τον όρο τύρβη * νοείται η ακανόνιστη χαοτική κίνηση ρευστού. Οι ροές των ρευστών χωρίζονται σε δύο ευρείες κατηγορίες, τις ροές που έχουν τριβή (viscous flows) και αυτές που δεν *Στην αρχαία ελληνική, τύρβη σημαίνει σύγχυση, ταραχή, θόρυβος, οχλαγωγία. Στη λατινική εκφράστηκε ως «turbulentia», 3 με δανεισμό από την Ελληνική, απ όπου προήλθε και η λέξη «turbulence»

11 έχουν (inviscid flows). Η εσωτερική τριβή (ιξώδες) είναι μια μοριακή ιδιότητα που αποτελεί ένα μέτρο της εσωτερικής αντίστασης του ρευστού στην αλλαγή του σχήματός του. Σε ένα ρευστό που δεν έχει εσωτερική τριβή, η ροή είναι ομαλή και τα διάφορα στρώματα του ρευστού κινούνται με τάξη ή χωρίς τριβή ως προς μία στερεή επιφάνεια. Απ την άλλη μεριά, όλες οι ροές με εσωτερική τριβή μπορούν να χαρακτηριστούν ως στρωτές (laminar) ή τυρβώδεις (turbulent). Επίσης, υπάρχει και μία ενδιάμεση κατηγορία ροής, η οποία ονομάζεται ημι-στρωτή (quasi-laminar). Το ΑΟΣ είναι συνεχώς τυρβώδες, ενώ η κίνηση στο κύριο μέρος της ατμόσφαιρας μπορεί να ταξινομηθεί σε ημιστρωτή και περιοδικώς τυρβώδη. Ο Osborne Reynolds [3] διέκρινε δύο διαφορετικούς τύπους κίνησης για ένα ρευστό με ιξώδες στο εσωτερικό ενός αγωγού. Παρατήρησε ότι στις χαμηλές ταχύτητες τα σωματίδια του ρευστού ακολουθούν τις γραμμές ροής (ροή νηματώδης), σύμφωνα με τα προβλεπόμενα από τις αναλυτικές εξισώσεις, ενώ για μεγαλύτερες ταχύτητες η ροή σπάει σε μια δίνη (τυρβώδης ροή) που δεν προβλέπεται ακριβώς ούτε με τις σύγχρονες θεωρίες. Καθόρισε επίσης, ότι η μετάβαση από τη νηματώδη στη τυρβώδη ροή εξαρτάται από μια και μόνη παράμετρο, που ονομάσθηκε προς τιμή του αριθμός Reynolds και βρίσκεται αν πολλαπλασιαστεί το γινόμενο της ταχύτητας και της πυκνότητας του ρευστού με τη διάμετρο του αγωγού και διαιρεθεί το αποτέλεσμα των πράξεων αυτών με το ιξώδες. Η τύρβη είναι α) τριών διαστάσεων, β) καταναλωτική, γ) περιλαμβάνει πολλές κλίμακες κίνησης και χαρακτηρίζεται από δ) μεγάλο αριθμό Reynolds, ε) περιστροφικότητα και ζ) ικανότητα για διάχυση. Επομένως, ο αριθμός Reynolds ορίζεται ως εξής: Re 2 2 έ ά U L UL (1.1) ά ή ή UL v όπου U : η χαρακτηριστική ταχύτητα (m s -1 ), L : το χαρακτηριστικό μήκος (m), μ : το δυναμικό ιξώδες ή συντελεστής εσωτερικής τριβής (kg m -1 s -1 ), ν :το κινηματικό ιξώδες του ρευστού (m 2 s -1 ) και ρ : η πυκνότητα του ρευστού (kg m -3 ). Ο αριθμός Reynolds εκφράζει την αναλογία των αδρανειακών δυνάμεων προς τις δυνάμεις ιξώδους και χρησιμοποιείται για να καθορίσει εάν μια ροή είναι στρωτή ή τυρβώδης. Στρωτή ροή εμφανίζεται στους χαμηλούς αριθμούς Reynolds, όπου οι δυνάμεις ιξώδους είναι κυρίαρχες, και 4

12 χαρακτηρίζεται από ομαλή, σταθερή κίνηση ρευστού, ενώ τυρβώδης ροή εμφανίζεται στους υψηλούς αριθμούς Reynolds και κυριαρχείται από τις αδρανειακές δυνάμεις, την παραγωγή τυχαίων στροβίλων, δινών και άλλων διακυμάνσεων της ροής. Η μετάβαση μεταξύ της στρωτής και τυρβώδους ροής υποδεικνύεται συχνά από έναν κρίσιμο αριθμό Reynolds, ο όποιος εξαρτάται από την ακριβή διαμόρφωση ροής και πρέπει να καθοριστεί πειραματικά. Μέσα σε μια ορισμένη ζώνη γύρω από αυτόν τον κρίσιμο αριθμό υπάρχει μια περιοχή της βαθμιαίας μετάβασης όπου η ροή δεν είναι ούτε πλήρως στρωτή ούτε πλήρως τυρβώδης, όπου η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του ρευστού μπορεί να είναι δύσκολη. Εντούτοις, ο αριθμός Reynolds δε λαμβάνει υπόψη τις δυνάμεις βαρύτητας και την ατμοσφαιρική ευστάθεια, η οποία οφείλεται σε στρωμάτωση λόγω διαφοράς πυκνότητας. Για το λόγο αυτό είναι πολύ μεγαλύτερης σημασίας η κατανόηση αδιάστατων παραμέτρων, όπως ο αριθμός Richardson, που αντιπροσωπεύουν την επίδραση της ευστάθειας [3] Είδη ευστάθειας στην ατμόσφαιρα Η ευστάθεια της ατμόσφαιρας αποτελεί μια πολύ σημαντική παράμετρο, η οποία χαρακτηρίζει τα πεδία ροής των ρευστών. Με τον όρο ευστάθεια ατμόσφαιρας νοούνται οι συνθήκες εκείνες κατά τις οποίες δεν παρατηρούνται φαινόμενα διέγερσης της κανονικής τιμής τόσο της βαροβαθμίδας, όσο και της θερμοβαθμίδας, δηλαδή δεν παρατηρούνται μεταφορές αερίων μαζών. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες οι οποίοι τείνουν να σταθεροποιήσουν ή να αποσταθεροποιήσουν τις ροές. Εάν η καθαρή επίδραση των παραγόντων που αποσταθεροποιούν τη ροή υπερβαίνει την επίδραση αυτών που τη σταθεροποιούν, τότε η ροή γίνεται τυρβώδης. Η ευστάθεια διακρίνεται σε στατική (static stability) και δυναμική (dynamic stability). H στατική ευστάθεια εξετάζει τις ανωστικές τάσεις που αναπτύσσονται στη ροή για την επαναφορά στην κατάσταση ισορροπίας της, μετά από μια μετατόπιση ή μεταβολή. Εάν πράγματι υπάρχει τάση επαναφοράς η ροή χαρακτηρίζεται στατικώς ευσταθής, εάν υπάρχει τάση αύξησης της μετατόπισης ή της μεταβολής της κατάστασης, χαρακτηρίζεται στατικώς ασταθής, ενώ αν παραμείνει χωρίς αντίδραση στη θέση που βρέθηκε μετά τη διατάραξη της ισορροπίας της ονομάζεται στατικώς ουδέτερη ή αδιάφορη. Ο αέρας είναι στατικά ασταθής, όταν ελαφρώς πυκνός αέρας (θερμότερος και/ή υγρότερος) βρίσκεται κάτω από πυκνότερο. Η ροή ανταποκρίνεται σε αυτή την αστάθεια προκαλώντας ανοδικές κινήσεις (thermals), οι οποίες επιτρέπουν στον αραιότερο αέρα να φθάσει στην κορυφή του στρώματος αστάθειας, συντελώντας στην ευστάθεια της ροής. Τα ανοδικά ρεύματα χρειάζονται κάποιον μηχανισμό «σκανδάλης» για να ξεκινήσουν. Στο ΑΟΣ το ρόλο αυτό παίζουν οι λόφοι, τα κτίρια, τα δέντρα ή άλλες διαταραχές της μέσης ροής. Η στατική ευστάθεια καθορίζεται από την τοπική θερμοβαθμίδα. Μια αδιαβατική θερμοβαθμίδα μπορεί να είναι στατικά ευσταθής, ουδέτερη ή ασταθής, εξαρτώμενη από τις ανοδικές τάσεις και τις ανωστικές δυνάμεις. Η ουδέτερη ευστάθεια 5

13 χαρακτηρίζεται από αδιαβατική θερμοβαθμίδα και χωρίς ανοδικές κινήσεις. Επομένως, για τον ορισμό της στατικής ευστάθειας δεν είναι αρκετή μόνο η γνώση της τοπικής θερμοβαθμίδας. Απαιτείται, είτε η γνώση όλης της κατατομής της μέσης δυνητικής θερμοκρασίας ή η μέτρηση του θερμικού όρου της κινητικής ενέργειας. H δυναμική ευστάθεια εξετάζει τις κινήσεις που κάνει το ρεύμα μετά από κάποια διατάραξη της ισορροπίας προκειμένου να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση, ή να αυξήσει προοδευτικά τη μετατόπισή του, ή να την διατηρήσει αμετάβλητη με ταλαντώσεις σταθερού εύρους. Μια ροή χαρακτηρίζεται δυναμικά ευσταθής, εάν οι διαταραχές που εισάγονται στη ροή επιβραδύνονται με το χρόνο ή μέσα στο χώρο και σταδιακά αποσβένονται. Αντίστοιχα η ροή είναι δυναμικά ασταθής, εάν οι διαταραχές μεγαλώνουν στο χώρο και αλλάζουν τη φύση της ροής. Και στις δύο κατηγορίες αστάθειας, το ρευστό αντιδρά με τέτοιο τρόπο ώστε να καταστρέφει την αιτία της αστάθειας. Στην περίπτωση της στατικής ευστάθειας, οι ανοδικές κινήσεις μεταφέρουν μικρότερης πυκνότητας ρευστό προς τα πάνω και στη δυναμική αστάθεια η τύρβη τείνει να ελαττώσει τη βαθμίδα του ανέμου και έτσι σταθεροποιεί το σύστημα. Παρόλα αυτά υπάρχουν εξωτερικές επιδράσεις που τείνουν να αποσταθεροποιήσουν το ΑΟΣ για μεγάλες χρονικές περιόδους. Στην περίπτωση της στατικής ευστάθειας, η εξωτερική επίδραση είναι η θέρμανση του εδάφους από τον ήλιο. Στη δυναμική αστάθεια, οι βαθμίδες της πίεσης που εμφανίζονται με συνοπτικής κλίμακας φαινόμενα οδηγούν τους ανέμους ενάντια στην τάση απορρόφησης της τύρβης. Ο αριθμός Richardson, για τον οποίο γίνεται λόγος στην επόμενη παράγραφο, χαρακτηρίζει πότε η ροή μπορεί να θεωρηθεί δυναμικά ασταθής [2] Αριθμός Richardson Αριθμός Richardson ροών Η σημασία των ανωστικών δυνάμεων λόγω διαφοράς πυκνότητας μπορεί να εκφραστεί με το λόγο της θερμικής προς τη μηχανική παραγωγή της τυρβώδους κίνησης. Έτσι, ορίζεται ο αριθμός Richardson ροών (Flux Richardson number): u Μηχανική παραγωγή u w z (1.2) g g H Θερμική παραγωγή w (1.3) C p R f g w v v u u w z (1.4) όπου θ ν είναι η μέση τιμή της δυνητικής θερμοκρασίας. 6

14 Το μέτρο των θερμικών επιδράσεων εκφράζεται ποσοτικά από το μέτρο του αριθμού R f. Το πρόσημο του R f καθορίζεται κυρίως από τη διεύθυνση της ροής της θερμότητας, αφού ο παρονομαστής είναι συνήθως αρνητική ποσότητα. Έτσι, ισχύει: R f < σε στατικά ασταθείς συνθήκες R f > σε στατικά ευσταθείς συνθήκες R f = σε στατικά ουδέτερες συνθήκες. Όσον αφορά τη δυναμική αστάθεια ο Richardson πρότεινε ότι όταν ο αριθμός R f = 1, τότε ορίζεται μία κρίσιμη τιμή, όπου η θερμική παραγωγή εξουδετερώνει τη μηχανική παραγωγή. Η ροή γίνεται: Τυρβώδης (δυναμικά ασταθής) όταν R f < 1 Στρωτή (δυναμικά ευσταθής) όταν R f > 1 Προκύπτει ότι η στατικά ασταθής ροή είναι εξ ορισμού πάντοτε δυναμικά ασταθής. Κάτω από δυναμικά ευσταθείς συνθήκες ο R f περιορίζεται σε κάποια μέγιστη θετική τιμή, η οποία πειραματικά έχει περίπου προσδιοριστεί ίση με,21. Αυτή η τιμή καλείται «κρίσιμος» αριθμός Richardson και όταν η ροή χαρακτηρίζεται από αυτήν την τιμή γίνεται πολύ ευσταθής και περιγράφεται ως περίπου στρωτή ροή (quasi laminar) [4] Αριθμός Richardson βαθμίδας Σαν αριθμός Richardson βαθμίδας (Gradient Richardson number) ορίζεται η παράμετρος: R (1.5) i g w v v u u w z όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας και ο όρος g v αναφέρεται σαν παράμετρος άνωσης [5], και: 7

15 v u' ' K (1.6) h z u' u w' K (1.7) m z Το πλεονέκτημα της χρήσης του αριθμού Richardson είναι ότι περιέχει βαθμίδες των μέσων τιμών μετεωρολογικών παραμέτρων, που είναι εύκολο να μετρηθούν. Για εφαρμογές που αφορούν τα 1-2 m πάνω από το έδαφος, ο αριθμός Richardson, R i, μπορεί να υπολογίζεται θεωρώντας στην παραπάνω v T εξίσωση στη θέση του όρου την ποσότητα. Κατόπιν αυτού ορίζονται για: z z R i <, στατικά ασταθείς συνθήκες R i >, στατικά ευσταθείς συνθήκες R i =, στατικά ουδέτερες συνθήκες. Έρευνες έχουν δείξει ότι η στρωτή ροή γίνεται τυρβώδης όταν ο αριθμός Richardson, R i, είναι μικρότερος από τον «κρίσιμο αριθμό Richardson», R C. Η τύρβη τερματίζεται όταν ο αριθμός Richardson υπερβαίνει την τιμή R T. Ο αριθμός R C μεταβάλλεται από,21 έως,25 και ο αριθμός R T ισούται με τη μονάδα. Κατόπιν τούτου, τα κριτήρια για τη δυναμική ευστάθεια καθορίζονται ως εξής: Η στρωτή ροή γίνεται τυρβώδης όταν R i < R C Η τυρβώδης ροή γίνεται στρωτή όταν R i > R T Αριθμός Richardson κυρίου σώματος Ο αριθμός Richardson κυρίου σώματος (Bulk Richardson number), R B, είναι ένα μέτρο ευστάθειας κοντά στο έδαφος, ιδιαίτερα δε σε συνθήκες χαμηλής μηχανικής παραγωγής. Εάν γίνουν v v u προσεγγίσεις του όρου με τον όρο και του όρου με τον όρο, τότε ορίζεται z z z ένας νέος λόγος ο οποίος είναι γνωστός σαν αριθμός Richardson κυρίου σώματος: R g v z v i (1.8) Δu 2 Η μορφή αυτή του αριθμού Richardson χρησιμοποιείται κυρίως από τους μετεωρολόγους, επειδή οι ραδιοβολίσεις και η αριθμητική πρόγνωση καιρού παρέχουν μετρήσεις ανέμου και θερμοκρασίας, που αναφέρονται σε διακεκριμένα σημεία στο χώρο. Τα πρόσημα των διαφορών ορίζονται ως : Δu= u(z top ) u(z bottom ) (1.9) H κρίσιμη τιμή,25 εφαρμόζεται μόνο για τοπικές βαθμίδες και όχι για διαφορές μεταξύ πυκνών στρωμάτων. Στην πραγματικότητα, όσο πυκνότερο είναι το στρώμα τόσο ορθότερο είναι να ορίζεται η 8

16 μέση τιμή μεγάλων βαθμίδων που συμβαίνουν σε μικρές υποπεριοχές στο υπό μελέτη στρώμα. Όσο πιο λεπτό είναι το στρώμα, τόσο ο κρίσιμος αριθμός Richardson θα πλησιάζει την τιμή,25 [2]. 1.2 Το αστικό οριακό στρώμα Όπως γύρω από ένα περιρρέον στερεό σώμα η ταχύτητα του ρευστού ελαττώνεται σχηματίζοντας το οριακό στρώμα, έτσι και όταν παρατηρείται ροή του ανέμου πάνω από μια πόλη, δημιουργείται το «αστικό οριακό στρώμα» (urban boundary layer), το οποίο έχει κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Καθώς ο αέρας πνέει από μία ανοικτή προς μια αστική περιοχή, σχηματίζεται μέσα στο ΑΟΣ ένα εσωτερικό οριακό στρώμα κατά μήκος της αλλαγής της τραχύτητας. Η τραχύτητα του εδάφους ορίζεται από το αεροδυναμικό μήκος τραχύτητας ή το μήκος τραχύτητας, z, το οποίο απεικονίζει το μέσο ύψος των ανωμαλιών του εδάφους, μέσα στο οποίο η ένταση του ανέμου μηδενίζεται λόγω τριβής (Εικονα 1.1). Το αεροδυναμικό μήκος τραχύτητας, z, επηρεάζεται από την πυκνότητα των εδαφικών χαρακτηριστικών και την εποχή του έτους. Μολονότι το z μεταβάλλεται από την τιμή 1-5 σε λείες υδάτινες επιφάνειες, έως αρκετά μέτρα σε δάση και κατοικημένες περιοχές, ο λόγος του αεροδυναμικού μήκους τραχύτητας, z, προς το μέσο ύψος των διαφόρων στοιχείων τραχύτητας, h, κυμαίνεται σε ένα μικρότερο εύρος (,3-,25) και αυξάνει σταδιακά με το ύψος των στοιχείων τραχύτητας [4]. Πολλές μετρήσεις και παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι μπορεί να χωρισθεί το αστικό οριακό στρώμα σε κάποιες υποπεριοχές [6,7] (Εικόνα 1.2). Το ανώτερο στρώμα είναι το «αδρανειακό υπόστρωμα» (inertial sub-layer), όπου ισχύει το λογαριθμικό προφίλ μεταβολής της ταχύτητας καθ ύψος στην περίπτωση που επικρατεί ουδέτερη κατάσταση ευστάθειας της ατμόσφαιρας. Στο αδρανειακό υπόστρωμα ισχύει η θεωρία Monin-Obukhov [8, 9]. Η ροή του αέρα μέσα σε αυτό είναι ομοιογενής στο οριζόντιο επίπεδο και χαρακτηρίζεται από τη μέση επίδραση όλων των στοιχείων τραχύτητας και όχι μεμονωμένων στοιχείων τραχύτητας. Έτσι, η ροή είναι λιγότερο πολύπλοκη από ότι στο υπόστρωμα τραχύτητας, όπου τα μεμονωμένα στοιχεία επηρεάζουν τη ροή. Άμεση επίδραση των κτιρίων στη διαμόρφωση της ροής του αστικού οριακού στρώματος έχει παρατηρηθεί στο «υπόστρωμα τραχύτητας» (roughness sub-layer) που φτάνει μέχρι κι ένα ύψος 1,5 ως 5 φορές το μέσο ύψος κτιρίων [1]. Το στρώμα αυτό βρίσκεται πάνω από τραχείες επιφάνειες. Η ροή επηρεάζεται αποκλειστικά από παραμέτρους τραχύτητας όπως το ύψος των στοιχείων τραχύτητας, το πλάτος και η μεταξύ τους απόσταση [6, 8, 11, 12]. Η κατακόρυφη έκτασή του, έχει βρεθεί ότι μεταβάλλεται με το ύψος των στοιχείων τραχύτητας και τη μεταξύ τους απόσταση. Εξαιτίας της μεγάλης κατακόρυφης έκτασης του υποστρώματος τραχύτητας, το αδρανειακό υπόστρωμα μπορεί συχνά να είναι πολύ λεπτό. Μέχρι ένα μέσο ύψος κτιρίων H, ορίζεται ο λεγόμενος «αστικός θόλος» (Urban Canopy Layer). Αυτό το στρώμα θεωρείται το χαμηλότερο τμήμα του υποστρώματος τραχύτητας [6] ή ορίζεται σύμφωνα με τον Oke [13], σαν ένα ξεχωριστό υπόστρωμα, 9

17 κάτω από το υπόστρωμα τραχύτητας. Το δε ύψος του είναι ίσο με το επίπεδο μηδενικής μετατόπισης (zero-plane displacement). Εικόνα 1.1 Απεικόνιση του αεροδυναμικού μήκους τραχύτητας, z. Εικόνα 1.2 Περιγραφή του οριακού στρώματος πάνω από μία αστική επιφάνεια (Louka, 1998). Συνολικά στο επιφανειακό (ή εσωτερικό) οριακό στρώμα οι παράγοντες που επιδρούν στη ροή σχετίζονται κυρίως με την τραχύτητα [14, 15] και δεν επηρεάζονται άμεσα από το συνολικό πάχος του αστικού οριακού στρώματος δ που είναι μερικές εκατοντάδες μέτρα. Το γεγονός αυτό διευκολύνει τη μελέτη των οδικών χαραδρών με αριθμητική μοντελοποίηση και με φυσική μοντελοποίηση σε αεροσήραγγα, καθώς δε χρειάζεται η ακριβής γνώση της τιμής του πάχους του οριακού στρώματος, αρκεί να έχουν μοντελοποιηθεί σωστά τα κτίρια και να είναι σωστές οι οριακές συνθήκες. Το τελευταίο απαιτεί τη χρήση αεροσηράγγων με ειδικό εξοπλισμό [16, 17], ώστε να μπορεί ν αναπαραχθεί σύντομα ένα τυπικό προφίλ αστικού οριακού στρώματος και όσον αφορά τις ταχύτητες και όσον αφορά τις τυρβώδεις τάσεις. 1

18 Η χρήση μοντελοποίησης, είτε αριθμητικής φύσης είτε πειραματικής, έχει βοηθήσει πολύ στην κατανόηση διαφόρων φαινομένων, που συμβαίνουν στις οδικές χαράδρες. Όσον αφορά τη πειραματική μοντελοποίηση σε αεροσήραγγα, παρέχει το σημαντικό πλεονέκτημα του καλύτερου ελέγχου των παραμέτρων που επιδρούν στη ροή και τις συγκεντρώσεις ρύπων σε σχέση με τις μετρήσεις πεδίου που παρουσιάζουν τυχαίες και απροσδιόριστες διακυμάνσεις των οριακών συνθηκών. Επίσης, ένα πείραμα μπορεί να επαναληφθεί με τις ίδιες συνθήκες και να προσδιοριστούν καλύτερα τα χαρακτηριστικά διασποράς των ρύπων. Οι λόγοι αυτοί κάθιστούν τα πειράματα σε αεροσήραγγα καταλληλότερα για επικύρωση των αποτελεσμάτων από την αριθμητική μοντελοποίηση [18]. Η τελευταία παρουσιάζει το πλεονέκτημα της εξέτασης πολλαπλών σεναρίων, στα οποία μπορούν να μεταβληθούν όλοι οι εμπλεκόμενοι παράγοντες που επιδρούν στη ροή και τη διασπορά των ρύπων, με ένα πολύ μικρό πρόσθετο κόστος. Να σημειωθεί ότι οι μοντελοποιήσεις αφορούν κυρίως ουδέτερη κατάσταση ευστάθειας της ατμόσφαιρας, αγνοώντας τυχόν ανωστικές δυνάμεις που οφείλονται σε θερμοκρασιακές διαφορές. Αυτό δεν είναι πάντα ακριβές, καθώς η θέρμανση ή όχι του εδάφους από την ύπαρξη ή όχι του ήλιου δημιουργεί καταστάσεις ευστάθειας, όπου ο αέρας έχει περιορισμένες κατακόρυφες μετακινήσεις, ή αστάθειας, όπου ευνοείται ο αερισμός και υπάρχει μεγαλύτερη κατακόρυφη μεταφορά [19]. 1.3 Γεωμετρία χαράδρας Ο όρος χαράδρα δρόμου (Εικόνα 1.3) αναφέρεται στην ιδανική περίπτωση ενός σχετικά στενού δρόμου με τα κτίρια παρατεταγμένα συνεχώς και στις δύο πλευρές [2]. Ωστόσο, ο ίδιος όρος έχει χρησιμοποιηθεί και για μεγαλύτερους δρόμους. Στον πραγματικό κόσμο, ένας ευρύτερος ορισμός του όρου που έχει εφαρμοστεί είναι ότι η χαράδρα δεν πλαισιώνεται απαραίτητα από κτίρια συνεχόμενα και στις δύο πλευρές, επιτρέποντας έτσι κάποια ανοίγματα στα τοιχώματα της χαράδρας. Μια οδική χαράδρα εκφράζεται συνήθως από τις διαστάσεις της, οι οποίες είναι το ύψος της H και το πλάτος της W. Μια χαράδρα λέγεται κανονική, εάν έχει αναλογία διαστάσεων περίπου ίση σε 1 και δεν έχει μεγάλα ανοίγματα στους τοίχους. Για βαθιές χαράδρες, η τιμή της αναλογίας διαστάσεων (aspect ratio) μπορεί να φτάνει και το 2. Τέλος, το μήκος L της χαράδρας συνήθως εκφράζει την οδική απόσταση μεταξύ δύο μεγάλων διασταυρώσεων, χωρίζοντας τις χαράδρες σε σύντομες L/Η 3, μεσαίου μήκους L/Η 5 και μακριές L/Η 7. Οι αστικοί δρόμοι μπορεί να θεωρηθούν, επίσης, συμμετρικές χαράδρες, αν τα κτίρια που πλαισιώνουν το δρόμο έχουν περίπου το ίδιο ύψος, ή ασύμμετρες χαράδρες, αν υπάρχουν σημαντικές διαφορές στα ύψη των κτιρίων [21]. 11

19 Εικόνα 1.3 Αεροφωτογραφία μιας αστικής χαράδρας δρόμου Όσο ευρύτερη είναι μία χαράδρα, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση των πράσινων στεγών και πράσινων τοίχων για τη μείωση της θερμοκρασίας της. Για ευρύτερες χαράδρες, οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό επηρεάζονται από την αναλογικά μεγαλύτερη επιφάνεια των δρόμων και το γεγονός ότι είναι περισσότερο εκτεθειμένες σε άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Από πειράματα προέκυψε ότι η θερμοκρασιακή μείωση για ευρείες χαράδρες [H/W =,33] είναι τάξης μεγέθους 1,2 C κατά μέσο όρο ημερησίως, 1,7 C κατά μέγιστο και για περίπτωση πράσινου τοίχου και ολικού πρασίνου, 7,3 και 9,3 C αντίστοιχα. Για στενότερες χαράδρες (H/W=2), στην περίπτωση ύπαρξης πράσινων τοίχων, οι θερμοκρασιακές μειώσεις ανέρχονται ημερησίως στους 9,1 C, ενώ στην περίπτωση ολικού πρασίνου φθάνουν τους 12,3 C. Όσο ευρύτερη είναι μια χαράδρα, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση των πράσινων τοίχων στις θερμοκρασίες της. Παρ 'όλα αυτά, όταν υπάρχει συνδυασμός πράσινων στεγών και πράσινων τοίχων, οι θερμοκρασιακές μειώσεις αυξάνονται σημαντικά. Αντίθετα, για τις στενές χαράδρες [Η/W=2], στις οποίες οι τοίχοι κυριαρχούν των δρόμων, οι πράσινοι τοίχοι έχουν σημαντική επίδραση στη μείωση των αστικών θερμοκρασιών. Ο συνδυασμός πράσινων στεγών και τοίχων, δεν οδηγούν σε τόσο σημαντικές μειώσεις, όπως συμβαίνει στις ευρύτερες χαράδρες με αναλογίες H/W=,5 και H/W =,33. Οι διαφορές μεταξύ της μείωσης της θερμοκρασίας, στην περίπτωση του ολικού πράσινου και στην περίπτωση των πράσινων τοίχων, φτάνει κατά μέσο όρο τους 5,7 και 6,1 C αντίστοιχα, για H/ W =,5 και H/W=,33, ενώ για H/ W =2 ανέρχεται μόλις σε 2,6 C. Για τη μέγιστη τιμή, η διαφορά μεταξύ των δύο ευρύτερων και της στενότερης χαράδρας είναι ακόμη μεγαλύτερη, φθάνοντας σε 6,2, 7,6 και 3,2 C, αντίστοιχα [22]. 12

20 1.4 Το κλίμα στις αστικές χαράδρες Σύμφωνα με τη θεωρία του Oke [13], ο εναέριος χώρος πάνω από την πόλη μπορεί να χωριστεί στον λεγόμενο αστικό «θόλο» αέρα (urban air canopy ) και στο οριακό στρώμα (boundary layer) πάνω από το χώρο της πόλης που ονομάζεται «αστικός αέριος θόλος». Ο αστικός θόλος, είναι ο χώρος που περικλείεται από τα αστικά κτίρια μέχρι τις στέγες τους. Το στρώμα του αστικού θόλου (urban canopy layer) περιλαμβάνει απεριόριστο αριθμό μικροκλιμάτων που δημιουργούνται από τις διάφορες αστικές διαμορφώσεις. Οι ειδικές κλιματολογικές συνθήκες σε οποιοδήποτε σημείο εντός των θόλων καθορίζονται από τη φύση του άμεσου περιβάλλοντος και, ειδικότερα, από τη γεωμετρία, τα υλικά και τις ιδιότητες των στοιχείων που απαρτίζουν τον θόλο. Το ανώτερο όριο του αστικού θόλου ποικίλει από το ένα σημείο στο άλλο, λόγω των διαφορετικών υψών των κτιρίων και των ταχυτήτων του ανέμου. Οι μελέτες επικεντρώνονται κυρίως στο στρώμα του θόλου ώστε, σε γενικές γραμμές, να βελτιωθεί η κατανόηση της θερμικής ροής και των χαρακτηριστικών της μέσα σε αστικές χαράδρες. Έτσι, εστιάζουν στο ενεργειακό ισοζύγιο της χαράδρας, την κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα και των επιφανειών και στην κυκλοφορία του αέρα μέσα στη χαράδρα. Η κυκλοφορία του αέρα και η κατανομή θερμοκρασίας στο εσωτερικό των αστικών χαραδρών, είναι σημαντικές για την ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων, τις μελέτες διασποράς των ρύπων, τη θερμότητα και την ανταλλαγή μάζας μεταξύ των κτιρίων και του αέρα της χαράδρας και συνεπώς, για μελέτες σχετικά με τις ενεργειακές δυνατότητες των φυσικών τεχνικών εξαερισμού των κτιρίων, της άνεσης των πεζών, κ.α. [23]. Σύμφωνα μάλιστα με τους Ε. Alexandri και P. Jones [22], όσο πιο ζεστό και ξηρό είναι ένα κλίμα, τόσο πιο σημαντική είναι η επίδραση των πράσινων τοίχων και των πράσινων στεγών, για την άμβλυνση των αστικών θερμοκρασιών. 1.5 Ενεργειακό ισοζύγιο στον αστικό θόλο Το ενεργειακό ισοζύγιο επηρεάζει σημαντικά την κατανομή της θερμοκρασίας σε μια αστική περιοχή. Ένα ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία προσπίπτει στις επιφάνειες του δρόμου και των κτιρίων απορροφάται και μετατρέπεται σε αισθητή θερμότητα. Το μεγαλύτερο ποσό προσπίπτει στις οροφές και στους τοίχους των κτιρίων, και μόνο ένα σχετικά μικρό μέρος της φθάνει στο έδαφος. Οι επιφάνειες των τοίχων, των οροφών και του εδάφους εκπέμπουν μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, η ένταση της οποίας εξαρτάται από το ποσοστό οπτικής επαφής του ουρανού (sky view factor) της κάθε επιφάνειας. Το καθαρό ισοζύγιο ακτινοβολιών καθορίζει και το θερμικό ισοζύγιο των επιφανειών. Επειδή η απώλεια θερμότητας λόγω ακτινοβολίας είναι μικρότερη στις αστικές περιοχές, το καθαρό ισοζύγιο είναι μεγαλύτερο από ότι στην ύπαιθρο και κατά συνέπεια οι θερμοκρασίες είναι υψηλότερες. Το ενεργειακό ισοζύγιο υπολογίζει τις θερμικές ροές, λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρία της χαράδρας, τη θέση και τον προσανατολισμό της, τις ιδιότητες του υλικού των επιφανειών, την ώρα 13

21 της ημέρας και του έτους, και τις παρατηρούμενες πολλαπλές αντανακλάσεις μεταξύ των επιφανειών της χαράδρας. Το ενεργειακό ισοζύγιο των επιφανειών χαράδρας υπολογίζεται με την εξέταση του ενεργειακού ισοζυγίου για κάθε όγκο ελέγχου. Έτσι ισχύει: Q*= Q Η + Q G (1.1) όπου Q* : η καθαρή ακτινοβολία, Q H : η τυρβώδης ανταλλαγή θερμότητας και Q G : η αγώγιμη ανταλλαγή θερμότητας με το υπόστρωμα. Η καθαρή ακτινοβολία αποτελείται από άμεση (K), διάχυτη (K S ) και ανακλώμενη (K T ) ηλιακή ακτινοβολία, καθώς και από προσπίπτουσα (L S ) και εκπεμπόμενη (L T ) μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, Q* = K + K s - Κ T +L s -L T (1.11) Κάθε ένας από αυτούς τους όρους υπολογίζεται με βάση το μοντέλο του Arnfield [24] που λαμβάνει υπόψη του το ποσοστό οπτικής επαφής του ουρανού για κάθε χαράδρα [25]. Παρακάτω, για την καλύτερη κατανόηση των αποτελεσμάτων, περιγράφεται η ημερήσια πορεία κάθε παραμέτρου του ενεργειακού ισοζυγίου. Κατά την ανατολή του ηλίου, η ανατολική πρόσοψη της χαράδρας προσλαμβάνει την ηλιακή ακτινοβολία, ενώ τόσο η δυτική πρόσοψη, όσο και η επιφάνεια του εδάφους παραμένουν υπό σκιά. Μετά το μεσημέρι, η ανατολική πρόσοψη προσλαμβάνει μόνο διάχυτη ακτινοβολία, αλλά το απόγευμα παρουσιάζει ένα μέγιστο το οποίο συμπίπτει με το μέγιστο της προσλαμβανόμενης ηλιακής ακτινοβολίας του απέναντι τοίχου και άρα και της μέγιστης ανάκλασης στην ανατολική πρόσοψη. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, το καθαρό ισοζύγιο των μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολιών, είναι μικρότερο μέσα στη χαράδρα σε σχέση με άλλες πιο ελεύθερες επιφάνειες, εξαιτίας του μικρότερου ποσοστού θέασης του ουρανού. Για χαράδρες με διαφορετικά χαρακτηριστικά, προκύπτει, όπως είναι φυσικό, διαφορετικό ενεργειακό ισοζύγιο. Εκτός από τον προσανατολισμό της χαράδρας, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες, με ανάλογη σπουδαιότητα, που επηρεάζουν το ενεργειακό ισοζύγιο. Εάν ο λόγος H/W έχει μεγάλη απόκλιση από τη μονάδα, τότε τα ποσά της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, της εκπεμπόμενης μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας, καθώς και τα χαρακτηριστικά της ροής του αέρα θα εμφανίζονται διαφορετικά. Επίσης, εάν τα υλικά κατασκευής είναι διαφορετικά, αλλάζει ο συντελεστής ανάκλασης (albedo) των επιφανειών της χαράδρας καθώς και η θερμοχωρητικότητά τους. Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει το ενεργειακό ισοζύγιο είναι και οι διαφορετικές 14

22 καιρικές συνθήκες. Τέλος, τα αυξημένα ποσοστά νεφοκάλυψης συνεισφέρουν στη μείωση των ενεργειακών διαφορών και στην εξίσωση των ανταλλαγών της μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας, επειδή ο ρόλος της ατμόσφαιρας εξασθενεί σταδιακά σαν καταβόθρα θερμότητας. 1.6 Κατανομή των θερμοκρασιών μέσα στον αστικό θόλο Θερμοκρασίες επιφανειών Οι θερμοκρασίες επιφανειών διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τις θερμοκρασίες δρόμου και τις θερμοκρασίες τοιχωμάτων Θερμοκρασίες δρόμου Κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι μέγιστες επιφανειακές θερμοκρασίες είναι υψηλότερες για το επίπεδο του δρόμου τις ώρες μεγαλύτερης καθετότητας της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Ωστόσο, οι φυσικές ιδιότητες των υλικών συγκριτικά είναι διαφορετικές, αφού η άσφαλτος των δρόμων έχει υψηλότερη απορροφητικότητα από το λευκό σοβά των τοίχων του κτιρίου. Το θετικό ισοζύγιο ακτινοβολίας στο επίπεδο του δρόμου έχει άμεση σχέση με τη γεωμετρία της χαράδρας και το θερμικό δυναμικό των υλικών στο δρόμο και στους τοίχους των κτιρίων. Οι παρατηρήσεις αυτές αποτελούν καθοριστικό παράγοντα για την ερμηνεία της κυκλοφορίας του αέρα στο εσωτερικό της χαράδρας δρόμου [26] Θερμοκρασίες τοιχωμάτων Η εξωτερική θερμοκρασία της επιφάνειας των κελυφών των κτιρίων, η οποία είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό των πεδίων θερμοκρασίας και της ροής που αναπτύσσεται στη χαράδρα, μπορεί να υπολογιστεί για δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση, τα κτίρια δεν διαθέτουν κλιματισμό, έτσι ώστε οι συνθήκες εσωτερικής θερμοκρασίας που αναπτύσσονται να είναι εκείνες στις οποίες τα κτίρια θα καταλήξουν σε εξίσωση με το περιβάλλον. Στη δεύτερη περίπτωση, τα κτίρια διαθέτουν κλιματισμό για τη διατήρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα π.χ. στους 24 C. Στην περίπτωση αυτή, το απαραίτητο φορτίο ψύξης παραδίδεται μέσω του αέρα των κλιματιστικών, των οποίων οι συμπιεστές τοποθετούνται συνήθως στις προσόψεις των κτιρίων [28]. Εκτός από τη διαφορετική θέρμανση των επιφανειών των τοίχων ανάλογα με τον προσανατολισμό του κτιρίου, σε κατακόρυφες επιφάνειες παρατηρήθηκε ομοιόμορφη άμεση έκθεση στον ήλιο, με τη θερμοκρασία να μειώνεται καθώς το ύψος του ηλίου αυξανόταν. Ωστόσο, η έκταση αυτής της βαθμίδας είναι μικρή, σε σύγκριση με τη διαφορά μεταξύ θερμοκρασιών κατακόρυφων και 15

23 οριζόντιων επιφανειών, με τις τελευταίες να ξεπερνούν ακόμη και την υψηλότερη θερμοκρασία κατακόρυφων τοιχωμάτων κατά 2 C.[29] Θερμοκρασίες αέρα Για να γίνουν κατανοητοί οι μηχανισμοί που καθορίζουν την κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα μέσα σε μία χαράδρα, έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα στο κέντρο της χαράδρας και κοντά στις απέναντι όψεις των κτιρίων. Η κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα έχει αναλυθεί με σκοπό να διερευνηθούν οι επιπτώσεις της ρυμοτομίας (street layout) και του προσανατολισμού, καθώς επίσης και της επιφανειακής θερμοκρασίας λόγω της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή. Η ηλιακή ακτινοβολία δε θερμαίνει μόνο τις επιφάνειες των υλικών αλλά έμμεσα και τον αέρα μέσα στις αστικές χαράδρες, με μεταβλητό ρυθμό κατά τη διάρκεια του ημερήσιου κύκλου. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και του αέρα του περιβάλλοντος, ως εκ τούτου, θα ποικίλει από ώρα σε ώρα, φτάνοντας στους C [3, 31]. Τα αποτελέσματα από προσομοιώσεις, για τρεις διαφορετικές καταστάσεις θέρμανσης χαράδρας δρόμου, σε διάφορες ώρες της ημέρας (μια τη νύχτα ή νωρίς το πρωί και δύο μέσα στην ημέρα) αναφέρονται παρακάτω [32] Κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα κατά τη διάρκεια της ημέρας Διάφορες πειραματικές μελέτες σχετικά με την κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα μέσα σε χαράδρες έχουν καταλήξει στο ότι η θερμική στρωμάτωση μέσα σε αυτές δεν είναι σημαντική κατά τη διάρκεια της ημέρας. Οι μέγιστες κατακόρυφες ημερήσιες θερμοκρασιακές διαφορές σπάνια υπερβαίνουν τους 2-3 C. Επίσης, δεν έχει βρεθεί κάποια γενική εμπειρική σχέση για την καθ ύψος κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα. Σε πολλές περιπτώσεις, χαμηλότερες θερμοκρασίες μετρώνται κοντά στο έδαφος και η θερμοκρασία του αέρα αυξάνει σα συνάρτηση του ύψους μέσα στη χαράδρα, γεγονός το οποίο συμφωνεί και με την κατανομή των επιφανειακών θερμοκρασιών των κτιρίων μέσα σε αυτή [23] Κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα κατά τη διάρκεια της νύχτας Σύμφωνα με τη μελέτη των Νiachou et. al. [26], οι μετρούμενες θερμοκρασίες αέρα μέσα σε χαράδρες, κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου, βρέθηκαν υψηλότερες κοντά στο έδαφος σε σχέση με τον περιβάλλοντα αέρα, σε σχεδόν 82% των περιπτώσεων, αν και η μέγιστη διαφορά δεν υπερβαίνει τον 1 C. Αυτό είναι σε συμφωνία με τη μελέτη των Santamouris et. al. [33], που μέτρησαν θερμοκρασίες αέρα μέσα σε μια βαθιά χαράδρα πεζόδρομου, υψηλότερες έως και 1,5 C, σε σύγκριση με θερμοκρασίες περιβάλλοντος πάνω από τη χαράδρα 16

24 Κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα στο κέντρο και στην οροφή της χαράδρας Οι μελέτες των Roth et al. [34] και Stoll και Brazel [35], αναφέρουν ότι στη μέση της χαράδρας και κοντά στην επιφάνεια του εδάφους, η θερμοκρασία του αέρα εξαρτάται περισσότερο από τον διαχωρισμό της ροής θερμότητας προς διαφορετικές κατευθύνσεις, παρά από την οριζόντια μεταφορά θερμότητας [26]. Σύμφωνα με παρατηρήσεις των Nakamura και Oke [31], 3 m πάνω από την οροφή των κτιρίων μίας χαράδρας δρόμου και σε απόσταση 1 m πάνω απ το επίπεδο του δρόμου, καθώς και σε οριζόντια απόσταση 4 μέτρων από τους βόρειους και νότιους τοίχους, εντοπίστηκε μια συστηματική εναλλαγή θερμοκρασιών μέσα στην ημέρα. Έτσι, ο αέρας στην οροφή των κτιρίων ήταν ελαφρώς ψυχρότερος τη μέρα αλλά θερμότερος τη νύχτα, ενώ οι ημερήσιες διαφορές ήταν μεγαλύτερες στη βόρεια πλευρά εξαιτίας της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. Πέρα απ αυτές τις παρατηρήσεις, η πιο σημαντική ήταν ότι οι θερμοκρασιακές διαφορές μεταξύ της κορυφής και του εσωτερικού της αστικής χαράδρας ήταν πολύ μικρές, σχεδόν πάντα μικρότερες από 1 C και σε ορισμένες περιπτώσεις μικρότερες ακόμα και από,5 C. Το αποτέλεσμα αυτό έρχεται σε γενική συμφωνία με προηγούμενες μελέτες [36, 37, 38]. Οι Armstrong [36] και Love [37], βρήκαν στενή σύνδεση μεταξύ της θερμοκρασίας αέρα στην οροφή και στο επίπεδο του δρόμου της χαράδρας, σε μελέτες που διερευνούσαν την ανάγκη διόρθωσης των αστικών δεδομένων του σταθμού ώστε να λαμβάνονται υπόψη διαφορετικά ύψη παρατήρησης. Αν και οι διαφορές θερμοκρασίας του αέρα στη χαράδρα ήταν μικρές, υπήρχαν μεγάλες θερμοκρασιακές διαφορές του αέρα στην επιφάνεια της χαράδρας. Στη νότια πλευρά, η οποία προσλάμβανε άμεση ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της ημέρας, η επιφάνεια ήταν πάντα θερμότερη από τον αέρα. Κοντά στο μεσημέρι η διαφορά έφτανε τους C και η αποθηκευόμενη θερμότητα κρατούσε την επιφάνεια έως και 3-4 C θερμότερη τη νύχτα. Οι διαφορές είναι πολύ μικρότερες για τη βόρεια πλευρά, όπως έχει ήδη αναφερθεί και σε προηγούμενη παράγραφο, γιατί αυτή λαμβάνει μόνο διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία στη διάρκεια της ημέρας Κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα στην πρόσοψη της χαράδρας Μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα έχουν γίνει από πολλούς ερευνητές κοντά στους απέναντι τοίχους κτιρίων. Η μετρούμενη θερμοκρασιακή διαφορά του αέρα μεταξύ των δύο προσόψεων ποικίλουν, σε συνάρτηση με τη διάταξη της χαράδρας και τα χαρακτηριστικά επιφανείας. Όπως ήταν αναμενόμενο, η θερμοκρασία του αέρα κοντά στην ΝΔ πρόσοψη ήταν υψηλότερη από ότι κοντά στην ΒΑ πρόσοψη. Η μέση τιμή της στιγμιαίας διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των δύο αντίθετων όψεων, κατά την περίοδο της ημέρας, βρέθηκε κοντά στους 3 C, ενώ η απόλυτη μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας του αέρα πλησίαζε τους 5,4 C. Οι υψηλότερες διαφορές παρατηρήθηκαν νωρίς το απόγευμα, γύρω στις 16:-17: και οι χαμηλότερες νωρίς το πρωί, περίπου στις 7:. Σύγκριση των θερμοκρασιών του αέρα και των επιφανειών κατά τη διάρκεια της ημέρας, δείχνει ότι σε όλες σχεδόν 17

25 τις περιπτώσεις κοντά στη ΒΑ πρόσοψη, η θερμοκρασία της επιφάνειας είναι υψηλότερη από την παρακείμενη θερμοκρασία του αέρα έως και 3,3 C. Κοντά στη ΝΔ πρόσοψη σημειώνονται υψηλότερες τιμές της θερμοκρασίας του αέρα, έως 3,7 C, το μεσημέρι γύρω στις 14:. Ωστόσο βρεθήκαν και περιπτώσεις όπου η θερμοκρασία του αέρα είναι υψηλότερη από την αντίστοιχη επιφανειακή θερμοκρασία σχεδόν κατά 2,7 C (κατά τη διάρκεια της μεσημβρινής περιόδου) [33]. Παρόμοια συμπεράσματα αναφέρθηκαν και από τους Nakamura και Oke [31] για ανατολικούδυτικού προσανατολισμού αστικές χαράδρες, όταν παρατηρήθηκαν υψηλότερες θερμοκρασίες αέρα παραπλεύρως τοίχων κατά τη διάρκεια της μεσημβρινής περιόδου, γεγονός που εξηγείται πιθανότατα από την αύξησης της θερμοκρασίας του όγκου του αέρα από τις συνδυασμένες επιπτώσεις της τυρβώδους μεταφοράς θερμότητας, από το βόρειο τοίχο και την ανάμιξή του μέσω της αέριας κυκλοφορίας. Οι θερμοκρασίες των τοίχων ήταν χαμηλότερες από τις θερμοκρασίες του παρακείμενου αέρα κατά τη διάρκεια της νύχτας. Κοντά στις ανατολικές - δυτικές προσόψεις, ο αέρας εμφάνιζε υψηλότερες θερμοκρασίες μέχρι και 2,7 C, σε σύγκριση με τις θερμοκρασίες των τοίχων. Ομοίως, κοντά στη ΒΑ πρόσοψη, η απόλυτη μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας τοίχου-αέρα μετρήθηκε ίση με 2,2 C. Οι μέγιστες διαφορές θερμοκρασίας επιφανείας, είτε στη ΝΔ είτε στη ΒΑ πρόσοψη, παρατηρήθηκαν τις πρώτες πρωινές ώρες, γύρω στη 1: [26] Επίδραση του προσανατολισμού χαράδρας στην κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα Ο προσανατολισμός της χαράδρας καθορίζει το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσλαμβάνεται από τις επιφάνειές της, ειδικά για τα κατακόρυφα επίπεδα. Κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών, το ποσό της ακτινοβολίας που απορροφάται στα κατακόρυφα επίπεδα είναι πολύ μικρότερο από ότι στα αντίστοιχα οριζόντια, για όλες τις κατευθύνσεις. Έτσι, ο προσανατολισμός, παρά το γεγονός ότι παίζει σημαντικό ρόλο στην κατανομή της θερμοκρασίας μέσα και γύρω από τη χαράδρα, δεν επηρεάζει τη θερμοκρασιακή μείωση όταν η βλάστηση καλύπτει τις κάθετες επιφάνειες και την οροφή των κτιρίων της χαράδρας. Για χαράδρες με βόρειο-νότιο προσανατολισμό, η ακραία περίοδος δυσφορίας επεκτείνεται τις πρωινές ώρες. Οι ενδιάμεσοι προσανατολισμοί δείχνουν παρόμοιες τάσεις. Για ΒΑ-ΝΔ και ΒΔ-ΝΑ προσανατολισμούς, την περίοδο των ακραίων δυσφοριών, οι θερμοκρασίες είναι μεγαλύτερες, λόγω της συνδυασμένης, σχετικά χαμηλής θέσης του ήλιου και της συχνής εμφάνισης άμεσης ηλιακής πλευρικής δέσμης [39]. Σημαντικότερη, όμως, επίδραση στην κατανομή της θερμοκρασίας έχει η βλάστηση. 18

26 1.6.4 Επίδραση της βλάστησης στην κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα στο εσωτερικό μίας χαράδρας Από μελέτες έχει διαπιστωθεί ότι το ποσό και η μορφολογία της βλάστησης είναι πιο σημαντική από τον προσανατολισμό της χαράδρας. Η θερμοκρασία του αέρα στις χαράδρες με βλάστηση είναι έως και 1,5 C χαμηλότερη, σε σύγκριση με την αντίστοιχη σε δρόμους ίσων αναλογιών δίχως βλάστηση, δηλαδή 37,3 C έναντι 38,8 C. Από πειραματικές μετρήσεις έχει βρεθεί [39], ότι οι διαφορές είναι μεγαλύτερες σε χαράδρα αναλογίας H/W = 1, όταν δεν υπάρχουν δένδρα σε αυτήν, σε σχέση με την περίπτωση όμοιας χαράδρας με δένδρα στο κέντρο του δρόμου. Οι διαφορές ωστόσο, είναι πολύ μικρότερες μεταξύ χαραδρών με βλάστηση, όταν αλλάζει η πυκνότητα της φυλλώδους επιφάνειας από πυκνή σε αραιή, σε συνδυασμό και με την διεύθυνση του πνέοντος ανέμου. Σε γενικές γραμμές, προκύπτει ότι ο προσανατολισμός μπορεί να διαδραματίσει ρόλο στην μείωση της θερμοκρασίας λόγω βλάστησης, εφ όσον παρατηρηθεί διαφοροποίηση στο ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που λαμβάνεται από τα κατακόρυφα επίπεδα. Για άλλη μια φορά, η παρατηρούμενη στα κτίρια θερμοκρασιακή μείωση από το ποσό της βλάστησης είναι πολύ σημαντικότερος παράγοντας απ ότι ο προσανατολισμός της χαράδρας, και ειδικότερα, όταν αμφότερα οροφές και τοίχοι καλύπτονται από βλάστηση. Τότε παρατηρείται πολύ μεγαλύτερη μείωση θερμοκρασίας [22]. 1.7 Κατανομή του ανέμου μέσα και πάνω από τον αστικό θόλο Ο άνεμος αποτελεί μία έντονα και τυχαίας μορφής μεταβαλλόμενη παράμετρο. Η μεταβλητότητα της οφείλεται κυρίως σε φαινόμενα τύρβης στο ατμοσφαιρικό επιφανειακό στρώμα. Η μεταβολή του ανέμου με το ύψος πάνω από το έδαφος επηρεάζεται γενικότερα από την τραχύτητα του εδάφους και την ευστάθεια της ατμόσφαιρας. Ως εκ τούτου, ο προσδιορισμός ενός μαθηματικού μοντέλου για την περιγραφή της κατατομής του ανέμου πρέπει να λαμβάνει υπόψη και τους δύο αυτούς παράγοντες. Ειδικότερα, για τη μελέτη της κατατομής του ανέμου μέσα και πάνω από τον αστικό θόλο, έχουν αναφερθεί διάφορες θεωρητικές και πειραματικές προσεγγίσεις, οι οποίες αναφέρονται κυρίως σε ουδέτερες συνθήκες ευστάθειας. Οι διάφορες εκφράσεις για την περιγραφή της κατανομής της οριζόντιας συνιστώσας του ανέμου στο επιφανειακό στρώμα είναι: Εκθετικός νόμος U U 1 / z z 1 1 (1.12) z2 z 2 19

27 Λογαριθμικός νόμος u* z U z ln (1.13) K zo ή u* z d U z ln (1.14) K zo όπου U,U, U : οι τιμές της οριζόντιας συνιστώσας της έντασης του ανέμου σε ύψη z, z 1 και z 2, z z 1 z 2 u* : η ταχύτητα τριβής (friction velocity), 1/α : ο εκθέτης του εκθετικού νόμου, Κ : η σταθερά von Karman (=,35), z : η παράμετρος τραχύτητας ή αεροδυναμικό μήκος τραχύτητας και d : η μετατόπιση μηδενικού επιπέδου. Η παράμετρος α είναι μια πειραματική τιμή που εξαρτάται από την ευστάθεια της ατμόσφαιρας και την τραχύτητα του εδάφους. Διάφορες σχέσεις μεταξύ του μήκους τραχύτητας z και της παραμέτρου α έχουν διατυπωθεί από ερευνητές, οι οποίες αφορούν εμπειρικές συσχετίσεις που εφαρμόζονται για συγκεκριμένο εύρος μηκών τραχύτητας [4] και για ουδέτερες ατμοσφαιρικές συνθήκες ευστάθειας [41]. Εκθετικό και λογαριθμικό μοντέλο Nicholson (1975) Η Nicholson [2] θεώρησε ότι η μέση ένταση του ανέμου μεταβάλλεται σύμφωνα με το λογαριθμικό νόμο για ύψη πάνω από την κορυφή των κτιρίων ως εξής: u* u ( z ) (1.15) z d z o K ln zo όπου u* : η ταχύτητα τριβής (m s -1 ), K : η σταθερά von Karman z ο : το αεροδυναμικό μήκος τραχύτητας (m) και d : η μετατόπιση μηδενικού επιπέδου (m). Η παραπάνω σχέση προϋποθέτει μέση ροή μιας κατεύθυνσης, όπου υπάρχει μόνο κατακόρυφη u μεταβολή του ανέμου με το ύψος και επίσης u x = u y = v = w =. z 2

28 Σε περιοχή μικρότερη από το υψομετρικό όριο των κτιρίων ( z h b ), η ταχύτητα του ανέμου με το ύψος μεταβάλλεται με τον εκθετικό νόμο, ο οποίος έχει χρησιμοποιηθεί από τους Inoue [42] και Cionco [43, 44] για την περιγραφή της ροής του αέρα μέσα σε στρώμα δάσους: / z u( z ) U z o o e (1.16) D* zo hb (1.17) z o όπου U o : η ταχύτητα αναφοράς στην επιφάνεια του εδάφους (m s -1 ), z o : το μήκος τραχύτητας (m), h b : το μέσο ύψος κτιρίων (m) και D*: η ενεργή διάμετρος (m) του αέρα ανάμεσα στα εμπόδια (effective diameter), η οποία για την περίπτωση της πόλης μπορεί να υπολογισθεί κατά προσέγγιση από το γινόμενο D*=,1h b. Οι σταθερές d και U o μπορούν να υπολογισθούν με την προϋπόθεση ότι ο λογαριθμικός και ο εκθετικός νόμος οδηγούν στις ίδιες τιμές του u(z) σε ύψος z=h b. Λογαριθμικό μοντέλο (Liddament [36]) Σύμφωνα με το λογαριθμικό νόμο για την τοπική ταχύτητα του ανέμου U z σε ύψος z 1 1 και για την ταχύτητα U z που δίνεται από μετεωρολογικές μετρήσεις σε ύψος z 2 2, ισχύει: z1 d1 ln U * z u z 1 1 o,1 (1.18) * U z u2 z2 d 2 2 ln zo,2 με z * u1 o,1 *.1 (1.19) u2 zo,2 όπου οι παράμετροι z o,1, d 1 και * u 1 αναφέρονται στο τοπικό περιβάλλον και οι z o,2, d 2 και αναφέρονται στην περιοχή των μετεωρολογικών μετρήσεων. Εκθετικό μοντέλο (Awbi [37]) Σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο, η τοπική ταχύτητα του ανέμου U z1 σχέση με την ταχύτητα U 1 σε ύψος 1 m είναι: * u 2 σε ύψος z1 από το έδαφος σε U z 1 * K z1 (1.2) U1 Οι συντελεστές Κ* και α είναι σταθερές που εξαρτώνται από την τραχύτητα του εδάφους. 21

29 Μοντέλο Laurence Berkley Laboratory (Awbi [37]) Το μοντέλο Laurence Berkley Laboratory (LBL) περιγράφει την τοπική ταχύτητα του ανέμου U z 1 σε ύψος z 1 από το έδαφος σε σχέση με την ταχύτητα U z με βάση μετεωρολογικές 2 μετρήσεις σε ύψος z 2. U U z1 z2 k1 z1 1 1 z2 a2 1 k2 (1.21) Όπου οι παράμετροι α 1, α 2, k 1 και k 2 είναι σταθερές που εξαρτώνται από τον τύπο του εδάφους. 1.8 Η ροη του αέρα μέσα στον αστικό θόλο Παρακάτω θα συζητηθεί η ροή του αέρα γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο καθώς και γύρω από πλήθος κτιρίων μιας αστικής χαράδρας. Η μελέτη του πεδίου ροής του αέρα γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την περαιτέρω μελέτη αλληλεπίδρασης μεταξύ των επιμέρους πεδίων ροής στο αστικό περιβάλλον Το πεδίο ροής του αέρα γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο Υπάρχουν αρκετές μελέτες σχετικά με το πεδίο ροής του αέρα γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο, σε ουδέτερα σταθερά οριακά στρώματα [47]. Οι μελέτες αυτές περιγράφουν τα χαρακτηριστικά των βασικών προτύπων ροής του αέρα γύρω από κτίρια ποικίλων σχημάτων και προσανατολισμών. Σημειώνεται ότι η γνώση των χαρακτηριστικών της ροής του αέρα στις αστικές χαράδρες είναι απαραίτητη για όλες τις μελέτες που σχετίζονται με τον φυσικό αερισμό των κτιρίων, τις μελέτες ρύπανσης, τη θερμική άνεση, κλπ [22]. Η σύνθετη ροή γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο καθώς και η έκταση της αναταραγμένης ροής γύρω από αυτό σε τρείς διαστάσεις δίνονται στις Εικόνες 1.4 και

30 Εικόνα 1.4 Απεικόνιση της ροής του ανέμου γύρω από ένα κτίριο (Hosker, 1973). Εικόνα 1.5 Τρισδιάστατη έκταση του αναταραγμένου πεδίου ροής του ανέμου γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο (Λιώκη-Λειβαδά, 2). Ο Oke [13] μελέτησε τα διάφορα πεδία ροής, με τη βοήθεια πειραμάτων αεροσήραγγας, γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο με επίπεδη οροφή. Γύρω από αυτό προέκυψαν οι παρακάτω διάφορες ζώνες ροής του αέρα: Ζώνη αδιατάρακτης ροής (undisturbed flow zone): Η ροή δεν επηρεάζεται από την παρουσία του κτιρίου (περιοχή Α, Εικόνα 1.6a). Στην περιοχή αυτή η κατατομή του ανέμου είναι λογαριθμική (κατατομή 1, Εικόνα 1.6b) Ζώνη μετατόπισης (displacement zone): Η ροή αρχίζει να επηρεάζεται από την παρουσία του κτιρίου σε μία απόσταση περίπου 2-πλάσια του ύψους του κτιρίου (περιοχή Β, Εικόνα 1.6a.), στην προσήνεμη πλευρά του κτιρίου, όπου και δημιουργείται υψηλή πίεση. Η μέγιστη πίεση παρατηρείται κοντά στο ανώτερο τμήμα του τοίχου σε ένα λιμνάζων σημείο (stagnation point). Ως συνέπεια αυτού η ροή μετατοπίζεται πάνω από το κτίριο, με σύγκλιση των ρευματογραμμών η οποία υποδηλώνει 23

31 επιτάχυνση της ροής. Η κατακόρυφη έκταση της ζώνης μετατόπισης φθάνει σε ύψος σχεδόν 3 φορές το ύψος του κτιρίου. Μέσα σε αυτή τη ζώνη πάνω από την οροφή του κτιρίου, λόγω της σύγκλισης των ρευματογραμμών, η μέση ταχύτητα είναι μεγαλύτερη από αυτή που παρατηρείται στο ίδιο ύψος από το έδαφος στη ζώνη Α (Εικόνα 1.6a.). Ζώνη κοιλότητας (cavity): Η ζώνη αυτή παρατηρείται, στην υπήνεμη πλευρά, πίσω ακριβώς από το κτίριο (περιοχή C, Εικόνα 1.6a). Εκεί εμφανίζεται στρόβιλος, ο οποίος δημιουργεί επανακυκλοφορία (ανάντι-κατάντι κυκλοφορία), από το έδαφος ως ένα ύψος το οποίο υπερβαίνει και το ύψος του κτιρίου (κατατομή 3, Εικόνα 1.6b). Σε όλο το βάθος της ζώνης κοιλότητας, η ροή είναι πιο στροβιλώδης και οι μέσες ταχύτητες είναι μικρότερες απ ότι πάνω από αυτήν. Ομόρους (wake): Η ζώνη αυτή παρατηρείται σε μεγάλη απόσταση, στην υπήνεμη πλευρά του κτιρίου (περιοχή D, Εικόνα 1.6a), όπου οι ρευματογραμμές αρχίζουν και πάλι να αποκλίνουν και η ροή επανέρχεται στην αρχική μορφή της, ως προς τη διεύθυνση. Η μέση κατατομή του ανέμου επειδή επηρεάζεται ακόμα από την παρουσία του κτιρίου δεν είναι λογαριθμική (κατατομές 4 και 5, Εικόνα 1.6b). Η ζώνη κοιλότητας, μαζί με τον ομόρους που δημιουργεί το κτίριο καταλαμβάνουν μία οριζόντια έκταση, η οποία φθάνει σε απόσταση περίπου 2 φορές το ύψος του κτιρίου. Εικονα 1.6 (a) Ροή του αέρα γύρω από ένα απομονωμένο κτίριο με επίπεδη οροφή για κάθετη πρόσπτωση ανέμου και (b) κατατομή της μέσης έντασης του ανέμου στις διάφορες περιοχές γύρω από ένα κτίριο (Oke, 1987) Το πεδίο ροής του αέρα γύρω από πλήθος κτιρίων Τα χαρακτηριστικά που εμφανίζονται κατά τη ροή του αέρα γύρω από ένα ενιαίο, απομονωμένο κτίριο, ισχύουν και για ένα κτιριακό συγκρότημα, αν και η σχετική και απόλυτη σημασία τους επηρεάζεται γενικά από τις αλληλεπιδράσεις στο εσωτερικό του συγκροτήματος. Οι συνολικές 24

32 επιπτώσεις της ομάδας των κτιρίων στο πεδίο ροής προκύπτουν με γραμμική πρόσθεση των επιδράσεων που οφείλονται σε κάθε ένα ξεχωριστά [47] Το πεδίο ροής του αέρα σε διασταυρώσεις δρόμων Οι Hosker και Pendergrass [48], περιγράφουν τις περιοχές όπου η ροή διοχετεύεται, διαχέεται, παραμορφώνεται, εκτοπίζεται, επιταχύνεται, παραμένει στάσιμη και επανακυκλοφορεί. Οι κακώς αεριζόμενες περιοχές χαρακτηρίζονται από αδυναμία ανάμιξης των ρύπων, καταλήγοντας σε μια μακράς διάρκειας παραμονή των εκπομπών των καυσαερίων. Μια σημαντική ανταλλαγή λαμβάνει χώρα μεταξύ των διασταυρώσεων των δρόμων. Καθώς ο άνεμος διαφοροποιείται σε διασταυρώσεις δρόμων, αυτό τροποποιεί τη βασική δίνη της χαράδρας, σε ελικοειδή δίνη. Οι Hoydysh και Dabberdt [49], μελετώντας τη ροή του αέρα μέσα σε μία ασύμμετρη αστική χαράδρα, παρατήρησαν το σχηματισμό διακοπτόμενων δινών στις γωνίες των κτιρίων Χαρακτηριστικά της ροής του αέρα Η ενότητα αυτή εξετάζει τα πρότυπα ροής του αέρα μέσα σε μια χαράδρα δρόμου, τα οποία αποτελούν αντικείμενο μεγάλης προσοχής, τα τελευταία χρόνια. Η γνώση των προτύπων αέριας ροής σε αστικές χαράδρες προκύπτει, ή από αριθμητικές προσομοιώσεις, ή από πειράματα πεδίου σε πραγματικές αστικές χαράδρες, ή πειραματικά με υπό κλίμακα φυσικά μοντέλα σε αεροσήραγγες. Οι περισσότερες από τις υπάρχουσες μελέτες ασχολούνται με τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της ρύπανσης μέσα στις χαράδρες και δίνουν έμφαση σε καταστάσεις όπου η ροή του αέρα είναι κάθετη προς τον επιμήκη άξονα της χαράδρας, οπότε εμφανίζεται μέσα σ αυτήν υψηλότερη συγκέντρωση ρύπων. Η παρούσα ενότητα έχει ως στόχο να παρουσιάσει την πραγματική κατάσταση της γνώσης, σχετικά με τη ροή του αέρα στις αστικές χαράδρες και παρουσιάζει τα αναπτυσσόμενα φαινόμενα, όταν η ροή είναι κάθετη, παράλληλη ή υπό γωνία με τον άξονα της χαράδρας [22]. Κάθετη πρόσπτωση του ανέμου Για κάθετες ταχύτητες ανέμου, ο Oke [13] έχει διακρίνει τρία καθεστώτα ροής ανάμεσα σε δύο σειρές κτιρίων, σε πειραματική μελέτη του μέσα σε αεροσήραγγα. Συγκεκριμένα, τα καθεστώτα αυτά αποτελούν την απομονωμένη ροή τραχύτητας (isolated roughness flow), όταν H/W <,3, τη ροή αλληλεπίδρασης ομόρους (wake interference flow) όταν,3 < H/W <,65 και τη στροβιλώδη ροή (skimming flow) όταν H/W >,65. Το ενδιαφέρον του εστιάζεται κυρίως στη μελέτη της στροβιλώδους ροής [31, 2, 5, 31, 51], η οποία χαρακτηρίζεται από την επανακυκλοφορία του αναμεμιγμένου αέρα μέσα στο δρόμο. 25

33 Από τους DePaul και Shieh έχει αναφερθεί [5] ένα όριο ταχύτητας ανέμου, μεγαλύτερο από 1,5 έως 2, m/s πάνω από το επίπεδο οροφής, ούτως ώστε να δημιουργείται δίνη κυκλοφορίας του αέρα μέσα σε χαράδρα. Οι Yamartino και Wiegand [51] βρήκαν μία δίνη κυκλοφορίας σε παρόμοιας γεωμετρίας χαράδρα. Οι Qin και Kot [52] έδειξαν πειραματικά ότι σε καμία μελέτη πεδίου μέσα σε ασύμμετρη χαράδρα, κάτω από χαμηλές ταχύτητες ανέμου (,8m/s) και πάνω από το επίπεδο οροφής, δεν αναπτύχτηκε δίνη. Επιπλέον, μια διπλή δίνη [53, 54], έχει παρατηρηθεί σε βαθιά χαράδρα δρόμου αναλογίας H/W 2,5, με ταχύτητες αέρα μεγαλύτερες των 2 m/s. Οι Vardoulakis et al. [21], αναφέρονται σε σχετικά μικρές χαράδρες (L/H 3), όπου οι γωνιακές δίνες μπορεί να είναι αρκετά ισχυρές, ώστε να εμποδίσουν το σχηματισμό μιας σταθερής δίνης κάθετα προς το δρόμο, στο μεσαίο τμήμα του. Αυτή η κυκλοφοριακή δίνη αναμένεται να εξασθενεί με την αύξηση του μήκους της χαράδρας [55]. Οι Nakamura και Oke [31], ανέφεραν μια αντίστροφη δίνη της κυκλοφορίας του αέρα σε ανατολικά και δυτικά προσανατολισμένες αστικές περιοχές, γύρω στο μεσημέρι, όταν οι διαφορές της επιφανειακής θερμοκρασίας του αέρα, ανάμεσα στο βόρειο τμήμα της και του αέρα ανήλθαν από μετρήσεις μέχρι C. Δεν παρατηρήθηκε συσχέτιση μεταξύ των διαφόρων ταχυτήτων του ανέμου στο εσωτερικό της χαράδρας και της ταχύτητας του περιβάλλοντος ανέμου, δεδομένου ότι τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά ροής του αέρα σχετίζονται, ως επί το πλείστον, με θερμική ισχύ που προκαλείται από την θέρμανση της ασφάλτου του δρόμου και όχι με μηχανικές δυνάμεις προερχόμενες από τα ανώτερα στρώματα αέρα. Μια σημαντική συσχέτιση παρατηρήθηκε μεταξύ ανοδικών και καθοδικών ρευμάτων κοντά στην υπήνεμη και την προσήνεμη πλευρά των κτιρίων. Η μέση αύξουσα κάθετη ταχύτητα του ανέμου ήταν,4 m/s ενώ η μέση φθίνουσα ήταν,56 m/s. Οι μέγιστες τιμές των ανοδικών ρευμάτων έφθασαν στο 32% της οριζόντιας ταχύτητας του ανέμου πάνω από τις οροφές των κτιρίων, ενώ οι αντίστοιχες των καθοδικών ήταν υψηλότερες και έφθαναν γύρω στο μεσημέρι σχεδόν στο 67% της ταχύτητας του περιβάλλοντος ανέμου. Παρόμοια αποτελέσματα παρατηρήθηκαν από τους Santamouris et al. [33] για μια βαθιά χαράδρα πεζόδρομου, όπου σημαντικές καθοδικές κινήσεις μετρήθηκαν κατά μήκος της υπήνεμης πλευράς του κτιρίου, σε συνδυασμό με μια σημαντική συσχέτιση μεταξύ της κατά μήκος ταχύτητας του αέρα της χαράδρας και της ταχύτητας του περιβάλλοντος ανέμου. Σε γενικές γραμμές, τα χαρακτηριστικά του αέρα που προέκυψαν για την κύρια κάθετη ροή προέρχονται από ένα διπλό μηχανισμό που αποτελείται από θερμικά αποτελέσματα, κυρίως λόγω της θέρμανσης του εδάφους, και από φαινόμενα του πεπερασμένου μήκους της χαράδρας, που είναι υπεύθυνο για την οριζόντια μεταφορά από τις διασταυρώσεις μέχρι το μέσον της. Τα αποτελέσματα για τις κάθετες ροές βόρειων κατευθύνσεων, δεν συζητήθηκαν λόγω του ανεπαρκούς αριθμού συνολικών διαδοχικών δεδομένων [27]. 26

34 Παράλληλη πρόσπτωση του ανέμου Όταν ο άνεμος πνέει παράλληλα με τον άξονα του δρόμου τότε παρατηρείται καναλισμός της ροής [13,57]. Σε αντίθεση με το γενικό κανόνα μείωσης της έντασης του ανέμου μέσα στον αστικό θόλο, ο καναλισμός αυτός μπορεί να δημιουργήσει, λόγω του φαινομένου του «αεροχειμάρρου» (jetting effect), μεγαλύτερες εντάσεις ανέμου μέσα σε μία χαράδρα απ ότι σε μία ανοιχτή περιοχή [13]. Μετρήσεις που εκτελέστηκαν από τους Santamouris et al. [33] σε μια βαθιά χαράδρα, έχουν δείξει ροή κατά μήκος της, της ίδιας κατεύθυνσης με τον άνεμο πάνω από την οροφή της χαράδρας Στο πείραμα αυτό, με ροή κατά το μεγαλύτερο ποσοστό παράλληλη (77%) που προέρχεται από δυτικές κατευθύνσεις (26-3 ), η μετρηθείσα ταχύτητα του ανέμου κατά μήκος της χαράδρας, είτε κοντά στο κέντρο της είτε κοντά στην πρόσοψη του κτιρίου, είχε την ίδια κατεύθυνση με τη ροή του αέρα στη περιβάλλουσα ατμόσφαιρα,. Όπως ήταν αναμενόμενο, παρατηρήθηκε ανοδική κίνηση κοντά στην ΝΔ πρόσοψη, [56], όπου η ροή επιβραδύνεται λόγω τριβής με τους τοίχους του κτιρίου. Αντίθετα, σχετικά μικρές καθοδικές κινήσεις, έως,5 m/s, παρατηρήθηκαν κοντά στα τοιχώματα της χαράδρας που οφείλονται στην επίδραση του πεπερασμένου μήκους της χαράδρας. Παρόμοιες παρατηρήσεις αναφέρθηκαν από τους Santamouris et al. [33] για σχεδόν παράλληλη με τον άξονα της χαράδρας ροή, όπου η γωνία πρόσπτωσης του ανέμου ήταν μεταξύ ο και 3 ο σε σχέση με τη κατακόρυφο στον άξονα της χαράδρας. Όσον αφορά τη σύζευξη των ροών στο εσωτερικό και πάνω από τη χαράδρα, οι Nakamura και Oke [31] ανέφεραν ότι αν η ταχύτητα του ανέμου εξωτερικά της χαράδρας είναι κάτω από κάποιο όριο (χωρίς να ορίζουν την ακριβή τιμή). Η σχέση μεταξύ της άνω και δευτερεύουσας (μέσα στη χαράδρα) ροής χάνεται και η σχέση μεταξύ της μέσης ταχύτητας του ανέμου πάνω από την οροφή και εντός της χαράδρας χαρακτηρίζεται από σημαντική διασπορά. Για ταχύτητες ανέμου μέχρι και 5 m/s, η γενική συσχέτιση φαίνεται να είναι γραμμική. Επίσης, σημαντική μείωση της μετρούμενης ταχύτητας του ανέμου στο εσωτερικό της χαράδρας είχε παρατηρηθεί σε όλες τις περιπτώσεις, όπου οι μέσες τιμές της ταχύτητας του ανέμου μέσα και έξω από τη χαράδρα κυμαίνονταν από,2 (κοντά στην ΒΑ πρόσοψη) έως,4 m/s (στο κέντρο της χαράδρας). Η μέση ταχύτητα του ανέμου στο δρόμο κυμάνθηκε μεταξύ,6 και 1,1 m/s, σε όλα τα μετρούμενα επίπεδα και οι απόλυτες μέγιστες τιμές δεν υπερέβησαν τα 2,6 m/s, για όλες τις ταχύτητες του ανέμου πάνω από το επίπεδο της οροφής της χαράδρας. Από τη μελέτη της παράλληλης ταχύτητας του περιβάλλοντος ανέμου και της συνιστώσας της ταχύτητας του ανέμου V x, κατά μήκος της χαράδρας και μέσα σε αυτήν, προέκυψε ότι δεν υφίσταται κάποια σημαντική συσχέτιση. Παρόμοια αποτελέσματα βρέθηκαν και για τις άλλες παράλληλες ροές ανατολικών κατευθύνσεων (8 με 12 ). Ωστόσο, λόγω του μικρού αριθμού συνεχών μετρήσεων γι αυτή την παράλληλη ροή, δεν παρουσιάσθηκαν αποτελέσματα [27]. 27

35 Πλάγια πρόσπτωση του ανέμου Πολύ μικρός είναι ο αριθμός των μελετών που πραγματοποιήθηκαν σχετικά με την πλάγια ροή αέρα σε αστικές χαράδρες, βασιζόμενες κυρίως σε πειράματα αεροσήραγγας και αριθμητικές προσομοιώσεις και ελάχιστα σε πειράματα πεδίου. Τα αποτελέσματα των ερευνών αυτών οδήγησαν στο βασικό συμπέρασμα ότι για πλάγια πρόσπτωση του αδιατάρακτου ανέμου, δημιουργείται ένας σπειροειδής στρόβιλος κατά μήκος του άξονα του δρόμου, ο οποίος είναι το αποτέλεσμα της κάθετης και παράλληλης συνιστώσας της προσπτίπτουσας ροής. Η κάθετη συνιστώσα του ανέμου δημιουργεί το στρόβιλο, ενώ η παράλληλη συνιστώσα καθορίζει την κατά μήκος έκταση του στροβίλου [51]. Για πλάγιες γωνίες πρόσπτωσης ανέμου, οι Νakamura και Oke [31] ανέφεραν ότι, κατά μήκος της χαράδρας αναπτύσσεται μια σπειροειδής δίνη. Ωστόσο, η ροή δεν ανακλάται τελείως από τους τοίχους των κτιρίων, αλλά λόγω του ότι παρασύρεται από τον αέρα μέσα στη χαράδρα, η γωνία πρόσπτωσης είναι μεγαλύτερη από τη γωνία ανάκλασης. Ωστόσο, δεν κατέστη δυνατόν να καθοριστεί ένα όριο ταχύτητας ανέμου πάνω από το οποίο λαμβάνει χώρα η δίνη. Αριθμητικές μελέτες που αναφέρονται από τους Lee και Park [54], έχουν δείξει ότι σε μία χαράδρα με H/W=1 και ένταση αδιατάρακτου ανέμου ίση με 5 m s -1 και γωνία πρόσπτωσης σε σχέση με τον άξονα του δρόμου ίση με 45 o, δημιουργείται ένας στρόβιλος μέσα στη χαράδρα έντασης μικρότερης κατά μία τάξη μεγέθους από τον άνεμο έξω από αυτήν. Το κέντρο του στροβίλου παρατηρήθηκε στο ανώτερο τμήμα της χαράδρας και συγκεκριμένα σε ύψος.65η, όπου Η είναι το ύψος των κτιρίων. 1.9 Η ταχύτατα του ανέμου σε μια αστική χαράδρα Παρακάτω παρατίθενται μελέτες που διαπραγματεύονται την ταχύτητα του ανέμου στο κέντρο μίας χαράδρας καθώς και πάνω απ αυτήν Η ταχύτητα του ανέμου στο κέντρο της χαράδρας Η μείωση της ταχύτητας του ανέμου μέσα στη χαράδρα είναι πολύ μικρότερη για την κατά μήκος ροή του ανέμου της χαράδρας. Αυτό φαίνεται να είναι αντίθετο με τις μετρήσεις του Rotach [59], αλλά σύμφωνο με τα ευρήματα των Christen et al. [6]. Έτσι, φαίνεται να υπάρχει κάποια απόκλιση στις ταχύτητες της κάθετης ροής του ανέμου, αλλά η κατακόρυφη ταχύτητα γίνεται ένα σημαντικό συστατικό της μέσης ροής κι έτσι δεν υπάρχει απόκλιση συνολικά. Οι Louka et al. [61] έδειξαν ότι επειδή η ροή στις διασταυρώσεις της χαράδρας οδηγείται από την διατμητική τάση σε όλη την κορυφή της, η επανακυκλοφορία μέσα στη χαράδρα θα πρέπει να είναι του ίδιου μεγέθους με την ταχύτητα τριβής στο επίπεδο της οροφής. Αν και δεν υπάρχουν μετρήσεις στο υποτιθέμενο ύψος της οροφής, προέκυψε [62] ότι η ροή σε διασταύρωση δρόμου και η ταχύτητα τριβής στο ανώτερο επίπεδο της χαράδρας έχουν σχεδόν κάθετη κατατομή στο χαμηλότερο σημείο μέτρησης. 28

36 Για το μοντέλο διασποράς των ατμοσφαιρικών ρύπων και της ανταλλαγής ενέργειας, είναι σημαντικό να γίνει κατανοητό πώς οι αναταράξεις ποικίλουν μέσα στη χαράδρα. Συνήθως αναφέρεται ως ο λόγος της τυπικής απόκλισης της κατακόρυφης ταχύτητας προς την τοπική ταχύτητα τριβής. Η κάθετη ανάμιξη ενισχύεται σε μεγάλο βαθμό μέσα στη χαράδρα σε σχέση με την τοπική ταχύτητα τριβής, αλλά μειώνεται γρήγορα κοντά στην κορυφή της. Επίσης, μπορεί να είναι μειωμένη σε ορισμένες περιπτώσεις, λόγω της ύπαρξης έντονου διατμητικού στρώματος. Παρόμοια αποτελέσματα συναντώνται και στις μελέτες των Rotach [59] και Christen et al. [6]. Για πολλαπλές ροές χαράδρας, παρατηρείται αυξημένη ανάμιξη της κάθετης ροής του ανέμου στην προσήνεμη πλευρά του τοίχου σε σχέση με την υπόλοιπη χαράδρα. Για παράλληλες ταχύτητες του ανέμου της χαράδρας, υπάρχει μια ενιαία κατατομή [65]. Οι Niachou et. al. [27] πραγματοποίησαν μετρήσεις της οριζόντιας συνιστώσας της ταχύτητας και της διεύθυνσης του ανέμου σε τέσσερα διαφορετικά ύψη από το έδαφος (3,5, 7,5, 11,5 και 15,5 m.) με τέσσερα ανεμόμετρα του κινητού μετεωρολογικού σταθμού του Πανεπιστημίου Αθηνών (ΕΚΠΑ). Η επιλογή των κατάλληλων οργάνων προσέφερε την απαραίτητη ευαισθησία και ακρίβεια στο πείραμα αυτό Η ταχύτητα του ανέμου πάνω από τη χαράδρα Μελέτες προσομοίωσης έδειξαν ότι η κατατομή του ανέμου μπορεί να κανονικοποιηθεί από την ταχύτητα του ανέμου στο επίπεδο της στέγης, μια μέτρηση που δεν είναι συχνά διαθέσιμη σε μελέτες πεδίου και είναι εκτεθειμένη σε ισχυρές διακυμάνσεις στο χώρο [59, 63]. Για να αποφευχθεί αυτή η επιπλοκή, οι ποσότητες παρουσιάζονται κανονικοποιημένες σε σχέση με μετρήσεις της ροής του περιβάλλοντος χώρου, μετρούνται δηλαδή στην ίδια θέση. Η μέση συνολική ταχύτητα του ανέμου παρουσιάζει μόνο μικρές διαφορές, τόσο στην κάθετη κατατομή της χαράδρας, όσο και σε ολόκληρη την έκτασή της, για όλες τις ροές. Οι διαφορές σε όλη την έκταση της χαράδρας ήταν μεγαλύτερες για δυτικές ροές, όπως ήταν αναμενόμενο, λόγω της γεωμετρικής μορφής της παραπάνω χαράδρας. Τα πρότυπα αυτά είναι σε συμφωνία με τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στη μελέτη των Kastner-Klein et al. [63], οι οποίοι σύγκριναν ένα πείραμα αεροσήραγγας με δύο πειράματα πεδίου που εκτελέστηκαν από τους Rotach [59] και Louka [61]. Οι Kastner-Klein et al. [63] ανέφεραν επίσης ένα ανώτατο μέγιστο στα 1,25 Η, αλλά αυτό δεν είναι προφανές στην μελέτη των Eliasson et al [62], καθώς δεν υπήρχαν παρατηρήσεις σε αυτό το ύψος. Πάνω από τη χαράδρα, η ταχύτητα του ανέμου ακολουθεί πιστά τον εκθετικό νόμο της κατατομής του ανέμου. Αυτές οι παράμετροι εκτιμώνται ότι άλλαζαν πιο δραματικά με ανέμους νοτιοδυτικής ροής, όπου υπήρχε μια αλλαγή στην τραχύτητα λόγω εδαφολογικών χαρακτηριστικών της αστικής περιοχής. 29

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ ΤΗΣ ΑΣΤΙΚΗΣ ΧΑΡΑΔΡΑΣ, ΣΤΙΣ ΝΥΧΤΕΡΙΝΕΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΜΙΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΘΕΡΜΩΝ ΗΜΕΡΩΝ 3

38 2.1 Εισαγωγή Η αυξημένη αστικοποίηση και βιομηχανοποίηση οδήγησε σε τροποποίηση όλων των συστατικών του ενεργειακού ισοζυγίου με σοβαρή επίδραση στο αστικό κλίμα. Ως συνέπεια της μεταβολής του θερμικού ισοζυγίου, οι θερμοκρασίες του αέρα στις πυκνά κτισμένες αστικές περιοχές είναι υψηλότερες από αυτές των γύρω αστικών περιοχών. Το φαινόμενο αυτό που ονομάζεται θερμική νησίδα, έχει γίνει γνωστό από τις αρχές του περασμένου αιώνα [64], ενώ λεπτομερείς μελέτες έχουν παρουσιασθεί τα τελευταία 6 χρόνια [65, 66, 67, 68, 69]. Εντατικές, μικρές ή μεγάλες περίοδοι μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν, κάνοντας χρήση ποικίλων ελεγχόμενων μεθοδολογιών σε εκατοντάδες πόλεις διαφορετικού μεγέθους [7, 71, 72, 73], έκαναν τη αστική θερμική νησίδα το πιο τεκμηριωμένο φαινόμενο κλιματικής αλλαγής. Το φαινόμενο της θερμικής νησίδας οφείλεται σε πολλούς παράγοντες [74] όπως: τη γεωμετρία ακτινοβολίας των αστικών χαραδρών τις θερμικές ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιούνται στις αστικές περιοχές την αυξημένη απελευθέρωση θερμότητας λόγω ανθρωπογενών παραγόντων την παρουσία του αστικού θερμοκηπίου την περιορισμένη, με αναταρακτικές κινήσεις, μεταφορά της θερμότητας μέσα στους δρόμους τη μείωση των εξατμιζόμενων στοιχείων στην πόλη Ο όρος χαράδρα μπορεί να νοηθεί σαν ένας σχετικά στενός δρόμος με κτίρια παρατεταγμένα σε σειρά, επαναλαμβανόμενα και στις δύο πλευρές [75]. Οι διαστάσεις μιας χαράδρας συνήθως εκφράζονται από τις αναλογίες τους, οι οποίες είναι το ύψος (H) της χαράδρας διαιρεμένο δια του πλάτους του δρόμου (W). Μία αστική χαράδρα καλείται βαθιά όταν η τιμή της αναλογίας H/W ξεπερνά την τιμή 2. Tο μήκος της χαράδρας (L) εκφράζει την απόσταση μεταξύ δύο σημαντικών διασταυρώσεων, υποδιαιρώντας έτσι τις χαράδρες σε κοντές (L/H=3), μεσαίες (L/H=5) και μακριές (L/H=7) [76]. Η γεωμετρία ακτινοβολίας των αστικών χαραδρών ελαττώνει την απώλεια της μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία από αυτές, ενώ περιορίζει το συντελεστή ανάκλασης εξαιτίας της πολλαπλής ανάκλασης της μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας μεταξύ των επιφανειών της χαράδρας. Ο Oke [77], βρήκε ότι κατά τη διάρκεια καθαρών και νήνεμων καιρικών συνθηκών και υπό την απουσία σημαντικών ανθρωπογενών πηγών θερμότητας, το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας σχετίζεται με τη γεωμετρία της χαράδρας και συγκεκριμένα με το ποσοστό οπτικής επαφής του ουρανού (sky view factor), ή την αναλογία μεταξύ του ύψους της χαράδρας και του πλάτους της (H/W). Ο Arnfield [78] βρήκε ότι αυτό μπορεί ακόμα να ισχύει και κάτω από συνθήκες περιορισμού των ανθρωπογενών πηγών θερμότητας. Η ύπαρξη χαμηλών ποσοστών οπτικής επαφής του ουρανού και υψηλών αναλογιών (H/W), ελαττώνουν σημαντικά το ρυθμό ψύξης λόγω ακτινοβολίας από τις αστικές χαράδρες, ενώ συνεισφέρουν στη μεγαλύτερη απορρόφηση της εισερχόμενης ηλιακής 31

39 ακτινοβολίας, εξαιτίας της πολλαπλής ανάκλασης στις επιφάνειες των κτιρίων. Συγχρόνως ελαττώνουν σημαντικά τη διείσδυση του ανέμου στο επίπεδο των δρόμων [23, 79, 72, 8, 81, 82, 83, 84, 85, 26, 86]. Πολλοί ερευνητές έχουν επιβεβαιώσει τη σχέση μεταξύ της γεωμετρίας της αστικής χαράδρας και της μέγιστης έντασης της νησίδας θερμότητας [87, 77, 56, 88, 89, 9, 91, 92, 93, 94] και έχουν προτείνει πολλές σχέσεις για διαφορετικές τοποθεσίες. Στην πραγματικότητα, υπάρχει ισχυρή συσχέτιση του παράγοντα ορατότητας με τις μετρήσιμες τιμές της καθαρής και μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας [95, 96]. Όμως, μερικά πειράματα έχουν δείξει ότι από μόνη της η αναλογία H/W ή το ποσοστό οπτικής επαφής του ουρανού, είναι ανεπαρκή μεγέθη για να παρουσιάσουν τα πολύπλοκα θερμικά φαινόμενα στις αστικές χαράδρες [97, 98, 26, 86]. Κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου, φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας μέσω συναγωγής, που σχετίζονται με οριζόντια μεταφορά από τις γύρω περιοχές ή με μικρής κλίμακας θερμικά ρεύματα, εξαιτίας της απελευθέρωσης θερμότητας από τις επιφάνειες της χαράδρας, πιθανόν να δημιουργούν ασταθείς συνθήκες στις αστικές χαράδρες [26, 86, 99, 1, 11, 12, 13, 14, 15]. Περιορισμένες πληροφορίες είναι διαθέσιμες, σχετικά με το νυχτερινό θερμικό καθεστώς στις βαθιές αστικές χαράδρες [16, 23, 83, 84, 17]. Επί πλέον, επειδή οι περισσότερες από τις λεπτομερείς μελέτες έχουν διεξαχθεί σε μία μόνο αστική χαράδρα αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η σύγκριση σε σχέση με τα θερμικά χαρακτηριστικά, μεταξύ χαραδρών με διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά, να είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Προηγούμενες μελέτες στην Αθήνα, βασιζόμενες σε δεδομένα που έχουν συλλεχθεί από 23 σταθμούς και συνδυαζόμενα με μετρήσεις από κινητούς σταθμούς, έχουν επιβεβαιώσει την ύπαρξη ισχυρής θερμικής νησίδας [18, 19, 11, 111]. Οι υψηλές αστικές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής περιόδου επιδεινώνουν την απαίτηση ψύξης των κτιρίων [18, 112, 113], ενώ αυξάνουν σημαντικά τα επίπεδα ρύπανσης [114, 115]. Παράλληλα, λεπτομερής έλεγχος του θερμικού αερίου ρεύματος σε οκτώ βαθιές χαράδρες έχει δείξει ότι χαμηλές ταχύτητες ανέμου μέσα στις χαράδρες, ελαττώνουν σημαντικά την πιθανότητα των φυσικών και υβριδικών νυχτερινών τεχνικών εξαερισμού των κτιρίων [116, 86, 117, 118, 27]. Η εφαρμογή παθητικών τεχνικών ψύξης σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα [119, 12, 121], απαιτεί άριστη γνώση των θερμικών τεχνικών στις αστικές χαράδρες, διαφορετικών γεωμετρικών χαρακτηριστικών κατά τη διάρκεια των ημερήσιων και νυχτερινών περιόδων, άρα γίνεται αντιληπτό ότι θα πρέπει να προηγηθούν οι απαραίτητες μετρήσεις μέσα στα αστικά περιβάλλοντα. Συγκεκριμένα, υπάρχει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον στην ανάλυση με συγκριτικό τρόπο, της χρονικής εξέλιξης της θερμοκρασίας αστικών χαραδρών με διαφορετικά χαρακτηριστικά, καθώς και ανοικτών αστικών και υπαίθριων χώρων. Πειραματικά δεδομένα σε αυτό το θέμα, συμπεριλαμβανομένων μετρήσεων σε βαθιές αστικές χαράδρες, δεν έχουν ακόμα παρουσιαστεί Το παρόν κεφάλαιο αποσκοπεί στην έρευνα και τη σύγκριση των θερμοκρασιακών μοντέλων, τόσο στις αστικές χαράδρες διαφορετικών γεωμετρικών χαρακτηριστικών, όσο και στους ανοικτούς 32

40 υπαίθριους σταθμούς, κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου. Για το σκοπό αυτό, κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής και της φθινοπωρινής περιόδου του έτους 27, διεξήχθησαν μετρήσεις της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, στη βάση τριών αστικών χαραδρών διαφορετικών αναλογιών, H/W=1,7, 2,1 και 3, καθώς επίσης σε έναν ανοικτού τύπου αστικό και σε έναν υπαίθριο σταθμό αναφοράς. Η χρονική εξέλιξη της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, καθώς και των χαρακτηριστικών της παρατηρούμενης θερμικής νησίδας, για όλες τις υπό μελέτη τοποθεσίες, αναλύονται και ερμηνεύονται σαν συνάρτηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών και των μετεωρολογικών συνθηκών που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια του πειράματος. 2.2 Περιγραφή της διεξαγωγής μετρήσεων Η ευρύτερη περιοχή της Αθήνας είναι τοποθετημένη σε μία χερσόνησο, η οποία βρίσκεται στην άκρη της ηπειρωτικής Ελλάδας. Το κεντρικό τμήμα της πόλης καλύπτει μία έκταση περίπου 45 km 2. Ολόκληρη η περιοχή περιβάλλεται από τέσσερα βουνά, την Πεντέλη στα βορειοανατολικά, ύψους 1,17 m, την Πάρνηθα βόρεια, ύψους 1,426 m, τον Υμηττό ανατολικά, ύψους 1,26 m και το Αιγάλεω δυτικά, ύψους 458 m, ενώ το νοτιότερο τμήμα είναι ανοιχτό στη θάλασσα. Τα ανοίγματα μεταξύ των βουνών καθορίζουν την ανταλλαγή του αέρα μεταξύ της κεντρικής περιοχής της πόλης και των γύρω περιοχών. Το κλίμα της Αθήνας είναι καθαρά Μεσογειακό και χαρακτηρίζεται από ήπιους χειμώνες και ξηρά και θερμά καλοκαίρια. Μια αντικυκλωνική κυκλοφορία επικρατεί μέσα στο χρόνο, πάνω από την πόλη στην κατώτερη τροπόσφαιρα, με μέγιστη συχνότητα εμφάνισης τον Ιανουάριο και τον Ιούνιο, ενώ κυκλωνική κυκλοφορία κυριαρχεί τον Φεβρουάριο και τον Μάρτιο. Κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής περιόδου, ισχυροί βορειοανατολικοί άνεμοι, γνωστοί ως Ετήσιες (Etesians),δηλαδή τα Μελτέμια, κυριαρχούν στην περιοχή. Η πόλη χαρακτηρίζεται από μικρής πυκνότητας πράσινους χώρους και υψηλή συγκέντρωση κτιρίων με βαθιές αστικές χαράδρες που συνήθως έχουν μια αναλογία H/W μεγαλύτερη του 2. Το κλίμα στις βαθιές αστικές χαράδρες χαρακτηρίζεται από χαμηλές ταχύτητες ανέμου και υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών ημερών, κυρίως εξαιτίας της απορρόφησης της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας από τις επιφάνειες των χαραδρών και της αυξημένης παραγωγής ανθρωπογενούς θερμότητας [18]. Κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου, απώλειες ακτινοβολίας και φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας μέσω συναγωγής καθορίζουν το κλίμα στις αστικές χαράδρες και ορίζουν την πιθανότητα του νυχτερινού εξαερισμού και των παθητικών τεχνικών ψύξης, καθώς και την απαιτούμενη ενέργεια για ψύξη. Λεπτομερείς μετρήσεις της θερμοκρασίας περιβάλλοντος διεξήχθησαν στο εσωτερικό τριών χαραδρών που βρίσκονται στην κεντρική περιοχή της Αθήνας, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 17 νυχτών τον Ιούλιο, Αύγουστο, Σεπτέμβρη και Οκτώβρη του 27. Κατά τη διάρκεια του μεγαλύτερου μέρους της πειραματικής περιόδου, καταγράφηκε η ύπαρξη ενός αντικυκλωνικού συστήματος στην 33

41 ανατολική Μεσόγειο και στη Βαλκανική χερσόνησο με ηλιόλουστες μέρες. Στην Αθήνα, ο επικρατέστερος άνεμος ήταν βόρειος, ενώ θαλάσσια αύρα αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της ημέρας πάνω απ την παράκτια περιοχή της πόλης. Οι τρεις αστικές χαράδρες που εξετάσθηκαν είναι μεγάλου μήκους και διαμορφωμένες από κτίρια ύψους 21 m. Τα πλάτη τους ανέρχονται σε 7,1 και 12,2 m, δίνοντας μια αναλογία H/W ίση με 1,7, 2,1 και 3, αντίστοιχα. Όλες ξεκινούν και καταλήγουν σε μία Τ-διακλάδωση και οι πλευρές τους διακόπτονται από δύο σταυροδρόμια πλάτους 1 m (Εικόνα 2.1). Οι αστικές χαράδρες επιλέχθηκαν να είναι σχεδόν παράλληλες και προσανατολισμένες σε ΒΔ-ΝΑ κατεύθυνση. Ο ακριβής προσανατολισμός και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους δίνονται στον πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1 Χαρακτηριστικά των υπό εξέταση αστικών χαραδρών. Αναλογία Ύψος Ύψους- Μήκος κτιρίων Πλάτος Πλάτους Χαράδρα Όνομα (m) (m) (m) H/W Προσανατολισμός Χαράδρα 1 Ζίχνης ΒΔ-ΝΑ Χαράδρα 2 Σαλόνων ,1 313 ΒΔ-ΝΑ Χαράδρα 3 Ήλιδος ,2 1,7 311 ΒΔ-ΝΑ Τα υλικά των εξωτερικών προσόψεων των αστικών χαραδρών συμπεριλαμβάνουν λευκό-γκρι μπετόν για τα κτίρια, άσφαλτο για τους δρόμους και τσιμεντένιες πλάκες για τα πεζοδρόμια. Το ποσοστό οπτικής επαφής του ουρανού στις τρεις υπό εξέταση χαράδρες εκτιμήθηκε με τη χρήση των γραφικών μεθόδων των Watson και Johnson [89] και βρέθηκε ίσο με,8,,7 και,5 για τις χαράδρες με αναλογίες 1,7, 2,1 και 3, αντίστοιχα. Η ανθρωπογενής θερμότητα κατά τη διάρκεια της εξεταζόμενης περιόδου ήταν χαμηλή και σχεδόν η ίδια και για τις τρεις χαράδρες. Η θερμοκρασία περιβάλλοντος του αέρα μετρήθηκε στο κέντρο κάθε χαράδρας και σε ύψος κοντά στο 1,8 m από τη βάση των αστικών χαραδρών. Σε όλα τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε ένα διαπιστευμένο, κινητό και εξαεριζόμενο σύστημα ελέγχου. Οι μετρήσεις ξεκινούσαν στις 1: και συνεχίζονταν μέχρι τις 4: το πρωί με καταγραφές ανά 1. Επιπλέον μετρήθηκε και η μεταβολή της θερμοκρασίας κατά πλάτος των αστικών χαραδρών. Η θερμοκρασία περιβάλλοντος κοντά στις προσόψεις της χαράδρας ήταν λίγο υψηλότερη, όμως οι θερμοκρασιακές διαφορές ήταν μικρές σε όλες τις περιπτώσεις και χαμηλότερες από,1 C. Παρόμοια θερμοκρασιακά μοντέλα, κατά πλάτος της αστικής χαράδρας και κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου, υποστηρίχτηκαν επίσης από τον Eliasson [97]. Μετρήσεις επίσης ελήφθησαν σε διαφορετικά σημεία κατά μήκος του άξονα της αστικής χαράδρας και στο κέντρο της χαράδρας, μέχρι 8 μέτρα πριν από τις διασταυρώσεις. Η μεταβολή της 34

42 θερμοκρασίας περιβάλλοντος ήταν μικρότερη από,2 C, σε ολόκληρη την περίοδο των μετρήσεων κι έτσι η χαράδρα θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ισόθερμη. Μετρήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας όλων των επιφανειών μέσα στις αστικές χαράδρες και σε διάφορα ύψη ελήφθησαν ανά ώρα, για μερικά από τα πειράματα, με χρήση υπέρυθρου θερμομέτρου. Τα αντίστοιχα δεδομένα κάθε μέτρησης, για την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου, τη νεφοκάλυψη και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος έχουν ληφθεί από τον αστικό σταθμό του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (γεωγραφικό πλάτος = Β, γεωγραφικό μήκος = Α, Υψόμετρο = 17 m) (Εικόνα 2.1). Ο σταθμός βρίσκεται σε έναν λόφο στο κέντρο της Αθήνας που χαρακτηρίζεται από αρκετή βλάστηση σε συνδυασμό με κάποιους σχετικά ανοιχτούς χώρους, ενώ περιβάλλεται από μια πυκνή αστική περιοχή που παρουσιάζει μια υψηλή ανθρωπογενή θέρμανση. Παράλληλα, δεδομένα θερμοκρασίας του αέρα έχουν συλλεχθεί από έναν προαστιακό σταθμό που βρίσκεται στην περιοχή των σχολών του πανεπιστημίου Αθηνών, σχεδόν 8 km μακριά από το κέντρο της πόλης, σε ένα υψόμετρο κοντά στα 9 m. Ο σταθμός είναι σε εγγύτητα 5 m από τον Υμηττό και περιβάλλεται στα ΝΑ από το σχετικά μικρής έκτασης δάσος της Καισαριανής και στα ΒΔ από κάποια, σχετικά χαμηλής πυκνότητας, περιοχή κτιρίων. Αν και ο σταθμός αυτός είναι καλά εκτεθειμένος, σίγουρα δέχεται επίδραση από την παρουσία μια σύνθετης περιοχής στη γειτονιά του. Και οι δύο σταθμοί εφαρμόζουν μεθόδους ακριβούς βαθμονόμησης των οργάνων μέτρησης. Εικόνα 2.1 Η θέση των τριών υπό εξέταση αστικών χαραδρών και των δύο μετεωρολογικών σταθμών. 35

43 2.3 Ανάλυση και Αποτελέσματα Τα στοιχεία που μετρήθηκαν χρησιμοποιήθηκαν για να εκτιμηθεί η χρονική μεταβολή της θερμοκρασιακής διαφοράς του αέρα (DTR) και του ρυθμού ψύξης (CR) στο εσωτερικό των τριών εξεταζόμενων αστικών χαραδρών. Η χρονική μεταβολή της θερμοκρασιακής διαφοράς του αέρα (DTR) υπολογίσθηκε ως η διαφορά μεταξύ της μέσης μέγιστης θερμοκρασίας του αέρα, που συνήθως καταγράφεται στις 1: μ.μ. και της μέσης ελάχιστης που καταγράφεται στις 4: π.μ. Ο ρυθμός ψύξης εκτιμήθηκε από την κλίση της γραμμικής παλινδρόμησης, της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασίας του αέρα σε κάθε χαράδρα, για χρονική περίοδο μεταξύ 1: και 4: π.μ. Λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω παραμέτρους ως εξαρτημένες μεταβλητές, διερευνήθηκε η επίδραση των τεσσάρων ανεξάρτητων παραμέτρων στις δύο εξαρτημένες μεταβλητές και συγκεκριμένα της ταχύτητας του ανέμου, της νεφοκάλυψης, της θερμοκρασίας του αέρα και της αναλογίας (H/W). Με σκοπό την οπτικοποίηση της επίδρασης δόθηκε η γραφική απεικόνιση των τιμών της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασιακής διαφοράς του αέρα και του ρυθμού ψύξης, για τις διάφορες τιμές των ανεξάρτητων μεταβλητών. Ειδικά για την επίδραση της γεωμετρίας των αστικών χαραδρών στις εξαρτημένες μεταβλητές έγιναν box plot διαγράμματα τα οποία απεικονίζουν την μέση τιμή, τη διασπορά της μέσης τιμής και τις ακραίες τιμές των εξαρτημένων μεταβλητών. Παράλληλα πραγματοποιήθηκε έλεγχος κατά ζεύγη, αλλά και έλεγχος των κλίσεων των υπό εξέταση μεταβλητών. Σχετική θεωρία παρατίθεται λεπτομερώς στο πέμπτο κεφάλαιο. Στην πραγματικότητα, η αναλογία και η νεφοκάλυψη καθορίζουν τις απώλειες ακτινοβολίας των αστικών χαραδρών. Η ταχύτητα του ανέμου και η θερμοκρασία περιβάλλοντος καθορίζουν τις απολαβές συναγωγής, ή απώλειες στις χαράδρες. Στον πίνακα 2.2 δίνονται οι μέσες τιμές των ανεξάρτητων κλιματικών παραμέτρων που καταγράφηκαν στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, κατά τη διάρκεια όλης της υπό εξέταση περιόδου. Πίνακας 2.2 Μέσες τιμές εξαρτημένων κλιματικών παραμέτρων όπως καταγράφηκαν από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών κατά τη διάρκεια όλης της υπό εξέταση περιόδου Ημερομηνία Μέση θερμοκρασία περιβάλλοντος ( C) Μέση ταχύτητα ανέμου (m/s) Μέση νεφοκάλυψη (όγδοα) 13/7 25,2 2,8 1, 14/7 23,6 4,2, 19/7 28,6 2,5 2, 2/7 28,9 2,4, 9/8 25,2,8 1, 13/8 25,2,5 3, 14/8 25,,4 1, 23/8 29,5 1,1 3, 36

44 24/8 29,9 6,9, 28/9 21,4,3, 1/1 22, 3,5, 2/1 2,6 6,5, 5/1 19,1,9 1, 6/1 19,2,8, 7/1 2,3,2 7, 8/1 21,3,3 6, 13/1 19,1,1 5, Η Επίδραση της Γεωμετρίας Χαράδρας Η γεωμετρία της χαράδρας καθορίζει τις νυχτερινές απώλειες ακτινοβολίας των αστικών χαραδρών και τη ροή του αέρα μέσω αυτών. Προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι όσο βαθύτερη είναι η χαράδρα, τόσο λιγότερες απώλειες ακτινοβολίας παρατηρούνται [77, 95, 96], ενώ η διείσδυση του ανέμου μέσα στη χαράδρα μειώνεται σημαντικά [18, 86]. Στις εικόνες 2.2 και 2.3 παρουσιάζεται η χρονική μεταβολή της θερμοκρασιακής διαφοράς του αέρα (DTR) και του ρυθμού ψύξης (CR) για τις τρεις αστικές χαράδρες κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου του πειράματος. Όπως παρατηρείται, υπάρχει μια σαφής αντίστροφη μεταβολή των μέσων, μεγίστων και ελαχίστων τιμών και των δύο παραμέτρων, σε σχέση με τις τιμές των αναλογιών. Συγκεκριμένα, οι μέσες τιμές του ημερήσιου θερμοκρασιακού εύρους ανέρχονται σε: 1,1, 1,45 και 1,85 C, για τις χαράδρες με αναλογία H/W= 3, 2,1 και 1,7, αντίστοιχα, ενώ οι αντίστοιχες απολύτως ελάχιστες και μέγιστες τιμές είναι,57,,67,,86 C και 1,5, 2,1 και 2,8 C Χαράδρες Εικόνα 2.2 Boxplot των απόλυτων τιμών της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασιακής διαφοράς (DTR) του αέρα για τη συνολική περίοδο μέτρησης. 37

45 Ο ρυθμός ψύξης στη βαθύτερη αστική χαράδρα (H/W=3) ποικίλει μεταξύ,51 και,18 K h -1 με μέση τιμή,38 Κ h -1. Για τις χαράδρες με H/W=2,1 και 1,7, οι αντίστοιχες μέγιστες, μέσες και ελάχιστες τιμές του ρυθμού ψύξης είναι,67,,49,,18 Κ h -1 και,92,,61 και,29 Κ h -1. Τα παραπάνω αποτελέσματα είναι σε συμφωνία με σχετικές πειραματικές μελέτες διαφόρων ερευνητών που αναφέρονται σε μια μόνο χαράδρα [77, 87, 56, 88, 89, 9, 91, 92, 93, 94] για χαμηλές έως μέτριες αναλογίες H/W. Είναι λογικό να υποτεθεί, ότι η παρατηρούμενη μείωση του ρυθμού ψύξης σε βαθιές αστικές χαράδρες συμβαίνει κυρίως, επειδή οι απώλειες ακτινοβολίας των χαραδρών είναι σημαντικά περιορισμένες. Χρειάζεται επίσης να σημειωθεί ότι κάτω από τις ίδιες κλιματικές συνθήκες οι μέσω συναγωγής απολαβές ή απώλειες και για τις τρεις αστικές χαράδρες πρέπει να θεωρηθούν της ίδιας τάξης μεγέθους. Χαράδρες Εικόνα 2.3 Boxplot των απόλυτων τιμών της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασιακής διαφοράς (DTR) του αέρα για τη συνολική περίοδο μέτρησης. Μια τέτοια υπόθεση στηρίζεται στο ότι, (α) οι αστικές χαράδρες που μελετούνται είναι τοποθετημένες πολύ κοντά η μία στην άλλη και έτσι η θερμοκρασία του αέρα θα μπορούσε να υποτεθεί σχεδόν πανομοιότυπη, και (β) κάτω από χαμηλής έντασης ταχύτητες του ανέμου, είναι λογικό να θεωρηθεί ότι οι ταχύτητες του ανέμου στη βάση των χαραδρών είναι χαμηλές και σχεδόν του ίδιου μεγέθους [18, 86]. Όμως, είναι πολύ ενδιαφέρον να ερευνηθεί η σχετική επίδραση των απολαβών ή απωλειών μέσω συναγωγής, στους παρατηρούμενους ρυθμούς ψύξης, κάτω από διαφορετικές ταχύτητες του ανέμου και θερμοκρασίες Η Συνδυαστική Επίδραση της Ταχύτητας του Ανέμου και της Θερμοκρασίας του Αέρα Οι μέσω συναγωγής απολαβές ή απώλειες στις αστικές χαράδρες εξαρτώνται από το μέγεθος της ταχύτητας του ανέμου και τις τιμές των θερμοκρασιών του αέρα, πάνω από την χαράδρα και μέσα σε αυτήν, καθώς και από τις θερμοκρασίες των επιφανειών της χαράδρας. Με σκοπό να ερευνηθεί η επίδραση της ταχύτητας του ανέμου και της θερμοκρασίας του αέρα στη νυχτερινή θερμοκρασιακή 38

46 μεταβολή στο εσωτερικό των χαραδρών, έχουν δημιουργηθεί δύο ομάδες πειραματικών μετρήσεων. Η πρώτη αντιστοιχεί σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, C, ενώ η δεύτερη σε θερμοκρασίες μεταξύ 25 και 3 C. Σύμφωνα με την παρούσα ανάλυση, η πρώτη ομάδα δεδομένων αντιστοιχεί σε καταστάσεις ψύξης μέσω διεργασιών συναγωγής και η δεύτερη σε καταστάσεις θέρμανσης μέσω ίδιων διεργασιών. Για την αποφυγή παρεμβολής φαινομένων που σχετίζονται με υψηλή νεφοκάλυψη, έχουν επιλεχθεί, μόνο τα δεδομένα που αντιστοιχούν σε χαμηλή νεφοκάλυψη (- 3 όγδοα). Στην Εικόνα 2.4 παρουσιάζεται η μεταβολή του ρυθμού ψύξης στις τρεις υπό μελέτη αστικές χαράδρες όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος ήταν μεταξύ 19 και 24 C. Όπως φαίνεται, η αύξηση της ταχύτητας του ανέμου αντιστοιχεί σε μια σημαντική αύξηση του ρυθμού ψύξης. Με εφαρμογή παλινδρομικής ανάλυσης στα δεδομένα πρόεκυψε ότι, η μεταβολή του ρυθμού ψύξης σε σχέση με την ταχύτητα του άνεμου είναι λογαριθμικής μορφής, στατιστικά σημαντική, στη στάθμη σημαντικότητας α=,5 (σε όλες τις περιπτώσεις ο συντελεστής συσχέτισης R είναι μεγαλύτερος της κρίσιμης τιμής R.5 =,878) Συγκεκριμένα, όταν η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται από,3 σε 6,5 m/s, ο ρυθμός ψύξης αυξάνεται κατά,14,,21 και,34 στις αστικές χαράδρες με αναλογίες ίσες με 3, 2,1 και 1,7, αντίστοιχα. Αυτό αντιστοιχεί σε μία σχετική αύξηση του ρυθμού ψύξης στις αντίστοιχες χαράδρες κατά 55,1, 7,3 και 86,3 %. Εν τούτοις, είναι χαρακτηριστικό ότι ο ρυθμός ψύξης ανά μονάδα ταχύτητας του άνεμου, στις υψηλές ταχύτητες άνεμου, είναι πολύ ασθενέστερος από ότι στις χαμηλές, Εικόνα 2.4 Οι απόλυτες τιμές του ρυθμού ψύξης CR σαν συνάρτηση της ταχύτητας του ανέμου μέσα στις υπό εξέταση χαράδρες, για την χρονική περίοδο μεταξύ 28/9/27 και 7/1/27 για θερμοκρασία περιβάλλοντος 19 έως 24 C και νεφοκάλυψη έως 3 όγδοα 39

47 Δηλαδή η εμφάνιση έστω και ασθενούς άνεμου συμβάλλει σημαντικά στην ψύξη, όταν οι θερμοκρασίες του αέρα είναι σχετικά χαμηλές. Παράλληλα, οι μετρήσεις έδειξαν ότι η ίδια αύξηση της ταχύτητας του ανέμου αντιστοιχεί σε μία αύξηση του ημερήσιου θερμοκρασιακού εύρους μέσα στις ίδιες αστικές χαράδρες κατά,43,,69 και 1 C, ή σε μια σχετική αύξηση κατά 56,6, 77,6 και 83,2 % αντίστοιχα. Μπορεί εύκολα να γίνει κατανοητό ότι οι υψηλότερες ταχύτητες ανέμου εντείνουν τις μέσω διεργασιών συναγωγής απώλειες στις αστικές χαράδρες, καθώς επιπλέον ψυχρός αέρας μεταφέρεται με οριζόντια μεταφορά, ενώ την ίδια στιγμή η ψύξη των επιφανειών της χαράδρας είναι επιταχυνόμενη. Ανάλογη αύξηση του ρυθμού ψύξης βρέθηκε να είναι πολύ σημαντική στις αστικές χαράδρες χαμηλών αναλογιών H/W. Αυτό μπορεί λογικά να αποδοθεί στην εμφάνιση σχετικά υψηλότερων ταχυτήτων του ανέμου στις χαμηλών αναλογιών χαράδρες απ ότι στις βαθύτερες. Όπως έχει υποστηριχθεί από τους Georgakis and Santamouris [84], και Santamouris et al. [79] για την ίδια τιμή της ταχύτητας του ανέμου, η ταχύτητα του αέρα στη βάση της χαράδρας ελαττώνεται σαν συνάρτηση της αναλογίας H/W. Στην Εικόνα 2.5 παρουσιάζεται η μεταβολή του ρυθμού ψύξης σαν συνάρτηση της ταχύτητας του ανέμου όταν η θερμοκρασία του αέρα ήταν 25-3 C. Σε αντίθεση με την προηγούμενη κατάσταση, αύξηση της ταχύτητας του αδιατάρακτου ανέμου αντιστοιχεί σε μείωση των ρυθμών ψύξης. Συγκεκριμένα, καθώς οι ταχύτητες του ανέμου αυξάνονται από 1,1 σε 6,9 m/s, ο ρυθμός ψύξης μειώνεται κατά 22,6% (,12 Κ h -1 ), 28,9% (,2 Κ h -1 ) και 33,4% (,31 Κ h -1 ) για τις χαράδρες με αναλογίες 3, 2,1 και 1,7 αντίστοιχα. Σύμφωνα με τις μετρήσεις, το ημερήσιο θερμοκρασιακό εύρος ελαττώνεται επίσης κατά 25,3% (,39 C), 31,5% (,66 C) και 33,1% (,92 C) για τις τρεις σχετικές αστικές χαράδρες. 1,,9,8 CR,7,6 R,5,4 R 2 =,8378 R 2 =,7899 R 2 =,7355 H/W=3 H/W=2.1 H/W=1.7 Log. (H/W=1.7) Log. (H/W=2.1) Log. (H/W=3),3,2, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Ταχύτητα ανέμου (m s -1 ) Εικόνα 1.5 Οι απόλυτες τιμές του ρυθμού ψύξης CR, σαν συνάρτηση της αδιατάρακτης ταχύτητας του ανέμου μέσα στις υπό εξέταση χαράδρες, για την χρονική περίοδο 13,19,2/7/27-23,24/8/27 και για αδιατάρακτη θερμοκρασία 4 περιβάλλοντος 25 έως 3 C και νεφοκάλυψη έως 3 όγδοα.

48 Η μέση τιμή της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της χαράδρας και της θερμοκρασίας περιβάλλοντος ήταν 1,9, 1,7 και,7 για τις τρεις χαράδρες με H/W=1,7, 2,1 και 3, αντίστοιχα, ενώ η αντίστοιχη μέγιστη διαφορά ήταν 3,2, 3,4 και 1,5. Η μέση τιμή της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της χαράδρας και της θερμοκρασίας περιβάλλοντος ήταν 1.9, 1.7 και.7 για τις τρεις χαράδρες με H/W=1,7, 2,1 και 3, αντίστοιχα, ενώ η αντίστοιχη μέγιστη διαφορά ήταν 3,2, 3,4 και 1,5 C. Όπως και στην προηγούμενη ομάδα μετρήσεων, εξαιτίας των υψηλών ταχυτήτων του ανέμου, το φαινόμενο είναι πιο έντονο στις χαμηλών αναλογιών χαράδρες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η τιμή του ρυθμού ψύξης είναι πολύ υψηλότερη κάτω από υψηλές παρά κάτω από χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος Για ολόκληρη την περίοδο ελέγχου, ο συντελεστής μεταβλητότητας της ταχύτητας του ανέμου ήταν κοντά στο 75%. Η επίδραση της μεταβολής της ταχύτητας του ανέμου στον ρυθμό ψύξης των τριών χαραδρών έχει επίσης αναλυθεί με χρήση στατιστικών μεθόδων.. Στον πίνακα εξ άλλου 2.3 δίνονται οι τιμές του στατιστικού t-ελέγχου κατά ζεύγη, του ρυθμού ψύξης των τριών χαραδρών για νεφοκάλυψη -3 όγδοα και θερμοκρασίες περιβάλλοντος και 25-3 C. Όπως και στο προηγούμενο σύστημα δεδομένων, εξαιτίας των υψηλών ταχυτήτων του ανέμου το φαινόμενο είναι πιο έντονο στις χαμηλών αναλογιών χαράδρες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η τιμή του ρυθμού ψύξης είναι πολύ υψηλότερη κάτω από υψηλές παρά κάτω από χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Για ολόκληρη την περίοδο ελέγχου, ο συντελεστής μεταβλητότητας της ταχύτητας του ανέμου ήταν κοντά στο 75%. Η επίδραση της μεταβολής της ταχύτητας του ανέμου στον ρυθμό ψύξης των τριών χαραδρών έχει επίσης αναλυθεί με χρήση στατιστικών μεθόδων. Στον πίνακα εξ άλλου 2.3 δίνονται οι τιμές του στατιστικού t-ελέγχου κατά ζεύγη, του ρυθμού ψύξης των τριών χαραδρών για νεφοκάλυψη -3 όγδοα και θερμοκρασίες περιβάλλοντος και 25-3 C. Πίνακας 2.3 t έλεγχος ανά ζεύγη των διαφορών των ρυθμών ψύξης του ανέμου για κάθε ζεύγος των τριών αστικών χαραδρών. Αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος=19-24 C Αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος =25-3 C H/W Νεφοκάλυψη=-3 όγδοα Νεφοκάλυψη =-3 όγδοα t t 3 με 2,1 3,98 4,28 3 με 1,7 5,46 5,18 2,1 με 1,7 3,86 3,88 Βρέθηκε ότι οι τιμές του t έλεγχου είναι στατιστικά σημαντικές στη στάθμη σημαντικότητας,5, δηλαδή οι ρυθμοί ψύξης μεταξύ των χαραδρών ανά δύο είναι στατιστικά διάφοροι μεταξύ τους. Οι πίνακες 2.4 και 2.5 παρουσιάζουν μια σύγκριση των κλίσεων του ρυθμού ψύξης για κάθε πιθανό σύστημα των τριών χαραδρών και κάθε χαράδρας ξεχωριστά. Όπως φαίνεται η διαφορά των κλίσεων 41

49 μεταξύ των τριών χαραδρών δε βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική, κάτω από τις ίδιες συνθήκες νεφοκάλυψης, για τα δύο πεδία των θερμοκρασιών περιβάλλοντος (19-24 και 25-3 C). Πίνακας 2.4 Σύγκριση των κλίσεων του ρυθμού ψύξης συναρτήσει της μέσης ταχύτητας του ανέμου για κάθε ζεύγος των τριών χαραδρών Αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος=19-24 C Αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος =25-3 C H/W Νεφοκάλυψη=-3 όγδοα Νεφοκάλυψη =-3 όγδοα t t 3 με 2,1 1,43 1,11 3 με 1,7 1,98 2,1 2,1 με 1,7 1,2 1,6 Πίνακας 2.5 Έλεγχος της σημαντικότητας των κλίσεων του ρυθμού ψύξης στις υπό εξέταση αστικές χαράδρες. Αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος=19-24 C Αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος =25-3 C H/W Νεφοκάλυψη=-3 όγδοα Νεφοκάλυψη =-3 όγδοα t t 3 3,33 2,89 2,1 4,45 3,36 1,7 3,58 3, Η Επίδραση της Νεφοκάλυψης Ο νεφοσκεπής ουρανός ελαττώνει τις απώλειες ακτινοβολίας στις αστικές χαράδρες με αποτέλεσμα να εμφανίζεται επίδραση στο θερμοκρασιακό καθεστώς. Για να ερευνηθεί η επίδραση της νεφοκάλυψης στο ρυθμό ψύξης των τριών αστικών χαραδρών, έχουν δημιουργηθεί δύο ομάδες πειραματικών μετρήσεων. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει στοιχεία με θερμοκρασίες περιβάλλοντος μεταξύ 19 και 24 C, ενώ η δεύτερη θερμοκρασίες μεταξύ 25 και 3 C. Για την αποφυγή παρεμβολής μεγαλύτερων ταχυτήτων ανέμου, έχουν αποκλειστεί όλα τα δεδομένα με ταχύτητες ανέμου υψηλότερες από 3 m/s. Η Εικόνα 2.6 παρουσιάζει τη μεταβολή του ρυθμού ψύξης, στις τρεις αστικές χαράδρες, σαν συνάρτηση της νεφοκάλυψης για θερμοκρασίες περιβάλλοντος μεταξύ 19 και 24 C. Όπως φαίνεται, αύξηση της νεφοκάλυψης προκαλεί σημαντική ελάττωση του ρυθμού ψύξης. Συγκεκριμένα, αύξηση 42

50 της νεφοκάλυψης από σε 7/8 οδηγεί σε μείωση του ρυθμού ψύξης κατά 41,8% (,13 Κ h -1 ), 5,1% (,21 Κ h -1 ) και 47,3% (,26 Κ h -1 ) για οι τρεις αστικές χαράδρες με αναλογίες 3, 2,1 και 1,7 αντίστοιχα. Η αντίστοιχη μείωση της μέγιστης τιμής του θερμοκρασιακού εύρους ήταν 43,4% (,44 C), 48% (,62 C) και 49,7% (,86 C) αντίστοιχα. Και στις τρεις περιπτώσεις η μεταβολή του ρυθμού ψύξης συναρτήσει της νεφοκάλυψης εκφράζεται με πολυωνυμική μορφή δευτέρου βαθμού, στατιστικά σημαντική στη στάθμη σημαντικότητας α=,5. Χαρακτηριστικό είναι εν τούτοις ότι η ελάττωση του ρυθμού ψύξης είναι μεγαλύτερη όταν η νεφοκάλυψη ξεπερνά τα 5 όγδοα.,6,6 CR,5,5,4,4 R,3,3,2 R 2 =,9644 R 2 =,9921 R 2 =,994 H/W=3 H/W=2.1 H/W=1.7 Poly. (H/W=3) Poly. (H/W=2.1) Poly. (H/W=1.7),2,1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Νεφοκάλυψη (όγδοα) Εικόνα 2.6 Οι απόλυτες τιμές του ρυθμού ψύξης CR σαν συνάρτηση της νεφοκάλυψης μέσα στις υπό εξέταση χαράδρες, για την χρονική περίοδο 5,6,7,8, και 13/1/27, για ταχύτητα άνεμου έως 3 m/s και θερμοκρασία περιβάλλοντος 19 έως 24 C. Στις περιπτώσεις με υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (25-3 ºC), η παρατηρηθείσα νεφοκάλυψη ήταν χαμηλή (μικρότερη από 3/8). Η αντίστοιχη μεταβολή του ρυθμού ψύξης συναρτήσει της νεφοκάλυψης δίνεται στην Εικόνα 2.7 με μορφή επίσης πολυωνυμική δευτέρου βαθμού, στατιστικά σημαντική στη στάθμη σημαντικότητας α=,5. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, υψηλότερη νεφοκάλυψη αντιστοιχεί σε χαμηλότερο ρυθμό ψύξης. Συγκεκριμένα, όταν η νεφοκάλυψη αυξήθηκε από σε 3/8, η αντίστοιχη μείωση του ρυθμού ψύξης ήταν,12 Κ h -1 (23,6%),,19 Κ h -1 (28,7%) και,24 Κ h -1 (28,9%) για τις αστικές χαράδρες με αναλογίες H/W= 3, 2,1 και 1,7 αντίστοιχα. Ίδια αύξηση της νεφοκάλυψης προκάλεσε επίσης μείωση του ημερήσιου θερμοκρασιακού εύρους κατά 24,9% (,38 C), 28,4% (,55 C) και 28,5% (,7 C) αντίστοιχα. Από τη σύγκριση των δυο σχημάτων φαίνεται ότι ο ρυθμός μεταβολής για νεφοκάλυψη μέχρι 3 όγδοα είναι ο ίδιος και για τα δυο πεδία θερμοκρασιών, ενώ για μεγαλύτερη νεφοκάλυψη δεν υπάρχουν δεδομένα (συνήθως το καλοκαίρι η νέφωση είναι χαμηλή). 43

51 ,9,8 CR,7,6 R,5 R 2 =,9999 R 2 =,9983 H/W=3 H/W=2.1 H/W=1.7 Poly. (H/W=1.7) Poly. (H/W=2.1) Poly. (H/W=3),4 R 2 =,9956,3,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 Νεφοκάλυψη (όγδοα) Εικόνα 2.7 Οι απόλυτες τιμές του ρυθμού ψύξης CR, σαν συνάρτηση της νεφοκάλυψης μέσα στις υπό εξέταση χαράδρες, για την χρονική περίοδο 19,2/7/27 και 13,14/8/27, για αδιατάρακτη ταχύτητα ανέμου έως 3 m/s και αδιατάρακτη θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 έως 3 C. Ο πίνακας 2.6 δίνει τον t έλεγχο ανά ζεύγη των διαφορών μεταξύ των τιμών των ρυθμών ψύξης, για κάθε συνδυασμό των υπό μελέτη αστικών χαραδρών, ανεξάρτητα από την παρατηρούμενη νεφοκάλυψη και για ταχύτητες ανέμου -3 m/s. Βρέθηκε ότι σε όλες τις περιπτώσεις οι παρατηρούμενες διαφορές μεταξύ των ρυθμών ψύξης στις υπό μελέτη χαράδρες είναι στατιστικά σημαντικές στη στάθμη σημαντικότητας,5. Παρατηρείται λοιπόν διαφορετική συμπεριφορά του ρυθμού ψύξης σε γειτονικές χαράδρες με διαφορετικές τιμές του λογού H/W. Πίνακας 2.6 Τιμές του t έλεγχου ανά ζεύγη μεταξύ των βαθμίδων μεταβολής της θερμοκρασίας για το σύνολο των δεδομένων. Θερμοκρασία περιβάλλοντος =19-24 C Θερμοκρασία περιβάλλοντος =25-3 C H/W Ταχύτητα ανέμου = -3 m/s Ταχύτητα ανέμου = -3 m/s t t 3 με 2,1 2,96 3,3 3 με 1,7 4,43 4,46 2,1 με 1,7 2,94 3,6 44

52 2.4 Σύγκριση του Θερμοκρασιακού Καθεστώτος της Χαράδρας έναντι των Θερμοκρασιακών Δεδομένων των Αστικών και Υπαίθριων Ανοικτού Τύπου Σταθμών Το θερμοκρασιακό καθεστώς στις αστικές χαράδρες είναι διαφορετικό απ ότι στους ανοικτούς χώρους. Η ταχύτητα του ανέμου στις αστικές χαράδρες είναι πολύ χαμηλότερη σε σύγκριση με αυτή σε ανοικτούς χώρους, επηρεάζοντας έτσι σημαντικά το μέγεθος των φαινομένων μεταφοράς θερμότητας λόγω συναγωγής [72], ενώ η ανταλλαγή υπέρυθρης ακτινοβολίας των αστικών χαραδρών είναι σημαντικά μειωμένη εξαιτίας του περιορισμένου παράγοντα ορατότητας. Επιπροσθέτως, οι ανοικτοί χώροι κατά τη διάρκεια της ημέρας λαμβάνουν περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία απ ότι οι βαθιές αστικές χαράδρες, ενώ οι λανθάνουσες ροές θερμότητας είναι πολύ υψηλότερες εξαιτίας της παρουσίας βλάστησης και νερού. Με σκοπό να αναλυθούν και να γίνουν κατανοητές πιθανές διαφορές της νυχτερινής θερμοκρασιακής εξέλιξης μεταξύ αστικών χαραδρών διαφορετικών αναλογιών και ανοικτών χώρων, πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις ανάμεσα στα συλλεχθέντα θερμοκρασιακά δεδομένα στις τρεις υπό μελέτη χαράδρες και αυτά που μετρήθηκαν σε δύο ανοικτού τύπου σταθμούς, συγκεκριμένα, (α) τον αστικό σταθμό του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών και (β) τον υπαίθριο σταθμό του πανεπιστημίου Αθηνών (Εικόνα 2.1). Ο ρυθμός ψύξης για την περίοδο μεταξύ 1: και 4: το πρωί, έχει υπολογιστεί για τις τρεις αστικές χαράδρες καθώς και για τους αστικούς και υπαίθριους ανοιχτού τύπου σταθμούς (Εικόνα 2.8), όπου με Observ συμβολίζεται ο αστικός σταθμός και με Univ ο προαστιακός σταθμός αναφοράς. Τα δεδομένα αναφέρονται σε ολόκληρη την περίοδο μετρήσεων. Όπως φαίνεται, ενώ οι μέσοι ρυθμοί ψύξης των τριών χαραδρών είναι,54,,41 και,33 Κ h -1 για τις αναλογίες,.7, 2,1 και 3 αντίστοιχα, ο ρυθμός ψύξης του αστικού σταθμού είναι,3 Κ h -1 και του υπαίθριου κοντά στα,17 Κ h -1, με μεγαλύτερη όμως διακύμανση τιμών. Οι αγροτικές περιοχές ψύχονται γρήγορα γύρω στη δύση του ηλίου και ο ρυθμός ψύξης μειώνεται κατά τη διάρκεια της υπόλοιπης νύχτας. Όπως αναφέρθηκε από τους Haeger και Holmer [122], ο ρυθμός ψύξης στις αγροτικές περιοχές αρχίζει να αυξάνεται δύο ώρες πριν τη δύση του ηλίου και φθάνει τη μέγιστη διαφορά του μεταξύ αγροτικών και αστικών περιοχών περίπου δύο ώρες μετά τη δύση του ηλίου. Μετά τα μεσάνυχτα οι ρυθμοί ψύξης στις αγροτικές τοποθεσίες είναι ασήμαντα χαμηλότεροι απ ότι στην πόλη [123, 124, 125]. Στην Εικόνα 2.9 παρουσιάζονται οι ρυθμοί ψύξης ανά ώρα μιας τυπικής ημέρας του Σεπτέμβρη, όπου με Urban open space συμβολίζεται ο αστικός σταθμός και με SubUrban Rural ο προαστιακός σταθμός αναφοράς. Όπως φαίνεται, ο ρυθμός ψύξης στον προαστιακό σταθμό παρουσιάζει το μέγιστό του περίπου 1,5 ώρα μετά τη δύση του ηλίου οπότε και μειώνεται βαθμιαία. Μετά τα μεσάνυχτα, ο ρυθμός ψύξης είναι σχεδόν μηδέν, ενώ εμφανίζεται ακόμα και ένας μικρός ρυθμός θέρμανσης.αυτό οφείλεται κυρίως στην οριζόντια μεταφορά θερμού αέρα από τις αστικές περιοχές, όπου αυτός εμφανίζεται 2 C υψηλότερος. Για την ίδια περίοδο, ο 45

53 αστικός σταθμός χαρακτηρίζεται από υψηλότερο ρυθμό ψύξης απ ότι ο προαστιακός που θα πρέπει να αποδοθεί στο γεγονός ότι βρίσκεται στην κορυφή λόφου όπου αναμένεται να επικρατούν υψηλότερες ταχύτητες του ανέμου λόγω σύγκλισης των ρευματογραμμών. Ρυθμός ψύξης CR Cooling Rate (K/h) sunset Εικόνα 2.8 Ο ρυθμός ψύξης CR για τη χρονική περίοδο μεταξύ 1: και 4: π.μ. για τις τρεις υπό εξέταση χαράδρες και τους δυο μετεωρολογικούς σταθμούς.,5 Time Ρυθμός ψύξης CR -,5-1 -1,5 Urban Αστικός open space -2 SubUrban- Rural Προαστιακός -2,5 Εικόνα 2.9 Οι ωριαίες τιμές του ρυθμού ψύξης CR για μια τυπική μέρα του Σεπτεμβρίου για τον αστικό και προαστιακό μετεωρολογικό σταθμό. 46

54 Μετά τα μεσάνυχτα, ο ρυθμός ψύξης στον αστικό σταθμό είναι ίδιος με εκείνον που παρατηρείται στην αστική χαράδρα με τη μεγαλύτερη αναλογία H/W, αλλά είναι πολύ χαμηλότερος απ ότι ο ρυθμός ψύξης στις δύο χαράδρες με τις μικρότερες αναλογίες. Αυτό οφείλεται κυρίως στη σπουδαιότητα των απωλειών ακτινοβολίας και των απολαβών μέσω διεργασιών συναγωγής στη θερμική ισορροπία, τόσο του αστικού όσο και του ανοικτού τύπου χαράδρας. Όμως, οι απώλειες ακτινοβολίας από τον ανοικτού τύπου αστικό σταθμό είναι πολύ μεγαλύτερες απ ότι στις χαράδρες και έτσι ο ρυθμός ψύξης στον αστικό σταθμό αναμένεται να είναι υψηλότερος. Ειδικότερα κάτω από συνθήκες νηνεμίας, η οριζόντια μεταφορά του θερμού αέρα από τις γύρω πυκνές αστικές περιοχές είναι πολύ πιο σημαντική στον ανοικτού τύπου σταθμό, απ ότι στις βαθιές αστικές χαράδρες όπου οι ταχύτητες του ανέμου είναι πολύ περιορισμένες [84]. Παράλληλα, κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών νυχτών, όταν στην Αθήνα υφίσταται θερμοκρασιακή αναστροφή, αυτή επηρεάζει τις απώλειες ακτινοβολίας [131]. Ένα παρόμοιο φαινόμενο παρατηρήθηκε απ τον Holmer et al.[132], πάνω από το Gothenburg της Σουηδίας. Έτσι, το ισοζύγιο θερμότητας στον ανοικτού τύπου αστικό σταθμό κυριαρχείται από απολαβές μέσω διεργασιών συναγωγής που οφείλονται στη θερμοκρασιακή διαφορά και όχι σε απώλειες ακτινοβολίας, οδηγώντας σε μία πιο θετική θερμική ισορροπία σε σχέση με τις χαράδρες. Σε αντίθεση με την παρούσα μελέτη, οι Erell και Williamson [128], σε ένα πείραμα που διεξήχθη στην Adelaide της Αυστραλίας, βρήκαν ότι οι ρυθμοί ψύξης σε έναν προαστιακό και ανοικτό σταθμό ήταν ασήμαντα μεγαλύτεροι απ αυτούς στις αστικές χαράδρες καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας. Σε αυτή την περίπτωση, οι μέσω διεργασιών συναγωγής απολαβές στον ανοικτό χώρο, ήταν πολύ χαμηλότερες απ ότι στην παρούσα μελέτη, ενώ η αναλογία των υπό μελέτη αστικών χαραδρών ήταν πολύ χαμηλότερη, (H/W=1,35), συνεπώς η ταχύτητα του ανέμου και τα φαινόμενα που σχετίζονται με τις μέσω διεργασιών συναγωγής απολαβές είναι πολύ πιο σημαντικοί παράγοντες απ ότι στο παρόν πείραμα. Σε μια άλλη μελέτη, ο Holmer et al. [132], ανέφερε ότι κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών νυκτών στο Gothenburg, της Σουηδίας, ο ρυθμός ψύξης στις αστικές χαράδρες και στους ανοικτούς χώρους ήταν ίδιος. Τέλος έχει επιβεβαιωθεί από τον Eliasson [11], ότι αυτή η μικρής κλίμακας οριζόντια μεταφορά είναι ο κύριος λόγος της ομοιόμορφης θερμοκρασίας του αέρα, που παρατηρείται τη νύχτα στην πόλη. Επίσης, πραγματοποιήθηκε μια στατιστική ανάλυση για τη σχέση μεταξύ των μεταμεσονύκτιων ρυθμών ψύξης και στους δύο ανοικτού τύπου σταθμούς, έναντι της ταχύτητας του ανέμου. Βρέθηκε ότι η σχέση δεν είναι στατιστικά σημαντική. Παρόμοια ανάλυση έχει επίσης πραγματοποιηθεί έναντι της νεφοκάλυψης. Αν και υπάρχει μια ξεκάθαρη τάση ελάττωσης του ρυθμού ψύξης με την αύξηση της νεφοκάλυψης, η σχέση δεν είναι στατιστικά σημαντική για τους δύο σταθμούς. Αυτό δηλώνει ότι τα φαινόμενα που οφείλονται σε διεργασίες συναγωγής και τα φαινόμενα ακτινοβολίας είναι άρρηκτα συνδεδεμένα και δε μπορούν να μελετηθούν ανεξάρτητα. Χρησιμοποιώντας ως αναφορά τον προαστιακό πανεπιστημιακό σταθμό, υπολογίζεται η χρονική μεταβολή της έντασης της νυχτερινής θερμικής νησίδας στον αστικό σταθμό, (Εικόνα 2.1). Η μέγιστη και η μέση ένταση της θερμικής νησίδας βρέθηκαν να είναι 2,8 και 1,45 C, αντίστοιχα, ενώ η τυπική απόκλιση ήταν γύρω στους,7 C. Η μέγιστη έντασή της, βρέθηκε να λαμβάνει χώρα γύρω 47

55 στα μεσάνυχτα. Στην πραγματικότητα, η ένταση της νησίδας θερμότητας αρχίζει να αυξάνεται 1-2 ώρες πριν τη δύση του ηλίου, παίρνει τη μέγιστη τιμή της γύρω στα μεσάνυχτα, ενώ μειώνεται ασήμαντα για το υπόλοιπο της νύχτας. Χαρακτηριστικό επίσης είναι η εμμονή σε μια μικρή αύξηση της έντασης της θερμικής νησίδας γύρω στην ανατολή του ήλιου. Αυτό είναι σύμφωνο με παρατηρήσεις των Runnals και Oke [129], και των Chow και Roth [13], ότι δηλαδή η μέγιστη ένταση της νυχτερινής νησίδας θερμότητας λαμβάνει χώρα γύρω στα μεσάνυχτα, όπως επίσης και με τα ευρήματα του Oke [133] ότι η μέγιστη ένταση λαμβάνει χώρα 3-5 ώρες μετά την δύση του ηλίου. Ένταση θερμικής νησίδας ( C) Heat Island Intensity (K) Time Χρόνος 19: 2: 21: 22: 23: 24: 1: 2: 3: 4: 5: 6: Εικόνα 2.1 Χρονική μεταβολή της έντασης της νησίδας θερμότητας κατά την διάρκεια της νύχτας στον αστικό μετεωρολογικό σταθμό. Μία ασήμαντη αύξηση της έντασης της θερμικής νησίδας έχει παρατηρηθεί γύρω στη δύση του ηλίου. Αυτό κυρίως αποδίδεται σε δύο παράγοντες. Πρώτον, στην παραγωγή ανθρωπογενούς θερμότητας γύρω από τον αστικό σταθμό εκείνη τη χρονική στιγμή και δεύτερον στο ότι η περιοχή στη γειτονιά του προαστιακού σταθμού αναφοράς σκιάζεται από τον Υμηττό οπότε η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία εμφανίζεται με κάποια καθυστέρηση. Παράλληλα έχει εκτιμηθεί η ένταση της νησίδας θερμότητας για τις τρεις αστικές χαράδρες και για τον αστικό σταθμό, χρησιμοποιώντας ως αναφορά τον προαστιακό πανεπιστημιακό σταθμό (Εικόνα 2.11). Δεδομένου ότι οι απώλειες ακτινοβολίας στις βαθιές αστικές χαράδρες μειώνονται, η ένταση της θερμικής νησίδας βρέθηκε να αυξάνεται σε σχέση με την αναλογία των χαραδρών. Η μέγιστη ένταση ήταν 2,7, 2,4 και 2,2 C, για τις χαράδρες με αναλογίες ίσες με 3, 2,1 και 1,7, αντίστοιχα, ενώ οι αντίστοιχες μέσες τιμές ήταν 1,2,,7 και,3 C με παραπλήσιες τιμές της τυπικής 48

56 απόκλισης,8,,9 και 1 C. Κατά τη διάρκεια της περιόδου των μετρήσεων, η ένταση της νησίδας θερμότητας στις τρεις αστικές χαράδρες ήταν υψηλότερη γύρω στα μεσάνυχτα και μετά έπεφτε καθ όλη την υπόλοιπη νύχτα (Εικόνα 2.12). Όπως συζητήθηκε και προηγουμένως, ο ρυθμός ψύξης στις τρεις αστικές χαράδρες ήταν ουσιαστικά υψηλότερος απ ότι στον σταθμό αναφοράς, γεγονός οφειλόμενο στην αστική γεωμετρία και στην επίδραση των ανθρωπογενών παραγόντων. Όπως φαίνεται, όσο χαμηλότερη είναι η αναλογία, τόσο υψηλότερη είναι η χρονική μείωση της έντασης της νησίδας θερμότητας. Μεταξύ 1: και 4:, η μέση τιμή της έντασης της θερμικής νησίδας ελαττώνεται κατά,8, 1,1 και 1,4 K, στις χαράδρες αναλογίας 3, 2,1 και 1,7. Για την ίδια περίοδο, η μέση μείωση της έντασης της θερμικής νησίδας στον ανοικτού πεδίου αστικό σταθμό ήταν,47 K. Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, στον αστικό σταθμό, οι υψηλότερες εντάσεις θερμικής νησίδας και η πιο αργή χρονική ελάττωση της, οφείλεται στην οριζόντια μεταφορά του θερμού αέρα από τη γύρω Ένταση θερμικής νησίδας ( C) Heat Island Intensity (K) Obser H/W=3 H/W=2.1 H/W=1.7 Εικόνα 2.11 Χρονική μεταβολή της έντασης της νησίδας θερμότητας για τις τρεις υπό εξέταση αστικές χαράδρες και για τον αστικό μετεωρολογικό σταθμό. αστική περιοχή. Παράλληλα η μεταφορά θερμότητας λόγω συναγωγής στις βαθιές αστικές χαράδρες ελαττώνεται σοβαρά, οπότε φαινόμενα ακτινοβολίας φαίνεται να κυριαρχούν στο ισοζύγιο θερμότητας. Στην πραγματικότητα, συστηματικές μετρήσεις της ταχύτητας του ανέμου στο επίπεδο του δρόμου πολλών χαραδρών μεγάλου βάθους στην Αθήνα, έχουν δείξει ότι ακόμα και για ανεπτυγμένες ταχύτητες ανέμου πάνω από 5 m/s, η αντίστοιχη ταχύτητα του ανέμου στη βάση του χαράδρας σπάνια ξεπερνά το 1 m/s, ενώ για τις περισσότερες απ τις περιπτώσεις ήταν πολύ πιο κάτω και από αυτή [84, 26]. Δεδομένου ότι στην εν λόγω πειραματική περίοδο, σχεδόν 9% των 49

57 περιπτώσεων αντιστοιχούν σε ταχύτητες ανέμου μικρότερες από 4 m/s, τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας λόγω συναγωγής, στον πυθμένα των χαραδρών, είναι μικρής σημασίας. Μια παρόμοια αργή μείωση της έντασης της θερμικής νησίδας, από τα μεσάνυχτα μέχρι λίγο πριν τη ανατολή του ηλίου, παρατηρείται στις μελέτες των Santamouris et al., Niachou et al., Papanikolaou et al. [18, 85, Ένταση θερμικής νησίδας ( C) 2: 1: Heat Island Intensity (K) 2: 3: 4: Heat Island Intensity (K) 3: 4: 1: Heat Island Intensity (K) Heat Island Intensity (K) 4: 4: 3: 3: 1: 2: 2: 1: Obser H/W=3 H/W=2.1 H/W=1.7 Εικόνα 2.12 Η ωριαία χρονική μεταβολή της έντασης της νησίδας θερμότητας για τις τρεις υπό εξέταση αστικές χαράδρες και τον αστικό μετεωρολογικό σταθμό. 128]. Η κατανομή της συχνότητας της έντασης της θερμικής νησίδας στον αστικό σταθμό και στις τρεις αστικές χαράδρες δίνεται στην Εικόνα Όπως φαίνεται, για τον αστικό σταθμό και την χαράδρα με αναλογία 3, η επικρατούσα συχνότητα εντοπίζεται σε 1,5 K, ενώ για τις άλλες δύο χαράδρες στους,5 K Χαρακτηριστικό είναι ότι η διασπορά των τιμών της έντασης της θερμικής νησίδας είναι μικρότερη στον αστικό σταθμό. Από την αναλυτική μελέτη των δεδομένων προέκυψε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, χαμηλότερες θερμοκρασίες παρατηρούνται στη χαράδρα με αναλογία H/W= 1,7 απ ότι στον σταθμό αναφοράς. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ψυχρές νησίδες παρατηρούνται μόλις πριν τη δύση του ηλίου και όταν επικρατούν ισχυροί ΒΑ άνεμοι. Άνεμοι αυτής της διεύθυνσης είναι κάθετοι στον άξονα της χαράδρας και σύμφωνα με τη μελέτη Niachou et al. [26, 86], η οποία εκτέλεσε μετρήσεις της ταχύτητας και της θερμοκρασίας του ανέμου μέσα σε μια χαράδρα ίδιας αναλογίας στην Αθήνα, αντιστοιχούν σε ταχύτητες του ανέμου κοντά στο,1 m/s στη βάση της χαράδρας. Αποτέλεσμα αυτού είναι ότι φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας λόγω συναγωγής στις χαράδρες είναι σχεδόν αμελητέα, ενώ το αντίθετο παρατηρήθηκε στον αστικό σταθμό αναφοράς όπου ισχυροί άνεμοι συνεισέφεραν σε αύξηση της συγκεντρωτικής θέρμανσης. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα 5

58 Cases Cases Cases Cases να παρατηρηθεί ένα περισσότερο αρνητικό θερμικό ισοζύγιο στη ρηχή χαράδρα, σε σχέση με τη χαράδρα αναφοράς με αποτέλεσμα τη δημιουργία της παρατηρούμενης νησίδα ψύξης. Παράλληλα, δεδομένου ότι οι απώλειες ακτινοβολίας ήταν πολύ υψηλότερες στη χαμηλής αναλογίας χαράδρα απ ότι στις βαθύτερες, προκύπτει ότι όσο βαθύτερη είναι η χαράδρα, τόσο πιο θετικό είναι το θερμικό ισοζύγιο κατά τη διάρκεια της νύχτας, το οποίο εξηγεί τη μη εμφάνιση των ψυχρών νησίδων στις βαθιές αστικές χαράδρες. Είναι γενικά αποδεκτό ότι μια θερμική νησίδα αναπτύσσεται κάτω από αίθριο και νήνεμο καιρό, ενώ μειώνεται η έντασή της με την αύξηση της ταχύτητας του ανέμου [97, 123]. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, τα περισσότερα από τα δεδομένα των εν λόγω μετρήσεων αντιστοιχούν σε χαμηλές ταχύτητες ανέμου. Λίγα δεδομένα είναι διαθέσιμα για υψηλές ταχύτητες του ανέμου που ίσως δεν επιτρέπουν σαφή συμπεράσματα. Όμως, η στατιστική απεικόνιση της έντασης της νυχτερινής θερμικής νησίδας, στις τρεις χαράδρες και στον ανοικτό αστικό σταθμό (Εικόνα 2.14), επιβεβαιώνει ότι υπό συνθήκες νηνεμίας η θερμική νησίδα παρουσιάζει μεγαλύτερη ένταση. Παρόμοια συμπεράσματα πρόεκυψαν από την έρευνα των Erell et all, που έγινε στην πόλη της Αdelaide [123]. Παρατηρήθηκε ότι υπό νήνεμες συνθήκες μειώνεται η διασπορά των τιμών των εντάσεων των θερμικών νησίδων, με την H/W=3 H/W=2.1 Heat Island Intensity (K) Έντ αση θερμ ικής νησί δας ( C) H/W=1.7 Heat Island Intensity (K) Έντ αση θερμ ικής νησί δας ( C) Obser Heat Island Intensity (K) Έντ αση θερμ ικής νησί δας ( C) Heat Island Intensity (K) Έντ αση θερμ ικής νησί δας ( C) Εικόνα 2.13 Η κατανομή συχνοτήτων της έντασης της νησίδας θερμότητας στις τρεις υπό εξέταση αστικές χαράδρες και στον αστικό μετεωρολογικό σταθμό. αύξηση της ταχύτητας του ανέμου. Για τις τρεις αστικές χαράδρες, η μείωση της έντασης της θερμικής νησίδας με την αύξηση των ταχυτήτων του ανέμου, είναι πλέον εμφανής. Η ένταση της νησίδας θερμότητας, ελαττώνεται λιγότερο στις βαθύτερες αστικές χαράδρες, καθώς εκεί η διείσδυση του ανέμου είναι περιορισμένη και οι ταχύτητες του ανέμου στη βάση της 51

59 χαράδρας είναι μικρότερες. Για τον ανοικτού πεδίου αστικό σταθμό, οι ταχύτητες του ανέμου που ξεπερνούν τα 2 m/s, φαίνεται να αυξάνουν τη μεταφορά θερμότητας λόγω συναγωγής, σε σύγκριση με την αντίστοιχη τιμή στον σταθμό αναφοράς, εξαιτίας της οριζόντιας μεταφοράς από το γύρω θερμό περιβάλλον. Η σχέση της έντασης της νυχτερινής νησίδας θερμότητας και της νεφοκάλυψης για τον ανοικτού τύπου αστικό σταθμό και τις τρεις υπό μελέτη χαράδρες φαίνεται στην Εικόνα Αν και η άμεση σχέση μεταξύ της νεφοκάλυψης και της έντασης της νησίδας θερμότητας δεν είναι και ιδιαίτερα εμφανής, η στατιστική παρουσίαση των φαινομένων δείχνει ότι ο αίθριος ουρανός ευθύνεται για τις μεγαλύτερες εντάσεις της θερμικής νησίδας, ενώ μια αύξηση της νεφοκάλυψης αντιστοιχεί σε χαμηλότερες μέσες τιμές της νυχτερινής έντασης της θερμικής νησίδας. Ένταση θερμικής νησίδας ( C) Εικόνα 2.15 Η ένταση της νησίδας θερμότητας στις τρεις υπό εξέταση αστικές χαράδρες και στον αστικό μετεωρολογικό σταθμό για διάφορες τιμές της νεφοκάλυψης Συμπεράσματα Οι σειρές μετρήσεων που έγιναν στην Αθήνα απέδειξαν την επίδραση της γεωμετρίας χαράδρας στη μεταβολή της νυχτερινής θερμοκρασίας, σε αστικές χαράδρες διαφορετικών αναλογιών. Αστικές χαράδρες με υψηλότερες αναλογίες παρουσιάζουν ουσιαστικά χαμηλότερους ρυθμούς ψύξης κατά τη διάρκεια της νύχτας, κάτω απ όλες τις καιρικές καταστάσεις. Αυτό ήταν γνωστό από πολλές ήδη υπάρχουσες πειραματικές μελέτες που έχουν γίνει σε χαράδρες χαμηλής ή μεσαίας αναλογίας H/W, ενώ η παρούσα μελέτη επιτρέπει την επαλήθευση της εγκυρότητας του φαινομένου σε τρεις γειτονικές χαράδρες, παράλληλες μεταξύ τους, με διαφορετικές αναλογίες. Οι χαμηλότεροι ρυθμοί 52

60 ψύξης σε βαθιές αστικές χαράδρες μπορούν να αποδοθούν στη μείωση των απωλειών ακτινοβολίας. Στην παρούσα μελέτη αναλύθηκε επίσης η επίδραση των οφειλομένων σε διεργασίες συναγωγής απολαβών ή απωλειών, που καθορίζονται: α) από την ταχύτητα του ανέμου, β) τις τιμές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος αέρα καθώς και της θερμοκρασίας του αέρα στη χαράδρα και γ) από τη θερμοκρασία των επιφανειών της χαράδρας. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή, η παρουσία υψηλών ταχυτήτων ανέμου εντείνει τις οφειλόμενες σε φαινόμενα συναγωγής απώλειες και επίσης συνεισφέρει σε μια ουσιώδη αύξηση των ρυθμών ψύξης σε όλες τις χαράδρες. Αντιθέτως, κάτω από υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, αύξηση της ταχύτητας του ανέμου περιορίζει τους ρυθμούς ψύξης εξαιτίας της ουσιώδους μεταφοράς θερμότητας λόγω συναγωγής στις αστικές χαράδρες. Αυτό σημαίνει ότι ένα ποσό θερμότητας μεταφέρεται στο εσωτερικό της χαράδρας από το επάνω ελεύθερο τμήμα, οφειλόμενο στη διαφορά μεταξύ της υψηλότερης θερμοκρασίας του αέρα και της χαμηλότερης θερμοκρασίας του αέρα της χαράδρας. Το φαινόμενο φαίνεται να έχει μεγαλύτερη ένταση στις χαράδρες χαμηλότερων αναλογιών, κυρίως επειδή η ταχύτητα του ανέμου είναι πολύ υψηλότερη σ αυτές. Όμως, υπό τις ίδιες ταχύτητες ανέμου και συνθήκες νεφοκάλυψης, μια αύξηση της αδιατάρακτης θερμοκρασίας περιβάλλοντος σχετίζεται με αυξημένους ρυθμούς ψύξης. Η επίδραση της ταχύτητας του ανέμου, βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική στις τρεις αστικές χαράδρες. Παράλληλα, αυξημένη νεφοκάλυψη σχετίζεται με μία ουσιώδη μείωση του ρυθμού ψύξης σε όλες τις αστικές χαράδρες. Η επίδραση της νεφοκάλυψης, στο νυχτερινό ρυθμό ψύξης, βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική για τις τρεις υπό μελέτη αστικές χαράδρες. Συγκρίσεις έναντι δύο ανοιχτού πεδίου σταθμών, που είναι τοποθετημένοι ο ένας σε αστική και ο άλλος σε υπαίθρια περιοχή, έδειξαν ότι οι μεταμεσονύκτιοι ρυθμοί ψύξης στις αστικές χαράδρες παραμένουν ουσιαστικά υψηλότεροι απ ότι στους ανοικτούς σταθμούς. Υψηλότεροι ρυθμοί ψύξης στους ανοικτού τύπου σταθμούς παρατηρήθηκαν 1-3 ώρες μετά τη δύση του ηλίου, ενώ οι νυχτερινοί ρυθμοί ψύξης επηρεάζονται πολύ από μεταφορά θερμότητας λόγω συναγωγής από γειτονικές περιοχές. Η ένταση της θερμικής νησίδας στις αστικές χαράδρες, ήταν πάντοτε υψηλότερη στις βαθιές χαράδρες, κυρίως εξαιτίας της μείωσης των απωλειών ακτινοβολίας. Επίσης η θερμική νησίδα ήταν καλύτερα ανεπτυγμένη υπό αίθριο και νήνεμο καιρό. Συνοψίζοντας λοιπόν προέκυψε ότι: α) Ο ρυθμός ψύξης στις αστικές χαράδρες είναι συνάρτηση του συνδυασμού των θερμοκρασιών περιβάλλοντος και της ταχύτητας του ανέμου, ενώ εξαρτάται και από τις αναλογίες των χαραδρών β) Αυξημένη νεφοκάλυψη σχετίζεται με μια σημαντική μείωση του ρυθμού ψύξης σε όλες τις αστικές χαράδρες 53

61 γ) η ένταση της θερμικής νησίδας στις τρεις αστικές χαράδρες, ήταν υψηλότερη γύρω στα μεσάνυχτα και ελαττωνόταν κατά τη διάρκεια της υπόλοιπης νύχτας και δ) η θερμική νησίδα ήταν καλύτερα ανεπτυγμένη κάτω από νήνεμες συνθήκες, με μέσες εντάσεις κυμαινόμενες μεταξύ 2,2 και 2,7 C. 54

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΔΙΚΤΥΟ ΣΤΑΘΜΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΟΥ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟΥ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ 55

63 3.1 Εισαγωγή Τα συμπεράσματα του πρώτου είδους πειραματικών μετρήσεων οδήγησαν στην διαπίστωση της ύπαρξης του φαινομένου της θερμικής νησίδας στην περιοχή της Αθήνας. Στην συνέχεια για την καλύτερη μελέτη του φαινομένου και τον εντοπισμό περιοχών μεγαλύτερης έντασης του, εγκαταστάθηκαν 25 σταθμοί μέτρησης θερμοκρασίας και υγρασίας του αέρα (Εικόνα 3.1) σε όλο το λεκανοπέδιο της Αθήνας. Συγχρόνως χρησιμοποιήθηκαν και τα δεδομένα του σταθμού του Αστεροσκοπείου Αθηνών, με σκοπό να θεωρηθεί ο σταθμός αυτός σαν σταθμός αναφοράς, όπως θα φανεί στην συνέχεια στην ανάλυση των μετρήσεων. Κάθε σταθμός μέτρησης αποτελούταν από ένα μετεωρολογικό κλωβό διαστάσεων 23 x 23 x 23 cm τοποθετημένο σε βάση ύψους 1,7 m, ο οποίος περιείχε θερμόμετρα τύπου TinyTag 45 (Εικόνα 3.2). Στον πίνακα 3.1 δίνονται οι προδιαγραφές του καταγραφικού θερμοϋγρομέτρου. Πίνακας 3.1 Προδιαγραφές του καταγραφικού θερμοϋγρομέτρου Θερμοκρασία Υγρασία Εύρος -25 έως +85 C % έως 1% Τύπος αισθητήρα 1K NTC Thermistor - Εσωτερικά τοποθετημένος Χωρητικότητας - Εξωτερικά τοποθετημένος Ανάλυση,1 C Καλύτερη από,3% RH Εικόνα 3.1 Θέσεις των θερμοϋγρομετρικών σταθμών μέτρησης στο λεκανοπέδιο της Αθήνας 56

64 Εικόνα 3.2 Μετεωρολογικός κλωβός 3.2 Το δίκτυο των μετεωρολογικών σταθμών Αρχικά, στον Πίνακα 3.2 δίνονται οι συντεταγμένες των σταθμών, ενώ στην συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά κάθε σταθμός και δίνεται και το στίγμα του στο Χάρτη του Google earth. (Εικόνα 3.1). Πίνακας 3.2 Γεωγραφικές συντεταγμένες του δικτύου των σταθμών Τμήμα Σταθμός Γεωγραφικό πλάτος Γεωγραφικό μήκος Κέντρο της πόλης 1.Αστεροσκοπείο Αθηνών Αθήνα 37 58'5,78" 23 44'2,42" 3.Νέα Ερυθραία 38 5'23,69" 23 49'9,11" Βόρειο τμήμα 4.Άνω Λιόσια 38 4'44," 23 42'8," 5.Καματερό 38 3'34,8" 23 42'5,66" 6.Μαρούσι 38 3'8,77" 23 48'3,5" 57

65 7.Νέα Φιλαδέλφεια 38 2'6,78" 23 44'17,99" 8.Αγία Παρασκευή 38 '5,34" 23 49'27,79" Ανατολικό τμήμα 9.Ζωγράφου 37 58'1,29" 23 47'11,5" 1.Καισαριανή 37 58'8,95" 23 45'42,44" 11.Βύρωνας 37 57'24,21" 23 45'44,23" 12.Ηλιούπολη 37 55'57,37" 23 45'3,88" 13.Ρέντη 37 57'45,94" 23 4'27,88" Νότιο τμήμα 14.Καλλιθέα 37 57'25,18" 23 42'9,91" 15.Μοσχάτο 37 57'12,44" 23 4'55,58" 16.Ελληνικό 37 54'27,35" 23 44'32,43" 17.Γλυφάδα 37 51'52,72" 23 44'39,97" 18.Ζεφύρι 38 3'3,33" 23 42'4,9" 19.Πετρούπολη 38 2'26,72" 23 41'16,59" 2.Ίλιον 38 1'54,33" 23 42'27,25" Δυτικό τμήμα 21.Άγιοι Ανάργυροι 38 1'34,14" 23 43'3,37" 22.Περιστέρι 38 '45,58" 23 41'42,8" 23.Χαϊδάρι 38 '44,42" 23 39'34,4" 24.Αιγάλεω 37 59'5,4" 23 4'4,29" 25.Αγία Βαρβάρα 37 59'22,58" 23 39'36,7" 26.Κορυδαλλός 37 58'44,84" 23 38'32,82" Στο κέντρο της πόλης ελήφθησαν μετρήσεις από τον σταθμό που τοποθετήθηκε στο κτίριο της Πρυτανείας του Πανεπιστημίου Αθηνών. Χρησιμοποιήθηκαν δε και οι μετρήσεις που παραχωρήθηκαν από το σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών (Λόφος Νυμφών). 58

66 Σταθμός «Αστεροσκοπείο Αθηνών» Ο Σταθμός έχει τοποθετηθεί στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, στον Λόφο Νυμφών στο Θησείο (Εικόνα 3.3). Σε ακτίνα 285 m, που αντιστοιχούν σε κατά μέσο όρο τέσσερα οικοδομικά τετράγωνα γύρω από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά κτισμάτων, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.3). Όπως φαίνεται και από τις τιμές των εμβαδών το πράσινο κυριαρχεί καθώς ο Λόφος Νυμφών συνορεύει με στον Λόφο του Φιλοπάππου, και βρίσκεται απέναντι από την Ακρόπολη. Οι δρόμοι και οι αλάνες ακολουθούν, αλλά με πολύ μεγάλη διαφορά από το πράσινο. Πίνακας 3.3. Ποσοστά κτισμάτων, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν κτισμάτων 7,8% Εμβαδόν πράσινου 64,2% Εμβαδόν αλάνας,3% Εμβαδόν δρόμων 27,7% Εικόνα 3.3 Τοποθεσία σταθμού «Αστεροσκοπείο Αθηνών» 59

67 Σταθμός «Αθήνα» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο μπαλκόνι του δευτέρου ορόφου του κτιρίου της Πρυτανείας του Πανεπιστημίου Αθηνών, στην οδό Πανεπιστημίου, στο κέντρο της Αθήνας (Εικόνα 3.4). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.4). Το κέντρο της Αθήνας χαρακτηρίζεται από πολύ πυκνή δόμηση, πολύ ψηλά κτίρια και έντονη κυκλοφορία. Πίνακας 3.4 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 51,73% Εμβαδόν πράσινου 6,7% Εμβαδόν αλάνας 2,7% Εμβαδόν δρόμων 39,5% Εικόνα 3.4Τοποθεσία σταθμού «Αθήνα» Στην Βόρεια περιοχή τοποθετήθηκαν 5 σταθμοί μέτρησης τα χαρακτηριστικά των οποίων δίνονται παρακάτω. 6

68 Σταθμός «Νέα Ερυθραία» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε σε μονοκατοικία του δήμου Νέας Ερυθραίας, στην οδό Χειμάρας 18 και σε μπαλκόνι με απόσταση περίπου τριών μέτρων από το δρόμο (Εικόνα 3.5). Η Νέα Ερυθραία αποτελεί βόρειο προάστιο του πολεοδομικού συγκροτήματος της Αθήνας, είναι αραιοκατοικημένη, όπου οι περισσότερες κατοικίες είναι μονοκατοικίες. Παρουσιάζει δε σημαντικό ποσοστό πράσινου. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά κτισμάτων, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.5). Πίνακας 3.5 Ποσοστά κτισμάτων, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν κτισμάτων 41,75% Εμβαδόν πράσινου 23,9% Εμβαδόν αλάνας 3,36% Εμβαδόν δρόμων 31,8% Εικόνα 3.5 Τοποθεσία σταθμού «Νέα Ερυθραία» 61

69 Σταθμός «Άνω Λιόσια» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του δήμου Άνω Λιοσίων, το οποίο βρίσκεται στην πλατεία Ηρώων, στην οροφή του δημαρχείου (Εικόνα 3.6). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.6). Η περιοχή χαρακτηρίζεται από πολύ μικρό ποσοστό πρασίνου. Πίνακας 3.6 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 48,2% Εμβαδόν πράσινου,61% Εμβαδόν αλάνας 9,97% Εμβαδόν δρόμων 41,22% Εικόνα 3.6 Τοποθεσία σταθμού «Άνω Λιόσια» 62

70 Σταθμός «Καματερό» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του Καματερού, το οποίο βρίσκεται στη Λεωφόρο Φυλής 54, στην οροφή του κτιρίου (Εικόνα 3.7). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.7). Η περιοχή είναι πυκνοκατοικημένη, με λίγο πράσινο και πολύ έντονη κυκλοφορία. Πίνακας 3.7 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 38,66% Εμβαδόν πράσινου 8,8% Εμβαδόν αλάνας 8,48% Εμβαδόν δρόμων 44,78% Εικόνα 3.7 Τοποθεσία σταθμού «Καματερό» 63

71 Σταθμός «Μαρούσι» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του Μαρουσίου, στη οδό Βασιλίσσης Σοφίας 9, στο μπαλκόνι του τρίτου ορόφου. Το μπαλκόνι αυτό βλέπει μπροστά στην οδό Βασιλίσσης Σοφίας (Εικόνα 3.8), σε περιοχή με κυκλοφοριακό φόρτο. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.8). Πίνακας 3.8 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 5,69% Εμβαδόν πράσινου 13,33% Εμβαδόν αλάνας 3,3% Εμβαδόν δρόμων 32,95% Εικόνα 3.8 Τοποθεσία σταθμού «Μαρούσι» 64

72 Σταθμός «Nέα Φιλαδέλφεια» Ο Σταθμός έχει τοποθετηθεί στο μπαλκόνι του πρώτου ορόφου του δημαρχείου N. Φιλαδέλφειας, το οποίο βρίσκεται στη Λεωφόρο Δεκελείας 97. Το μπαλκόνι βλέπει ακριβώς μπροστά στη πολυσύχναστη Λεωφόρο Δεκελείας (Εικόνα 3.9). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.9). Η περιοχή δεν χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερα ψηλά κτίρια, ενώ σε απόσταση 1 km βρίσκεται το Άλσος Νέας Φιλαδέλφειας, που διαθέτει μεγάλη ποικιλία δέντρων και φυτών και καλύπτει έκταση 48 στρεμμάτων. Πίνακας 3.9 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 51,19% Εμβαδόν πράσινου 8,78% Εμβαδόν αλάνας 7,42% Εμβαδόν δρόμων 32,61% Εικόνα 3.9 Τοποθεσία σταθμού «Nέα Φιλαδέλφεια» 65

73 Στο Ανατολικό τμήμα έχουν τοποθετηθεί 5 σταθμοί, τα χαρακτηριστικά των οποίων δίνονται παρακάτω. Σταθμός «Αγία Παρασκευή» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε σε κατοικία στην Αγία Παρασκευή, στην οδό Παναγή Τσαλδάρη, σε μπαλκόνι του τρίτου ορόφου του κτιρίου (Εικόνα 3.1). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.1). Η περιοχή έχει αρκετό πράσινο, και ανοιχτούς χώρους, ενώ σε απόσταση,5 km βρίσκεται η πλατεία Δουκίσσης Πλακεντίας. Πίνακας 3.1 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 34,46% Εμβαδόν πράσινου 6,64% Εμβαδόν αλάνας 11,42% Εμβαδόν δρόμων 47,48% Εικόνα 3.1 Τοποθεσία σταθμού «Αγία Παρασκευή» 66

74 Σταθμός «Ζωγράφου» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στον χώρο της Πανεπιστημιούπολης (Εικόνα 3.11). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.11). Χαρακτηρίζεται από μικρή κυκλοφορία οχημάτων και την μεγαλύτερη αναλογία πράσινου, μεταξύ όλων των σταθμών, πλην του «Αστεροσκοπείου». Πίνακας 3.11 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 31,57% Εμβαδόν πράσινου 42,38% Εμβαδόν αλάνας 13,56% Εμβαδόν δρόμων 12,49% Εικόνα 3.11 Τοποθεσία σταθμού «Ζωγράφου» 67

75 Σταθμός «Καισαριανή» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο της Καισαριανής, το οποίο βρίσκεται στην οδό Φιλαδελφείας 35, στο μπαλκόνι του δευτέρου (τελευταίου) ορόφου (Εικόνα 3.12) που βλέπει στην οδό Φιλαδελφείας. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.12). Σε μικρή απόσταση βρίσκεται η Πανεπιστημιούπολη, περιοχή με σημαντικό ποσοστό πρασίνου και χωρίς έντονο κυκλοφοριακό φόρτο. Επίσης, σε απόσταση,5 km βρίσκεται το άλσος της Καισαριανής. Πίνακας 3.12 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 44% Εμβαδόν πράσινου 14,14% Εμβαδόν αλάνας 11,2% Εμβαδόν δρόμων 3,84% Εικόνα 3.12 Τοποθεσία σταθμού «Καισαριανή» 68

76 Σταθμός «Βύρωνας» Ο Δήμος Βύρωνα είναι ένα προάστιο στα ανατολικά-βορειοανατολικά του Νομού Αττικής, όπου ανατολικά του βρίσκεται το δάσος του Υμηττού. Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο παλιό δημαρχείο του Βύρωνα, στην οδό Κύπρου, στον πρώτο όροφο του κτιρίου και στο μοναδικό μπαλκόνι που υπάρχει (Εικόνα 3.13). Η περιοχή παρουσιάζει πολύ πυκνή δόμηση και πολύ λίγη βλάστηση. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου (1,8%), αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.13). Πίνακας 3.13 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 79,19% Εμβαδόν πράσινου 1,8% Εμβαδόν αλάνας,13% Εμβαδόν δρόμων 18,88% Εικόνα 3.13 Τοποθεσία σταθμού «Βύρωνας» 69

77 Σταθμός «Ηλιούπολη» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο της Ηλιούπολης (προάστιο στο ανατολικό τμήμα του λεκανοπεδίου της Αθήνας με υψόμετρο 21 m), το οποίο βρίσκεται στη Λεωφόρο Σοφοκλή Βενιζέλου, στην οροφή του κτιρίου (Εικόνα 3.14). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.14). Η περιοχή χαρακτηρίζεται πυκνοκατοικημένη, με έντονη κυκλοφορία, αλλά και με μεγάλη συμμετοχή πρασίνου. Πίνακας 3.14 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 34,79% Εμβαδόν πράσινου 36,4% Εμβαδόν αλάνας 1,71% Εμβαδόν δρόμων 27,46% Εικόνα 3.14 Τοποθεσία σταθμού «Ηλιούπολη» Στο Νότιο τμήμα έχουν τοποθετηθεί επίσης 5 σταθμοί. Συχνά όπως θα προκύψει παρακάτω από την επεξεργασία, είναι αναγκαίο να μελετώνται ξεχωριστά αυτοί που υπάγονται στην ΝΑ περιοχή (Ελληνικό, Γλυφάδα), από αυτούς που υπάγονται στην ΝΔ περιοχή (Καλλιθέα, Μοσχάτο, Ρέντη). 7

78 Σταθμός «Ρέντη» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στην οροφή του δημαρχείου του Ρέντη, το οποίο βρίσκεται στην οδό Μπιχάκη 11 (Εικόνα 3.15). Το οικοδομικό τετράγωνο του δημαρχείου βρίσκεται ανάμεσα στη Λεωφόρο Κηφισού και Κωνσταντινουπόλεως, δρόμους ταχείας κυκλοφορίας. Η περιοχή χαρακτηρίζεται ως βιομηχανική. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.15). Πίνακας 3.15 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 28,24% Εμβαδόν πράσινου 3,96% Εμβαδόν αλάνας 21,22% Εμβαδόν δρόμων 46,58% Εικόνα 3.15 Τοποθεσία σταθμού «Ρέντη» 71

79 Σταθμός «Καλλιθέα» Ο Σταθμός έχει τοποθετηθεί στην οροφή του τριώροφου κτιρίου του δημαρχείου της Καλλιθέας, το οποίο βρίσκεται στην οδό Μαντζαγριωτάκη 76 (Εικόνα 3.16). Η περιοχή είναι άκρως αστική και ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη. Το δημαρχείο βρίσκεται πολύ κοντά στην οδό Θησέως, δρόμος ο οποίος είναι ιδιαίτερα πολυσύχναστος και με έντονο κυκλοφορικό πρόβλημα. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.16). Πίνακας 3.16 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 62,23% Εμβαδόν πράσινου 4,55% Εμβαδόν αλάνας,49% Εμβαδόν δρόμων 32,73% Εικόνα 3.16 Τοποθεσία σταθμού «Καλλιθέα» 72

80 Σταθμός «Moσχάτο» Ο Σταθμός έχει τοποθετηθεί στο δημαρχείο Μοσχάτου, στην οδό Ιθάκης 1-11, στο μπαλκόνι του τρίτου ορόφου του κτιρίου (Εικόνα 3.17). Η περιοχή είναι πυκνοκατοικημένη, με έντονο κυκλοφοριακό φόρτο, λόγω της γειτνίασης του σταθμού με του οδικούς άξονες Πειραιώς, Θεσσαλονίκης και Κηφισού. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.17). Πίνακας 3.17 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 57,58% Εμβαδόν πράσινου 3,66% Εμβαδόν αλάνας 2,96% Εμβαδόν δρόμων 35,8% Εικόνα 3.17 Τοποθεσία σταθμού «Μοσχάτο» 73

81 Σταθμός «Ελληνικό» Ο Σταθμός έχει τοποθετηθεί στο δημαρχείο του Ελληνικού, στην Εικοστή Πέμπτη οδό και Πλατεία Αγίας Τριάδος, στην οροφή του κτιρίου (Εικόνα 3.18). Η συνολική έκταση του δήμου είναι 7.42 στρέμματα, εκ των οποίων τα 5.5 καταλαμβάνουν οι εγκαταστάσεις του πρώην Ανατολικού και Δυτικού Αερολιμένα. Ο σταθμός είναι ανοικτός προς την παραλία του Σαρωνικού. Η περιοχή είναι αραιοκατοικημένη, με περισσότερες από τις κατοικίες να μην ξεπερνούν τους τρεις ορόφους. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.18). Πίνακας 3.18 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 34,31% Εμβαδόν πράσινου 17,49% Εμβαδόν αλάνας 14,39% Εμβαδόν δρόμων 33,81% Εικόνα 3.18 Τοποθεσία σταθμού «Ελληνικό» 74

82 Σταθμός «Γλυφάδα» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο της Γλυφάδας στην οδό Άλσους 15, στο μπαλκόνι του τέταρτου ορόφου (Εικόνα 3.19). Βλέπει στην οδό Άλσους, η οποία έχει προσανατολισμό από νότο προς βορρά, με αποτέλεσμα να βρίσκεται σε άμεση επαφή με το Σαρωνικό, ο οποίος απέχει από το σταθμό περίπου,5 km. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.19). Η περιοχή γενικά είναι αραιοκατοικημένη, με περισσότερες μονοκατοικίες και σημαντικό ποσοστό πρασίνου. Πίνακας 3.19 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 38,23% Εμβαδόν πρασίνου 11,9% Εμβαδόν αλάνας 1,4% Εμβαδόν δρόμων 39,83% Εικόνα 3.19 Τοποθεσία σταθμού «Γλυφάδα» Το δυτικό τμήμα του λεκανοπεδίου της Αθήνας είναι το μεγαλύτερο από όλες τις περιοχές. Περιλαμβάνει 9 σταθμούς, οι οποίοι παρουσιάζουν σημαντικές μεταξύ τους διαφοροποιήσεις, ανάλογα της θέσης τους. Αυτό θα φανεί στην συνέχεια από την αναλυτική μελέτη των μετρήσεων. Παρακάτω, δίνονται τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των σταθμών αυτού του τμήματος του λεκανοπεδίου της Αθήνας. 75

83 Σταθμός «Ζεφύρι» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στην οροφή του δημαρχείου Ζεφυρίου, το οποίο βρίσκεται στην πλατεία Ηρώων Πολυτεχνείου, βόρεια της Αθήνας και κοντά στην Πάρνηθα (Εικόνα 3.2). Ανήκει στην Δυτική Αττική και συνορεύει με τους δήμους του Καματερού, των Αχαρνών και των Άνω Λιοσίων. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.2). Η περιοχή χαρακτηρίζεται από αρκετούς ανοιχτούς χώρους, είναι αραιοκατοικημένη και χωρίς ιδιαίτερη κίνηση στους δρόμους. Πίνακας 3.2 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 29,84% Εμβαδόν πράσινου 12,41% Εμβαδόν αλάνας 34,78% Εμβαδόν δρόμων 22,97% Εικόνα 3.2 Τοποθεσία σταθμού «Ζεφύρι» 76

84 Σταθμός «Πετρούπολη» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε δημαρχείο της Πετρούπολης, στην οδό Κωστή Βάρναλη 76-78, στον δεύτερο όροφο του κτιρίου (Εικόνα 3.21). Η Πετρούπολη είναι προάστιο στο βορειοδυτικό τμήμα του λεκανοπεδίου της Αττικής. Βόρεια και νότια του δήμου βρίσκονται οι δύο κορυφές του Ποικίλου όρους. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.21). Πίνακας 3.21 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 49,24% Εμβαδόν πράσινου,36% Εμβαδόν αλάνας 2,87% Εμβαδόν δρόμων 47,53% Εικόνα 3.21 Τοποθεσία σταθμού «Πετρούπολη» 77

85 Σταθμός «Ίλιον» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του Ιλίου, το οποίο βρίσκεται στην οδό Κάλχου 48, στην οροφή του κτιρίου (Εικόνα 3.22). Η περιοχή είναι πυκνοκατοικημένη με περιορισμένο πράσινο, αλλά σε αρκετή απόσταση από μεγάλους οδικούς άξονες. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.22). Πίνακας 3.22 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 54,43% Εμβαδόν πράσινου 5,11% Εμβαδόν αλάνας 2,72% Εμβαδόν δρόμων 37,74% Εικόνα 3.22 Τοποθεσία σταθμού «Ίλιον» 78

86 Σταθμός «Αγ.Ανάργυροι» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στην οροφή του δημαρχείου των Αγ. Αναργύρων, που βρίσκεται πάνω στην Λεωφόρο Δημοκρατίας και Ι. Μερλά 1. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.23). Η περιοχή είναι ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη, σε επαφή με τον κεντρικό οδικό άξονα της Λεωφόρου Δημοκρατίας και με εμβαδόν αλάνας μεγαλύτερο από αυτό του πρασίνου. Πίνακας 3.23 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 49,65% Εμβαδόν πράσινου 5,95% Εμβαδόν αλάνας 9,86% Εμβαδόν δρόμων 34,54% Εικόνα 3.23 Τοποθεσία σταθμού «Αγ.Ανάργυροι» 79

87 Σταθμός «Περιστέρι» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του Περιστερίου, στη Λεωφόρο Παναγή Τσαλδάρη και στο μπαλκόνι του δευτέρου ορόφου, που βλέπει μπροστά στη Λεωφόρο (Εικόνα 3.24). Ο Δήμος Περιστερίου είναι ο μεγαλύτερος από τους 9 Δήμους της Δυτικής Αθήνας, τόσο σε έκταση όσο και σε πληθυσμό (τέταρτος της χώρας σε πληθυσμό). Το Περιστέρι συνορεύει με τους Δήμους Ιλίου (βόρεια), Αθηναίων (ανατολικά), Αιγάλεω (νότια), Χαϊδαρίου (δυτικά) και Πετρούπολης (βορειοδυτικά). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.24). Ο δήμος Περιστερίου σε σχέση με τις άλλες περιοχές της ενότητας διαθέτει τη μεγαλύτερη κυκλοφοριακή και συγκοινωνιακή κάλυψη (λεωφορειακές γραμμές, τρόλεϊ και ένα σταθμό Μετρό [Αγ. Αντώνιο]), με συνέπεια να έχει σοβαρό κυκλοφοριακό φόρτο. Πίνακας 3.24 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 54,18% Εμβαδόν πράσινου 3,61% Εμβαδόν αλάνας 4,58% Εμβαδόν δρόμων 37,63% Εικόνα Τοποθεσία σταθμού «Περιστέρι» 8

88 Σταθμός «Χαϊδάρι» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του Χαϊδαρίου, το οποίο βρίσκεται στη Λεωφόρο Αθηνών 181, στον τρίτο όροφο του κτιρίου (Εικόνα 3.25). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.25). Ο σταθμός βρίσκεται πάνω στον οδικό άξονα της Λεωφόρου Αθηνών και όπως φαίνεται και από το εμβαδόν των κτιρίων η περιοχή είναι πυκνοκατοικημένη, με πολλούς δρόμους και μόνο μερικά τετραγωνικά μέτρα πράσινου. Σε λιγότερο από μισό χιλιόμετρο από το δημαρχείο βρίσκεται το όρος Ποικίλο. Πίνακας 3.25 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 58% Εμβαδόν πράσινου 1,7% Εμβαδόν αλάνας 1,94% Εμβαδόν δρόμων 38,36% Εικόνα 3.25 Τοποθεσία σταθμού «Χαϊδάρι» 81

89 Σταθμός «Αιγάλεω» Ο Σταθμός έχει τοποθετηθεί στην οροφή του δημαρχείου του Αιγάλεω επί της Ιεράς Οδού 364 και Κάλχου. Το Αιγάλεω βρίσκεται στο Δυτικό τμήμα του λεκανοπεδίου των Αθηνών και έχει αναπτυχθεί εκατέρωθεν της, Ιεράς Οδού (Εικόνα 3.26). Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.26). Η περιοχή είναι ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη. Ένα από τα βασικότερα προβλήματα του δήμου είναι τα έντονα περιβαλλοντικά προβλήματα, λόγω της ύπαρξης της βιομηχανικής περιοχής και των δύο οδών (Ιερά οδός και οδός Θηβών) που διασχίζουν την πόλη. Πίνακας 3.26 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 38,53% Εμβαδόν πράσινου 8,94% Εμβαδόν αλάνας 13,88% Εμβαδόν δρόμων 38,65% Εικόνα 3.26 Τοποθεσία σταθμού «Αιγάλεω» 82

90 Σταθμός «Αγία Βαρβάρα» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στην οροφή του δημαρχείου της Αγίας Βαρβάρας, το οποίο βρίσκεται στην οδό Καραολή Μιχάλη 63 (Εικόνα 3.27). Η Αγία Βαρβάρα βρίσκεται δυτικά της Αθήνας, ανάμεσα στους Δήμους Κορυδαλλού, Χαϊδαρίου και Αιγάλεω. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων ( Πίνακας 3.27). Η περιοχή είναι ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη με μικρό ποσοστό πρασίνου, περίπου ίσο με αυτό που καλύπτουν οι αλάνες. Πίνακας 3.27 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 58,9% Εμβαδόν πράσινου 1,62% Εμβαδόν αλάνας 1,94% Εμβαδόν δρόμων 38,35% Εικόνα 3.27 Τοποθεσία σταθμού «Αγίας Βαρβάρα» 83

91 Σταθμός «Kορυδαλλός» Ο μετεωρολογικός κλωβός τοποθετήθηκε στο δημαρχείο του Κορυδαλλού στην Λεωφόρο Γρηγορίου Λαμπράκη 231, στο μπαλκόνι του τρίτου ορόφου, το οποίο βλέπει μπροστά στη Λεωφόρο (Εικόνα 3.28). Η περιοχή είναι ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη και διασχίζεται από την Λεωφόρο Γρηγορίου Λαμπράκη, στην οποία παρατηρείται μεγάλη κυκλοφοριακή κίνηση. Σε ακτίνα 285 m από τον σταθμό υπολογίστηκαν τα ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων (Πίνακας 3.28). Πίνακας 3.28 Ποσοστά πολυκατοικιών, πρασίνου, αλάνας και δρόμων Εμβαδόν πολυκατοικιών 56,63% Εμβαδόν πράσινου 2,69% Εμβαδόν αλάνας 1,91% Εμβαδόν δρόμων 38,77% Εικόνα 3.28 Τοποθεσία σταθμού «Κορυδαλλός» 84

92 3.3 Μαθηματική θεμελίωση του χωρισμού του λεκανοπεδίου της Αθήνας σε επί μέρους περιοχές Λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχει ένα πλήθος περιβαλλοντολογικών παραμέτρων (μετεωρολογικές παράμετροι, επίδραση των κτιρίων και των δρόμων, παρουσία πρασίνου, κυκλοφορία αυτοκινήτων κλπ), που επηρεάζουν την θερμοκρασία του αέρα, η ποσοτική μελέτη μεταξύ γειτονικών περιοχών περικλείει πολλές δυσκολίες. Αυτό φάνηκε και από την μελέτη των μέσων ημερήσιων και νυκτερινών θερμοκρασιών του αέρα [129] στο λεκανοπέδιο της Αθήνας, όπου σε γειτονικές θέσεις παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές, που οφείλονται σε τοπικούς παράγοντες. Για να ξεπερασθούν αυτές οι δυσκολίες, επιλέχτηκε αρχικά να μελετηθεί το πρόσημο των διαφορών των ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα, από τις τιμές βάσης των 28 και 33 C, που γενικά βρίσκονται κοντά στα όρια που θεωρούνται ως τα κατώφλια ανθρώπινης δυσφορίας και επικίνδυνων συνθηκών αντίστοιχα [131]. Στη συνέχεια αναζητήθηκε η στατιστική εκτίμηση της συμφωνίας των προσήμων για κάθε ανά δύο συνδυασμό σταθμών. Κατ αυτόν τον τρόπο, μια ποιοτική μελέτη παίρνει τη θέση μιας ποσοτικής. Aν, ως εκ τούτου, θεωρηθεί ότι η σύμπτωση των σύγχρονων θετικών και αρνητικών διαφορών μεταξύ των ωριαίων προσήμων, που προέκυψαν από τις διαφορές (Τ-28 ή Τ-33) δύο σταθμών, ορίζει μια πλήρη συμφωνία, τότε είναι προφανές ότι αυτή δεν μπορεί να ορίσει την ισχύ μιας στατιστικής συμφωνίας. Για το σκοπό ορισμού μιας ενδοπαρατηρούμενης στατιστικής συμφωνίας, για κάθε ζεύγος σταθμών θα υπολογισθεί ο στατιστικός δείκτης «k» που έχει προταθεί από τον Cohen [132], ο οποίος έχει βρεθεί ότι προσφέρει, στην προκειμένη περίπτωση, αξιοπιστία στο βαθμό ύπαρξης όμοιου πρόσημου των διαφορών (από κάποια βάση) στις ωριαίες τιμές μεταξύ δύο σταθμών. Ως εκ τούτου, μελετώνται για κάθε σταθμό τα πρόσημα των διαφορών από μια τιμή βάσης (28 ή 33 C), και ορίζεται μεταξύ δύο σταθμών ο δείκτης «k», με τη βοήθεια ενός πίνακα συνάφειας 2x2 (Πίνακας 3.29), όπου: a 11 είναι το άθροισμα των σύγχρονων θετικών προσήμων σε αμφότερους τους σταθμούς a 22 το άθροισμα των σύγχρονων αρνητικών προσήμων σε αμφότερους τους σταθμούς a 12 ο αριθμός των σύγχρονων περιπτώσεων, με θετικό πρόσημο στις τιμές του πρώτου σταθμού και αρνητικό πρόσημο στις τιμές του δεύτερου σταθμού a 21 ο αριθμός των σύγχρονων περιπτώσεων, με αρνητικό πρόσημο στις τιμές του πρώτου σταθμού και θετικό πρόσημο στις τιμές του δεύτερου σταθμού 85

93 Πίνακας Ενδοπαρατηρούμενη μεταβολή του προσήμου μεταξύ δύο σταθμών Πρώτος σταθμός Στήλες Δεύτερος σταθμός Θετικά πρόσημα Αρνητικά πρόσημα Θετικά πρόσημα a 11 a 12 C 1 =a 11 +a 12 Γραμμές Αρνητικά πρόσημα a 21 a 22 C 2 =a 21 +a 22 R 1 =a 11 +a 21 R 2 =a 12 +a 22 N=C 1 +C 2 =R 1 +R 2 Τελικά ο δείκτης «k» ορίζεται ως: όπου k P o P 1 P a c c a N Po P (3.1) (πλήρης συμφωνία) (3.2) R C R c 2 (τυχαία συμφωνία) (3.3) N C Ο δείκτης «k» υποδεικνύει το ποσοστό της συμφωνίας και θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί σαν ένας συντελεστής απλής συσχέτισης. Οι τιμές του κυμαίνονται από -1 (πλήρης ασυμφωνία) ως +1 (τέλεια συμφωνία). Στην πράξη οι τιμές k= δηλώνουν τυχαία συμφωνία, ενώ τιμές μικρότερες του μηδενός δεν παρουσιάζουν πρακτικό ενδιαφέρον. Η κλίμακα ορισμού του βαθμού συμφωνίας δίνεται στον Πίνακα 3.3. Πίνακας 3.3 Τιμές του δείκτης «k» σε σχέση με το βαθμό συμφωνίας Δείκτης «k» Βαθμός συμφωνίας < Μικρότερη από τυχαία συμφωνία,1-,2 Πολύ ασθενής συμφωνία,21-,4 Ασθενής συμφωνία,41-,6 Μέτρια συμφωνία,61-,8 Σημαντική συμφωνία,81-,99 Σχεδόν τέλεια συμφωνία 1 Εξαιρετική συμφωνία 86

94 Ο δείκτης «k» εφαρμόσθηκε για κάθε τιμή βάσης (28 ή 33 C) στους 325 συνδυασμούς ζευγών σταθμών (Πίνακες 3.31, 3.32, 3.33, 3.34, 3.35), αναζητώντας την ποιοτική συμφωνία μεταξύ των ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα για το σύνολο των ζευγών των σταθμών. Όπως προαναφέρεται, για την εφαρμογή ενός ποιοτικού ελέγχου σε αριθμητικά δεδομένα, ορίσθηκαν τα δύο κατώφλια θερμοκρασίας (28 και 33 C), τα οποία θα χρησιμοποιηθούν και στη συνέχεια για την στατιστική επεξεργασία των δεδομένων. Με την χρήση αυτού του στατιστικού ελέγχου επιδιώκεται: α) ο έλεγχος της αξιοπιστίας του χωρισμού της ευρύτερης περιοχής της πόλης των Αθηνών σε 5 τομείς, ανάλογα με την γεωγραφική θέση των σταθμών και τις μετρηθείσες σε αυτές θερμοκρασίες και β) η δυνατότητα εκτίμησης, στις διάφορες θέσεις, των συνθηκών θερμικής δυσφορίας, όπως αυτές ορίζονται στη συνέχεια δια μέσου βιοκλιματικών δεικτών. Ο σταθμός του Αστεροσκοπείου Αθηνών θεωρήθηκε σαν σταθμός αναφοράς, διότι υπάρχουν συνεχείς μετρήσεις και δίνεται καθημερινά πρόβλεψη για την επόμενη ημέρα. Με προσεγγίσεις, δια μέσου των μετρήσεων του Αστεροσκοπείου Αθηνών, επιδιώκεται αφ ενός μεν η πρόβλεψη για κάθε θέση στο λεκανοπέδιο Αθηνών των συνθηκών θερμικής δυσφορίας και αφ ετέρου η εκτίμηση των απαιτήσεων σε ηλεκτρική ενέργεια, για τον δροσισμό του εσωτερικού των κτιρίων, τόσο τοπικά όσο και γενικότερα (στο λεκανοπέδιο Αθηνών). Αρχικά, θεωρώντας σαν τιμή βάσης τους 28 C, ορίσθηκαν οι περιπτώσεις με ταυτόχρονες θερμοκρασίες πάνω ή κάτω από τους 28 C, για κάθε ένα από τα 325 ζεύγη σταθμών, καθώς και αυτές όπου σε ωριαία βάση, είτε στον πρώτο σταθμό ίσχυε Τ<28 C και στον δεύτερο Τ>28 C, είτε στον πρώτο σταθμό ίσχυε Τ>28 C και στον δεύτερο Τ<28 C. Στη συνέχεια, σύμφωνα με όσα αναφέρονται παραπάνω, υπολογίσθηκε ο δείκτης «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας του Cohen. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο τρόπος ορισμού των 5 περιοχών (Κέντρο, Βόρεια, Ανατολικά, Νότια και Δυτικά τμήματα) είναι σε γενικές γραμμές επιτυχής. Όπως φαίνεται από τους Πίνακες 3.31α, 3.32α, 3.33α, 3.34α και 3.35α, περισσότερο ομοιογενής εμφανίζεται η δυτική περιοχή, με τιμές του δείκτη «k» στη περιοχή,61-,8 (σημαντική συμφωνία) και,81-,99 (σχεδόν τέλεια συμφωνία). Στις άλλες περιοχές εμφανίζονται και περιπτώσεις μέτριας συμφωνίας (,6>k>,52), που είναι αποτέλεσμα των παρατηρούμενων διαφοροποιήσεων μεταξύ των σταθμών, λόγω των θέσεων στις οποίες βρίσκονται. Όμως, εμφανίσθηκαν υψηλές επίσης τιμές του στατιστικού k-ελέγχου μεταξύ σταθμών που βρίσκονται σε τελείως διαφορετικές γεωγραφικές θέσεις, ως αποτέλεσμα του γεγονότος ότι ωριαίες τιμές της θερμοκρασίας του αέρα μεγαλύτερες των 28 C (τους θερινούς μήνες στην Αττική) έχουν μεγάλη πιθανότητα εμφάνισης, λόγω των συνθηκών καιρού που επικρατούν στην περιοχή το θέρος. Για το λόγο αυτό επαναλήφθηκε ο έλεγχος θεωρώντας σαν τιμή βάσης τους 33 C. 87

95 Όπως φαίνεται στους Πίνακες 3.31β, 3.32β, 3.33β, 3.34β και 3.35β, στο κέντρο της πόλεως ο συνδυασμός των σταθμών Αθηνών και Αστεροσκοπείου Αθηνών έδωσε ασθενή συμφωνία (k=,4), λόγω των μεγαλύτερων θερμοκρασιών του αέρα στο κέντρο της Αθήνας (T ) σε σχέση με το Αστεροσκοπείο Αθηνών ( T ), περιοχή η οποία χαρακτηρίζεται από μεγάλη φυτοκάλυψη. Επίσης ασθενής συμφωνία παρατηρείται στο δυτικό τομέα μεταξύ Περιστερίου ( T 29 7, C, f (T 33 C ) 28% ), (όπου f (T 33 C ) είναι η συχνότητα εμφάνισης ωριαίων θερμοκρασιών μεγαλύτερων των 33 C) και Χαϊδαρίου ( T 28.4 C, f (T 33 C ) 17% ) και Περιστερίου Κορυδαλλού ( T 28,3 C, f (T 33 C ) 12% ). Αυτό συμβαίνει, τόσο λόγω των υψηλότερων θερμοκρασιών, όσο και λόγω της μεγαλύτερης συχνότητας εμφάνισης θερμοκρασιών υψηλότερων των 33 C στο Περιστέρι σε σχέση με το Χαϊδάρι και τον Κορυδαλλό, που οφείλεται στο ότι ο σταθμός του Περιστερίου βρίσκεται σε πυκνοδομημένη περιοχή, επηρεάζεται από τον κυκλοφοριακό φόρτο της Λεωφόρου Π.Τσαλδάρη (περνά μπροστά από την θέση που βρίσκεται ο σταθμός) και στο ότι υπάρχει μικρή αναλογία πρασίνου (3.61%) στην γειτονία του σταθμού. Τέλος, ασθενής συμφωνία παρατηρείται στην ανατολική περιοχή μεταξύ του σταθμού της Αγίας Παρασκευής ( T 27,4 C, f (T 33 C ) 5% ) και των σταθμών Καισαριανής ( T 27,8 C, f (T 33 C ) 13% ), Βύρωνα ( T 29,3 C, f (T 33 C ) 21% ) και Ηλιούπολης ( T 27,5 C, f (T 33 C ) 12% ). Η ασθενής αυτή συμφωνία οφείλεται στις χαμηλότερες θερμοκρασίες, λόγω τοπικών συνθηκών, που παρατηρούνται στην περιοχή, καθώς και της πολύ μικρής, κατά συνέπεια, συχνότητας (5%) ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας μεγαλύτερων των 33 C. Αυτό οφείλεται στο ότι ο σταθμός βρίσκεται σε περιοχή με πολλούς ανοικτούς χώρους και μεγαλύτερη φυτοκάλυψη (6,64%). Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις παρατηρείται από μέτρια ως σχεδόν πλήρης συμφωνία, γεγονός που επιβεβαιώνει τον επιτυχή χωρισμό του λεκανοπεδίου των Αθηνών σε 5 τομείς. Οι μεγάλες διαφοροποιήσεις (ασθενής συμφωνία) θα πρέπει να αποδοθούν σε τοπικές συνθήκες (πράσινο, επίδραση του φυσικού περιβάλλοντος, πυκνότητα δόμησης, κυκλοφοριακός φόρτος κλπ) και είναι στοιχεία τα οποία θα μελετηθούν λεπτομερέστερα στα επόμενα κεφάλαια. Όσον αφορά το βαθμό συμφωνίας μεταξύ του Αστεροσκοπείου Αθηνών και των λοιπών σταθμών (με βάση τους 28 και τους 33 C, Πίνακας 3.36), για μεν τη βάση των 28 C κυμαίνεται από μέτριος ως σημαντικός, ενώ για την βάση των 33 C η συμφωνία μεταξύ Αστεροσκοπείου Αθηνών αφ ενός και Καλλιθέας, Χαϊδαρίου, Πετρούπολης, Αγίας Παρασκευής, Ηλιούπολης και Νέας Ερυθραίας είναι ασθενής, ενώ για τους υπόλοιπους σταθμούς κυμαίνεται από μέτρια ως σημαντική. Τα αποτελέσματα αυτά θα βοηθήσουν στην κατανόηση των διαφοροποιήσεων που παρατηρούνται, στην προσπάθεια εκτίμησης του θερμοκρασιακού καθεστώτος κάθε σταθμού με βάση δεδομένα του Αστεροσκοπείου Αθηνών. 88

96 Πίνακας 3.31α. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Κέντρο πόλεως) Σταθμοί Βάση 28 C Αστεροσκοπείο Αθηνών/Αθήνα,59 Πίνακας 3.31β. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Κέντρο πόλεως) Σταθμοί Βάση 33 C Αστεροσκοπείο Αθηνών/Αθήνα,41 Πίνακας 3.32α. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Βόρεια περιοχή) Βάση 28 C Καματερό Ν. Ερυθραία Άνω Λιόσια Μαρούσι Ν. Φιλαδέλφεια Καματερό 1,629,871,7,834 Ν.Ερυθραία 1,652,571,75 Άνω Λιόσια 1,732,847 Μαρούσι 1,722 Ν.Φιλαδέλφεια 1 Πίνακας 3.32β. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Βόρεια περιοχή) Βάση 33 C Καματερό Ν. Ερυθραία Άνω Λιόσια Μαρούσι Ν. Φιλαδέλφεια Καματερό 1,533,755,484,594 Ν.Ερυθραία 1,65,552,75 Άνω Λιόσια 1,586,74 Μαρούσι 1,691 Ν.Φιλαδέλφεια 1 89

97 Πίνακας 3.33α. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Ανατολική περιοχή) Βάση 28 C Αγία Παρασκευή Καισαριανή Βύρωνας Ζωγράφου Ηλιούπολης Αγία Παρασκευή 1,72,56,73,694 Καισαριανή 1,613,858,845 Βύρωνας 1,522,596 Ζωγράφου 1,81 Ηλιούπολης 1 Πίνακας 3.33.β. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Ανατολική περιοχή) Βάση 33 C Αγία Παρασκευή Καισαριανή Βύρωνας Ζωγράφου Ηλιούπολης Αγία Παρασκευή 1,351,227,44,255 Καισαριανή 1,69,774,673 Βύρωνας 1,516,483 Ζωγράφου 1,69 Ηλιούπολης 1 Πίνακας 3.34α. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Νότια περιοχή) Βάση 28 C Ελληνικό Γλυφάδα Καλλιθέα Ρέντη Μοσχάτο Ελληνικό 1,848,77,837,523 Γλυφάδα 1,769,846,578 Καλλιθέα 1,813,62 Ρέντη 1,638 Μοσχάτο 1 9

98 Πίνακας 3.34β. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Νότια περιοχή) Βάση 33 C Ελληνικό Γλυφάδα Καλλιθέα Ρέντη Μοσχάτο Ελληνικό 1,427,554,746,631 Γλυφάδα 1,478,347,335 Καλλιθέα 1,617,672 Ρέντη 1,696 Μοσχάτο 1 Πίνακας 3.35α. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Δυτική περιοχή) Βάση 28 C Άγιοι Ανάργυροι Αγία Βαρβάρα Περιστέρι Ζεφύρι Ίλιον Αιγάλεω Χαϊδάρι Κορυδαλλός Πετρούπολη Αγ.Ανάργυροι 1,771,832,834,96,798,764,744,781 Αγ.Βαρβάρα 1,764,712,755,828,847,879,871 Περιστέρι 1,755,835,739,715,723,739 Ζεφύρι 1,871,89,745,729,768 Ίλιον 1,783,75,741,753 Αιγάλεω 1,828,835,891 Χαϊδάρι 1,837,856 Κορυδαλλός 1,839 Πετρούπολη 1 91

99 Πίνακας 3.35β. Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας (Δυτική περιοχή) Βάση 33 C Άγιοι Ανάργυροι Αγία Βαρβάρα Περιστέρι Ζεφύρι Ίλιον Αιγάλεω Χαϊδάρι Κορυδαλλός Πετρούπολη Αγ. Ανάργυροι 1,595,631,734,811,547,53,51,654 Αγ. Βαρβάρα 1,457,545,639,663,727,763,662 Περιστέρι 1,74,587,417,368,382,414 Ζεφύρι 1,651,54,492,48,598 Ίλιον 1,583,573,577,543 Αιγάλεω 1,591,728,588 Χαϊδάρι 1,693,698 Κορυδαλλός 1,566 Πετρούπολη 1 Πίνακας 3.36 Τιμές του δείκτη «k» του στατιστικού ελέγχου συμφωνίας μεταξύ του σταθμού του Αστεροσκοπείου Αθηνών και των λοιπών σταθμών Βάση28 C Αστεροσκοπείο Αθηνών Βάση 33 C Αστεροσκοπείο Αθηνών Αθήνα,59 Αθήνα,41 Ν. Ερυθραία,475 Ν, Ερυθραία,283 Άνω Λιόσια,72 Άνω Λιόσια,54 Καματερό,648 Καματερό,464 Μαρούσι,727 Μαρούσι,469 Ν. Φιλαδέλφεια,635 Ν. Φιλαδέλφεια,441 Ελληνικό,77 Ελληνικό,47 Γλυφάδα,637 Γλυφάδα,423 Καλλιθέα,559 Καλλιθέα,377 92

100 Ρέντη,669 Ρέντη,46 Μοσχάτο,527 Μοσχάτο,47 Αγ. Παρασκευή,726 Αγ. Παρασκευή,268 Καισαριανή,691 Καισαριανή,5 Βύρωνας,525 Βύρωνας,657 Ζωγράφου,695 Ζωγράφου,479 Ηλιούπολη,652 Ηλιούπολη,373 Αγ. Ανάργυροι,735 Αγ. Ανάργυροι,528 Αγ. Βαρβάρα,592 Αγ. Βαρβάρα,471 Περιστέρι,689 Περιστέρι,492 Ζεφύρι,751 Ζεφύρι,543 Ίλιον,77 Ίλιον,596 Αιγάλεω,638 Αιγάλεω,498 Χαϊδάρι,64 Χαϊδάρι,364 Κορυδαλλός,63 Κορυδαλλός,488 Πετρούπολη,576 Πετρούπολη, Η επίδραση της αστικοποίησης και του πράσινου στη θερμοκρασία του αέρα Σε μια προσπάθεια γενικότερης διερεύνησης της επίδρασης του πρασίνου, των κτισμάτων και των δρόμων στις μέγιστες θερμοκρασίες του αέρα, συσχετίσθηκαν οι μέσες τιμές, ανά περιοχή, των απολύτως μέγιστων θερμοκρασιών (που παρατηρήθηκαν σε κάθε σταθμό), αφενός μεν με το ποσοστό φυτοκάλυψης και αφετέρου με την αναλογία κτισμάτων και δρόμων. Η προσέγγιση με βάση μέσες τιμές (ανά περιοχή) επιτρέπει μια ζυγοστάθμιση των ιδιαίτερων συνθηκών κάθε σταθμού, εξετάζοντας μόνο τις (ανά περιοχή) επικρατούσες συνθήκες. Για το κέντρο της πόλης ελήφθη υπόψη μόνο ο σταθμός «Αθήνα», γιατί αυτός του «Αστεροσκοπείου Αθηνών» βρίσκεται ουσιαστικά μέσα σε περιβάλλον πράσινου και δεν μπορεί, σε συνδυασμό με τον σταθμό του κέντρου της πόλης, να εκφράσει την μέση κατάσταση της πόλης. 93

101 Μέση ανά περιοχή απολύτως μέγιστη ωριαία θερμοκρασία του αέρα Μέση ανά περιοχή απολύτως μέγιστη ωριαία θερμοκρασία του αέρα Όπως προέκυψε, υπάρχει στατιστικά σημαντική συσχέτιση μεταξύ των εξεταζόμενων μεταβλητών και στις δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση (Εικόνα 3.29α) αυξανομένου του ποσοστού του πράσινου από το 4,3% (νοτιοδυτικό τμήμα) σε 31% (ανατολικό τμήμα), παρατηρείται μια εκθετική ελάττωση της μέγιστης θερμοκρασίας του αέρα, η μεταβολή μάλιστα είναι στατιστικά σημαντική. Στη δεύτερη περίπτωση, αυξανομένης της κάλυψης από σπίτια και δρόμους ή οποία κυμαίνεται από 72-73% (στο ανατολικό και νοτιοανατολικό τμήμα) ως 91% στο κέντρο της πόλης(με μεγάλου ύψους κτίσματα), παρατηρείται μια στατιστικά σημαντική γραμμική αύξηση των μέγιστων θερμοκρασιών (Εικόνα 3.29β). Επίσης, στατιστικά σημαντικές, αλλά με μικρότερη πιθανότητα, y = x R 2 = Αναλογία πράσινου Εικόνα 3.29α y = 13.39x R 2 = Αναλογία πολυκατοικιών και δρόμων Εικόνα 3.29β Εικόνες 3.29 α & β Συσχέτιση μεταξύ μέσης ανά περιοχή απολύτως μέγιστης ωριαίας θερμοκρασίας του αέρα και ποσοστού κάλυψης από πράσινο(α) και από πολυκατοικίες και δρόμους (β) 94

102 εμφανίζονται οι συσχετίσεις μεταξύ των μέσων (ανά περιοχή) θερμοκρασιών και των αντίστοιχων ποσοστών κάλυψης από πράσινο (λογαριθμική μορφή) και ποσοστών κάλυψης από πολυκατοικίες και δρόμους (γραμμική μορφή). Σημειώνεται ότι η μεθοδολογία της παλινδρομικής ανάλυσης, που χρησιμοποιείται στο σημείο αυτό, για να δώσει μόνο μια οπτική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ πρασίνου ή δρόμων και πολυκατοικιών και θερμοκρασίας του αέρα, αναλύεται σε επόμενο κεφάλαιο, όπου πλέον η μαθηματική προσέγγιση χρησιμοποιείται για απαιτούμενες εκτιμήσεις. Γίνεται λοιπόν πλέον και αριθμητικά εμφανής τόσο η επίδραση του πρασίνου, όσο και η αρνητική επίδραση των κτισμάτων και δρόμων στο θερμοκρασιακό καθεστώς του λεκανοπεδίου της Αθήνας. 95

103 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΝΗΣΙΔΑ 96

104 4.1 Θερμικό ισοζύγιο στις πόλεις Το θερμικό ισοζύγιο στο σύνολο του συστήματος «γη-ατμόσφαιρα» διαφέρει ουσιαστικά από αυτό που παρατηρείται στις μεγάλες πόλεις. Αυτές μπορούν να θεωρηθούν σαν σημειακά συστήματα όπου τα ενεργειακά κέρδη είναι μεγαλύτερα των ενεργειακών απωλειών κατά το ποσό της αποθηκευμένης ενέργειας, (συγκέντρωσης θερμότητας), που δεν μπορεί να διαφύγει λόγω της πυκνής δόμησης. Έτσι το ενεργειακό ισοζύγιο σε μια πόλη ορίζεται ως: Q R + Q T =Q H + Q L + Q S + Q A (4.1) όπου Q R: η καθαρή ενεργειακή ροή (εισερχόμενη μείον εξερχόμενη) ακτινοβολίας, σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα (ηλιακό και μακρινό υπέρυθρο) Q T: η εκλυόμενη θερμότητα από ανθρωπογενείς πηγές Q H : ενεργειακή απώλεια υπό μορφή αισθητής θερμότητας, που οφείλεται σε συναγωγή μεταξύ επιφανειών κτιρίων (γενικά κατασκευών) και αέρα Q L : ενεργειακή απώλεια υπό μορφή λανθάνουσας θερμότητας, (που προέρχεται κυρίως από την βλάστηση, λόγω εξατμισοδιαπνοής) Q S : η αποθηκευόμενη ενέργεια στον αστικό ιστό Q Α : η ροή ενέργειας που μεταφέρεται από ή προς το σύστημα με οριζόντια μεταφορά (advection). Αυτή είναι σημαντική κυρίως στα όρια μεταξύ αστικού και αγροτικού περιβάλλοντος.[144, 163, 192, 22, 23] Ανθρωπογενής θερμότητα Η ανθρωπογενής θερμότητα σχετίζεται με το κυκλοφοριακό και την έκλυση ενέργειας από άλλες δραστηριότητες. Σύμφωνα με τους Grimmond και Oke [156], η ανθρωπογενής θερμότητα μπορεί να δοθεί από τη σχέση: Q T = Q 1 +Q 2 +Q 3 (4.2) όπου Q 1 : η θερμότητα που προέρχεται από τα αυτοκίνητα Q 2 : η θερμότητα που προέρχεται από σταθερές πηγές (βιομηχανία, κτίρια κλπ) και Q 3 : η θερμότητα που προέρχεται από τον μεταβολισμό Ενδεικτικά στον Πίνακα 4.1 δίνονται τιμές ροών διαφόρων πηγών ανθρωπογενούς θερμότητας [15] 97

105 Πίνακας 4.1 Ροές ανθρωπογενούς θερμότητας [15] ΠΗΓΕΣ ΕΝΤΑΣΗ Θέρμανση και φωτισμός kcal cm -2 d Αστική κυκλοφορία -1 9 kcal cm -2 d Βιομηχανία -1 8 kcal cm -2 d Ανθρώπινος μεταβολισμός -1 1 kcal cm -2 d Στις αστικές περιοχές, η ανθρωπογενής θερμότητα επηρεάζει σημαντικά την θερμοκρασία του αέρα. Σύμφωνα με τον Escourrou [15], η ανθρωπογενής θερμότητα στην Νέα Υόρκη είναι σχεδόν διπλάσια της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Κατά τους Pares et al [194], η παραγόμενη στη Βαρκελώνη ανθρωπογενής θερμότητα φθάνει το 2% της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Ο Oke [192], υποστηρίζει ότι, σε ετήσια βάση, η ανθρωπογενής θερμότητα ανά μονάδα οριζόντιας επιφάνειας, στα μέσα γεωγραφικά πλάτη, κυμαίνεται μεταξύ 15 και 5 W m -2. Ο Atwater [137] ορίζει, για το καλοκαίρι, σταθερή ροή 17 W m -2. Οι Torrance και Shum [224] όρισαν μια ροή θερμότητας, από την κυκλοφορία των αυτοκινήτων και την ηλεκτρική ενέργεια, της τάξης των 54 W/m 2 ανά ημέρα, κατά μέσο όρο,. O Τaha [222], λαμβάνοντας υπόψη του τις εργασίες των Hosler και Landsberg [161], Oke [192], Flohn [151], Gay και Stewart [152], McNaughton και Black [185], Dabberdt και Davis [148] και Mayer και Νoack [184], επέλεξε ορισμένες πόλεις του Βόρειου ημισφαιρίου (Πίνακας 4.2) και έδωσε τις μέσες ετήσιες τιμές της ανθρωπογενούς θερμότητας, συγχρόνως με την ροή, ακτινοβολίας για όλα τα μήκη κύματος (σε όσες θέσεις υπάρχουν μετρήσεις). Στον ίδιο πίνακα έχουν προστεθεί μετρήσεις των Christen and Voogt [11] για τη Βασιλεία της Ελβετίας, των Offerle et al [13,191] για το Lodz της Πολωνίας, του Steinecke [212] για το Reykjavik της Ισλανδίας, του Sailor and Lu [26] για τις ΗΠΑ και του Ichinose et al [163] για το Τόκυο της Ιαπωνίας. Εξ άλλου, σύμφωνα με τις προσομοιώσεις των Taha et al [223], η ανθρωπογενής θερμότητα στο κέντρο μιας μεγάλης πόλης αυξάνει την θερμοκρασία του αέρα, τόσο κατά τη διάρκεια της ημέρας, όσο και κατά τη διάρκεια της νύκτας, πάνω από 2 3 C. Αυτό συντελείται, κατά ένα μέρος, από την μείωση της συνολικής λανθάνουσας θερμότητας, που οφείλεται στο μικρό ποσοστό πράσινου που παρατηρείται στις πόλεις. Τέλος, σύμφωνα με τον Swaid [22], η ανθρωπογενής θερμότητα ευθύνεται για μια σταθερή ημερήσια αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα κατά,7 C. 98

106 Πίνακας 4.2 Μέσες ετήσιες τιμές ανθρωπογενούς θερμότητας και ροή ακτινοβολίας για όλα τα μήκη κύματος στα αστικά όρια πόλεων ΠΟΛΗ Ανθρωπογενής θερμότητα (W m -2 ) Ροή ακτινοβολίας σε όλα τα μήκη κύματος (W m -2 ) Σικάγο 53 Σινσινάτι 26 Λος Άντζελες Φαίρμπανγκς Σαίν Λούϊς 16 Μανχάτταν Ν.Υ Μόσχα 127 Μόντρεαλ Βουδαπέστη Οσάκα 26 Βανκούβερ 19 Δυτικό Βερολίνο Βασίλεια, Ελβετία 5-2 Lodz, Πολωνία 32 Reykjavik, Ισλανδία 35 ΗΠΑ 6-75 Τόκυο, Ιαπωνία Ο Grimmond [164] διαπίστωσε ότι η ανθρωπογενής θερμότητα στο Βανκούβερ του Καναδά, αυξάνει το βράδυ, κατά τη διάρκεια του χειμώνα και ελαττώνεται την ημέρα, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Αντίθετα ο Ιchinose et al [163] αναφέρουν ότι, η ένταση της ανθρωπογενούς θερμότητας στο κέντρο του Τόκυο της Ιαπωνίας παίρνει την μέγιστη τιμή της το χειμώνα, κατά τη διάρκεια της ημέρας. Οι Simmonds και Keay [211] και ο Klysik [171] διαπίστωσαν ότι η ανθρωπογενής θερμότητα στη Μελβούρνη της Αυστραλίας εμφανίζει μεταβολές από μέρα σε ημέρα, μέσα στην εβδομάδα. Ο Offerle et al [191] αναφέρει ότι, στο Lodz της Πολωνίας, το μέγεθος της ανθρωπογενούς θερμότητας, την χειμερινή περίοδο, είναι τουλάχιστον διπλάσιο της Q R, ενώ ο Νewcombe [189], μελετώντας την ανθρωπογενή θερμότητα στο Χονγκ Κόνγκ, διαπίστωσε ότι ήταν 26% υψηλότερη το καλοκαίρι σε σχέση με τον χειμώνα. Τέλος, ο Pigeon et al [197] αναφέρει ότι, κατά τη διάρκεια του χειμώνα στην Τουλούζη (Γαλλία) η ανθρωπογενής θερμότητα ξεπερνά την τιμή του Q R. Γίνεται λοιπόν αντιληπτό ότι στις μεγάλες πόλεις, λόγω της πυκνής δόμησης, παρατηρείται εγκλωβισμός της ανθρωπογενούς θερμότητας, ο οποίος προκαλεί μεταβολές στην θερμική ισορροπία της περιοχής, δημιουργώντας ή και ενισχύοντας το «φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας». 99

107 Δηλαδή παρατηρείται χωρική μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα, μεταξύ μιας αστικής και μιας προαστιακής περιοχής. Οι παράγοντες που συμμετέχουν στην δημιουργία του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας μπορούν να ταξινομηθούν: σε ελεγχόμενους (π.χ. κατάλληλος σχεδιασμός των πόλεων, ανθρωπογενής θερμότητα) και μη ελεγχόμενους (π.χ. ηλιακή ακτινοβολία) [21]. 4.2 Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας Σύμφωνα λοιπόν με όσα αναφέρονται παραπάνω οι κύριες αιτίες δημιουργίας του φαινομένου της θερμικής νησίδας στις μεγάλες πόλεις είναι (Εικόνα 4.1): Εικόνα 4.1 Αιτίες δημιουργίας αστικής θερμικής νησίδας [ΠΗΓΗ: [82]] 1. Η απορρόφηση της μικρού μήκους κύματος ηλιακής ακτινοβολίας από τα στοιχεία με μικρή ανακλαστικότητα (albedo) και την παγίδευση της, κατόπιν πολλαπλών ανακλάσεων μεταξύ των κτιρίων και της επιφάνειας των δρόμων 2. Η απορρόφηση και επανεκπομπή της μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας από τους ατμοσφαιρικούς ρύπους των πόλεων 3. Η σκίαση από τα κτίρια του ουρανού, που έχει σαν αποτέλεσμα την ελάττωση των απωλειών της μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας από τις αστικές χαράδρες 1

108 4. Η ανθρωπογενής θερμότητα, που προέρχεται από την αποβαλλόμενη θερμότητα για θέρμανση ή ψύξη κατοικιών και αυτές που προέρχονται από βιομηχανικές μονάδες, καθώς και από την κίνηση των αυτοκινήτων 5. Η αύξηση της αποθήκευσης θερμότητας από τα κτίρια. Στις πόλεις η συνολική επιφάνεια των κτιρίων είναι μεγαλύτερη από αυτή των αγροτικών περιοχών, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη συγκράτηση θερμότητας 6. Η ελάττωση της εξάτμισης από τις αστικές περιοχές, ένεκα των υδρομονωμένων επιφανειών και της μικρής παρουσίας πράσινου, με αποτέλεσμα περισσότερη ενέργεια να διοχετεύεται ως αισθητή θερμότητα και λιγότερη ως λανθάνουσα θερμότητα (η εξατμισοδιαπνοή συμβάλλει στο δροσισμό του περιβάλλοντος). 7. Η ελάττωση μεταφοράς με αναταράξεις δια μέσου των δρόμων, ένεκα της μείωσης της ταχύτητας του ανέμου μέσα στις πόλεις [23]. Η μείωση του πρασίνου και των υδάτινων επιφανειών, που παρατηρείται στις αστικές περιοχές, μειώνει την δυνατότητα δροσισμού μέσω εξατμισοδιαπνοής [196,23]. Κατά τη διεργασία αυτή, το νερό εξατμίζεται από τις υδάτινες επιφάνειες και το έδαφος, καθώς και από τα φυτά μέσω της διαπνοής από την φυλλική επιφάνεια, όπως παραστατικά δίνεται στην Εικόνα 4.2. Από μετρήσεις των Jusuf S. K. et al [165] στην Σιγκαπούρη, η μέση ημερήσια θερμοκρασία μιας επιφάνειας κτιρίου ήταν κατά 4,2 C υψηλότερη από μια φυτοκαλυμμένη επιφάνεια. Σύμφωνα μάλιστα με τον Akbari et al [132], ένας μεγάλος αριθμός δένδρων και αστικά πάρκα μπορούν να μειώσουν τοπικά την θερμοκρασία του αέρα από,5 ως 5 C, με αποτέλεσμα την ελάττωση των απαιτήσεων δροσισμού για κάθε βαθμό κατά 2 4 %. Εικόνα 4.2 Σχηματική απεικόνιση του φαινομένου της εξατμισοδιαπνοής από το έδαφος και τα φυτά 11

109 Το φαινόμενο της θερμικής νησίδας έχει μελετηθεί από πλήθος ερευνητές σε όλο τον κόσμο, γιατί δυσκολεύει την ζωή στις πόλεις, αυξάνει τις καταναλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας [175], αυξάνει τις συγκεντρώσεις του επιφανειακού όζοντος [178, 24] και συχνά είναι η αιτία αύξησης της θνησιμότητας [145]. Ο Santamouris το 27 [73] συγκέντρωσε σε ανασκόπηση τις υπάρχουσες μελέτες σχετικά με το θέμα της θερμικής νησίδας στην Ευρώπη, από όπου φαίνονται οι παρατηρούμενες διαφοροποιήσεις από θέση σε θέση. Επί πλέον, γίνεται αναφορά στις μελέτες που εστιάζονται στα μέσα γεωγραφικά πλάτη και ιδιαίτερα σε αυτές που αναφέρονται σε Μεσογειακές χώρες. Σύμφωνα με τον Arnfield [71], η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας ελαττώνεται με την αύξηση της έντασης του ανέμου, καθώς επίσης και με την αύξηση της νεφοκάλυψης. Αυτή η ελάττωση είναι μεγαλύτερη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και μικρότερη το χειμώνα, μεγαλύτερη δε τη νύκτα και μικρότερη την ημέρα. Επίσης τείνει να αυξηθεί αυξανομένου του πληθυσμού και του μεγέθους μιας πόλης. Οι παραδοχές όμως αυτές όπως θα φανεί παρακάτω μπορούν να ανατραπούν, δεδομένου ότι συμμετέχουν πολλοί παράγοντες που διαμορφώνουν τελικά το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας. Ακόμα δε, σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να παρουσιασθεί και αναστροφή του φαινομένου [112]. Από λεπτομερείς μελέτες που έγιναν από τους Alcoforado [133] και Alcoforado και Andrade [134], στις πιο πυκνά οικοδομημένες περιοχές της Λισσαβόνας, προέκυψε ότι κατά τη διάρκεια της νύκτας, τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι, εμφανίσθηκε το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας με μια μέση ένταση 2,5 C. Στην Πορτογαλία επίσης, μελέτες σχετικές με το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας έγιναν από τους Pinho και Manso Orgaz [198] στο Aveiro και από τους Balkestahl et al [138] στο Oporto. Στην πρώτη περίπτωση βρέθηκε ότι η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας έφθασε μέχρι 7,5 C, ενώ στην δεύτερη περίπτωση έφθασε τους 7,3 C και μάλιστα οι τιμές αυτές παρατηρήθηκαν με ανέμους μικρής ταχύτητας. Στην Μαδρίτη της Ισπανίας αναλύθηκαν από τους Yaggie et al [235] οι ελάχιστες ημερήσιες μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα, της περιόδου , τριών αγροτικών και ενός αστικού σταθμού. Βρέθηκε ότι και σε αυτή την περίπτωση έχει εμφανισθεί στην πόλη το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας και μάλιστα η έντασή του γίνεται μέγιστη τους καλοκαιρινούς μήνες. Επίσης έρευνες γύρω από το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας έγιναν στην Βαρκελώνη (Ισπανία) από τον Moreno Garcia [186] και στην Γρανάδα από τους Montavez et al [187]. Στην πρώτη περίπτωση, η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας βρέθηκε γύρω στους 8 C, ενώ στην δεύτερη περίπτωση γύρω στους 5 C, με μέγιστη τιμή το χειμώνα, νωρίς το πρωί, όταν παρατηρείται το ελάχιστο της θερμοκρασίας του αέρα. Πολλές μελέτες γύρω από το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας έχουν γίνει επίσης στην Ιταλία. Μια πρώτη μελέτη των Colacino και Lavagnini [146] έγινε στην Ρώμη, με βάση ένα δίκτυο 1 αστικών και αγροτικών σταθμών, οι οποίοι κάλυπταν μετρήσεις της περιόδου , από τις 12

110 οποίες λήφθηκαν υπόψη οι ελάχιστες ημερήσιες τιμές. Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας παρατηρήθηκε τόσο το χειμώνα (με ένταση 2,5 C), όσο και το καλοκαίρι (με ένταση 4,3 C). Το 25 δημοσιεύτηκε θεωρητική μελέτη των Bonacquisti et al [142], που αφορά το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας στη Ρώμη, η οποία έγινε με τη βοήθεια φυσικών μοντέλων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το φαινόμενο παρουσιάζεται όλο το χρόνο με μέγιστη ένταση 2 C, το χειμώνα και 5 C το καλοκαίρι. Στη Πάρμα (Ιταλία) επίσης, μελετήθηκε από τον Zanella [236] το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας, συγκρίνοντας μετρήσεις αστικών και αγροτικών σταθμών της περιόδου Η παρατηρηθείσα ένταση της αστικής θερμικής νησίδας παρουσιάζει μέγιστο την άνοιξη και το καλοκαίρι, ενώ η μέση τιμής της εκτιμήθηκε ίση με 1,4 C. Μια μέση ένταση της αστικής θερμικής νησίδας της τάξης των 1,4 C βρέθηκε επίσης από τους Bacci και Maugeri [139] στο Μιλάνο της Ιταλίας, συγκρίνοντας τις θερμοκρασίες του αέρα στο κέντρο της πόλης με αυτές του αεροδρομίου Linate. Από την μελέτη των Petralli et al [195], που έγινε στην Φλωρεντία (Ιταλία), προέκυψε ότι η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας ήταν γύρω στους 3 C, με την μέγιστη τιμή της να παρατηρείται με αίθριο ουρανό και χαμηλές ταχύτητες ανέμου. Μελέτες επίσης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας έχουν γίνει στην γειτονική Τουρκία. Συγκεκριμένα, οι Tayanc και Toros [224] μελέτησαν το πεδίο των θερμοκρασιών στη Σμύρνη, τα Άδανα, την Bursa και την Gaziantep. Η μελέτη έγινε με βάση δεδομένα της περιόδου από ένα αγροτικό και ένα αστικό σταθμό κάθε πόλης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και στις τέσσερεις πόλεις εμφανίζεται το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας, με ένταση η οποία κυμαίνεται από 6,5 ως 9 C. Στην Κωνσταντινούπολη και την Άγκυρα το φαινόμενο μελετήθηκε από τους Karaca et al [166], με βάση τις ελάχιστες θερμοκρασίες αστικών και αγροτικών σταθμών. Η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας βρέθηκε γύρω στους 2 C, με μια τάση αύξησης στην Κωνσταντινούπολη, ενώ δεν παρατηρήθηκε φαινόμενο αστικής θερμικής νησίδας στην Άγκυρα. Σε πόλεις της Ευρώπης με μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη, όπου τα αποτελέσματα εμφανίζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις από αυτά των Μεσογειακών πόλεων, έγιναν μελέτες από τους Tumanov et al [229] στην Βουδαπέστη (Ουγγαρία), τον Unger [231] και τους Bottyan και Unger [95] στην πόλη Szeged επίσης στην Ουγγαρία, τον Szymanowski [221] και τους Klysik και Fortuniak [172] στο Wroclau και στο Lodz της Πολωνίας αντίστοιχα, τους Beranova και Huth [141] στην Πράγα (Τσεχία), τους Christen και Vogtt [11] στη Βασιλεία της Ελβετίας, τον Bohm [143] και τους Lazar και Podesser [176] στη Βιέννη και το Γκράτς, αντίστοιχα της Αυστρίας και τους Watkins et al [234] στο Λονδίνο, όπου βρέθηκε το φαινόμενο της θερμικής νησίδας να εντοπίζεται στο κέντρο του Λονδίνου κατά τη νύκτα, με ένταση που σε ορισμένες περιπτώσεις έφθανε τους 7 C. Στην ίδια πόλη, η μελέτη των Kolokotroni et al [173] βρήκε την μέγιστη ένταση της αστικής θερμικής νησίδα να κυμαίνεται στο ευρύ πεδίο των -4 C ως +8 C, με μέση τιμή το καλοκαίρι 2 C ή οποία φθάνει τους 3,2 C κατά τη διάρκεια της νύκτας. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της έντασης της θερμικής νησίδας βασίζονταν: 13

111 1. Σε μοντελοποιήσεις 2. Σε δορυφορικά δεδομένα 3. Σε δεδομένα μετεωρολογικών σταθμών και 4. Σε εγκατάσταση δικτύου πειραματικών μετρήσεων Στον Πίνακα 4.3 δίνονται συγκεντρωτικά οι μέγιστες εντάσεις της θερμικής νησίδας (max UHII), από επιφανειακές μετρήσεις ή από μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα σε διάφορα μέρη του κόσμου, όπως αυτές παρουσιάσθηκαν από τον Rizwan et al 29 [22], στις οποίες έχουν επίσης προστεθεί πληροφορίες από άλλες ερευνητικές εργασίες. Τα αποτελέσματα, στις εκτιμήσεις της έντασης της αστικής θερμικής νησίδας (UHII), εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, με αποτέλεσμα συχνά στις ίδιες θέσεις να προκύπτουν τελείως διαφορετικές τιμές. Οι μετρήσεις εστιάζονται κυρίως σε μετρήσεις θερμοκρασίας του αέρα και σε μετρήσεις επιφανειακής θερμοκρασίας, που γίνονται εξ αποστάσεως με «αισθητήρες θερμότητας». Οι ατμοσφαιρικές αστικές θερμικές νησίδες, δηλαδή η διαφορά θερμοκρασίας του αέρα μιας αστικής περιοχής από αυτήν μίας προαστιακής ή αγροτικής περιοχής, που βρίσκεται πέριξ της αστικής ζώνης, θεμελιώνονται καλύτερα τη νύκτα με νήνεμο και αίθριο καιρό, ενώ οι μετρήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας μελετώνται καλύτερα όταν η ένταση της θερμικής επιφανειακής αστικής νησίδας είναι μεγαλύτερη [34, 233]. Εν τούτοις, λόγω της αφετικής ικανότητας (emissivity) των επιφανειών και της παρεμβολής της ατμόσφαιρας και παρά την διόρθωση του σφάλματος με προτεινόμενους αλγόριθμους Becker and Li [14], Kerr et al [168], Prata [2], Uliviery et al [23], Sobrino et al [218, 219] και Coll et al [197] στους υπολογισμούς με δορυφορικά δεδομένα, οι παρατηρούμενες διαφορές στην ένταση της αστικής θερμικής νησίδας μπορούν να φθάσουν ακόμα και τους 3 C [214]. Πίνακας 4.3 Μέγιστες τιμές της έντασης της θερμικής νησίδας (UΗΙΙ) σε διάφορες πόλεις του κόσμου [ΠΗΓΗ: [22]] Περιοχή Είδος μέτρησης Δεδομένα Max UHII ( C) Βιβλιογραφία Ατλάντα ΗΠΑ Θερμοκρασία Μοντελοποίηση +1,2 (158) επιφάνειας Ν. Υόρκη (πόλη) Θερμοκρασία Μοντελοποίηση +2,2 (16) επιφάνειας Pyongyong, B.Κορέα Θερμοκρασία Δορυφορικά +4, (162) επιφάνειας δεδομένα Ho Chi Minh Θερμοκρασία Δορυφορικά +5, (162) City,Βιετνάμ επιφάνειας δεδομένα Ουγγαρία Θερμοκρασία Δορυφορικά +6, (199) επιφάνειας δεδομένα Σαγκάη, Κίνα Θερμοκρασία Δορυφορικά +7, (162) 14

112 Μανίλα, Φιλιππίνες Τόκυο, Ιαπωνία Σεούλ, Ν.Κορέα Μπανγκόγκ, Ταϊλάνδη Πεκίνο, Κίνα Ατλάντα ΗΠΑ Barrow, Αλάσκα Fairbanks,Αλάσκα Szeged, Ουγγαρία Σεούλ, Ν.Κορέα Χονγκ Κόνγκ, Κίνα Ρώμη, Ιταλία Πόλη του Μεξικού Ν.Υόρκη, ΗΠΑ Παρίσι, Γαλλία Χονγκ Κόνγκ, Κίνα Lodz, Πολωνία Γρανάδα, Νικαράγουα επιφάνειας Θερμοκρασία επιφάνειας Θερμοκρασία επιφάνειας Θερμοκρασία επιφάνειας Θερμοκρασία επιφάνειας Θερμοκρασία επιφάνειας Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα Θερμοκρασία αέρα δεδομένα Δορυφορικά +7, (162) δεδομένα Μοντελοποίηση +8, (26) Δορυφορικά +8, (162) δεδομένα Δορυφορικά +8, (162) δεδομένα Δορυφορικά +1, (162) δεδομένα Μοντελοποίηση +,6 (158) Πειραματικές +6, (159) μετρήσεις Μετεωρολογικά +1, (183) δεδομένα Πειραματικές +2,6 (231) μετρήσεις Μετεωρολογικά δεδομένα +3,4 (169) Πειραματικές +3,4 (155) μετρήσεις Μοντελοποίηση +5, (142) Μετεωρολογικά +5, (164) δεδομένα Μετεωρολογικά +5, (153) δεδομένα Μοντελοποίηση +8, (177) Μετεωρολογικά +1,5 (21) δεδομένα Μετεωρολογικά +12, (172) δεδομένα Μετεωρολογικά -2, (187) δεδομένα 15

113 Όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.4, οι μετρήσεις στο Τόκυο, με διαφορετικές μεθόδους συλλογής δεδομένων, έδωσαν τιμές της έντασης της θερμικής νησίδας οι οποίες διαφέρουν κατά 4 C. Στην Ατλάντα (ΗΠΑ) οι εκτιμήσεις με την βοήθεια μοντέλων αφενός και με πειραματικές μετρήσεις αφετέρου, πρώτα της επιφανειακής θερμοκρασίας και δεύτερον της θερμοκρασίας του αέρα, έδωσαν διπλάσια αποτελέσματα στη μία περίπτωση σε σχέση με την άλλη. Στη Σεούλ, με διαφορετικές μεθόδους μέτρησης και διαφορετικό τύπο μετρήσεων (θερμοκρασία του αέρα/επιφανειακή θερμοκρασία) τα αποτελέσματα έδωσαν ένταση της θερμικής νησίδας 3,4 C στην πρώτη και 8 C στην δεύτερη περίπτωση. Τέλος, στην Πολωνία σε διαφορετικές θέσεις, αλλά με τις ίδιες υπόλοιπες προδιαγραφές, στην μία περίπτωση η ένταση της θερμικής νησίδας ήταν 1 C και στην άλλη 12 C Πίνακας 4.4 Ένταση της αστικής θερμικής νησίδας(uhii), σε 4 περιπτώσεις, σε σχέση Περιοχή Τόκυο Τόκυο Ατλάντα (ΗΠΑ) Ατλάντα (ΗΠΑ) Σεούλ Σεούλ Fairbanks Πολωνία με την περιοχή, τον τύπο των μετρήσεων και τις μεθόδους μέτρησης Τρόπος μέτρησης Με μετακινούμενο όχημα Δορυφορικά δεδομένα Μοντέλα Μοντέλα Μετεωρολογικές μετρήσεις Δορυφορικά δεδομένα Μετεωρολογικές μετρήσεις Μετεωρολογικές μετρήσεις Μετρούμενη παράμετρος Επιφανειακή θερμοκρασία Επιφανειακή θερμοκρασία Επιφανειακή θερμοκρασία Θερμοκρασία του αέρα Σταθμός μέτρησης θερμοκρασίας του αέρα Επιφανειακή θερμοκρασία Επιφανειακή θερμοκρασία Επιφανειακή θερμοκρασία UHII ( C) Γίνεται ως εκ τούτου αντιληπτό, ότι ακόμα και στην ίδια περιοχή, ανάλογα με το που βρίσκονται οι σταθμοί μέτρησης, μπορούν να προκύψουν τελείως διαφορετικά αποτελέσματα. Μετρήσεις της έντασης της αστικής θερμικής νησίδας έχουν γίνει από πάρα πολλούς ερευνητές με την βοήθεια δορυφορικών δεδομένων, όπως είναι αυτές των Aniello et al [135], στο Ντάλλας του Τεξας, Streutker [213] στο Χιούστον του Τέξας, Lo et al [182], στην Ατλάντα, ΗΠΑ, Dousset and Gourmelon [149] στο Λος Άντζελες ΗΠΑ και στο Παρίσι, ενώ αναλυτική βιβλιογραφία για την Ευρώπη συναντάται στο βιβλίο του M. Santamouris [73]. Τέλος, θα πρέπει να σημειωθεί ότι ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον γύρω από το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας παρουσιάζεται στην Ασία, όπου παρατηρείται μεγάλη πληθυσμιακή συγκέντρωση στις πόλεις με αποτέλεσμα την συσσώρευση σε αυτές ανθρωπογενούς θερμότητας. 8, 12, 1,2,6 3,4 8, 1, 12, 16

114 4.3 Φαινόμενο αστικής θερμικής νησίδας- Η έρευνα στον Ελληνικό χώρο Το ενδιαφέρον για το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας στην Ελλάδα ξεκίνησε από την δεκαετία του 9. Οι περισσότερες μελέτες αναφέρονται στην Αθήνα, όπου η ραγδαία αύξηση της πόλης, μετέβαλε προς το χειρότερο τις συνθήκες διαβίωσης σε αυτήν. Οι μελέτες που μέχρι σήμερα έχουν δημοσιευθεί στηρίζονται: 1. Σε μετεωρολογικά δεδομένα από το σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών και το υπάρχον δίκτυο των σταθμών της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας (ΕΜΥ), με βάση τις μετρήσεις των οποίων, το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας εκτιμάται δια μέσου μιας παρατηρούμενης κλιματικής αλλαγής. 2. Σε πειραματικές μετρήσεις, από σταθερούς ή κινητούς μετεωρολογικούς σταθμούς και 3. Σε δορυφορικά δεδομένα, από την επεξεργασία των οποίων εκτιμάται η χωρική κατανομή των επιφανειακών θερμοκρασιών. Οι μελέτες που αναφέρονται σε μετεωρολογικά δεδομένα, συνήθως προσπαθούσαν να εντοπίσουν φαινόμενα αστικής θερμικής νησίδας, δια μέσου των μετρήσεων της θερμοκρασίας του αέρα των σταθμών «Αστεροσκοπείο Αθηνών», «Ελληνικό» και «Νέα Φιλαδέλφεια». Αυτό ήταν ιδιαίτερα δύσκολο, αν ληφθεί υπόψη ότι κανένας από αυτούς σταθμούς δεν μπορεί να χαρακτηρισθεί ως καθαρά «αστικός». Στην μελέτη των Moustris et al [188], η οποία στηρίζεται σε μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα, δεν διαπιστώθηκε η ύπαρξη αστικής θερμικής νησίδας στην Αθήνα, κατά τη διάρκεια των θερινών μηνών. Εν τούτοις, παρατηρήθηκε μια αύξηση των συνθηκών θερμικής δυσφορίας στο κέντρο της πόλης. Επίσης στις εργασίες των Tselepidaki-Livada et al και Katsouyianni et al [226, 227, 167] δεν έγινε δυνατός ο εντοπισμός φαινομένου αστικής θερμικής νησίδας, αλλά μόνο η αύξηση του αριθμού των θανάτων κατά τη διάρκεια του καύσωνα του Ιουλίου 1987, που οφειλόταν στο συνδυασμό υψηλών θερμοκρασιών και αυξημένης ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Από μελέτη επίσης μόνο της θερμοκρασίας του αέρα του σταθμού του Αστεροσκοπείου Αθηνών για περίοδο 97 ετών, το διάστημα Ιουνίου-Σεπτεμβρίου, δεν έγινε δυνατός ο εντοπισμός κλιματικής αλλαγής στην Αθήνα, αλλά προσδιορίσθηκαν περιοδικότητες 65-7 ετών, στον αριθμό των ωρών με θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 26, 28 και 33 C [154]. Οι πρώτες ενδείξεις για την εμφάνιση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας παρουσιάζονται από τους Tselepidaki et al το 1994 [228], οπότε προσδιορίσθηκαν στατιστικά σημαντικές αυξήσεις στο μέσο αριθμό των ημερών με μέση ημερήσια θερμοκρασία μεγαλύτερη των 25 C, μεταξύ των σταθμών του Αστεροσκοπείου Αθηνών αφ ενός και του Ελληνικού και της Νέας Φιλαδέλφειας αφ ετέρου, κυρίως κατά τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο. Αυτό επιβεβαιώθηκε αργότερα [128], τόσο δια μέσου της αυξημένης εμμονής των τιμών των δεικτών θερμικής δυσφορίας στο κέντρο της Αθήνας, όσο και δια μέσου μιας στατιστικά σημαντικής αύξησης της συχνότητας εμφάνισης νυκτερινών αναστροφών επιφανείας, πάνω από την Αθήνα [179]. 17

115 Το 1996 στα πλαίσια του προγράμματος POLIS εγκαθίστανται στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας, αρχικά 2 σταθμοί μέτρησης της θερμοκρασίας του αέρα. Από την επεξεργασία των μετρήσεων θεμελιώνεται για πρώτη φορά η ύπαρξη φαινομένου αστικής θερμικής νησίδας, η οποία εμφανίζει μια ευρεία εξάπλωση από το κέντρο της πόλης προς τις δυτικές περιοχές. Επίσης, γίνεται εμφανής η επίδραση της κυκλοφορίας των αυτοκινήτων και της βλάστησης στο στενό περιβάλλον των σταθμών [18]. Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας είναι άμεσα συνδεδεμένο με τις καταναλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας για τον κλιματισμό των κτιρίων, όπως φαίνεται στην μελέτη των Santamouris et al [18], όπου με επιβεβαιωμένο το γεγονός της εμφάνισης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας, η ένταση της οποίας έφθασε μέχρι τους 15 C, εκτιμώνται οι καταναλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας, τόσο για θέρμανση, όσο και για ψύξη, καθώς και η χωρική κατανομή τους. Επίσης από την στατιστική επεξεργασία των δεδομένων της θερμοκρασίας του αέρα του προγράμματος POLIS, έγινε δυνατή η χωρική ταξινόμηση των σταθμών, σε αστικούς και προαστιακούς και συγχρόνως ορίσθηκε και η ένταση ανά μήνα της αστικής θερμικής νησίδας, από όπου προέκυψε ότι αυτή είναι μεγαλύτερη τον Ιούνιο και τον Σεπτέμβριο, από ότι τους μήνες Νοέμβριο και Μάρτιο και το καλοκαίρι από ότι το χειμώνα. Επί πλέον, σε μικροκλιματική βάση, διερευνήθηκε η επίδραση της βλάστησης και το φαινόμενο των αστικών χαραδρών [181, 111, 18, 21]. Έχει μελετηθεί επίσης η επίδραση του ανέμου στην ένταση της αστικής θερμικής νησίδας, από όπου έχει φανεί ότι μεγαλύτερης έντασης άνεμος έχει σαν συνέπεια την ομοιογενοποίηση της χωρικής κατανομής της θερμοκρασίας του αέρα τη νύκτα, ενώ το φαινόμενο αναστρέφεται την ημέρα, χωρίς όμως να δίνεται εξήγηση γι αυτή την αναστροφή. Επίσης με τη βοήθεια του προγράμματος ΤRNSYS εκτιμήθηκε το ψυκτικό φορτίο [29] και συσχετίσθηκαν τα αποτελέσματα συναρτήσει των τιμών του ανέμου και της παρατηρούμενης βλάστησης [136, 193]. Πλέον πρόσφατη είναι η εργασία των Giannopoulou et al [129], ή οποία έγινε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Με βάση την εμπειρία που αποκομίσθηκε από την μελέτη του θερμοκρασιακού καθεστώτος στην Αθήνα, με βάση τις μετρήσεις του προγράμματος POLIS, έγινε μια ορθότερη χωροταξική εγκατάσταση σταθμών μέτρησης, τόσο της θερμοκρασίας όσο και της υγρασίας του αέρα. Τα αποτελέσματα της μελέτης αφορούν το διάστημα Ιουνίου-Αυγούστου του 29 και έδειξαν τόσο την εμφάνιση στο κέντρο της πόλης φαινομένου αστικής θερμικής νησίδας, με μέση ένταση τον Ιούνιο 5,8 C, όσο και την εμφάνιση στις δυτικές περιοχές του λεκανοπεδίου της Αθήνας «θερμών κηλίδων» με μέγιστη ένταση 8,7 C. Αυτές οι «θερμές κηλίδες» έχουν σαν αποτέλεσμα την επικράτηση μιας αρνητικής αστικής νησίδας κατά την διάρκεια των μηνών Ιουλίου και Αυγούστου. «Θερμές κηλίδες» εντοπίσθηκαν επίσης στην ανατολική περιοχή (Βύρωνας) και στο νότιο τμήμα της πόλης στο Ελληνικό (λόγω τοπικών συνθηκών) και στην περιοχή Μοσχάτου και Ρέντη, δηλαδή σε μια περιοχή που βρίσκεται μέσα στη βιομηχανική ζώνη της πόλης και συγχρόνως γειτονεύει με το λιμάνι του Πειραιά. 18

116 Τέλος, με την βοήθεια δικτύου πειραματικών μετρήσεων, το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας μελετήθηκε και στα Χανιά της Κρήτης [174, 237], από όπου προέκυψε ότι το φαινόμενο είναι εντονότερο κατά τη διάρκεια της ημέρας (μέγιστη ένταση 8 C) και ασθενέστερο την νύκτα (1,5 2, C). Η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας μετριέται είτε μέσα στο οριακό στρώμα πάνω από το αστικό στρώμα, είτε μέσα στο αστικό στρώμα, είτε από τις διαφορές των επιφανειακών θερμοκρασιών μεταξύ αστικών και μη αστικών γειτονικών περιοχών. Η εμφανιζόμενη διαφορά θερμοκρασίας του αέρα μεταξύ αστικών και προαστιακών (ή αγροτικών) περιοχών, στις δύο πρώτες περιπτώσεις επηρεάζεται από το ανάγλυφο και τα τοπικά ή μεσαίας κλίμακας φαινόμενα, ενώ στην τρίτη περίπτωση η ένταση της αστικής θερμικής νησίδας ορίζεται από τις διαφορές των επιφανειακών θερμοκρασιών μεταξύ αστικών και προαστιακών (ή αγροτικών) επιφανειών [192]. Μελέτες του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας σε πόλεις της Ελλάδας με την βοήθεια δορυφορικών δεδομένων, από τα οποία υπολογίζονται οι επιφανειακές θερμοκρασίες υπάρχουν από το 24. Στη μελέτη των Stathopoulou et al [214], αναλύονται τα αποτελέσματα δορυφορικών καταγραφών και ορίζονται οι εντάσεις των επιφανειακών αστικών θερμικών νησίδων στην Αθήνα, τη Θεσσαλονίκη, την Πάτρα, το Βόλο και το Ηράκλειο της Κρήτης. Στον Πίνακα 5 δίνονται οι υπολογισθείσες εντάσεις της επιφανειακής αστικής θερμικής νησίδας μεταξύ μικτών αστικών περιοχών και αγροτικών περιοχών. Οι διαφορετικές τιμές στην ένταση της επιφανειακής αστικής θερμικής νησίδας σε Θεσσαλονίκη, Πάτρα, Βόλο και Ηράκλειο σύμφωνα με τους ερευνητές, ήταν συνάρτηση του μεγέθους των πόλεων, της πληθυσμιακής πυκνότητας και των παρατηρούμενων δραστηριοτήτων σε αυτές. Συγχρόνως λήφθηκαν υπόψη οι θερμοκρασίες του αέρα σε διάφορα σημεία του λεκανοπεδίου της Αθήνας, από όπου προέκυψε ότι οι αποκλίσεις από τις αντίστοιχες δορυφορικές μετρήσεις ήταν της τάξης των 1 3 C, δηλαδή τα δορυφορικά δεδομένα δίνουν τιμές επιφανειακής θερμοκρασίας συστηματικά χαμηλότερες από τις επίγειες μετρήσεις. Πίνακας 4.5 Ένταση της επιφανειακής αστικής θερμικής νησίδας (suhii) σε διάφορες ΠΟΛΗ πόλεις της Ελλάδας από δορυφορικές μετρήσεις [ΠΗΓΗ: [214]] suhii ( C) (μικτή αστική - αγροτική περιοχή) Αθήνα 5,2 Θεσσαλονίκη 3,3 Πάτρα 4,6 Βόλος 2,3 Ηράκλειο 7,3 19

117 Σε λεπτομερέστερες μελέτες των Stathopoulou et al 27 [215, 216], με την βοήθεια δορυφορικών δεδομένων, προέκυψε ότι η Δυτική και Νοτιοδυτική περιοχή του λεκανοπεδίου της Αθήνας (Πετρούπολη, Νίκαια, Καλλιθέα κλπ) εμφανίζουν μεγαλύτερες επιφανειακές θερμοκρασίες, λόγω της παρουσίας στην περιοχή βιομηχανικής ζώνης και κυκλοφοριακού φόρτου, από αυτές των Βόρειων και Βορειοανατολικών προαστίων (Κηφισιά, Χαλάνδρι, Ζωγράφου), όπου υπάρχει μεγαλύτερο ποσοστό βλάστησης και μικρότερη πυκνότητα δόμησης. Επίσης, χαρακτηριστική είναι η περίπτωση του Ελληνικού, όπου επικρατούν υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες, λόγω θέρμανσης από τον ήλιο των εκτεταμένων εκτάσεων ασφάλτου και τσιμέντου του παλαιού αεροδρομίου. Στον Πίνακα 4.6 δίνονται από τους συγγραφείς οι τιμές της επιφανειακής θερμοκρασίας για ημέρα και νύκτα και για διάφορες κατηγορίες εδαφικής κάλυψης. Όπως φαίνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας παρατηρείται μεταξύ των αστικών περιοχών και όλων των άλλων περιοχών μια αρνητική αστική θερμική νησίδα, με μέση τιμή 1,9 C και μέγιστη τιμή 7,1 C. Χαρακτηριστικό επίσης είναι ότι τα λιμάνια και τα αεροδρόμια εμφανίζονται θερμότερα από τις γύρω από αυτά περιοχές, καθορίζοντας «θερμές κηλίδες». Σύμφωνα με τους συγγραφείς, το θερμικό περιβάλλον της Αθήνας την ημέρα εξαρτάται από την συνδυασμένη επίδραση, I. Της τοπογραφίας II. Των στοιχείων της εδαφικής κάλυψης και III. Της χρονικής στιγμής που λήφθηκαν οι δορυφορικές εικόνες Πίνακας 4.6 Μέση επιφανειακή θερμοκρασία [216]] T s και τυπική απόκλιση (s.d.) [ΠΗΓΗ: ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΕΔΑΦΟΥΣ ΗΜΕΡΑ ΝΥΚΤΑ T s.d. ( C) T s.d. ( C) Πυκνής δόμησης αστικές περιοχές 16, 1,2 18,9 1,1 Αραιής δόμησης αστικές περιοχές 16, 2, 17, 1,8 Βιομηχανικές και εμπορικές περιοχές 18,6 2,3 16,4 2,4 Αυτοκινητόδρομοι 18,6 2, 16, 3,5 Λιμάνια 19,3 2, 2,4 2,1 Αεροδρόμια 2, 2,1 16,6 2, Νταμάρια 16, 4,1 15,7 1,8 Χωματερές 2,6 1,8 16,7 1,1 Εργοτάξια 18,9 1,6 15,7 1,5 Πράσινες αστικές περιοχές 16, 1,6 17,5 1,4 Χώροι άθλησης και αναψυχής 17,2 1,9 17,1 2,2 ΑΓΡΟΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ 17,9 3,2 15,8 2,3 s s 11

118 Αντίθετα, κατά τη διάρκεια της νύκτας, το φαινόμενο αναστρέφεται λόγω αδράνειας(inertia) των δομικών υλικών, με την ένταση της αστικής θερμικής νησίδας να λαμβάνει μια μέση τιμή 3,1 C και μια μέγιστη τιμή 6,5 C. Οι Stathopoulou et al, 29 [217] προσπάθησαν επίσης με την βοήθεια δορυφορικών δεδομένων να εκτιμήσουν για την περιοχή της Αθήνας, Την χωρική μεταβολή του συντελεστή ανακλαστικότητας (albedo) Την χωρική κατανομή της αστικής βλάστησης και Την χωρική κατανομή της επιφανειακής θερμοκρασίας, τόσο την ημέρα όσο και την νύκτα Σκοπός τους ήταν ο ορισμός των «ψυχρών» και «θερμών» κηλίδων μέσα στην Αθήνα και ο ορισμός της σχέσης που τις συνδέει με τα αστικά επιφανειακά χαρακτηριστικά, ώστε να κατηγοριοποιηθούν τα υλικά σε «θερμά» και «ψυχρά». Τα κύρια συμπεράσματά τους σε σχέση με το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας ήταν ότι: i. Σε σχέση με την περιφέρεια στο κέντρο της Αθήνας κατά τη διάρκεια της ημέρας παρατηρείται μια αρνητική ένταση της επιφανειακής αστικής θερμικής νησίδας, ενώ την νύκτα αναστρέφεται το φαινόμενο, και ii. Οι περιοχές με περισσότερη βλάστηση και υψηλότερη αφετική ικανότητα, όπως είναι τα βόρεια προάστια, ήταν ψυχρότερες από τα νότια προάστια. Τέλος, για να γίνει ποσοτικά αντιληπτή η σημασία των μελετών γύρω από το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας δίνονται στον Πίνακα 4.7 οι εκτιμημένες αθροιστικά για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο, Αύγουστο και Σεπτέμβριο τιμές του ψυκτικού φορτίου (kwh m -2 ), από την εργασία των Assimakopoulos et al [136], για ένα κτίριο με συγκεκριμένες προδιαγραφές, με βάση τις θερμοκρασίες του αέρα (του 1997 και 1998), που είχαν ληφθεί από ένα δίκτυο 2 σταθμών εγκατεστημένων την περίοδο εκείνη στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας. Πίνακας 4.7 Αθροιστικό ψυκτικό φορτίου (kwh m -2 ) της περιόδου Ιουνίου-Σεπτεμβρίου των ετών 1997 και 1998, σε διάφορες θέσεις (σταθμοί Νο1 ως Νο2) για συγκεκριμένο τύπο και μέγεθος κτιρίου. [ΠΗΓΗ: [136]] α.α. Σταθμού Ψυκτικό φορτίο(kwh m -2 ) α.α. Σταθμού Ψυκτικό φορτίο(kwh m -2 ) 1 Αστεροσκοπείο Αθηνών Ηλιούπολη Γεωπονική Σχολή Κηφισιά

119 Εθνικός Κήπος Όπως φαίνεται, τόσο στον σταθμό της Κηφισιάς (Νο 16), όσο και στον σταθμό της Ηλιούπολης (Νο 2) που αντίστοιχα βρίσκονται στα βόρεια και ανατολικά τμήματα της ευρύτερης περιοχής της Αθήνας, το ψυκτικό φορτίο λαμβάνει τις μικρότερες τιμές του, οι οποίες είναι κατά 4% περίπου μικρότερες, από τις αντίστοιχες τιμές του κέντρου της πόλης (σταθμοί Νο 12 και Νο 13), όπου υπάρχει μεγάλος κυκλοφοριακός φόρτος, μεγάλη πυκνότητα κτιρίων, αυξημένη ρύπανση και ελάχιστη βλάστηση. Η επίδραση των αυτοκινήτων και της ρύπανσης επηρεάζει ακόμα και τις τιμές που εκτιμήθηκαν στις θέσεις των σταθμών στον Εθνικό Κήπο (Νο 19), στη Γεωπονική Σχολή (Νο 14) και στο Αστεροσκοπείο Αθηνών (Νο 1), οι οποίοι βρίσκονται σε θέσεις με μεγάλη αναλογία βλάστησης και μικρή πυκνότητα δόμησης, με αποτέλεσμα τα ψυκτικά φορτία που υπολογίσθηκαν να είναι μεγαλύτερα των προαστιακών σταθμών. 112

120 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΧΩΡΟΧΡΟΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΩΡΙΑΙΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΣΤΟ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΟΣ ΙΟΥΝΙΟΥ-ΑΥΓΟΥΣΤΟΥ

121 5.1 Εισαγωγή Η βασική πηγή ενέργειας για τον πλανήτη μας είναι ο Ήλιος, δεδομένου ότι η ενέργεια από το εσωτερικό της γης (λόγω μεταστοιχειώσεων) και τους απλανείς αστέρες είναι αμελητέα. Η ηλιακή ακτινοβολία λοιπόν είναι αυτή που ρυθμίζει άμεσα, με την μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία, και έμμεσα, με την μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, την θερμοκρασία της ατμόσφαιρας, ιδιαίτερα των κατώτερων στρωμάτων της, διατηρώντας την ισορροπία της θερμικής μηχανής γης ατμόσφαιρας. Οι μηχανισμοί μετάδοσης της θερμότητας στην ατμόσφαιρα που έχουν σαν αποτέλεσμα την θέρμανση του αέρα κυρίως στα κατώτερα στρώματα της είναι: 1. με αγωγιμότητα, όπου ο αέρας θερμαίνεται από την απ ευθείας επαφή του με το έδαφος 2. με μεταφορά στροβίλων και μάζας, όπου ο αέρας που θερμαίνεται από το έδαφος διαστέλλεται και ανέρχεται προς τα επάνω και την θέση του καταλαμβάνει κατερχόμενος ψυχρός αέρας και 3. Με ακτινοβολία, όπου το έδαφος θερμαίνεται από την μικρού μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία και στην συνέχεια ο αέρας θερμαίνεται από την μεγάλου μήκους κύματος γήινη ακτινοβολία. Οι μηχανισμοί αυτοί δίνονται σχηματικά στην Εικόνα 5.1 Εικόνα 5.1 Τρόποι θέρμανσης του αέρα από την ηλιακή ακτινοβολία (Πηγή: Μαθήματα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας, Α. Φλόκα (1994)), [238] Σύμφωνα λοιπόν με τους παραπάνω μηχανισμούς οι θερμομετρικές συνθήκες σε ένα σημείο της γης εξαρτώνται από: 114

122 σημείο Το ισοζύγιο ακτινοβολιών του συστήματος γης-ατμόσφαιρας που υπάρχει σε αυτό το Τη δυνατότητα μεταφοράς θερμότητας με οριζόντιες και κατακόρυφες κινήσεις Την θερμότητα που εκλύεται κατά την συμπύκνωση των υδρατμών ή προσλαμβάνεται κατά την εξάτμιση του νερού Την ανακλαστικότητα της επιφάνειας του εδάφους που εξαρτάται από τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του και την φυτοκάλυψη και Τα θαλάσσια ρεύματα στην περίπτωση που ο τόπος συνορεύει με την θάλασσα Θερμοκρασία του αέρα Η θερμοκρασία του αέρα σε έναν τόπο απεικονίζεται ποσοτικά δια μέσου των παρακάτω παραμέτρων: I. Την απολύτως μέγιστη (Τ max ) και ελάχιστη (Τ min ) τιμή της μέσα σε μια χρονική περίοδο (24ωρο, μήνας, χρόνος) II. Την μέση ημερήσια τιμή της ( ) που θεωρητικά ορίζεται από την ολοκλήρωση κατά μήκος της καμπύλης συνεχούς καταγραφής της θερμοκρασίας του αέρα μέσα στο 24ωρο και πρακτικά σαν ο μέσος όρος των 24 ωριαίων τιμών της III. Την μέση μηνιαία θερμοκρασία ( της μέσα σε ένα μήνα IV. Την μέση ετήσια τιμή της ( T annual T mean T monthly ) που ορίζεται σαν ο μέσος όρος των ημερήσιων τιμών ) που ορίζεται σαν ο μέσος όρος των ημερήσιων ή μηνιαίων μέσων τιμών της. Με βάση τα παραπάνω μεγέθη μπορεί επίσης να ορισθεί: Το ημερήσιο θερμομετρικό εύρος (Η.Θ.Ε.) σαν η διαφορά της ελάχιστης από την μέγιστη θερμοκρασία μέσα στο εικοσιτετράωρο, που χαρακτηρίζει την ημερήσια κύμανση της θερμοκρασίας του αέρα και Το ετήσιο θερμομετρικό εύρος (Ε.Θ.Ε.) σαν η διαφορά της μέσης μηνιαίας θερμοκρασίας του ψυχρότερου μήνα του έτους από την μέση μηνιαία θερμοκρασία του θερμότερου μήνα του έτους. Υπάρχουν επίσης και άλλες μεταβλητές που χαρακτηρίζουν την θερμοκρασία του αέρα οι οποίες όμως είναι εκτός του ενδιαφέροντος της παρούσας μελέτης. Για κάθε μια από τις παραπάνω μεταβλητές, μετρημένες σε διάφορα σημεία ενός τόπου είναι δυνατόν πάνω στο γεωγραφικό χάρτη του τόπου αυτού να χαραχθούν οι αντίστοιχες ισότιμες 115

123 καμπύλες που ενώνουν σημεία με την ίδια τιμή της εξεταζόμενης μεταβλητής, χαρτογραφώντας έτσι τις συνθήκες του τόπου. Η κατανομή τους στον χώρο βοηθά στην ευκολότερη μελέτη διαφόρων φαινομένων που σχετίζονται με την εξεταζόμενη παράμετρο π.χ. της θερμοκρασίας του αέρα, οπότε μπορεί να γίνει εμφανής η παρουσία του φαινόμενου της θερμικής νησίδας. Με το λογισμικό ηλεκτρονικού υπολογιστή surfer που μετατρέπει τις σημειακές τιμές μιας μελετώμενης μεταβλητής, που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένες γεωγραφικές συντεταγμένες, σε θεματικούς χάρτες, επιτυγχάνεται μια επιφανειακή ολοκλήρωση και γίνεται δυνατή η άντληση πληροφοριών για οποιοδήποτε σημείο του χώρου που καλύπτεται από τις σημειακές τιμές. Στην παρούσα μελέτη έχοντας τιμές των διαφόρων εξεταζόμενων μεταβλητών γίνεται συχνά χρήση του λογισμικού αυτού, από όπου αντλούνται οι ζητούμενες πληροφορίες σχετικά με την κατανομή στον χώρο κάθε μιας από τις εξεταζόμενες μεταβλητές Μέσες και μέγιστες θερμοκρασίες του αέρα Σε πρώτη φάση για να αξιολογηθούν τα χαρακτηριστικά των μέσων και μέγιστων ημερήσιων θερμοκρασιών του αέρα για κάθε ένα από τους τρεις θερινούς μήνες (Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος 29), του συνόλου των σταθμών του πειραματικού δικτύου, έγινε στατιστική επεξεργασία, ως εξής: Θεωρήθηκαν αρχικά δύο περιπτώσεις α. αυτής των μέσων ωριαίων τιμών, όπου η διαδικασία επαναλήφθηκε τόσο για τα υποσύνολα που ορίσθηκαν από τις ημερήσιες τιμές (7. ως 21. τοπική ώρα), όσο και αυτά των νυκτερινών τιμών (22. ως 6. τοπική ώρα), και β. αυτής των μέγιστων ημερήσιων τιμών. Στην συνέχεια για κάθε περιοχή ορίσθηκαν για κάθε μήνα οι μέσες ωριαίες τιμές (από το σύνολο των σταθμών κάθε περιοχής) καθώς και οι μέγιστες ημερήσιες τιμές και συγκρίθηκαν οι μεταξύ των περιοχών μέσες ωριαίες διαφορές και οι μέγιστες ημερήσιες διαφορές. Για την εφαρμογή του ελέγχου αυτού τίθεται η μηδενική υπόθεση Η ο : η μέση διαφορά (d ) που προκύπτει π.χ. από τις μέσες ωριαίες διαφορές των θερμοκρασιών του αέρα μεταξύ δύο περιοχών ισούται με μηδέν (d =), έναντι της εναλλακτικής υπόθεσης Η 1 : η μέση διαφορά είναι διάφορη του μηδενός (d ). Αυτή ελέγχεται στη στάθμη σημαντικότητας α σε δίπλευρο έλεγχο για Ν-1 βαθμούς ελευθερίας, όπου Ν είναι το μέγεθος κάθε δείγματος. Γίνεται ως εκ τούτου αντιληπτό ότι η σύγκριση αναφέρεται σε δείγματα ίδιου μεγέθους. Ορίζονται στη συνέχεια οι ποσότητες: και x x 1 N d N i 1 1 i 2 i (5.1) 116

124 s d s d N N i 1 d i d N 1 N 2 (5.2) από τις οποίες υπολογίζεται η τυποποιημένη τιμή: d t (5.3) s d Από την σύγκριση της τιμής αυτής t με την αντίστοιχη κρίσιμη τιμή που ορίζεται σε δίπλευρο έλεγχο στη στάθμη σημαντικότητας α, για Ν-1 βαθμούς ελευθερίας προσδιορίζεται η σημαντικότητα της μέσης διαφοράς d Τέθηκε ως εκ τούτου η μηδενική υπόθεση Η ο : οι διαφορές δεν είναι στατιστικά σημαντικές, έναντι της εναλλακτικής υπόθεσης Η 1 : οι διαφορές είναι στατιστικά σημαντικές στη στάθμη σημαντικότητας α=,5 και στη συνέχεια για κάθε ζεύγος περιοχών υπολογίσθηκε η πιθανότητα αποδοχής ή απόρριψης της μηδενικής υπόθεσης. Για τιμές α>,5 γίνεται δεκτή η ισότητα των μέσων τιμών, ενώ για τιμές α<,5 απορρίπτεται η μηδενική υπόθεση, δηλαδή οι μέσες διαφορές των ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα είναι στατιστικά σημαντικές. Από τον έλεγχο προέκυψαν τα εξής αποτελέσματα: Α. Στην περίπτωση μελέτης του συνόλου των ωριαίων τιμών των δειγμάτων (μέγεθος κάθε δείγματος= 24x(3ή31)=72 ή 744 μέσες ωριαίες ανά περιοχή τιμές) και για τους τρεις μήνες οι διαφορές μεταξύ των 5 περιοχών είναι στατιστικά σημαντικές. (Πίνακας 5.1), γεγονός που δείχνει ότι πράγματι υπάρχουν σημαντικές διαφοροποιήσεις στο θερμοκρασιακό καθεστώς του λεκανοπεδίου της Αθήνας. Από προηγούμενη μελέτη [129] όπου στο κέντρο της Αθήνας είχε θεωρηθεί μόνο ο σταθμός «Αθήνα», τα αντίστοιχα αποτελέσματα ήταν και πάλι στατιστικά σημαντικά. Πίνακας 5.1. t-έλεγχος των ανά ζεύγη μέσων διαφορών των μέσων ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα μεταξύ των πέντε περιοχών του λεκανοπεδίου της Αθήνας για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο. Κέντρο της Βόρειο Ανατολικό Νότιο Δυτικό ΙΟΥΝΙΟΣ Αθήνας τμήμα τμήμα τμήμα τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1,7,7 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 Κέντρο της Βόρειο Ανατολικό Νότιο Δυτικό 117

125 ΙΟΥΛΙΟΣ Αθήνας τμήμα τμήμα τμήμα τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1,5 Δυτικό τμήμα 1 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 Επαναλαμβάνοντας την διαδικασία για τις μέσες ωριαίες ημερήσιες (Πίνακας 5.2.) και νυκτερινές τιμές (Πίνακας 5.3.) προέκυψαν τα εξής: Κατά την διάρκεια της ημέρας τον Ιούνιο μεταξύ των σταθμών του Βόρειου τομέα και αυτών του Νότιου τομέα, καθώς επίσης και μεταξύ του Ανατολικού και του Νότιου τομέα, οι διαφορές δεν είναι στατιστικά σημαντικές. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στο ότι ο Ιούνιος δεν είναι ιδιαίτερα θερμός μήνας.σε συνδυασμό με το ότι στις περιοχές του Βόρειου, Ανατολικού και Νότιου τομέα η πυκνότητα δόμησης είναι παραπλήσια (46,1, 44,8 και 44,1% αντίστοιχα) και μικρότερη από τις άλλες περιοχές (5-52%) προκύπτει μια ομοιόμορφη συμπεριφορά του θερμικού καθεστώτος των Βόρειων και Νότιων περιοχών και των Ανατολικών και Νότιων περιοχών. Τον Ιούλιο και Αύγουστο, όπως φαίνεται και στην εικόνα 5.2,. αρχίζουν να παρατηρούνται στατιστικά σημαντικές διαφοροποιήσεις, με το κέντρο να είναι θερμότερο της βόρειας και ανατολικής περιοχής (γεγονός αναμενόμενο), και ψυχρότερο της νότιας και δυτικής περιοχής. Πίνακας 5.2. t-έλεγχος των ανά ζεύγη μέσων διαφορών των μέσων ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα μεταξύ των πέντε περιοχών του λεκανοπεδίου της Αθήνας για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο κατά τη διάρκεια της ημέρας (7.-21.L.T.) ΙΟΥΝΙΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1 Βόρειο τμήμα 1,2,787 Ανατολικό τμήμα 1,123 Νότιο τμήμα 1 118

126 1/6/9 8/6/9 15/6/9 22/6/9 29/6/9 6/7/9 13/7/9 2/7/9 27/7/9 3/8/9 1/8/9 17/8/9 24/8/9 31/8/9 Διαφορές θερμοκρασίας Δυτικό τμήμα 1 ΙΟΥΛΙΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόριεο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ Κέντρο της Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Αθήνας Κέντρο της Αθήνας 1 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 Μέσες ημερήσιες ανά 24ωρο διαφορές θερμοκρασίας Ημέρες του θέρους Κέντρο-Βόρειο τμήμα Κέντρο-Ανατολικό τμήμα Κέντρο-Νότιο τμήμα Κέντρο-Δυτικό τμήμα Εικόνα 5.2. Μέσες πρωινές (7. ως 21. τοπική ώρα) ανά 24ωρο διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ του κέντρου της Αθήνας και των τεσσάρων γύρω από αυτήν περιοχών κατά τη διάρκεια των μηνών Ιουνίου, Ιουλίου και Αυγούστου

127 Ο έλεγχος μεταξύ των περιοχών κατά την διάρκεια της νύκτας ( τοπική ώρα), έδειξε ότι τον Ιούνιο και τον Αύγουστο (Πίνακας 5.3) οι διαφορές δεν είναι στατιστικά σημαντικές μεταξύ του κέντρου της πόλης και του δυτικού τμήματος. Σε όλους τους άλλους συνδυασμούς, των περιοχών ανά δύο, οι διαφορές είναι στατιστικά σημαντικές. Αυτό θα μπορούσε να αποδοθεί στο ότι τόσο τον Ιούνιο όσο και τον Αύγουστο, κυρίως μετά τις 15 Αυγούστου, οι ημερήσιες δραστηριότητες (κυκλοφοριακός φόρτος στο κέντρο, λειτουργία βιομηχανικής ζώνης στα δυτικά) βρίσκονται στην κορυφή της θερμικής επιβάρυνσης, με αποτέλεσμα να παρατηρείται διατήρηση του θερμικού φορτίου στις περιοχές αυτές τη νύκτα, με εξισορρόπηση των θερμοκρασιών μεταξύ του κέντρου της πόλης και του δυτικού τομέα. Στους άλλους ανά δύο συνδυασμούς οι παρατηρούμενες διαφοροποιήσεις, όταν δεν υπάρχει η άμεση επίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αποτέλεσμα της διαφορετικότητας κάθε περιοχής. Πίνακας 5.3. t-έλεγχος των ανά ζεύγη μέσων διαφορών των μέσων ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα μεταξύ των πέντε περιοχών του λεκανοπεδίου της Αθήνας για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο κατά τη διάρκεια της νύκτας (22.-6.L.T.) ΙΟΥΝΙΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1,5 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 ΙΟΥΛΙΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1,1 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1,35 Βόρειο τμήμα 1 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1 Δυτικό τμήμα 1 12

128 1/6/9 8/6/9 15/6/9 22/6/9 29/6/9 6/7/9 13/7/9 2/7/9 27/7/9 3/8/9 1/8/9 17/8/9 24/8/9 31/8/9 Διαφορές θερμοκρασίας (οc) Από την εικόνα 5.3 φαίνεται ότι οι μικρότερες διαφορές παρατηρούνται μεταξύ του κέντρου της πόλης και της δυτικής περιοχής. Επίσης φαίνεται ότι το κέντρο είναι θερμότερο της βόρειας περιοχής, κάτι το οποίο αναμενόταν, αλλά ψυχρότερο της νότιας περιοχής κυρίως λόγω πολύ υψηλών θερμοκρασιών στο νοτιοδυτικό τμήμα του λεκανοπεδίου της Αθήνας, όπου όπως θα φανεί και παρακάτω εντοπίζεται μια θερμή κηλίδα. Μέσες νυκτερινές ανά 24ωρο διαφορές Θερμοκρασίας Ημέρες του θέρους Κέντρο -Βόρειο τμήμα Κέντρο - Νότιο τμήμα Κέντρο - Ανατολικό τμήμα Κέντρο -Δυτικό τμήμα Εικόνα 5.3. Μέσες νυκτερινές (22. ως 6. τοπική ώρα) ανά 24ωρο διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ του κέντρου της Αθήνας και των τεσσάρων γύρω από αυτήν περιοχών κατά τη διάρκεια των μηνών Ιουνίου, Ιουλίου και Αυγούστου 29 Οι μέγιστες διαφορές τόσο το πρωί (εικόνα 5.2) όσο και το βράδυ (Εικόνα 5.3.) κυμαίνονται γύρω στους 2 C, αλλά αυτές αντιστοιχούν σε μέσες καταστάσεις ευρύτερων περιοχών. Στη συνέχεια, όπως θα φανεί, οι σημειακές διαφορές μεταξύ θέσεων είναι πολύ μεγαλύτερες. Β. Ο έλεγχος μεταξύ των μέσων ανά περιοχή ημερήσιων μέγιστων θερμοκρασιών του αέρα (Πίνακας 5.4.) έδειξε ότι οι μέσες μέγιστες ημερήσιες θερμοκρασίες του αέρα τον Ιούνιο, στη δυτική περιοχή, διαφέρουν σημαντικά από όλες τις άλλες περιοχές. Τον Ιούλιο η αποδοχή της μηδενικής υπόθεσης αφορά μόνο τα ζεύγη κέντρου της πόλης με το νότιο τμήμα, που οφείλεται στις υψηλές θερμοκρασίες τόσο του κέντρου, όσο και της νοτιοδυτικής περιοχής και μεταξύ βόρειας και ανατολικής περιοχής, που είναι δύο περιοχές όπου η παρουσία του βορειοανατολικού μελτεμιού τις επηρεάζει εξ ίσου το καλοκαίρι.. Τον Αύγουστο αποδοχή της μηδενικής υπόθεσης παρατηρείται μόνο μεταξύ της νότιας και της δυτικής περιοχής οι οποίες, όπως θα φανεί και στην συνέχεια ιδιαίτερα όσον αφορά τις μέγιστες θερμοκρασίες, παρουσιάζουν παρόμοιες συμπεριφορές. 121

129 Πίνακας 5.4. t-έλεγχος των ανά ζεύγη μέσων διαφορών των μέσων μέγιστων ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα μεταξύ των πέντε περιοχών του λεκανοπεδίου της Αθήνας για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο. ΙΟΥΝΙΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1,8,6 Βόρειο τμήμα 1,674,726 Ανατολικό τμήμα 1,821 Νότιο τμήμα 1,8 Δυτικό τμήμα 1 ΙΟΥΛΙΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1,51 Βόρειο τμήμα 1,94 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1,4 Δυτικό τμήμα 1 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ Κέντρο της Αθήνας Βόρειο τμήμα Ανατολικό τμήμα Νότιο τμήμα Δυτικό τμήμα Κέντρο της Αθήνας 1 Βόρειο τμήμα 1,22 Ανατολικό τμήμα 1 Νότιο τμήμα 1,364 Δυτικό τμήμα 1 Από τις εικόνες 5.4 και 5.5, όπου δίνονται οι ισότιμες καμπύλες της χωρικής κατανομής των μέσων και μέσων μέγιστων θερμοκρασιών του αέρα στο λεκανοπέδιο των Αθηνών τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο, γίνεται καλύτερα αντιληπτό ότι η παρατηρούμενη στο λεκανοπέδιο θερμική νησίδα, κυρίως κατά τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο, εντοπίζεται στα νοτιοδυτικά και δυτικά τμήματα του λεκανοπεδίου, με διαφορές που όσον αφορά τις μέσες τιμές κυμαίνονται γύρω στους 2.5 C, ενώ οι διαφορές των μέσων μεγίστων τιμών ξεπερνούν τους 7 C. 122

130 Εικόνα 5.4 Ισότιμες καμπύλες της χωρικής κατανομής των μέσων μηνιαίων θερμοκρασιών του αέρα στο λεκανοπέδιο της Αθήνας, κατά τη διάρκεια των μηνών a) Ιουνίου, b) Ιουλίου και c) Αυγούστου. 123

131 Εικόνα 5.5 Ισότιμες καμπύλες της χωρικής κατανομής των μέσων μέγιστων μηνιαίων θερμοκρασιών του αέρα στο λεκανοπέδιο της Αθήνας, κατά τη διάρκεια των μηνών a) Ιουνίου, b) Ιουλίου και c) Αυγούστου 5.2 Χρονοσειρά διαφορών από το κέντρο της Αθήνας των μέγιστων και ελάχιστων ημερήσιων θερμοκρασιών Με δεδομένο ότι οι δύο σταθμοί του κέντρου της πόλης («Αθήνα» και «Αστεροσκοπείο Αθηνών») παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές μεταξύ τους, όσον αφορά το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται (δόμηση, πράσινο, δρόμοι), στο σημείο αυτό γίνεται μια διαφορετική προσέγγιση των 124

132 Διαφορές ελαχίστων ημερήσιων θερμοκρασιών Διαφορές μέγιστων ημερήσιων θερμοκρασιών παρατηρούμενων διαφοροποιήσεων μεταξύ του κέντρου της πόλης (με την βοήθεια του σταθμού «Αθήνα») και των γύρω από αυτήν περιοχών. Όπου επί πλέον η νότια και η δυτική περιοχή, σύμφωνα με όσα προέκυψαν παραπάνω χωρίσθηκαν σε δύο υποομάδες η κάθε μία, δηλαδή Νοτιοανατολική και Νοτιοδυτική περιοχή και Βόρειο και νότιο τμήμα της Δυτικής περιοχής Αθήνα-Αστεροσκοπείο Ημέρες του θέρους 29 a. Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες Αθήνα-Αστεροσκοπείο Ημέρες του θέρους 29 b. Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες Εικόνα 5.6 a,b. Διαφορές ημερήσιων μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του αέρα μεταξύ του κέντρου της πόλης (Αθήνα) και του σταθμού του Αστεροσκοπείου Αθηνών Σύμφωνα με όσα αναφέρονται στο προηγούμενο κεφάλαιο το φαινόμενο της θερμής νησίδας μπορεί να παρατηρηθεί τόσο την ημέρα όσο και την νύκτα. Για τον λόγο αυτό ορίσθηκαν οι ημερήσιες διαφορές των μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του αέρα του σταθμού «Αθήνα» από τις μέσες αντίστοιχες τιμές κάθε υπό εξέταση περιοχής λαμβάνοντας υπόψη και τις διαφορές που παρατηρήθηκαν από τον σταθμό «Αστεροσκοπείο Αθηνών» 125

133 Διαφορές ελάχιστων ημερήσιων θερμοκρασιών Διαφορές μέγιστων ημερήσιων θερμοκρασιών Αθήνα-Βόρειο τμήμα Ημέρες του θέρους 29 Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες a Αθήνα-Βόρειο τμήμα Ημέρες του θέρους 29 Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες b. Εικόνα 5.7 a,b. Διαφορές ημερήσιων μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του αέρα μεταξύ του κέντρου της πόλης (Αθήνα) και των αντίστοιχων μέσων τιμών του Βόρειου τμήματος του λεκανοπεδίου της Αθήνας. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν μπορούν να συνοψισθούν στα ακόλουθα 1. Μεταξύ του σταθμού «Αθήνα», ο οποίος βρίσκεται στην οδό Πανεπιστημίου στο κέντρο της πόλης με μεγάλη πυκνότητα δόμησης, λίγο πράσινο και πολύ μεγάλο κυκλοφοριακό φόρτο οι μέγιστες θερμοκρασίες του αέρα τον Ιούνιο και Ιούλιο (Εικόνα 5.6a) εμφανίζονται περίπου ως 6 C υψηλότερες αυτών του «Αστεροσκοπείου Αθηνών», που βρίσκεται σε απόσταση μικρότερη των 2km,αλλά έχει τελείως διαφορετικό περιβάλλοντα χώρο. Το φαινόμενο αναστρέφεται τον Αύγουστο και είναι ένα σημείο που θα πρέπει να επανεξετασθεί, σε συνάρτηση των διευθύνσεων του ανέμου και του μειωμένου κυκλοφοριακού φόρτου στο κέντρο της πόλης, λόγω των διακοπών. Οι ελάχιστες αντίστοιχα θερμοκρασίες (Εικόνα 5.6b) όλο το διάστημα των μετρήσεων είναι σταθερά υψηλότερες στο κέντρο της πόλης με 126

134 Διαφορές ελαχίστων ελάχιστων ημερήσιων θερμοκρασιών Διαφορές μέγιστων ημερήσιων θερμοκρασιών διαφορές 1-2 C, επομένως ακόμα και σε πολύ μικρή κλίμακα είναι δυνατόν να εμφανισθούν έστω και ασθενή φαινόμενα θερμής νησίδας. 2. Η σύγκριση των μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του σταθμού «Αθήνα» με τις αντίστοιχες μέσες τιμές του Βόρειου τμήματος του λεκανοπεδίου της Αθήνας δείχνει όσον αφορά τις μέγιστες τιμές (Εικόνα 5.7a) μια παρόμοια με την προηγούμενη εικόνα τον Ιούνιο και Ιούλιο. Επίσης, εξακολουθεί, σχεδόν και όλο τον Αύγουστο η επικράτηση λίγο υψηλότερων θερμοκρασιών στο κέντρο της πόλης. Τη νύκτα (Εικόνα 5.7b) το κέντρο της πόλης εμφανίζει σταθερά 1-3,5 C, υψηλότερες ελάχιστες θερμοκρασίες, άρα θεωρώντας την περιοχή αυτή σαν καθαρά προαστιακή φαίνεται η επικράτηση ενός νυκτερινού φαινομένου θερμής νησίδας τόσο την ημέρα όσο και την νύκτα. 1 8 Αθήνα-Ανατολικό τμήμα Ημέρες του θέρους 29 Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες a Αθήνα-Ανατολικό τμήμα Ημέρες του θέρους 29 Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες b. Εικόνα 5.8 a, b. Διαφορές ημερήσιων μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του αέρα μεταξύ του κέντρου της πόλης (Αθήνα) και των αντίστοιχων μέσων τιμών του Ανατολικού τμήματος του λεκανοπεδίου της Αθήνας. 3. Η ανατολική περιοχή εμφανίζει ένα συνδυασμό αραιοκατοικημένης περιοχής με μεγαλύτερο ποσοστό πράσινου και μικρό κυκλοφοριακό φόρτο και πυκνοκατοικημένων σημείων με μικρή 127

135 Διαφορές ελαχίστων ελάχιστων ημερήσιων θερμοκρασιών Διαφορές μέγιστων ημερήσιων θερμοκρασιών συμβολή πράσινου και μεγάλο κυκλοφοριακό φόρτο. Κατόπιν αυτού δεν μπορεί να χαρακτηριστεί σαν προαστιακή περιοχή. Εν τούτοις τόσο οι μέγιστες θερμοκρασίες (Εικόνα 5.8a), όσο και οι ελάχιστες (Εικόνα 8b) είναι μικρότερες από αυτές του κέντρου της πόλης αλλά οι παρατηρούμενες διαφορές ιδιαίτερα την νύκτα δεν ξεπερνούν τους 2 C Αθήνα -Νότιο τμήμα Ημέρες του θέρους 29 a. Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες (ανατολικά) Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες(δυτικά) Αθήνα-Νότιο τμήμα Ημέρες του θέρους 29 b. Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες (ανατολικό) Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες(δυτικό) Εικόνα 5.9 a,b. Διαφορές ημερήσιων μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του αέρα μεταξύ του κέντρου της πόλης (Αθήνα) και των αντίστοιχων μέσων τιμών του Νότιου τμήματος του λεκανοπεδίου της Αθήνας. 4. Το νότιο τμήμα του λεκανοπεδίου χωρίσθηκε σε δύο τμήματα, δεδομένου ότι στον ανατολικό τομέα του παρατηρείται μικρότερη πυκνότητα δόμησης και μεγαλύτερη συμβολή πρασίνου από ότι στο δυτικό τμήμα του. Όπως φαίνεται, κατά τη διάρκεια της ημέρας οι διαφορές των μέγιστων θερμοκρασιών (Εικόνα 5.9a), από το κέντρο της πόλης είναι σαφώς υψηλότερες στο ανατολικό τμήμα από ότι στο δυτικό, λόγω των χαμηλότερων μέγιστων θερμοκρασιών που επικρατούν στην περιοχή. Εν τούτοις από τα τέλη Ιουλίου και όλο τον Αύγουστο παρατηρείται μια αναστροφή του φαινόμενου που επιβεβαιώνει αυτό που αναφέρεται 128

136 Διαφορές ελαχίστων ελάχιστωνημερήσιων θερμοκρασιών Διαφορές μέγιστων ημερήσιων θερμοκρασιών παραπάνω σχετικά με την επίδραση των Βορείων ανέμων που επικρατούσαν το διάστημα αυτό, οι οποίοι συνέβαλλαν στον δροσισμό του κέντρου της πόλης Αθήνα-Δυτικό τμήμα Ημέρες του θέρους 29 a. Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες(βόρεια) Ημερήσιες μέγιστες θερμοκρασίες(νότια) Αθήνα-Δυτικό τμήμα Ημέρες του θέρους 29 b. Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες(βόρειο) Ημερήσιες ελάχιστες θερμοκρασίες(νότιο) Εικόνα 5.1 a,b. Διαφορές ημερήσιων μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών του αέρα μεταξύ του κέντρου της πόλης (Αθήνα) και των αντίστοιχων μέσων τιμών του Δυτικού τμήματος του λεκανοπεδίου της Αθήνας. Τη νύκτα (Εικόνα 5.9b) η συμπεριφορά των δύο τμημάτων σε σχέση με το κέντρο της πόλης είναι σχεδόν η ίδια, αλλά η ένταση του φαινόμενου της θερμής νησίδας είναι πολύ ασθενέστερη. 5. Το δυτικό τμήμα του λεκανοπεδίου της Αθήνας είναι μια καθαρά αστική περιοχή, με πυκνή δόμηση, μεγάλο κυκλοφοριακό φόρτο και παρουσία βιομηχανικής ζώνης σε ορισμένες περιοχές του. Εδώ κατά την διάρκεια της ημέρας (Εικόνα 5.1a) οι μέγιστες θερμοκρασίες στο βόρειο τομέα του, ιδιαίτερα από τα μέσα Ιουλίου και μετά είναι υψηλότερες από αυτές του κέντρου της πόλης με τιμές που πλησιάζουν τους 8 C. Στο νότιο τμήμα του δυτικού τομέα οι διαφορές των μέγιστων θερμοκρασιών από το κέντρο της πόλης είναι μικρότερες και μάλιστα από τα μέσα Ιουλίου και μετά πλησιάζουν τις μηδενικές τιμές. Τη νύκτα (Εικόνα 129

137 5.1b) παρατηρείται μια αναστροφή της συμπεριφοράς αυτών των δύο περιοχών σε σχέση με το κέντρο της πόλης. Το βόρειο τμήμα εμφανίζεται ψυχρότερο του κέντρου της πόλης καθ όλη τη διάρκεια του καλοκαιριών με διαφορές θερμοκρασίας που φθάνουν τους 3 C. Το νότιο τμήμα του δυτικού τομέα παρουσιάζει συμπεριφορά παραπλήσια με το κέντρο της πόλης, με αποτέλεσμα το φαινόμενο της θερμής νησίδας μεταξύ κέντρου της πόλης και δυτικού τμήματος να μπορεί να ορισθεί μόνο την νύκτα και συγκριτικά μόνο με το βόρειο κομμάτι του δυτικού τμήματος. Από την παραπάνω προσέγγιση προκύπτει ότι το παρατηρούμενο φαινόμενο της θερμής νησίδας, στο λεκανοπέδιο της Αθήνας καλύπτει όχι μόνο το κέντρο της πόλης, αλλά και ολόκληρη την δυτική Αθήνα Κατανομή συχνοτήτων του ημερήσιου αριθμού των ωρών, με θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τις θερμοκρασίες βάσης. Για μια πιο ολοκληρωμένη έρευνα του φαινομένου της θερμής νησίδας, ενδιαφέρον παρουσιάζει και ο αριθμός των ωρών με θερμοκρασίες του αέρα πάνω από κάποιες τιμές βάσης, ώστε να ορισθεί και η εμμονή εμφάνισης υψηλών θερμοκρασιών. Λαμβάνοντας υπόψη τη διεθνή βιβλιογραφία [242, 243, 244, 245, 246, 247], σύμφωνα με την οποία η θερμική δυσφορία στον άνθρωπο ξεκινά από την θερμοκρασία αέρα 24 C, γίνεται αισθητή σε μεγάλη μερίδα του πληθυσμού για θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 28 C και φθάνει στα όρια της επικινδυνότητας για θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 33 C. Έτσι υπολογίσθηκαν αρχικά για κάθε περιοχή και κάθε σταθμό οι κατανομές συχνοτήτων (%) μέσα στο 24ωρο, των ωρών με θερμοκρασίες του αέρα πάνω από 24, 28 και 33 C (Εικόνα 5.11.). Τα συμπεράσματα που προέκυψαν μπορούν να συνοψισθούν στα εξής: Για την βάση των 24 C, η επικρατούσα συχνότητα είναι αυτή των 24 ωρών. Αυτό σημαίνει ότι με βεβαιότητα ένα ποσοστό του πληθυσμού (το πλέον ευάλωτο) υφίσταται συχνά τις συνέπειες των υψηλών θερμοκρασιών. Ειδικότερα για το κέντρο της πόλης το ποσοστό αυτό κυμαίνεται μεταξύ 54,3 και 75%, για το Βόρειο τμήμα μεταξύ 16,3 και 53,3%, Στο Ανατολικό τμήμα, τα ποσοστά κυμαίνονται από 33,6% (Ζωγράφου) ως 87% (Βύρωνας), για το νότιο τμήμα μεταξύ 44,6% (Ελληνικό) και 92,4% (Μοσχάτο) και τέλος για το Δυτικό τμήμα μεταξύ 46,7% (Ίλιον, Άγιοι Ανάργυροι) και 72,8% (Αγ.Βαρβάρα). Εκ τούτου προκύπτει ότι οι υψηλότερες συχνότητες παρατηρούνται: α) στο κέντρο της πόλης, γεγονός που είναι αναμενόμενο λόγω της πυκνής δόμησης και του κυκλοφοριακού φόρτου, β) στον Βύρωνα όπου όπως έχει ήδη αναφερθεί [129] επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες λόγω της θέσης του σταθμού πάνω σε κεντρική οδική αρτηρία με μεγάλη πυκνότητα δόμησης (κάλυψη από πολυκατοικίες και δρόμους 98%) και πολύ μικρή συμμετοχή πράσινου (1,8%) και γ) στο Μοσχάτο στο νότιο τμήμα, που είναι αποτέλεσμα της γειτνίασης του σταθμού με τρεις βασικούς οδικούς άξονες, της πυκνής 13

138 Συχνότητα Συχνότητα δόμησης, (συμπεριλαμβανομένων των δρόμων ανέρχεται σε 93,4% της κάλυψης), της πολύ μικρής συμμετοχής πρασίνου (3,7%) και της παρουσίας σε μικρή σχετικά απόσταση βιομηχανικής ζώνης. Για τη βάση των 28 C, κατά μέσο όρο σε όλες τις περιοχές, οι κατανομές συχνοτήτων του ημερήσιου αριθμού των ωρών, με τιμές της θερμοκρασίας του αέρα μεγαλύτερες της τιμής βάσης,, φαίνονται σχεδόν συμμετρικές (εικόνα 5.11). Αυτό είναι αποτέλεσμα της ομαδοποίησης των δεδομένων. Από τους αναλυτικούς όμως υπολογισμούς σε όλους τους σταθμούς, οι κατανομές εμφανίζουν σε άλλες θέσεις αρνητική λόξευση (θετικές τιμές του συντελεστή λόξευσης) και σε άλλες θετική λόξευση. Μόνο στο νότιο τμήμα παρατηρούνται, σε όλους τους σταθμούς, αρνητικές τιμές του συντελεστή λόξευσης, που κυμαίνονται από ελαφρά αρνητική ασυμμετρία (Γλυφάδα) ως έντονη αρνητική ασυμμετρία (Ελληνικό). Δηλαδή η τιμή που αντιστοιχεί στην επικρατούσα συχνότητα είναι μεγαλύτερη της μέσης τιμής και δείχνει την επικράτηση μεγάλου αριθμού ωρών (μέσα στο 24ωρο) με τιμές της θερμοκρασίας του αέρα μεγαλύτερες των 28 C. Ο έλεγχος της λόξευσης έγινε με την βοήθεια του συντελεστής ασυμμετρίας του Fisher ο οποίος ορίζεται από τη σχέση: g 1 N x x N 3 i N 1 N 2 s (5.4) i 1 όπου Ν είναι το μέγεθος του δείγματος, x η μέση τιμή του δείγματος και x i οι αναλυτικές τιμές της εξεταζόμενης μεταβλητής [238]. Για g 1 = η κατανομή συχνοτήτων της εξεταζόμενης μεταβλητής είναι συμμετρική, ενώ για g 1 > παρατηρείται αρνητική ασυμμετρία και για g 1 < θετική ασυμμετρία. Ο συντελεστής αυτός χρησιμοποιείται κυρίως για να ορίσει το είδος και όχι τη σημαντικότητα του βαθμού ασυμμετρίας. Τέλος, για την βάση των 33 C, σε όλες τις περιοχές κατά μέσο όρο, παρατηρείται μια φθίνουσα καμπύλη κατανομής συχνοτήτων. Ξεκινά, για ημερήσια διάρκεια 2 ωρών, από το 5% περίπου (νότιο και δυτικό τμήμα) και φθάνει το 7% στις άλλες περιοχές. Χαρακτηριστικό είναι ότι, από τα αναλυτικά δεδομένα, ο μέγιστος ημερήσιος αριθμός των ωρών, με θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 33 C, κυμαίνεται σε όλες τις περιοχές μεταξύ 1 και 14 ωρών, με πολύ μικρή όμως συχνότητα. Ως εκ τούτου, οι ακραίες θερμομετρικές συνθήκες δεν φαίνεται ότι συνδέονται (τους θερινούς μήνες) με το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας Βόρειο τμήμα Νότιο τμήμα Ώρες Ώρες 131

139 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα Κέντρο πόλης Ώρες Δυτικό τμήμα Ανατολικό τμήμα Ώρες Ώρες Εικόνα Μέση κατά περιοχή κατανομή συχνοτήτων του ημερήσιου αριθμού των ωρών με θερμοκρασία του αέρα μεγαλύτερη από τις τιμές βάσης 24, 28 και 33 C Θεωρώντας στη συνέχεια μια σειρά θερμοκρασιών βάσης (24, 25, 26,., ως και 33 C ) ορίσθηκε για κάθε σταθμό η απόλυτη συχνότητα υπέρβασης καθεμιάς από αυτές τις τιμές και αναζητήθηκε η συσχέτιση μεταξύ των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και της αντίστοιχης απόλυτης συχνότητας. Κατ αυτόν τον τρόπο ορίσθηκε για κάθε σταθμό η αντιστοιχούσα στα ζεύγη [f, Τ(βάσης)] συσχέτιση (γραμμή παλινδρόμησης) (Πίνακας 5.5). Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 5.5. και τις εικόνες (Εικόνες 5.12 έως 5.16) σε όλες τις περιπτώσεις η βέλτιστη προσέγγιση αντιστοιχεί σε πολυωνυμική παλινδρόμηση 2 ου βαθμού, με συντελεστές πολλαπλής συσχέτισης στατιστικά σημαντικούς στη στάθμη σημαντικότητας α=,5. Πίνακας 5.5. Συσχετίσεις (γραμμές παλινδρόμησης) για την εκτίμηση της συχνότητας των ημερών με θερμοκρασία όλο το 24ωρο πάνω από μια βάση για διάφορες θερμοκρασίες βάσης και συντελεστές συσχέτισης (R) Σταθμός Συσχέτιση (γραμμή παλινδρόμησης) R Κέντρο πόλης Αστεροσκοπείο Αθηνών f=1,33 Τ 2 (βάσης)-81,26 Τ(βάσης)+1233,3,984 Αθήνα f=1,77 Τ 2 (βάσης)-18,35 Τ(βάσης)+1657,99 Βόρειο τμήμα Νέα Ερυθραία f=,39 Τ 2 (βάσης)-23,36 Τ(βάσης)+346,8,859 Άνω Λιόσια f=1,16 Τ 2 (βάσης)-69,98 Τ(βάσης)+154,1,

140 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης Καματερό f=1,2 Τ 2 (βάσης)-72,7 Τ(βάσης)+194,5,967 Νέα Φιλαδέλφεια f=1,41 Τ 2 (βάσης)-85,25 Τ(βάσης)+128,9,956 Μαρούσι f=1,23 Τ 2 (βάσης)-74,12 Τ(βάσης)+111,7,952 Βύρωνας f=1,6 Τ 2 (βάσης)- 1,17 Τ(βάσης)+1566,9,995 Ανατολικό τμήμα Καισαριανή f=1.29 Τ 2 (βάσης)-77,96 Τ(βάσης)+1174,3,966 Αγία Παρασκευή f=1,63 Τ 2 (βάσης)-99,76 Τ(βάσης)+1517,4,982 Ηλιούπολη f=1,21 Τ 2 (βάσης)-73,57 Τ(βάσης)+1113,7,981 Ζωγράφου f=,82 Τ 2 (βάσης)-49,39 Τ(βάσης)+736,9,97 Ελληνικό f=,97 Τ 2 (βάσης)-58,27 Τ(βάσης)+874,94,961 Νότιο τμήμα Γλυφάδα f=1,66 Τ 2 (βάσης)- 12,5 Τ(βάσης)+1564,9,992 Καλλιθέα f=1,53 Τ 2 (βάσης)- 93,76 Τ(βάσης)+1435,7,993 Μοσχάτο f=1,69 Τ 2 (βάσης)-17,54 Τ(βάσης)+176,989 Ρέντη f=1,38 Τ 2 (βάσης)-84,36 Τ(βάσης)+1285,9.985 Αγία Βαρβάρα f=1,54 Τ 2 (βάσης)-95,64 Τ(βάσης)+1478,997 Άγιοι Ανάργυροι f=1,2 Τ 2 (βάσης)-72,94 Τ(βάσης)+116,3,982 Ίλιον f=1,21 Τ 2 (βάσης)-73,52 Τ(βάσης)+1112,978 Δυτικό τμήμα Πετρούπολη f=1,5 Τ 2 (βάσης)-92,28 Τ(βάσης)+1417,992 Αιγάλεω f=1,5 Τ 2 (βάσης)-92,64 Τ(βάσης)+1423,9,994 Χαϊδάρι f=1,35 Τ 2 (βάσης)-82,26 Τ(βάσης)+125,4,986 Κορυδαλλός f=1,53 Τ 2 (βάσης)-94,79 Τ(βάσης)+1463,5,996 Περιστέρι f=1,25 Τ 2 (βάσης)-76,12 Τ(βάσης)+1154,6,984 Ζεφύρι f=1,21 Τ 2 (βάσης)-72,75 Τ(βάσης)+192,2, Αστεροσκοπείο Αθηνών Τ(βάσης) 133

141 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) 8 7 Αθήνα Τ(βάσης) Εικόνα Παλινδρομική ανάλυση μεταξύ α). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και του αντίστοιχου μέσου ημερήσιου αριθμού των ωρών που υπερβαίνουν κάθε τιμή βάσης (μπλέ ρόμβοι) και β). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και της αντίστοιχης απόλυτης συχνότητας εμφάνισης όλο το 24ωρο θερμοκρασιών μεγαλύτερων των τιμών βάσης (πράσινα τρίγωνα) [Κέντρο πόλης] 2 Νέα Ερυθραία Τ(βάσης) Άνω Λιόσια y = x x R 2 = Τ(βάσης) 6 5 Καματερό Τ(βάσης) 134

142 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) 6 5 Ν.Φιλαδέλφεια Τ(βάσης) 6 5 Μαρούσι Τ(βάσης) Εικόνα Παλινδρομική ανάλυση μεταξύ α). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και του αντίστοιχου μέσου ημερήσιου αριθμού των ωρών που υπερβαίνουν κάθε τιμή βάσης (μπλέ ρόμβοι) και β). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και της αντίστοιχης απόλυτης συχνότητας εμφάνισης όλο το 24ωρο θερμοκρασιών μεγαλύτερων των τιμών βάσης (πράσινα τρίγωνα) [Βόρεια περιοχή] 1 9 Βύρωνας Τ(βάσης) 6 5 Καισαριανή Τ(βάσης) 135

143 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) Αγία Παρασκευή Τ(βάσης) 6 5 Ηλιούπολη Τ(βάσης) 5 4 Ζωγράφου Τ(βάσης) Εικόνα Παλινδρομική ανάλυση μεταξύ α). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και του αντίστοιχου μέσου ημερήσιου αριθμού των ωρών που υπερβαίνουν κάθε τιμή βάσης (μπλέ ρόμβοι) και β). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και της αντίστοιχης απόλυτης συχνότητας εμφάνισης όλο το 24ωρο θερμοκρασιών μεγαλύτερων των τιμών βάσης (πράσινα τρίγωνα) [Ανατολική περιοχή] 5 45 Ελληνικό Τ(βάσης) 136

144 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών μετ> Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) 8 7 Γλυφάδα Τ(βάσης) Καλλιθέα Τ(βάσης 1 9 Μοσχάτο Τ(βάσης) 6 5 Ρέντη Τ(βάσης) Εικόνα Παλινδρομική ανάλυση μεταξύ α). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και του αντίστοιχου μέσου ημερήσιου αριθμού των ωρών που υπερβαίνουν κάθε τιμή βάσης (μπλέ ρόμβοι) και β). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και της αντίστοιχης απόλυτης συχνότητας εμφάνισης όλο το 24ωρο θερμοκρασιών μεγαλύτερων των τιμών βάσης (πράσινα τρίγωνα) [Νότια περιοχή] 137

145 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> (βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών μετ>τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών μετ> Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> T(βάσης) 8 7 Αγία Βαρβάρα Τ(βάσης) 5 45 Άγιοι Ανάργυροι Τ(βάσης) 5 45 Ίλιον Τ(βάσης) 8 7 Πετρούπολη Τ(βάσης) 7 6 Αιγάλεω Τ(βάσης) 138

146 Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ> Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνόητα ημερών με Τ> Τ(βάσης) Ώρες ανά ημέρα με Τ>Τ(βάσης) και Συχνότητα ημερών με Τ>Τ(βάσης) 6 5 Χαϊδάρι Τ(βάσης) 8 7 Κορυδαλλός Τ(βάσης) 6 5 Περιστέρι Τ(βάσης) 6 5 Ζεφύρι Τ(βάσης) Εικόνα Παλινδρομική ανάλυση μεταξύ α). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και του αντίστοιχου μέσου ημερήσιου αριθμού των ωρών που υπερβαίνουν κάθε τιμή βάσης (μπλέ ρόμβοι) και β). των τιμών βάσης της θερμοκρασίας του αέρα και της αντίστοιχης απόλυτης συχνότητας εμφάνισης όλο το 24ωρο θερμοκρασιών μεγαλύτερων των τιμών βάσης (πράσινα τρίγωνα) [Δυτική περιοχή] Με τη βοήθεια πλέον των θεωρητικών εκτιμήσεων των απόλυτων συχνοτήτων χαράχθηκαν για τις βάσεις των 24, 28 και 33 C, οι αντίστοιχες ισότιμες καμπύλες (Εικόνα 5.17a,b,c). Από την χωρική κατανομή τους προκύπτει ότι τόσο για τη βάση των 24 C όσο και για αυτή των 28 C (Εικόνες 5.17a,b) εμφανίζονται δύο εστίες μέγιστης απόλυτης συχνότητας, στα σημεία που βρίσκονται οι σταθμοί «Μοσχάτο» και «Βύρωνας», όπου όπως και αλλού έχει αναφερθεί εμφανίζονται συνδυασμοί 139

147 πολλών συγχρόνως παραμέτρων που συμβάλλουν στην τοπική συγκέντρωση θερμότητας. Για την βάση των 33 C (Εικόνα 5.17c), εκτός από το βόρειο τμήμα του λεκανοπεδίου της Αθήνας, σε όλη την υπόλοιπη περιοχή εμφανίζονται τοπικά πολλά σημεία με την μεγαλύτερη συχνότητα γύρω στις 5 με 9 ημέρες, γεγονός που δείχνει μια ομοιόμορφη συμπεριφορά του μεγαλύτερου τμήματος του λεκανοπεδίου. Άλλωστε, όπως έχει διαπιστωθεί, οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες του αέρα συνδέονται περισσότερο με τις επικρατούσες τοπικές συνθήκες και λιγότερο με φαινόμενα θερμής νησίδας. (a) (b) 14

148 (c) Εικόνα Ισότιμες καμπύλες της θεωρητικής συχνότητας εμφάνισης όλο το 24-ωρο τιμών της θερμοκρασίας του αέρα υψηλότερων των (a) 24, (b) 28 και (c) 33 C Σχέση μεταξύ μέσου ημερήσιου αριθμού ωρών με θερμοκρασίες μεγαλύτερες μιας βάσης ως προς την θερμοκρασία βάσης Πίνακας 5.6. Συσχετίσεις (γραμμές παλινδρόμησης) για την εκτίμηση του μέσου αριθμού των ωρών με θερμοκρασία πάνω από μια βάση, συναρτήσει της θερμοκρασίας βάσης και συντελεστές συσχέτισης (R) Περιοχή Σταθμός Συσχέτιση (γραμμή παλινδρόμησης) R Κέντρο πόλης Αστεροσκοπείο Αθηνών Ν=-2,7 Τ(βάσης)+69,6,994 Αθήνα Ν=-2,42 Τ(βάσης)+8,37,994 Νέα Ερυθραία Ν=-1,68 Τ(βάσης)+55,23,978 Βόρειο τμήμα Άνω Λιόσια Ν=-2,4 Τ(βάσης)+68,19,994 Καματερό Ν=-1,93 Τ(βάσης)+65,86,974 Νέα Φιλαδέλφεια Ν=-2,26 Τ(βάσης)+74,28,99 Μαρούσι Ν=-2,29 Τ(βάσης)+74,84,99 141

149 Βύρωνας Ν=-2,36 Τ(βάσης)+8,69,992 Ανατολικό τμήμα Καισαριανή Ν=-2,14 Τ(βάσης)+71,14,992 Αγία Παρασκευή Ν=-2,55 Τ(βάσης)+82,2,985 Ηλιούπολη Ν=-2,2 Τ(βάσης)+72,86,995 Ζωγράφου Ν=-2,1 Τ(βάσης)+66,23,991 Ελληνικό Ν=-1,72 Τ(βάσης)+59,26,987 Νότιο τμήμα Γλυφάδα Ν=-2,44 Τ(βάσης)+8,8,993 Καλλιθέα Ν=-2,32 Τ(βάσης)+78,54,995 Μοσχάτο Ν=-2,41 Τ(βάσης)+82,86,992 Ρέντη Ν=-1,92 Τ(βάσης)+66,59,99 Αγία Βαρβάρα Ν=-2,31 Τ(βάσης)+78,,998 Άγιοι Ανάργυροι Ν=-1,89 Τ(βάσης)+66,3,998 Ίλιον Ν=-1,98 Τ(βάσης)+67,8,998 Δυτικό τμήμα Πετρούπολη Ν=-2,7 Τ(βάσης)+7,9,994 Αιγάλεω Ν=-2,31 Τ(βάσης)+76,75,995 Χαϊδάρι Ν=-2,19 Τ(βάσης)+74,6,996 Κορυδαλλός Ν=-2,44 Τ(βάσης)+8,97,996 Περιστέρι Ν=-1,8 Τ(βάσης)+64,34,998 Ζεφύρι Ν=-1,71 Τ(βάσης)+59,73,988 Στη συνέχεια αναζητήθηκε ο ρυθμός μεταβολής του μέσου ημερήσιου αριθμού ωρών με θερμοκρασία πάνω από μια βάση, σε σχέση με τις θερμοκρασίες βάσης που ορίσθηκαν. Όπως φαίνεται στις εικόνες (Εικόνες 5.12 έως 5.17) και τον Πίνακα 5.6, ο ρυθμός αυτός μπορεί να εκφρασθεί δια μέσου απλής γραμμικής παλινδρόμησης. Η επιτυχής προσαρμογή των δεδομένων στην ευθεία παλινδρόμησης είναι σε όλες τις περιπτώσεις στατιστικά σημαντική στη στάθμη σημαντικότητας α=,5 (R>,99). Επίσης διερευνήθηκε αν ο ρυθμός αυτός μεταβολής, μέσα σε κάθε μια από αυτές τις περιοχές, είναι ο ίδιος για το σύνολο των σταθμών κάθε περιοχής. Για το σκοπό αυτό έγινε έλεγχος ανά δύο των συντελεστών παλινδρόμησης (κλίση των ευθειών παλινδρόμησης). Τέθηκε ως εκ τούτου η μηδενική υπόθεση Η ο : οι κλίσεις μεταξύ δύο γραμμών παλινδρόμησης είναι στατιστικά ίσες μεταξύ τους, έναντι της εναλλακτικής υπόθεσης Η 1 : οι κλίσεις μεταξύ δύο γραμμών παλινδρόμησης είναι άνισες μεταξύ τους, η οποία ελέγχθηκε στη στάθμη σημαντικότητας 142

150 α=,5. Ο έλεγχος έγινε με την βοήθεια του στατιστικού t-ελέγχου [239, 24] ο οποίος ορίζεται από τη σχέση: i,1 t b 1 b 2 2 N 1 2 s,x N 2 2 s 1,x N 1 N2 N N 2 2 xi,1 x x 1 j,1 x 2 2 i 1 όπου b 1, b 2 είναι οι συντελεστές παλινδρόμησης (κλίσεις των γραμμών παλινδρόμησης) και Ν 1, Ν 2, 2 2,x j,1,x,x,, s,x s 1,x είναι αντίστοιχα τα μεγέθη, οι τιμές, οι μέσες τιμές και τα τυπικά x σφάλματα εκτίμησης καθενός από τα ζεύγη των γραμμών παλινδρόμησης των οποίων συγκρίνονται οι κλίσεις. j 1 (5.5) Πίνακας 5.7. t-έλεγχος μεταξύ των συντελεστών παλινδρόμησης (κλίση της γραμμής παλινδρόμησης μεταξύ αριθμού ωρών πάνω από μια βάση σε σχέση με τη θερμοκρασία βάσης) ανά δύο σε κάθε τμήμα του λεκανοπεδίου των Αθηνών Κέντρο πόλης t=2,889 >t.5 =2,12 Bόρειο τμήμα Ν.Φιλαδέλφεια -2,744-3,417-1,674, Καματερο -1,774 1,199 2,93 3. Ν.Ερυθραία 2,371 3, Α.Λιοσια 1,85 5. Μαρούσι Ανατολικό τμήμα Βύρωνας -3,58 1,18-1,57-1, Ζωγράφου 2,921 1,49,95 3. Αγ.Παρασκευή -1,99-2, Ηλιούπολη -, Καισαριανή Νότιο τμήμα Ελληνικό 4,976 4,668 4,714 1, Γλυφάδα -,95 -,22-3, Καλλιθέα,66-3, Μοσχάτο -3, Ρέντη 143

151 Δυτικό τμήμα Αγ.Βαρβάρα -6,248-4,639 2,494 -,25-1,273 1,334-7,261-5, Αγ.Ανάργυροι 1,52 2,13 4,818 3,715 6,13-1,583-1, Ίλιον,979 3,66 2,528 4,973-2,871-2, Πετρούπολη 2,152 1,17 3,281-2,955-2, Αιγάλεω -1,7 1,19-5,7-4,8 6. Χαϊδάρι 2,273-4,672-3,99 7. Κορυδαλλός -6,953-5, Περιστέρι -, Ζεφύρι * Με έντονη πλάγια γραφή ορίζονται οι περιπτώσεις που οι κλίσεις είναι στατιστικά ίσες μεταξύ τους Όπως συνάγεται από τον Πίνακα 5.7 παρατηρούνται σε ορισμένες περιπτώσεις στατιστικά σημαντικές ισότητες μεταξύ των κλίσεων, αλλά δεν μπορεί να ορισθεί μια γενική όμοια συμπεριφορά σε κάθε περιοχή. Μόνο στην περίπτωση της Ανατολικής περιοχής, ο σταθμός της Ηλιούπολης εμφανίζει στατιστικά ίση κλίση με τις κλίσεις των γραμμών παλινδρόμησης των άλλων σταθμών της περιοχής. Ως εκ τούτου, το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι, ναι μεν υπάρχει ένας γραμμικός ρυθμός μεταβολής του μέσου αριθμού των ωρών με θερμοκρασίες μεγαλύτερες μιας βάσης, συναρτήσει της θερμοκρασίας βάσης, αλλά η συμπεριφορά κάθε σταθμού είναι ιδιαίτερη, γεγονός που δείχνει την επίδραση του στενού φυσικού περιβάλλοντος στη διαμόρφωση του θερμοκρασιακού καθεστώτος κάθε θέσης. 5.5 Κλιματική αλλαγή ή φαινόμενο Αστικής Θερμικής Νησίδας Από την επεξεργασία των δεδομένων στο παρόν κεφάλαιο προέκυψε ότι μέσα στον αστικό ιστό εμφανίζονται περιοχές θερμότερες από κάποιες άλλες, αλλά δεν μελετήθηκαν διαφοροποιήσεις μεταξύ αστικών και προαστιακών περιοχών. Πολλοί ερευνητές όπως αναφέρεται και στο προηγούμενο κεφάλαιο όρισαν το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας μελετώντας μακροχρόνιες σειρές δεδομένων αστικών και γειτονικών προαστιακών (ή αγροτικών) περιοχών και συγκρίνοντας τις παρατηρούμενες τάσεις των χρονοσειρών των θερμοκρασιών του αέρα. Στο σημείο αυτό θα συγκριθούν τα δεδομένα του σταθμού του Αστεροσκοπείου Αθηνών και του σταθμού του Ελληνικού της περιόδου , όπως αυτά δίνονται στην μελέτη των I.Tselepidaki and M.Santamouris [226], με τις αντίστοιχες τιμές των ετών 29 και 21. Σημειώνεται, ότι σύμφωνα με τους ερευνητές δεν παρατηρήθηκε την περίοδο κάποια τάση μεταβολής των θερμοκρασιών και τους τρεις μήνες που να μπορεί να εκτιμηθεί σαν στατιστικά σημαντική. 144

152 Τ(oC) Πίνακας 5.8. Μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες του αέρα των περιόδων και των σταθμών «Αστεροσκοπείο Αθηνών» και «Ελληνικό» για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο Μήνες Αστεροσκοπείο Αθηνών Ελληνικό ΔΤ C ΔΤ C Ιούνιος 24,3 26,1 +1,8 24,2 25,9 +1,7 Ιούλιος 26,9 29,3 +2,4 27,4 28,9 +1,5 Αύγουστος 27, 29,3 +2,3 27,4 29,5 +1,9 Συγκρίνοντας τις θερμοκρασίες των δύο περιόδων στους δύο αυτούς σταθμούς (Πίνακας 5.8) παρατηρείται ότι η τάση ανόδου είναι μεγαλύτερη στο σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών από ότι στο Ελληνικό, κυρίως τον Ιούλιο και τον Αύγουστο. Αν όμως ληφθεί υπόψη ότι, στο Ελληνικό την περίοδο , οι θερμοκρασίες του αέρα επηρεάζονται από την παρουσία του αεροδρόμιου, δεν μπορεί να προκύψει το συμπέρασμα ότι είναι μεγαλύτερες οι αυξήσεις της θερμοκρασίας στο κέντρο της πόλης από ότι στο Ελληνικό. Ως εκ τούτου δεν μπορεί να θεμελιωθεί με κλιματολογικά δεδομένα η εμφάνιση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας. Στη συνέχεια μελετήθηκαν τα δεδομένα της περιόδου 1/6-31/8/29 των σταθμών «Αθήνα» (καθαρά αστικός σταθμός) με αυτά των σταθμών Ελληνικού, Ζεφυρίου και Ζωγράφου (προαστιακοί σταθμοί). Από τις ημερήσιες πορείες των μέσων ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα στους 4 σταθμούς (Εικόνα 5.18) φαίνεται ότι 4 35 Μέση ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του αέρα (Ιούνιος) Ώρες Αθήνα Ελληνικό Ζωγράφου Ζεφύρι 145

153 T (oc) T (oc) Μέση ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του αέρα (Ιούλιος) Ώρες Ελληνικό Αθήνα Ζεφύρι Ζωγράφου Μέση ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του αέρα (Αύγουστος) Ώρες Ελληνικό Αθήνα Ζεφύρι Ζωγράφου Εικόνα Ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του αέρα τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο 29 στους σταθμούς Αθηνών, Ελληνικού, Ζεφυρίου και Ζωγράφου. 1. Στο Ελληνικό τον μεν Ιούνιο η θερμοκρασία του αέρα είναι καθ ολη τη διάρκεια του 24ώρου χαμηλότερη από αυτή της Αθήνας, με μέγιστη διαφορά 4,9 ο C, ενώ το Ιούλιο και τον Αύγουστο το κέντρο της πόλης είναι θερμότερο του Ελληνικού από τις 9 το βράδυ ως τις 9 το πρωί με μέγιστη διαφορά 1,6-1,8 C. 2. Στο Ζεφύρι οι θερμοκρασίες του αέρα είναι χαμηλότερες από το κέντρο της πόλης κυρίως το διάστημα 9μμ ως 9πμ, δηλαδή τη νύκτα και νωρίς το πρωί, με μέγιστες διαφορές 3,3 C τον Ιούνιο και 1,6-1,7 C τους υπόλοιπους μήνες, και 3. Στο σταθμό του Ζωγράφου, ο οποίος παρά τη θέση του πολύ κοντά στον αστικό ιστό, λόγω του μεγάλου ποσοστού πράσινου, της μικρής αναλογίας κτιρίων και του μικρού κυκλοφοριακού φόρτου, μπορεί να θεωρηθεί σαν προαστιακός σταθμός, εκτός από τον Ιούνιο και Ιούλιο όπου για λίγες ώρες γύρω στο μεσημέρι εμφανίζεται θερμότερος του κέντρου της πόλης.όλο το άλλο διάστημα και όλο τον Αύγουστο θερμότερο είναι το κέντρο της πόλης, με μέγιστες αποκλίσεις 2,4 ως 2,9 C. Οι λίγες ώρες που παρατηρείται να είναι θερμότερος ο 146

154 σταθμός του Ζωγράφου από το κέντρο της πόλης θα πρέπει να αποδοθούν σε φαινόμενα σκιασμού στο κέντρο της πόλης. 4. Στο Ελληνικό, τον μεν Ιούνιο η θερμοκρασία του αέρα είναι καθ ολη τη διάρκεια του 24ώρου χαμηλότερη από αυτή της Αθήνας, με μέγιστη διαφορά 4,9 C, ενώ το Ιούλιο και τον Αύγουστο το κέντρο της πόλης είναι θερμότερο του Ελληνικού, από τις 9 το βράδυ ως τις 9 το πρωί, με μέγιστη διαφορά 1,6-1,8 C. 5. Στο Ζεφύρι οι θερμοκρασίες του αέρα είναι χαμηλότερες από το κέντρο της πόλης, κυρίως το διάστημα 9μμ ως 9πμ, δηλαδή τη νύκτα και νωρίς το πρωί με μέγιστες διαφορές 3,3 C τον Ιούνιο και 1,6-1,7 C τους υπόλοιπους μήνες. Επειδή από τις μέσες τιμές των διαφορών των θερμοκρασιών του κέντρου της πόλης, από τους 3 προαστιακούς σταθμούς, δεν μπορούν να προκύψουν σαφή συμπεράσματα για την ένταση του φαινομένου της θερμής νησίδας, αναζητήθηκε για τον σταθμό των Αθηνών και τους τρείς προαστιακούς σταθμούς, ο αριθμός των ωρών με θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 28 C, τιμή βάσης που χρησιμοποιείται συχνά εδώ. Πίνακας 5.9. Μηνιαίος αριθμός ωρών με θερμοκρασίες του αέρα μεγαλύτερες των 28 C για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο ΜΗΝΕΣ Αθήνα Ελληνικό Ζεφύρι Ζωγράφου Ιούνιος 35 >159 >232 >231 Ιούλιος 457 >392 >41 >359 Αύγουστος 358 <372 >354 >264 Όπως διαπιστώνεται από τον Πίνακα 5.9, για τους μήνες Ιούνιο και Ιούλιο ο αριθμός των ωρών με θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 28 C είναι σαφώς μεγαλύτερος στο κέντρο της πόλης από ότι στους προαστιακούς σταθμού. Τον Αύγουστο παρατηρείται σαφής διαφοροποίηση, μόνο μεταξύ του κέντρου της πόλης και του σταθμού του Ζωγράφου, εμφανίζεται δε και η περίπτωση του Ελληνικού με ελαφρά μεγαλύτερο αριθμό «θερμών» ωρών. Από όσα λοιπόν προέκυψαν μέχρι τώρα, φαίνεται ότι το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας είναι εγκατεστημένο και στην πόλη των Αθηνών, με μέγιστες ωριαίες εντάσεις, σε σχέση με τους προαστιακούς σταθμούς Ελληνικού, Ζεφυρίου και Ζωγράφου, που έφθασαν αντίστοιχα τους 1,1, 7,5 και 6,3 C 5.6 Κατανομή της σχετικής υγρασίας και της έντασης του ανέμου το διάστημα 1/6/29 ως 31/8/29 Στην μελέτη των Giannopoulou et al[129]γίνεται εκτενής αναφορά στο πεδίο των θερμοκρασιών του αέρα στο λεκανοπέδιο της Αθήνας. Στο σημείο αυτό δίνονται επί πλέον πληροφορίες όσον αφορά 147

155 την κατανομή της σχετικής υγρασίας του αέρα, που μετρήθηκαν επίσης στις ίδιες θέσεις, καθώς και στον άνεμο, από τις μετρήσεις που έχουν δοθεί από τον σταθμό αναφοράς (Αστεροσκοπείο Αθηνών). Όσον αφορά τη θερμοκρασία του αέρα, όπως έχει ήδη συζητηθεί (Εικόνα 5.4)η παρατηρούμενη στο λεκανοπέδιο αστική θερμική νησίδα, κυρίως κατά τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο, εντοπίζεται στα νοτιοδυτικά και δυτικά τμήματα του λεκανοπεδίου, με διαφορές που όσον αφορά τις μέσες τιμές κυμαίνονται γύρω στους 2,5 C (Πίνακας 5.1), ενώ οι διαφορές των μέσων μέγιστων τιμών ξεπερνούν τους 7 C. Επειδή στη συνέχεια θα γίνει αναφορά και σε δείκτες θερμικής άνεσης στους οποίους λαμβάνεται υπόψη και η σχετική υγρασία του αέρα, δίνονται στον Πίνακα οι μέσες μηνιαίες τιμές της σχετικής υγρασίας του αέρα για την ίδια περίοδο μετρήσεων. Όπως προέκυψε ο μήνας με την χαμηλότερη σχετική υγρασία ήταν ο Αύγουστος και αυτό θα πρέπει να αποδοθεί στην επικράτηση βορείου ρεύματος (μελτέμια), το οποίο αφενός μεταφέρει ξηρότερες αέριες μάζες προς την περιοχή και αφετέρου δεν επιτρέπει την εισβολή της θαλάσσιας αύρας από τον Σαρωνικό προς το κέντρο της πόλης. Αυτό επιβεβαιώνεται και από τις υψηλότερες τιμές της σχετικής υγρασίας τον Ιούνιο οι οποίες εντοπίζονται στο νότιο τμήμα του λεκανοπεδίου, όπου τον μήνα αυτό δεν έχει αρχίσει ακόμα η επικράτηση ισχυρών βορείων ανέμων, ενώ είναι συχνότερη και η επικράτηση νοτίου αέριου ρεύματος. Γενικά όμως οι διαφοροποιήσεις της σχετικής υγρασίας μεταξύ των σταθμών είναι μικρές. Επομένως η συμβολή της σχετικής υγρασίας στην εμφάνιση συνθηκών δυσφορίας, στο λεκανοπέδιο της Αθήνας θα πρέπει να θεωρηθεί ότι είναι ομοιόμορφη σε όλη την περιοχή, με αποτέλεσμα ο κύριος παράγοντας εμφάνισης διαφορετικών τιμών θερμικής δυσφορίας, στις υπό εξέταση περιοχές, παραμένει η θερμοκρασία του αέρα. Όσον αφορά τον άνεμο, οι τιμές του οποίου αντιστοιχούν στις μετρήσεις του σταθμού «Αστεροσκοπείο Αθηνών», όπως φαίνεται στην Εικόνα 5.19 το 73% των περιπτώσεων αντιστοιχεί σε εντάσεις ανέμου μικρότερες των 5m/s, ως εκ τούτου είναι μικρή η συμβολή του ανέμου στον δροσισμό της πόλης. Όπως δε, φαίνεται επί πλέον στην Εικόνα 5.2 δεν υπάρχει σαφής συσχέτιση μεταξύ των μέσων ημερήσιων τιμών του ανέμου και της θερμοκρασίας του αέρα (ο συντελεστής γραμμικής συσχέτισης μεταξύ των δύο μεγεθών (,15) είναι στατιστικά μη σημαντικός). Επομένως παραμένει η θερμοκρασία του αέρα να αποτελεί τον θεμελιώδη παράγοντα που διαμορφώνει τις συνθήκες θερμικής άνεσης στο λεκανοπέδιο της Αθήνας. Πίνακας 5.1. Μέσες μηνιαίες τιμές και τυπικές αποκλίσεις της θερμοκρασίας του αέρα του θέρους 29 Περιοχή Σταθμός Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Κέντ ρο πόλη Αστεροσκοπείο 26,4 3,73 29,3 3,54 28,1 3,24 Αθηνών 148

156 Αθήνα 27,4 1,92 29,4 1,81 28,1 1,31 Δυτικό τμήμα Νότιο τμήμα Ανατολικό τμήμα Βόρειο τμήμα Μέσες τιμές 27,1 3,7 29, ,1 2,9 Νέα Ερυθραία 25,2 2,2 27, 1,99 26,3 1,35 Άνω Λιόσια 26,6 2,2 28,9 2,8 27,5 1,48 Καματερό 27,3 2,4 29,4 2,15 27,7 1,55 Νέα Φιλαδέλφεια 26,4 1,87 28,6 1,89 27,5 1,31 Μαρούσι 26,4 1,94 28,7 1,82 27,2 1,12 Μέσες τιμές 26,4 3,9 28,5 3,8 27,3 3,1 Βύρωνας 28, 2,14 3,4 1,91 29,4 1,35 Καισαριανή 26,9 1,93 28,9 1,96 27,5 1,39 Αγία Παρασκευή 26,3 1,97 28,5 1,77 27,7 1,21 Ηλιούπολη 26,9 2,13 29, 1,78 27,4 1,24 Ζωγράφου 26,6 2,6 28,2 2, 26,7 1,42 Μέσες τιμές 26,7 3,5 29, 3,4 27,7 3, Ελληνικό 25,4 2,48 29,1 1,79 28,7 1,39 Γλυφάδα 26,1 1,93 29, 1,57 28,4 1,23 Καλλιθέα 27,9 2,4 29,9 1,66 28,8 1,22 Μοσχάτο 28,4 2,1 3,7 1,32 29,9 1,2 Ρέντη 26,7 2,42 29,9 1,78 29,4 1,26 Μέσες τιμές 26,9 3,7 29,7 3,5 29, 3,5 Αγία Βαρβάρα 27,6 2,18 3,1 1,84 28,3 1,41 Άγιοι Ανάργυροι 27,1 2,23 29,9 1,88 29, 1,2 Ίλιον 27,1 2,18 29,5 1,87 28,4 1,25 Πετρούπολη 27,4 2,36 3,1 1,99 28,9 1,4 Αιγάλεω 26,6 2,35 29,3 1,8 28,3 1,3 Χαϊδάρι 27,5 2,3 29,5 1,8 28,2 1,34 Κορυδαλλός 27, 2,21 29,7 1,8 28,1 1,4 Περιστέρι 27,9 2,4 31, 2,17 3,1 1,5 Ζεφύρι 26,5 2,42 29,2 2,9 28,5 1,23 Μέσες τιμές 27,2 4, 29,8 3,9 28,7 3,7 149

157 Πίνακας Μέσες μηνιαίες τιμές και τυπικές αποκλίσεις της σχετικής υγρασίας του θέρους 29 Περιοχή Σταθμός Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Δυτικό τμήμα Νότιο τμήμα Ανατολικό τμήμα Βόρειο τμήμα Κέντρο πόλης Αστεροσκοπείο 5,6 14,9 45,4 12,4 44,8 9,8 Αθηνών Αθήνα 41,5 12,5 42,2 13, 39,7 8,2 Μέσες τιμές 46, 14,5 43,8 12,8 42,3 9,4 Νέα Ερυθραία 45,5 12,9 51,3 15,3 46,3 11,3 Άνω Λιόσια 37,9 14, 4,9 13,1 39,8 9,2 Καματερό 39,6 12,6 41, 13,1 39,2 9,2 Νέα Φιλαδέλφεια 42,4 12,4 44,4 14,9 39,9 8,7 Μαρούσι 4,9 11, 43,2 1,9 4,6 8,5 Μέσες τιμές 41,3 2,9 44,2 4,3 41,2 2,9 Βύρωνας 38,9 1,7 4,3 1,8 36,7 6,8 Καισαριανή 41,4 11,8 42,1 12,2 41,4 8,9 Αγία Παρασκευή 42,7 1,6 44,9 1,2 42,7 7, Ηλιούπολη 44,4 1,1 42,5 11,7 4,7 9, Ζωγράφου 42,1 12,3 42,9 12,5 41,7 9,4 Μέσες τιμές 41,9 2, 42,5 1,7 4,6 2,3 Ελληνικό 49,2 14,9 46,4 15,5 39,3 11,2 Γλυφάδα 51,5 14,7 48,7 14,6 4,6 9,3 Καλλιθέα 46,7 1,9 42,3 12,4 39,7 9,3 Μοσχάτο 45,1 8,2 41,8 1,8 37,9 7,4 Ρέντη 47,5 15,7 42,8 13,9 38,7 11,1 Μέσες τιμές 48, 2,5 44,4 3, 39,2 1, Αγία Βαρβάρα 4,6 11,5 4,8 11,3 39,2 8,5 Άγιοι Ανάργυροι 41,6 14,1 4,3 13,3 36,2 7,5 Ίλιον 41,3 13, 4,2 13, 37,7 1,6 Πετρούπολη 4, 12,2 39,3 11,8 35,7 6,7 Αιγάλεω 43,9 13,8 41,8 11,5 4, 7,1 Χαϊδάρι 41,7 13,4 41,4 12,7 39, 9,2 Κορυδαλλός 43,9 13,3 39,6 9,6 39,2 8,4 Περιστέρι 39,7 12,5 38,6 13,4 38, 8,1 Ζεφύρι 41,9 13,6 41,7 15,2 37,5 7,9 Μέσες τιμές 41,6 1,5 4,4 1,1 38,1 1,5 15

158 v (m/s) T[mean] (oc) Αθροιστική συχνότητα Αστεροσκοπείο Αθηνών v (m/s) Εικόνα Αθροιστική κατανομή συχνοτήτων των ωριαίων εντάσεων του ανέμου κατά τη διάρκεια της περιόδου 1/6-31/8/29 "Αστεροσκοπείο Αθηνών" Ημέρες του θέρους Ένταση ανέμου Θερμοκρασία Εικόνα 5.2. Μέσες ημερήσιες τιμές της εντάσεως του ανέμου και της θερμοκρασίας του αέρα για την περίοδο 1/6-31/8/29 151

159 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΗΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΣΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ 152

160 Ποσοστά με UHI στο κέντρο της πόλης 6.1 Εισαγωγή Στην συνέχεια θα αναζητήθηκε η σχέση μεταξύ αστικής θερμικής νησίδας και ανθρώπινης θερμικής δυσφορίας για να διαπιστωθεί κατά πόσο συνδέονται αυτές οι δύο συνθήκες υπολογίσθηκαν για την ημέρα και την νύκτα τα ποσοστά εμφάνισης αστικής θερμικής νησίδας στο κέντρο της πόλης σε σχέση με κάθε περιφερειακό σταθμό και τα αντίστοιχα ποσοστά εμφάνισης σε κάθε σταθμό ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα μεγαλύτερων των 28 C (Εικόνα 6.1). Όπως προέκυψε, κατά τη διάρκεια της νύκτας στις μεγάλες συχνότητες εμφάνισης ωριαίων θερμοκρασιών μεγαλύτερων των 28 C αντιστοιχεί μικρή συχνότητα εμφάνισης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας, γεγονός που οδηγεί στη σκέψη ότι οι υψηλές θερμοκρασίες την νύκτα είναι ένα γενικότερο καιρικό φαινόμενο και δεν συνδέονται πάντοτε με θέματα αστικοποίησης. Κατά τη διάρκεια της ημέρας η κατάσταση εμφανίζεται χαοτική και αυτό δείχνει ότι υπάρχουν και άλλοι παράγοντες πέραν από τις υψηλές θερμοκρασίες του αέρα, κυρίως η ηλιακή ακτινοβολία και τα συνεπακόλουθα της, που συμβάλλουν στην εμφάνιση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας. Ως εκ τούτου η εμφάνιση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας δεν συνδέεται άμεσα με την θερμική δυσφορία και τις ανάγκες δροσισμού των κτιρίων κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Μπορεί να παρατηρείται φαινόμενο αστικής θερμικής νησίδας χωρίς να παρατηρείται θερμική δυσφορία όπως μπορεί να παρατηρείται θερμική δυσφορία χωρίς να παρατηρείται συγχρόνως φαινόμενο αστικής θερμικής νησίδας y = x R 2 = y = x R 2 = Ποσοστά με Τ>28 ΗΜΕΡΑ ΝΥΚΤΑ Εικόνα 6.1 Συσχέτιση μεταξύ της συχνότητας εμφάνισης του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας στο κέντρο της Αθήνας σε σχέση με κάθε ένα από τους υπόλοιπους σταθμούς της περιφέρειας και των αντίστοιχων συχνοτήτων εμφάνισης θερμοκρασιών >28 C Για τον λόγο αυτό, σε μια πόλη δεν επαρκεί η μελέτη μόνο του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας, αλλά θα πρέπει να μελετώνται συγχρόνως και οι συνθήκες της ανθρώπινης 153

161 θερμικής δυσφορίας που συνδέονται με την υγεία των κατοίκων και τα θερμικά φορτία δροσισμού των εσωτερικών χώρων. 6.2 Ορισμός και δείκτες θερμικής άνεσης Ως θερμική άνεση ορίζεται από το ΑSHRAE (1992) [252] η κατάσταση του μυαλού που εκφράζει ικανοποίηση με τον περιβάλλοντα χώρο. Ο προσδιορισμός της δυσφορίας ή της άνεσης του ανθρώπινου σώματος γίνεται με βάση την κατάσταση της ατμόσφαιρας. Το ανθρώπινο σώμα στηρίζεται σε ομοιοστατικούς μηχανισμούς, οι οποίοι του επιτρέπουν να διατηρήσει την θερμοκρασία του σταθερή. Κάτω από συνθήκες άνεσης, οι ομοιοστατικοί μηχανισμοί καθίστανται ελάχιστοι, ενώ κάτω από ακραίες καιρικές συνθήκες, σαν αποτέλεσμα του υψηλού ποσοστού θερμικής ανταλλαγής με το περιβάλλον, οι ομοιοστατικοί μηχανισμοί δεν μπορούν να διατηρηθούν και τότε λέγεται ότι το άτομο δυσφορεί. Σε θερμό περιβάλλον δύο είναι οι κύριοι μηχανισμοί αποκατάστασης της θερμικής άνεσης, η αγγειοδιαστολή και η εφίδρωση. Όπως προαναφέρθηκε, η ανθρώπινη θερμική άνεση (human thermal comfort) εξαρτάται από την θερμοκρασία του αέρα, την ταχύτητα του ανέμου, την ηλιακή ακτινοβολία, την υγρασία, την ένδυση και τις ανθρώπινες δραστηριότητες [273]. Οι μέσες ατμοσφαιρικές συνθήκες κάτω από τις οποίες ο άνθρωπος αισθάνεται άνετα διακυμαίνονται για μεν την θερμοκρασία του αέρα από 21 C ως 27,5 C, για δε την σχετική υγρασία από 3 ως 65 % και για ταχύτητες του ανέμου μεγαλύτερες των 5 m/s [258]. Εν τούτοις, δεν θα πρέπει να παραβλεφθεί η ηλικία των ατόμων και η ικανότητα προσαρμογής τους σε υψηλές θερμοκρασίες, η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη του γεωγραφικού πλάτους [242, 319]. Από μελέτες έχει βρεθεί ότι για ηλικίες 6-65 ετών, κατά τη διάρκεια του θέρους, υψηλές θερμοκρασίες του αέρα και της σχετικής υγρασίας, σε συνδυασμό με άπνοια, συνδέονται με μεγαλύτερη θνησιμότητα [256, 262, 336, 361]. Για ακόμα μεγαλύτερες ηλικίες, άνω των 75 ετών, σύμφωνα με την Katsouyianni et al [167], παρατηρείται απότομη αύξηση της θνησιμότητας, κατά τη διάρκεια θερμών εισβολών τους καλοκαιρινούς μήνες. Επί πλέον, αν οι θερμές εισβολές έχουν μεγάλη διάρκεια και συνδέονται και με αυξημένους ατμοσφαιρικούς ρύπους, τότε η αύξηση της θνησιμότητας εκτείνεται και σε μικρότερες ηλικίες [255, 246, 289, 313, 167, 247, 328, 342]. Μια θερμή εισβολή μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα ακραίο φαινόμενο, το οποίο πρακτικά είναι ένα σπάνιο στοχαστικό ενδεχόμενο. Αν όμως ληφθεί υπόψη η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα κατά τα τελευταία χρόνια, λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, η οποία σύμφωνα με τα υπάρχοντα σενάρια θα συνεχισθεί αν δεν ληφθούν μέτρα προστασίας του περιβάλλοντος, τότε τα σπάνια αυτά ενδεχόμενα θα αυξηθούν [339, 346, 4]. 154

162 Οι θερμές αυτές εισβολές, πέραν από το ότι μπορούν να ενισχύσουν φαινόμενα αστικής θερμικής νησίδας, προκαλούν ιδιαίτερα προβλήματα, κυρίως στις αστικές περιοχές, ένεκα της συγκράτησης θερμότητας από τα κτίρια και την άσφαλτο, με συνέπεια την εμφάνιση υψηλών θερμοκρασιών και κατά τη διάρκεια της νύκτας, οπότε αυτή η παρατηρούμενη εμμονή (persistence) υψηλών θερμοκρασιών καταπονεί τον ανθρώπινο οργανισμό. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν το αστικό μικροκλίμα είναι η ανθρωπογενής θερμότητα (τεχνητός φωτισμός, λειτουργία A/C στα σπίτια και στους χώρους εργασίας, κυκλοφοριακός φόρτος) [297], σε συνδυασμό με την ελάττωση της ταχύτητας του ανέμου, λόγω της μεγάλης πυκνότητας δόμησης και του ύψους των κτιρίων [193]. Εμμονή υψηλών θερμοκρασιών μπορεί να εμφανισθεί και σε προαστιακές περιοχές, αν το ανάγλυφο, σε συνδυασμό με τον άνεμο δημιουργεί καταβάτες ανέμους [398]. Λαμβάνοντας ως εκ τούτου υπόψη ότι το 5 6 % του παγκόσμιου πληθυσμού κατοικεί σε αστικά κέντρα, με τάση μάλιστα αύξησης (αναμένεται ως το 225 οι κάτοικοι των πόλεων να φθάσουν παγκοσμίως τα 5 δισεκατομμύρια), οι μελέτες θερμικής άνεσης στις πόλεις αποκτούν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η θερμική άνεση έχει μελετηθεί τόσο σε εξωτερικούς όσο και σε εσωτερικούς χώρους με μεγαλύτερη έμφαση στους εσωτερικούς χώρους, δεδομένου ότι το μεγαλύτερο διάστημα της ζωής του ο άνθρωπος τον περνά σε εσωτερικούς χώρους, όπου εργάζεται (άρα θα πρέπει να έχει την βέλτιστη παραγωγικότητα) και αναπαύεται (όπου οι συνθήκες θα πρέπει να του παρέχουν την μεγαλύτερη ξεκούραση). Εν τούτοις, οι συνθήκες στους εσωτερικούς χώρους είναι, κατά μεγάλο ποσοστό, αποτέλεσμα και των επικρατουσών στον εξωτερικό χώρο συνθηκών, ως εκ τούτου η μελέτη της θερμικής άνεσης στους εξωτερικούς χώρους παρουσιάζει εξ ίσου μεγάλο ενδιαφέρον. Η θερμοκρασία του αέρα είναι η σημαντικότερη ατμοσφαιρική παράμετρος θερμικής άνεσης του ανθρώπινου σώματος, που καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ δέρματος και περιβάλλοντος και κατά συνέπεια τις βιολογικές λειτουργίες του ανθρώπου. Οι τιμές της θερμοκρασίας που κανείς αισθάνεται άνετα κυμαίνονται μεταξύ 2 και 25 C, ανάλογα με τα ρούχα που φορά, αλλά συχνά λόγω της προσαρμοστικότητας του ανθρώπου στις κλιματικές συνθήκες του τόπου διαβίωσης του, οι τιμές αυτές μπορούν να φθάσουν και τους 28 με 3 C. Εξ ίσου μεγάλη σημασία έχουν και άλλοι ατμοσφαιρικοί παράγοντες, όπως η υγρασία, η ταχύτητα του ανέμου και η ηλιακή ακτινοβολία. Ο τελευταίος παράγοντας συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη γιατί εξετάζεται η περίπτωση που κάποιος βρίσκεται υπό σκιά. Η αυξημένη υγρασία περιορίζει το ρυθμό εξάτμισης του ιδρώτα (και άρα της ψύξης λόγω αποβολής λανθάνουσας θερμότητας) όταν η θερμοκρασία είναι υψηλή. Ο άνεμος αφαιρεί θερμότητα από το δέρμα (οριζόντια μεταφορά θερμότητας), ψύχοντας το δέρμα αν ο αέρας 155

163 είναι πιο κρύος από το δέρμα (που έχει θερμοκρασία 36,5 C σε κανονικές συνθήκες), ή αντίστροφα αν ο αέρας είναι πιο ζεστός από το δέρμα. Ως εκ τούτου, η θερμική άνεση επηρεάζεται από την θερμική αγωγιμότητα, την συναγωγή, την ακτινοβολία, και τις απώλειες θερμότητας λόγω εξάτμισης. Η θερμική άνεση διατηρείται, όταν η θερμότητα που παράγεται από τον ανθρώπινο μεταβολισμό μπορεί να αποβάλλεται και έτσι να διατηρεί θερμική ισορροπία με τον περιβάλλοντα χώρο. Οποιαδήποτε θερμική απώλεια ή θερμικό κέρδος πέρα από την θερμική ισορροπία παράγει αίσθηση δυσφορίας. Γίνεται λοιπόν αντιληπτό ότι ο όρος «θερμική άνεση» περικλείει θερμικούς, ψυχολογικούς και προσωπικούς παράγοντες, που επηρεάζουν την μετάδοση θερμότητας μεταξύ του ανθρώπου και του περιβάλλοντος. Εκτός λοιπόν από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, η ηλικία, το φύλο, η σωματική κατάσταση, η κατάσταση υγείας, η ένδυση και η προσαρμοστικότητα στο περιβάλλον είναι μερικοί από τους παράγοντες που συμβάλλουν στις μεταβολές των ανθρώπινων φυσιολογικών αντιδράσεων, λόγω της έκθεσης του ανθρώπινου σώματος στη ζέστη. Η προσαρμογή του ανθρώπου σε κατάσταση θερμικής άνεσης προκαλεί αύξηση στην θερμοκρασία του σώματος, τον καρδιακό ρυθμό και την παραγωγή ιδρώτα [258, 396]. Για την εκτίμηση της θερμικής δυσφορίας έχουν προταθεί πολλοί δείκτες θερμικής άνεσης οι οποίοι έχουν ταξινομηθεί ανάλογα με περιβαλλοντολογικούς (εξισώσεις θερμικού ισοζυγίου) και προσωπικούς (ανθρώπινες δραστηριότητες, ένδυση κλπ), αλλά και ψυχολογικούς παράγοντες, [252, 394, 395]. Καθένας από τους δείκτες έχει τα δικά του πλεονεκτήματα που τον κάνουν ιδανικό για χρήση σε συγκεκριμένες περιβαλλοντικές καταστάσεις [268]. Για μια ποσοτική ως εκ τούτου εκτίμηση των συνθηκών ανθρώπινης θερμικής άνεσης, η οποία εξαρτάται από τις περιβαλλοντολογικές συνθήκες μέσα στις οποίες διαβιώνει ο άνθρωπος, έχουν προταθεί, από διάφορους ερευνητές κατά τα τελευταία 15 χρόνια, βιοκλιματικοί δείκτες, οι οποίοι ορίζονται από μαθηματικές εκφράσεις, που περικλείουν τον συνδυασμό διαφόρων μετεωρολογικών παραμέτρων, όπως είναι η θερμοκρασία και η υγρασία του αέρα, ο άνεμος, η ηλιακή ακτινοβολία, η νεφοκάλυψη κλπ, καθώς και προσωπικών παραμέτρων (μεταβολισμός, ηλικία, φύλο, δραστηριότητες, ένδυση κλπ). Ένας πρώτος διαχωρισμός των δεικτών αυτών στηριζόμενος στην θερμοκρασία του αέρα ορίζει τους δείκτες αυτούς σε: Α) Δείκτες που αναφέρονται σε ψυχρό περιβάλλον, όπου στην περίπτωση αυτή συνήθως ορίζεται ένας συνδυασμός της θερμοκρασίας του αέρα και της ταχύτητας του ανέμου. Β) Δείκτες αναφερόμενους σε θερμό περιβάλλον, οι οποίοι ορίζονται από το συνδυασμό της θερμοκρασίας και της υγρασίας του αέρα (δια μέσου της οποίας λαμβάνεται υπόψη η λανθάνουσα θερμότητα). Σε ορισμένες περιπτώσεις συνδυάζονται και με τον άνεμο, 156

164 δεδομένου ότι το θερμικό αίσθημα οφείλεται και στην εξάτμιση που προκαλείται από τον ανθρώπινο σώμα. Στον Πίνακα 6.1 δίνονται οι πιο γνωστοί δείκτες θερμικής άνεσης, που έχουν προταθεί για διάφορους τύπους κλιμάτων, κατά τρόπο ώστε να ορισθεί η υποδομή από την οποία τελικά θα επιλεγεί, για να εφαρμοσθεί στα Ελληνικά δεδομένα, ένας κατάλληλος δείκτης θερμικής άνεσης. Συγχρόνως, στην τελευταία στήλη ορίζεται ένα μέρος από την πολύ μεγάλη υπάρχουσα βιβλιογραφία, κυρίως όσον αφορά δείκτες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν τους θερινούς μήνες στον Ελληνικό χώρο. Όπως φαίνεται, δεν είναι δυνατή η χρήση όλων των δεικτών για όλους τους τύπους κλίματος και όλες τις εποχές. Στη παρούσα διατριβή μελετώνται οι συνθήκες θερμικής άνεσης κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ως εκ τούτου θα γίνει εστίαση σε δείκτες που εφαρμόζονται σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών λαμβάνοντας υπόψη και την υγρασία. Η όποια επιβάρυνση από το θερμικό περιβάλλον της Αθήνας προέρχεται συνήθως από υψηλές θερμοκρασίες και οφείλεται, τόσο στις επικρατούσες κλιματικές συνθήκες της περιοχής, αλλά και σε ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τα οποία διαμορφώνονται τοπικά, όπως είναι το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας. Γίνεται λοιπόν αντιληπτό ότι εφόσον το κλίμα των Αθηνών κυμαίνεται στα όρια ήπιου με θερμού κλίματος, οι δείκτες θερμικής άνεσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι οι 14 πρώτοι του παραπάνω Πίνακα 6.1. Από αυτούς εκείνοι οι οποίοι ορίζονται με βάση μόνο την θερμοκρασία, την υγρασία και τον άνεμο, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη φυσιολογικοί παράγοντες ή η ένδυση κλπ, είναι οι δείκτες ET, CET, T eq, IS, DI, THI, AT, HI, SSI, H, και RSI οι οποίοι περιγράφονται σtην συνέχεια αναλυτικά, μαζί με τους δείκτες PT, PET και UTCI οι οποίοι περικλείουν και φυσιολογικές παραμέτρους. Πίνακας 6.1 Δείκτες θερμικής άνεσης και δυνατότητες εφαρμογής τους σε διάφορους τύπους κλίματος ΨΥΧΡΑ ΚΛΙΜΑΤΑ ΗΠΙΑ ΚΛΙΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑ ΚΛΙΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (ΕΤ) Effective Temperature (1923) 284, 31, 32, 349 (CET) Corrected Effective Temperature (1932) 289, 39 (T eq ) Equivalent Temperature Index (1984) 264, 274, 33 (ΙS) Scharlau index (195) 34, 364, 365 (DI) Discomfort index (1959) 254, 257, 32, 167, 174, 126, 199, 354, 36, 375, 376, 377, 38, 381 (THI) Temperature-Hymidity discomfort Index (1994) 255, 267, 29, 317, 32, 377, 378, 383, 384, 386, 387, 388, 399 (ΑΤ) Apparent Temperature (1979) 367, 371, 373 (HI) Heat index (1979) 266,281, 371 SSI Summer Simmer Index(1987) 355, 387 (PT) Perceived Temperature (1997) 313, 368 (PET) Physiological Equivalent Temperature (1999) 248, 249, 25, 269, 277, 295, 298, 299, 313, 332, 334, 344, 345, 356, 356, 384, 387, 41 (UTCI) Universal Thermal Climatic Index (29) 271, 3, 314, 315,

165 (IREQ) Required Insulation (1993,27) (WCI) Wind Chill Index(1993) (T wc ) Wind Chill Temperature (27) (H) Humidex (1965,1979) 263, 279, 28, 39, 329, 362, 363, 367, 237 (RSI)Relative Strain Index (1992) 259, 276, 281, 287, 32, 34, 319, 337, 34, 354, , 311 (ET*)New Effective Temperature (1971) (PMV) Predicted Mean Vote (1994,25) 272, 37, 317, 34, 366, , 298, 38, 31, 338, 387, 41 (HSI)Heat stress 266, 331, 367 Index (1955) (RHS) Relative 324 Heat Strain (1964) (ITS)Index of 292, 293 Thermal Stress(1976) (SW req ) Required 35 Sweat Rate(1989) (WBGT) Wet 36, 174, 343, 397 Bulb globe temperature (PHS) Predicted 39 Heat Strain (24) (STI) (25) Βιοκλιματικοί δείκτες θερμικής άνεσης Οι πλέον γνωστοί από τους δείκτες θερμικής άνεσης σε εξωτερικούς χώρους είναι: Δείκτες «αποτελεσματικής θερμοκρασίας» ΕΤ (Effective Temperature) και «διορθωμένης αποτελεσματικής θερμοκρασίας» CET (Corrected Effective Temperature) Ένας από τους παλαιότερους δείκτες θερμικής άνεσης είναι ο ΕΤ (Effective Temperature) που είχε προταθεί από τον Houghten et al το 1923, [31] ο οποίος ορίζεται βάσει των θερμοκρασιών ξηρού και υγρού θερμομέτρου και την ένταση του ανέμου. Ο δείκτης ΕΤ χαρακτηρίζεται από υποεκτίμηση της υγρασίας στις χαμηλές θερμοκρασίες του αέρα και υπερεκτίμηση στις υψηλές θερμοκρασίες [349]. Για τον λόγο αυτό οι Vernon and Warner, 1932 [39] πρότειναν αντί του ΕΤ, έναν άλλο δείκτη τον CET (Corrected Effective 158

166 Temperature), στον οποίον αντικαθιστούν τη θερμοκρασία του ξηρού θερμομέτρου με την θερμοκρασία της μελανής σφαίρας (Global temperature), οπότε λαμβάνεται υπόψη περισσότερο η επίπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας και του ανέμου στις τιμές του δείκτη. Σύμφωνα με τον Bedford, [265] αυτό έγινε γιατί υπάρχουν περιπτώσεις που η μέση θερμοκρασία διαφέρει σημαντικά από την θερμοκρασία των αντικειμένων που περιβάλλουν τον άνθρωπο και μάλιστα αναφέρει ότι θα πρέπει να χρησιμοποιούνται δύο κλίμακες ταξινόμησης των συνθηκών δυσφορίας ανάλογα με την ένδυση. Εικόνα 6.2 Ψυχρομετρικός χάρτης εκτίμησης του δείκτη CET συναρτήσει της θερμοκρασίας του ξηρού ή του υγρού θερμομέτρου ή της θερμοκρασίας της μελανής σφαίρας (Τ g ) για διάφορες ταχύτητες του ανέμου. Σύμφωνα με τους Wenzel & Piekarski, 1982 [391], o δείκτης ΕΤ μπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση: ET T,4 (T 1) (1,1 [RH]) (6.1) όπου Τ η θερμοκρασία του ξηρού θερμομέτρου ( C) για τον δείκτη ET, και η θερμοκρασία μελανής σφαίρας (Globe Temperature) για τον δείκτη CET, και [RH] η σχετική υγρασία του αέρα (%). Το όριο εκκίνησης της θερμικής δυσφορίας στον δείκτη αυτό είναι το 3 για άτομα υγιή, με ελαφρά ένδυση, εγκλιματισμένα σε υψηλές θερμοκρασίες, με φυσιολογική εφίδρωση, εργαζόμενα ελαφρά για διάστημα μικρότερο των 6 ωρών [275]. 159

167 Στην Εικόνα 6.2 δίνεται ο ψυχρομετρικός χάρτης εκτίμησης του δείκτη CET, λαμβάνοντας υπόψη και την ταχύτητα του ανέμου Δείκτης «ισοδύναμης θερμοκρασίας», T eq (Equivalent Temperature index) Ο δείκτης αυτός προτάθηκε από τον Bedford, 1936 [264] για την μελέτη της θερμικής άνεσης, αρχικά σε εσωτερικούς χώρους και αργότερα χρησιμοποιήθηκε και σε εξωτερικούς χώρους. Σαν ισοδύναμη θερμοκρασία ορίζεται η θερμοκρασία σε ένα θερμικά ομοιόμορφο περιβάλλον, στο οποίο η απώλεια θερμότητας από το ανθρώπινο σώμα ισοδυναμεί με την απώλεια θερμότητας που παρατηρείται σε ένα πραγματικό περιβάλλον. Ο όρος ισοδύναμη θερμοκρασία προέκυψε από τις μετρήσεις της θερμοκρασίας με το «ευπαθοσκόπιο», όργανο το οποίο αναπτύχθηκε από τον Duflon, 1932 [284]. Σε ένα ομοιόμορφο περιβάλλον η θερμοκρασία του αέρα ισούται με την θερμοκρασία «ακτινοβολίας», ο άνεμος είναι σταθερός και δεν παρατηρείται κατακόρυφη θερμοβαθμίδα. Ο δείκτης αυτός ορίζεται από τη σχέση: Teq,522 T,478 T r,21 v (37,8 T) (6.2) όπου Τ ( C) είναι η θερμοκρασία του αέρα. Τ r ( C) είναι η θερμοκρασία «ακτινοβολίας»(radiant Temperature) και v (m/s) είναι η μέση ταχύτητα του ανέμου Σαν θερμοκρασία «ακτινοβολίας» ορίζεται η ομοιόμορφη θερμοκρασία που παρατηρείται μέσα σε ένα «ιδανικό» περιβάλλον, όπου η μεταφορά θερμότητας από το ανθρώπινο σώμα είναι ίση με την μεταφορά θερμότητας που παρατηρείται σε ένα πραγματικό περιβάλλον. Αυτή μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ίση με την θερμοκρασία της μελανής σφαίρας Τ g (Globe Temperature) Δείκτης ΙS (Scharlau Index) Ο δείκτης θερμικής άνεσης IS, ορίζεται διαφορετικά για το χειμώνα και διαφορετικά για το καλοκαίρι. Ο χειμερινός IS ορίζει το αίσθημα δυσφορίας του δέρματος του ανθρώπου στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες του αέρα. Για το σκοπό αυτό θεωρεί μια «κρίσιμη» (critical) θερμοκρασία για τιμές της θερμοκρασίας του αέρα από -5 ως +6 C και σχετική υγρασία μεγαλύτερη του 4%, με βάση την οποία ορίζεται ο βαθμός δυσφορίας. Για το θέρος ο δείκτης IS θεωρεί ότι σε συνθήκες άπνοιας η «κρίσιμη» θερμοκρασία ορίζεται στο πεδίο τιμών C της θερμοκρασίας και στο πεδίο τιμών 3-1 % της σχετικής υγρασίας του αέρα.[34]. 16

168 Ο δείκτης αυτός ορίζεται έτσι σαν η διαφορά της θερμοκρασίας του αέρα από μια «κρίσιμη» θερμοκρασία, η οποία προκύπτει από τον συνδυασμό θερμοκρασίας υγρασίας του αέρα. Για τιμές IS> παρατηρούνται συνθήκες θερμικής άνεσης, για τιμές -1<IS< παρατηρείται ελαφρά δυσφορία, για τιμές -3<IS -1 παρατηρείται μέτρια δυσφορία, ενώ για τιμές IS -3 παρατηρείται έντονη δυσφορία Δείκτης δυσφορίας DI (Discomfort Index) Ο δείκτης δυσφορίας DI (Discomfort Index) είχε προταθεί από τον Thom,1957 [376] για τις ανάγκες του Εθνικού Γραφείου Καιρού των ΗΠΑ και είναι μεταξύ των πολλών δεικτών θερμικής δυσφορίας που έχουν προταθεί, ο συχνότερα χρησιμοποιούμενος κυρίως λόγω της απλότητάς του [254, 323, 341, 35, 365]. Συνδυάζει τη θερμοκρασία ξηρού και υγρού θερμομέτρου (μια άλλη έκφραση της υγρασίας του αέρα) και ορίζεται από τη σχέση: DΙ =,4 (Τ + Τ w )+4,8 (6.3) όπου οι θερμοκρασίες αντιστοιχούν σε βαθμούς Celsius. Ο δείκτης αυτός δίνει την ισοδύναμη θερμοκρασία για τιμή 1% της σχετικής υγρασίας Πίνακας 6.2 Όρια του δείκτη δυσφορίας του Thom (DI) Τάξεις διαστημάτων του (DI) DI<21 C 21 DΙ<24 C 24 DI<26 C DΙ 26 C DΙ 26.7 C DΙ 32 C Συνθήκες δυσφορίας Δεν παρατηρείται θερμική δυσφορία 1% του πληθυσμού δυσφορεί 5% του πληθυσμού δυσφορεί 1% του πληθυσμού δυσφορεί Ισχυρή και επικίνδυνη δυσφορία Κατάσταση έκτακτης ανάγκης Στον Πίνακα 6.2. δίνεται η ταξινόμηση των τιμών του DI όπως αυτή προτάθηκε από τον Thom, 1959 [377] σαν συνάρτηση του ποσοστού του πληθυσμού που αισθάνεται θερμική δυσφορία, ενώ στην Εικόνα 6.3, δίνεται ο ψυχρομετρικός χάρτης του δείκτη δυσφορίας DI, όπου φαίνονται οι διάφορες ψυχρομετρικές ζώνες. 161

169 Εικόνα 6.3 Ψυχρομετρικός χάρτης του δείκτη δυσφορίας DI για διάφορες ζώνες θερμικής δυσφορίας [ΠΗΓH: Tahbaz et al [374]). Aργότερα ο δείκτης DI τροποποιήθηκε [267, 347, 377] παίρνοντας την ονομασία «δείκτης Θερμοκρασίας Υγρασίας» (ΤΗΙ) λαμβάνοντας υπόψη την θερμοκρασία και την σχετική υγρασία του αέρα, οι τιμές της οποίας είναι πιο εύκολα διαθέσιμες από αυτές της θερμοκρασίας του υγρού θερμομέτρου Δείκτης δυσφορίας THI (Temperature - Humidity Index) Ορίζεται από τη σχέση: THI T [(,55,55(RH) (T 14,5)] (6.4) όπου Τ η θερμοκρασία του ξηρού θερμομέτρου ( C) και RH η σχετική υγρασία (%) Ο δείκτης αυτός έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε συγκριτικές μελέτες ορισμού των συνθηκών δυσφορίας μεταξύ αγροτικών, προαστιακών και αστικών περιοχών [32, 378, 387, 388, 399], γιατί δίνει καλύτερα αποτελέσματα στην περίπτωση χαμηλής σχετικής υγρασίας του αέρα. Τα όρια του δείκτη αυτού δίνονται στον Πίνακα 6.3. Πίνακας 6.3. Όρια του δείκτη δυσφορίας του Thom(ΤΗΙ) Τάξεις διαστημάτων του (ΤΗΙ) 15<ΤΗΙ<21 21 ΤΗΙ<24 Συμπτώματα Θερμική άνεση Λιγότερο από το 5% του πληθυσμού δυσφορεί 162

170 24 ΤΗΙ<27 27 ΤΗΙ>29 29 ΤΗΙ 31 ΤΗΙ>31 Περισσότερο από το 5% του πληθυσμού δυσφορεί Το πλείστον του πληθυσμού δυσφορεί Όλος ο πληθυσμός δυσφορεί Επικίνδυνες καταστάσεις Οι διάφορες ζώνες θερμικής δυσφορίας δίνονται στον ψυχρομετρικό χάρτη της Εικόνας 6.4. και στο Νομόγραμμα της Εικόνας 6.5. Εικόνα 6.4 Ψυχρομετρικός χάρτης και ζώνες δυσφορίας του δείκτη ΤΗΙ (ΠΗΓH: Tahbaz et al.[374]) Εικόνα 6.5 Νομόγραμμα υπολογισμού του δείκτη ΤΗΙ συναρτήσει της θερμοκρασίας του αέρα ( C) και της σχετικής υγρασίας (%) 163

171 Επίσης έχει προταθεί η χρήση της απλοποιημένης μορφής του δείκτη ΤΗΙ =,8 Τ+ (RH Τ/5) (6.5) όπου Τ η θερμοκρασία του αέρα σε C και RH η σχετική υγρασία (%). Η εφαρμογή όμως αυτού του τροποποιημένου δείκτη είναι περισσότερο επιτυχής σε τροπικά κλίματα. Η ακρίβεια της χρήσης του δείκτη αυτού έχει αμφισβητηθεί γιατί οι τιμές του αντιστοιχούν σε κορεσμένη ατμόσφαιρα [349]. Για τον λόγο αυτό προτάθηκε ένας νέος δείκτης ο SSI (Summer Simmer Index) ο οποίος υπολογίζεται όπως και ο ΤΗΙ, αλλά αναφέρεται σε υγρασία της τάξης του 1% που είναι μια τιμή που συναντάται σε πολύ υψηλές τιμές θερμοκρασίας του αέρα στις ξηρές περιοχές των ΗΠΑ Δείκτες «φαινόμενης θερμοκρασίας», ΑΤ (Apparent Temperature) - «Θερμότητας», HI (Heat Index) «θερινού ελαφρού βρασμού» SSI (Summer Simmer index) Ο δείκτης AT επινοήθηκε σαν δείκτης θερμικής δυσφορίας στα τέλη της δεκαετίας του 197 [371], με σκοπό αρχικά να ορίσει την θερμική δυσφορία σε εσωτερικούς χώρους, με βάση την θερμοκρασία και την σχετική υγρασία του αέρα. Αργότερα λαμβάνοντας υπόψη τον άνεμο και την ηλιακή ακτινοβολία χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της θερμικής δυσφορίας ενός υγιούς ατόμου κινούμενου σε εξωτερικούς χώρους, στην σκιά ή στον ήλιο [372, 373]. Ο δείκτης «φαινόμενης» θερμοκρασίας (ΑΤ), όπως θα μπορούσε να αποδοθεί στα Ελληνικά, ορίζεται για μια στάθμη αναφοράς της υγρασίας του αέρα (θεωρήθηκαν οι 14 C του σημείου δρόσου), σαν η θερμοκρασία που αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος κάτω από τις πραγματικά επικρατούσες εκείνη την στιγμή τιμές της θερμοκρασίας και υγρασίας του αέρα. Έτσι, αν η σχετική υγρασία είναι υψηλότερη από την τιμή αναφοράς, τότε ισχύει ΑΤ>Τ, ενώ αν είναι χαμηλότερη ισχύει ΑΤ<Τ. Η εφαρμογή του δείκτη αυτού είναι πλέον επιτυχής για θερμοκρασίες του αέρα μικρότερες των 2 C και σχετική υγρασία μεγαλύτερη του 4%. Με την βοήθεια της μαθηματικής προσέγγισης προσδιορίσθηκαν δύο σχέσεις του ΑΤ, ανάλογα με το αν ληφθεί υπόψη μόνο ο άνεμος (μέτρηση υπό σκιά), ή αν ληφθούν υπόψη ο άνεμος και η ηλιακή ακτινοβολία (μέτρηση στον ήλιο). Στην πρώτη και στην δεύτερη περίπτωση αντίστοιχα, ο δείκτης ΑΤ ορίζεται από τις σχέσεις: 164

172 AT T,33 e,7 v 4, (6.6),7 Q AT T,348 e,7 v 4,25 (6.7) v 1 όπου Τ η θερμοκρασία του αέρα ( C), v η ταχύτητα του ανέμου(m/s) σε ύψος 2m από την επιφάνεια του εδάφους, Q η ροή ακτινοβολίας που απορροφάται από την μονάδα επιφάνειας του ανθρώπινου σώματος (W/m 2 ) και e η τάση των υδρατμών (hpa ), η οποία μπορεί να υπολογισθεί από την τιμή της θερμοκρασίας του αέρα (Τ) και της σχετικής υγρασίας (RH) με την βοήθεια της σχέσης [396]. RH 17,27 T e 6,15 *exp (6.8) 1 T 237,7 Η ταχύτητα του ανέμου, αν έχει μετρηθεί σε ύψος διαφορετικό από τα 2 m, μπορεί να εκτιμηθεί με την βοήθεια του λογαριθμικού νόμου, (1.13) θεωρώντας την τραχύτητα του εδάφους z o ίση με,2. Για ΑΤ>27 C παρατηρείται μέτρια θερμική δυσφορία, ενώ για ΑΤ>41 C παρατηρείται ισχυρή θερμική δυσφορία. Σημειώνεται ότι σε άλλες μελέτες, που αναφέρονται στον δείκτη ΑΤ, οι προτεινόμενες εξισώσεις διαφέρουν από αυτές που όρισε ο Steadman, σαν αποτέλεσμα της διαφορετικής μαθηματικής προσέγγισης που προέκυψε από τα πειραματικά δεδομένα. Αν η θερμοκρασία του αέρα και η σχετική υγρασία είναι εκτός των ορίων που αναφέρονται παραπάνω, τότε για την εκτίμηση της θερμικής δυσφορίας είναι προτιμότερη η χρήση του ΗΙ (Heat Index) που στα Ελληνικά θα μπορούσε να ορισθεί σαν «δείκτης θερμότητας», o οποίος προτάθηκε από τον Winterling το 1979 [393] και χρησιμοποιήθηκε από τον Steadman, 1979 [371]. Είναι μια απλοποιημένη μορφή του δείκτη ΑΤ δεδομένου ότι περιλαμβάνει μόνο την θερμοκρασία και την σχετική υγρασία του αέρα. Ο δείκτης υπολογίζεται από την σχέση: (HI) = -42, , (T) + 1, (RH), (T) (RH), (T) 2 -, (RH) 2 +, (T) 2 (RH) +,85282 (T) (RH) 2,199 (T) 2 (RH) 2 (6.8) Όπου Τ ( F) η θερμοκρασία του αέρα και RH (%) η σχετική υγρασία. Συχνά στην βιβλιογραφία συναντάται μια άλλη μαθηματική προσέγγιση στους υπολογισμούς του ΗΙ κυρίως όταν η σχετική υγρασία είναι μεγαλύτερη του 4%. Αυτή ορίζεται από την σχέση: 165

173 (HI) =, , (T) + 4, (RH), (T) (RH),8528 (T) 2 -, (RH) 2 +, (T) 2 (RH) +, (T) (RH) 2 (6.9) Τα όρια δυσφορίας του δείκτη ΗΙ δίνονται στον παρακάτω Πίνακα 6.4. Πίνακας 6.4. Ταξινόμηση των τιμών του δείκτη δυσφορίας ΗΙ Τάξεις διαστημάτων του (ΗΙ) σε ºC ΗΙ 27 27,1 ΗΙ<33 33 ΗΙ<4 4 ΗΙ<55 ΗΙ 55 Συμπτώματα Θερμική άνεση Προσοχή στην παρατεταμένη έκθεση σε εξωτερικούς χώρους ή παρατεταμένες φυσικές δραστηριότητες Μεγάλη προσοχή. Πιθανή θερμική εξάντληση και κράμπες Επικίνδυνες συνθήκες. Συχνή θερμική εξάντληση και κράμπες Πολύ επικίνδυνες συνθήκες Θερμοπληξία Επίσης, οι ζώνες θερμικής δυσφορίας δίνονται στον ψυχρομετρικό χάρτη της Εικόνας 6.6. Ο δείκτης ΗΙ δεν λαμβάνει υπόψη του την ηλιακή ακτινοβολία και την ταχύτητα του ανέμου, θεωρώντας την ηλιακή ακτινοβολία τους καλοκαιρινούς μήνες μέτρια ως υψηλή και τους ανέμους ως ασθενείς. Αυτό έχει σαν συνέπεια, σε περιοχές όπου τους καλοκαιρινούς μήνες εμφανίζεται νέφωση και ισχυρός άνεμος, να προκύψουν υπερεκτιμήσεις της θερμικής δυσφορίας. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και κατά τη διάρκεια της νύκτας και νωρίς το πρωί, όταν ο ήλιος έχει μικρό ύψος, ή βρίσκεται κάτω από τον ορίζοντα. 166

174 Εικόνα 6.6 Ψυχρομετρικός χάρτης και ζώνες θερμικής δυσφορίας του δείκτη ΗΙ (ΠΗΓH: Tahbaz et al [374]) Όταν η θερμοκρασία και η υγρασία του αέρα βρίσκονται σε μέτρια επίπεδα, τότε οι περισσότεροι από τους δείκτες θερμικής δυσφορίας δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα, παρόλο που ο καθένας χρησιμοποιεί διαφορετική βάση για τον ορισμό της δυσφορίας. Ο Pepi [355] μελετώντας όλους τους δείκτες δυσφορίας, με βάση δεδομένα που ξεπερνούν τα 75 χρόνια και με χρήση της κλίμακας του δείκτη ΕΤ* (New Effective Temperature) και ένα σημείο δρόσου περίπου ίσο με 2 C (μια τιμή που αντιστοιχεί συνήθως στις χαμηλότερες θερινές θερμοκρασίες), όρισε ένα νέο δείκτη, εφαρμόσιμο κυρίως σε ξηρά κλίματα, τον οποίο ονόμασε SSI (summer simmer index), όπου στα Ελληνικά θα μπορούσε να αποδοθεί σαν «θερινός δείκτης ελαφρού βρασμού». Ο δείκτης αυτός αξιολογήθηκε με αναλύσεις και δοκιμές στο Πανεπιστήμιο του Κάνσας και στην συνέχεια επικυρώθηκε από τον οργανισμό ASHRAE.1989 [251]. Ο δείκτης SSI εκτιμά την πραγματική θερμοκρασία που αισθάνεται ένα άτομο και έτσι μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη κινδύνου, όταν ένας άνθρωπος εκτίθεται σε δυσμενείς θερμικές συνθήκες. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τιμές σχετικής υγρασίας μεγαλύτερες του 4% και ελάχιστες ημερήσιες θερμοκρασίες μεταξύ 22 και 53 C, οπότε η εφαρμογή του είναι προτιμότερη στις περιπτώσεις που δεν μπορούν να εφαρμοσθούν οι δείκτες ΑΤ και ΗΙ. Ο SSI ορίζεται από την μαθηματική σχέση: 167

175 SSI C 1,1 {1,8 T 32,55,55 [RH] 1,8 T 26 } 49,35 (6.1) όπου Τ η θερμοκρασία του αέρα σε C και RH η σχετική υγρασία (%) Στον Πίνακα 6.5. περιγράφονται οι αντιδράσεις των ατόμων στα διάφορα πεδία τιμών του δείκτη SSI. Πίνακας 6.5. Θερμική αντίληψη για τα διάφορα πεδία τιμών του δείκτη SSI SSI (C) Θερμική αντίληψη 21,1-24,9 Τα άτομα αισθάνονται άνετα,αλλά ελαφρώς δροσερά Τουλάχιστον το 5% του πληθυσμού αισθάνεται άνετα 28,3-32,7 Το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού αισθάνεται άνετα, αλλά ελαφρώς ζεστά 32,8-37,7 Ζέστη 37,8-44,4 Αρκετή ζέστη 44,5-51,6 Πολλή ζέστη 51,7-65,6 Καύσωνας. Μεγάλος κίνδυνος θερμοπληξίας ειδικά για άτομα αδύναμα, ή ηλικιωμένα, ή μικρά παιδία Δείκτης «αντιληπτής» θερμοκρασίας PT (Perceived Temperature) Ο δείκτης ΡΤ( C) ορίζεται σαν η θερμοκρασία ενός περιβάλλοντος αναφοράς, μέσα στο οποίο η αντίληψη της ζέστης ή του κρύου είναι η ίδια με αυτή που γίνεται αισθητή σε ένα πραγματικό περιβάλλον [368]. Υπολογίζεται από την εξίσωση του Fanger, 197 [288] που στηρίζεται σε ένα μοντέλο πλήρους θερμικού υπολογισμού του ανθρωπίνου σώματος. Οι υπολογισμοί αναφέρονται σε άνδρα ηλικίας 35 ετών, ύψους 1,75 m, βάρους 75 kg, με μια βαθμίδα μεταβολισμού 2,3 Μet, ο οποίος περπατά σε εξωτερικό περιβάλλον, σε επίπεδο έδαφος, με ταχύτητα 4 km/h. Τον μεν χειμώνα λαμβάνεται σαν τιμή ενδυμασίας το 1,75 clo, το δε καλοκαίρι τα,5 clo. Από τις μετεωρολογικές παραμέτρους λαμβάνονται υπόψη, Η μέση θερμοκρασία «ακτινοβολίας» Τ r Η θερμοκρασία του αέρα, T σε ύψος 2 m από το έδαφος Το σημείο δρόσου, T d σε ύψος 2 m από το έδαφος Η ταχύτητα του ανέμου, v στο ύψος εγκατάστασης του ανεμομέτρου η οποία στη συνέχεια ανάγεται με την βοήθεια του λογαριθμικού νόμου (1.13), σε ύψος 1m πάνω από το έδαφος, θεωρώντας σαν μήκος τραχύτητας z o την τιμή,1 Το ποσοστό νεφοκάλυψης N Το είδος και το ύψος των νεφών. 168

176 Στον Πίνακα 6.6 δίνονται, για διάφορα πεδία τιμών του δείκτη ΡΤ, οι αντίστοιχοι χαρακτηρισμοί του θερμικού αισθήματος. Πίνακας 6.6. Ταξινόμηση των πεδίων τιμών του δείκτη ΡΤ σε σχέση με το θερμικό αίσθημα ΡΤ( o C) Θερμικό αίσθημα ΡΤ<-39 Πολύ κρύο -39 ΡΤ<-26 Κρύο -26 ΡΤ<-13 Δροσερό -13 ΡΤ< Λίγο δροσερό ΡΤ<2 Άνετο 2 ΡΤ<26 Λίγο θερμό 26 ΡΤ<32 Θερμό 32 ΡΤ<38 Ζεστό ΡΤ 38 Πολύ ζεστό Επίσης, στην Εικόνα 6.7 δίνεται ο ψυχρομετρικός χάρτης του δείκτη ΡΤ, όπου ορίζονται οι διάφορες θερμικές ζώνες για Τ= Τ r και v=5 m/s. Εικόνα 6.7 Ψυχρομετρικός χάρτης του δείκτη θερμικής άνεσης ΡΤ [ΠΗΓH: Tahbaz et al [374]) 169

177 6.3.8 Δείκτης Φυσιολογικής Ισοδύναμης θερμοκρασίας PET (Physiological Equivalent Temperature ) Ο δείκτης ΡΕΤ (φυσιολογική ισοδύναμη θερμοκρασία), αναπτύχθηκε στη Γερμανία από τους Mayer & Höppe, 1987 [335], με σκοπό μια καλύτερη εκτίμηση του θερμικού αισθήματος σε εξωτερικές συνθήκες περιβάλλοντος. Στηρίζεται σε ένα ολοκληρωμένο θερμοφυσιολογικό μοντέλο, λαμβάνοντας υπόψη: 1. τις θερμοφυσιολογικές και ψυχολογικές καταστάσεις του ανθρώπου (π.χ. μόνωση της ένδυσης στην μεταφορά θερμότητας, παραγωγή εσωτερικής θερμότητας, θερμική πίεση κλπ) και 2. τις παρακάτω μετεωρολογικές παραμέτρους: Θερμοκρασία του αέρα Τ, Σχετική υγρασία RH, Ταχύτητα του ανέμου v, Μικρού και μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, Ποσοστό νεφοκάλυψης, Ώρα και ημέρα του χρόνου, Ανακλαστικότητα των επιφανειών (albedo). O δείκτης ΡΕΤ έχει παραπλήσιο ορισμό με τον δείκτη ΕΤ* (New Effective Temperature) και παρουσιάζει μια εξισορρόπηση στον εξωτερικό χώρο, με βάση μια τυπική κατάσταση εσωτερικού χώρου. Ο ΡΕΤ ορίζεται σαν η ισοδύναμη θερμοκρασία, για την οποία υπάρχει θερμική ισορροπία του ανθρώπινου σώματος, σε συνθήκες εσωτερικού χώρου (μεταβολισμός κατά τη διάρκεια ελαφριάς εργασίας 8 W και ένδυση,9 clo), μέσα στον οποίο θεωρεί ότι η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας ισούται με την θερμοκρασία του αέρα (Τ r =Τ=2 C), ο άνεμος έχει ταχύτητα v=,1m/s και η πίεση των υδρατμών είναι e=12 hpa ( 5% RH). Παρόλο που ο ΡΕΤ εκφράζει την ισοδύναμη θερμοκρασία σε συνθήκες εσωτερικού χώρου, μπορεί να εφαρμοσθεί σε όλες τις κλιματικές ζώνες. Ο δείκτης ΡΕΤ έχει βρεθεί από τους Jendritzky et al, 22 [313] ότι εμφανίζει μια ισχυρή γραμμική συσχέτιση (r=,995) με τον δείκτη ΡΤ. Εκτός από τους παραπάνω συγγραφείς, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, στην στήλη των βιβλιογραφικών αναφορών υπάρχουν πολλοί ερευνητές οι οποίοι χρησιμοποίησαν τον δείκτη ΡΕΤ για τον ορισμό της θερμικής άνεσης. Στον παρακάτω Πίνακα 6.7 δίνονται οι αντίστοιχοι χαρακτηρισμοί του θερμικού αισθήματος, για διάφορα πεδία τιμών του δείκτη ΡΕΤ. 17

178 Πίνακας 6.7 Ταξινόμηση των πεδίων τιμών του δείκτη ΡΕΤ σε σχέση με το θερμικό αίσθημα Δείκτης ΡΕΤ Θερμικό αίσθημα ΡΕΤ<4 Πολύ ψυχρό 4 ΡΕΤ<8 Ψυχρό 8 ΡΕΤ<13 Δροσερό 13 ΡΕΤ<18 Λίγο δροσερό 18 ΡΕΤ<23 Άνετο 23 ΡΕΤ<29 Λίγο θερμό 29 ΡΕΤ<35 Θερμό 35 ΡΕΤ<41 Ζεστό ΡΕΤ>41 Πολύ ζεστό Παγκόσμιος δείκτης Θερμικής Άνεσης, UTCI (Universal Thermal Climate Index) O δείκτης UTCI (Universal Thermal Climate Index) είναι το αποτέλεσμα ενός προγράμματος της Διεθνούς Βιομετεωρολογικής Εταιρίας, το οποίο ανατέθηκε σε μια επιτροπή ειδικών επιστημόνων με σκοπό την δημιουργία ενός πιο προηγμένου θερμοφυσιολογικού μοντέλου εκτίμησης της θερμικής άνεσης [315, 316]. Μια ολοκληρωμένη παρουσίαση αυτού του μοντέλου δίνεται από τον Blażejczyk et al (21) [271]. O δείκτης αυτός συνδυάζει φυσιολογικές και μετεωρολογικές παραμέτρους και υπολογίζει μια τιμή UTCI σε C που είναι η θερμοκρασία του αέρα, που σε συνθήκες αναφοράς και πραγματικές συνθήκες ο άνθρωπος έχει την αυτή θερμική αίσθηση. Οι παράμετροι του περιβάλλοντος αναφοράς που λαμβάνονται υπόψη είναι: Ταχύτητα του ανέμου v=,3 m/s σε ύψος 1,1 m από το έδαφος Μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας T r ίση με την θερμοκρασία του αέρα Πίεση υδρατμών που αντιστοιχεί σε σχετική υγρασία ίση με 5% (στην υψηλή τιμή της θερμοκρασίας του αέρα 29 C και θεωρήθηκε σταθερή στα 2 hpa) Για τις φυσιολογικές παραμέτρους θεωρήθηκε: Μια αντιπροσωπευτική τιμή της ανθρώπινης δραστηριότητας (άνθρωπος που περπατά με ταχύτητα 4 km/h) η οποία δημιουργεί μια βαθμίδα μεταβολισμού 135 W/m 2. Μια τιμή μόνωσης της ένδυσης η οποία συνδέεται με τις κλιματικές συνθήκες. Αυτή ορίζεται με βάση ένα πολυωνυμικό μοντέλο, το οποίο λαμβάνει υπόψη του την θερμοκρασία του αέρα και την ένταση του ανέμου. 171

179 Η σχετική ταχύτητα του ανέμου που οφείλεται στην κίνηση του ανθρώπου, γιατί αυτή ελαττώνει τον παράγοντα μόνωσης από την ένδυση και έτσι επηρεάζεται η απόκριση του μοντέλου. Επί πλέον λαμβάνονται υπόψη και οι παρακάτω φυσιολογικές παράμετροι Η θερμοκρασία του ανθρώπου μετρημένη στο εσωτερικό του αυτιού [Tre ( C)] H μέση θερμοκρασία του δέρματος [Tskm ( C)] H θερμοκρασία του δέρματος του προσώπου [Tskfc ( C)] Η παραγωγή ιδρώτα [Mskdot (g/min)] Η παραγόμενη από ρίγη θερμότητα [Shiv (W)] Η υγρασία του δέρματος [wetta (% της επιφάνειας του σώματος)] Η ροή του αίματος στο δέρμα [Vblsk (% της βασικής τιμής)] Οι τιμές του δείκτη UTCI έχουν ταξινομηθεί σε σχέση με την παρατηρούμενη θερμική ένταση (thermal stress) όπως φαίνεται στον Πίνακα 6.8. Πίνακας 6.8. Ταξινόμηση των τιμών του UTCI UTCI( o C) UTCI>46 38<UTCI 46 32<UTCI 38 26<UTCI 32 9<UTCI 26 <UTCI 9-13<UTCI -27<UTCI -13-4<UTCI -27 UTCI -4 Θερμικό αίσθημα Ακραία θερμική ένταση Πολύ ισχυρή θερμική ένταση Ισχυρή θερμική ένταση Μέτρια θερμική ένταση Θερμική άνεση Ελαφρά ένταση ψύχους Μέτρια ένταση ψύχους Ισχυρή ένταση ψύχους Πολύ ισχυρή ένταση ψύχους Ακραία ένταση ψύχους Στη μελέτη των Blażejczyket al 21, [271] δίνονται οι συχνότητες εμφάνισης τιμών του δείκτη UTCI, μεγαλύτερων των 32 C για τον Ιούλιο και μικρότερων των -13 C για τον Ιανουάριο, για διάφορες Ευρωπαϊκές πόλεις. Για την Αθήνα, οι αντίστοιχες συχνότητες είναι οι μεγαλύτερες μεταξύ όλων των πόλεων τον Ιούλιο ( 72-8 %) και μεταξύ των μικρότερων τον Ιανουάριο ( 4-6 %). Αντίστοιχα, για τον Ιούλιο και τον Ιανουάριο οι μέσες τιμές του 172

180 δείκτη UTCI βρέθηκαν για την Αθήνα 45 C και 25 C, δηλαδή τιμές που αντιστοιχούν σε πολύ ισχυρή θερμική ένταση για τον Ιούλιο και θερμική άνεση για τον Ιανουάριο Δείκτης δυσφορίας Η (Humidex) Ο δείκτης δυσφορίας Η (Humidex) είναι ένα δείκτης θερμοκρασίας-υγρασίας, που πρωτοεμφανίσθηκε την δεκαετία του 196 με την ονομασία Humiture [322] και καθιερώθηκε οριστικά το 1979 από τους Masterton and Richardson [329], για να ορίσει την θερμική δυσφορία στους εξωτερικούς χώρους των ήπιων περιοχών του Καναδά. Αν και αρχικά ορίσθηκε για προγνωστικούς σκοπούς, η χρήση του επεκτάθηκε στην εκτίμηση του βαθμού της θερμής έντασης σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους [28]. Το σκεπτικό για τον ορισμό του δείκτη στηρίχθηκε σε μια τροποποίηση του δείκτη δυσφορίας ΤΗΙ του Thom 1959 [377], λαμβάνοντας υπόψη δύο υποθέσεις που αφορούν το θερμορυθμιστικό σύστημα του ανθρώπινου σώματος. Αυτές θεωρούν: 1. ότι το «ουδέτερο σημείο» του ανθρώπινου γυμνού σώματος που βρίσκεται σε περιβάλλον χωρίς άνεμο, ορίζεται από την εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας του ανθρώπινου σώματος, όπου αν θεωρηθεί ότι δεν επηρεάζεται από άλλες παραμέτρους, τότε κυμαίνεται μεταξύ 27 και 3 C και 2. ότι το ανθρώπινο σώμα είναι ανίκανο να αντιμετωπίσει την συσσώρευση θερμότητας, όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος ξεπερνά τους 32 C, παρουσία σχετικής υγρασίας μεγαλύτερης του 75%. Οι Masterton and Richardson [329] λαμβάνοντας υπόψη την δι ακτινοβολίας ροή θερμότητας, που τελικά υιοθετήθηκε από το πρότυπο ISO 7933, 24 [39], με βάση την θερμοκρασία και την σχετική υγρασία του αέρα, όρισαν τον δείκτη δυσφορίας Η (Humidex), η μαθηματική έκφραση του οποίου δίνεται από την σχέση: 5 H T (e 1) (6.11) 9 Όπου T η θερμοκρασία του αέρα σε βαθμούς Κελσίου και e (hpa) η πίεση των υδρατμών που υπολογίζεται, από μια τροποποιημένη έκφραση της σχέσης Clausius-Clapeyron: [7,5 T/(237,7 T)] e 6,112 (RH/1) 1 (6.12) Επειδή η πίεση των υδρατμών, για θερμοκρασία του αέρα μεγαλύτερη των 7 ο C, είναι πάντοτε μεγαλύτερη των 1 hpa, στην παραπάνω σχέση θεωρείται η διαφορά e-1, ώστε πάντοτε να ισχύει Η>Τ. Αυτό έχει σαν συνέπεια ο δείκτης δυσφορίας Η να μπορεί να εφαρμοσθεί μόνο για θερμοκρασίες του αέρα μεγαλύτερες των 7 C, με αποτέλεσμα στον Καναδά που πρωτοχρησιμοποιήθηκε ο δείκτης, να εφαρμόζεται για την εκτίμηση της δυσφορίας μόνο 173

181 τους καλοκαιρινούς μήνες, ενώ τον χειμώνα χρησιμοποιείται ο δείκτης WCI (wind chill index). Πίνακας 6.9 Ταξινόμηση των τιμών του δείκτη Η, (Humidex) σε σχέση με το θερμικό αίσθημα Humidex Θερμικό αίσθημα 2 H 29 Μικρή ή καθόλου θερμική δυσφορία 3 H 34 Αρκετή θερμική δυσφορία 35 H 39 Προφανής θερμική δυσφορία 4 H 45 Έντονη θερμική δυσφορία 46 H 54 Επικίνδυνες συνθήκες H>54 Πιθανή θερμοπληξία Τα όρια του δείκτη Η, σε σχέση με τον βαθμό δυσφορίας, ορίσθηκαν αρχικά από τους δημιουργούς του δείκτη, αλλά αργότερα προτάθηκε μια λεπτομερέστερη ταξινόμηση που δίνεται στον Πίνακα 6.9. Αντίστοιχα στις Εικόνες 6.8 και 6.9 δίνονται το νομόγραμμα υπολογισμού και ο ψυχρομετρικός χάρτης του δείκτη Η. Εικόνα 6.8 Νομόγραμμα υπολογισμού του δείκτη Η συναρτήσει της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας του αέρα 174

182 Ο δείκτης δυσφορίας είναι στην πραγματικότητα αδιάστατο μέγεθος και εσφαλμένα θεωρείται σαν μια ισοδύναμη υγρή θερμοκρασία. Εν τούτοις στις περισσότερες αναφορές ορίζεται με μονάδες θερμοκρασίας ( C). Επίσης, θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι δείκτες δυσφορίας, που ορίζονται συναρτήσει της θερμοκρασίας και της υγρασίας του αέρα, δίνουν τιμές που μπορούν να επηρεασθούν από περιβαλλοντολογικούς (π.χ. άνεμος, άμεση ηλιακή ακτινοβολία) και φυσιολογικούς παράγοντες (π.χ. ύψος, βάρος, φύλο, ηλικία, ένδυση, δραστηριότητες). Εξετάζοντας τα αποτελέσματα της εφαρμογής του δείκτη δυσφορίας Η, σύμφωνα με τους Santee et al, 25 [362, 363] βρέθηκε, ότι για συνθήκες θερμικής έντασης, υπάρχει καλή συσχέτιση μεταξύ των τιμών του δείκτη και της θερμοκρασίας του ανθρώπινου σώματος, που προέκυψε από την εφαρμογή ενός μοντέλου θερμικού ισοζυγίου. Επίσης οι Beccali et al, 27 [263] έδειξαν ότι εφαρμόζοντας τον δείκτη σε εσωτερικούς χώρους είναι δυνατή η εκτίμηση των καταναλώσεων ηλεκτρικής ενέργειας για θέρμανση, μηχανικό αερισμό ή λειτουργία κλιματιστικών συστημάτων. Τέλος, η Conti et al, 25 [279] αναφέρει ότι κατά την διάρκεια των θερμών εισβολών του 23 και 24 στην Ιταλία, ο ακραίος αριθμός περιπτώσεων θανάτων συσχετίζεται με υψηλές τιμές του δείκτη Η, (Humidex). Εικόνα 6.9 Ψυχρομετρικός χάρτης του δείκτη δυσφορίας Η (Humidex) (ΠΗΓΗ: Tahbaz et al [374] Μια αντίληψη για το μέγεθος των τιμών που μπορεί να λάβει ο δείκτης δυσφορίας Η, είναι οι τιμές 52,1 (1953) και 53 (27) που μετρήθηκαν στον Καναδά. 175

183 Ο δείκτης Η χρησιμοποιείται στο επόμενο κεφάλαιο για την ταξινόμηση κατά τους θερινούς μήνες των συνθηκών θερμικής δυσφορίας στις διάφορες περιοχές του λεκανοπεδίου της Αθήνας Δείκτης «σχετικής πίεσης» RSI (Relative strain Index) Ο δείκτης ΕΤ σύμφωνα με τους Tromp,198 [379] και Givoni,1976 [292] δίνει μεγάλη βαρύτητα στην υγρασία, κυρίως στην περίπτωση των θερμών συνθηκών. Κατόπιν αυτού ο McGregor [338] πρότεινε την συνδυασμένη χρήση αυτού με τον δείκτη RSI των Lee and Henschel [324], ο οποίος ενσωματώνει την πίεση των υδρατμών σαν μια άμεση μέτρηση της ατμοσφαιρικής υγρασίας. Ο δείκτης αυτός αναφέρεται σε συγκεκριμένες φυσιολογικές παραμέτρους, δηλαδή σε άνδρα 25 ετών υγιή, σε περιβάλλον χωρίς θέρμανση, με ταχύτητα ανέμου 1 m/s, υπό σκιά, με ένδυση δουλειάς, που έχουν σαν αποτέλεσμα μια εσωτερική παραγωγή θερμότητας 1 W/m 2 και ορίζεται από τη σχέση: 1,7,74 T 35 RSI 44 e (6.13) όπου Τ η θερμοκρασία του αέρα σε C και e η πίεση των υδρατμών σε mmhg. Η πίεση των υδρατμών μπορεί να υπολογιστεί είτε από την σχέση: 7,5 T 237,7 d T e 4,58 1 d (6.14) αν είναι γνωστό το σημείο δρόσου T d ( C), ή από τη προσεγγιστική σχέση: e,254 [ RH ],739 T,87 (6.15) με βάση την σχετική υγρασία του αέρα RH(%) Σύμφωνα με τον Emmanouel, 25 [287], ο δείκτης RSI μπορεί να ορισθεί από τη σχέση: T 21 RSI (6.16) 58 e όπου Τ η θερμοκρασία του αέρα σε C και e η πίεση των υδρατμών σε hpa. Στην περίπτωση αυτή μπορεί να εκτιμηθεί από τη σχέση: e [7.5 T/(237.7 T)] (RH/1) 1 (6.17) Έτσι για παράδειγμα, αν θεωρηθεί μια θερμοκρασία 31 C και σχετική υγρασία 25%, στην πρώτη περίπτωση (6.13) προκύπτει RSI=,21 και στην δεύτερη (6.16) RSI=,18 Στην περίπτωση όμως μεγαλύτερων ή άρρωστων ατόμων, το ανώτατο όριο θερμικής άνεσης θα πρέπει να θεωρηθεί το,2, [34, 388]. Ενώ κατά τους de Garín and Bejarán, 23 [281], το κατώτατο όριο κινδύνου για φυσιολογικό υγιή νέο άνθρωπο μπορεί να 176

184 θεωρηθεί το,5. Για ηλικίες μεγαλύτερες των 65 ετών το όριο κυμαίνεται γύρω στο,3, αλλά αυτό εξαρτάται πάντοτε από την φυσική κατάσταση του ατόμου. Η ταξινόμηση των τιμών του δείκτη RSI, που ελήφθη από την εργασία των Ionac & Cuilache, 27 [34], δίνεται στον Πίνακα 6.1. Πίνακας 6.1. Ταξινόμηση των τιμών του δείκτη RSI RSI RSI<,15,15 RSI<,25,25 RSI<,35,35 RSI<,45 RSI,45 Βιοκλιματική δυσφορία Θερμική άνεση Δυσφορία για ευαίσθητα άτομα Δυσφορία για όλο τον πληθυσμό Κίνδυνος θερμοπληξίας για περισσότερο από το 5% του πληθυσμού Κίνδυνος θερμοπληξίας για το σύνολο του πληθυσμού, Οι 14 παραπάνω δείκτες που περιγράφηκαν αποτελούν ένα μόνο κομμάτι από το σύνολο των δεικτών που έχουν κατά καιρούς ορισθεί, για την ταυτοποίηση της θερμικής άνεσης. Επιλέχθηκαν αυτοί οι 14 δείκτες γιατί έχουν την δυνατότητα εφαρμογής σχεδόν σε όλους τους τύπους των κλιμάτων, πράγμα που δεν συμβαίνει με τους υπόλοιπους δείκτες που υπάρχουν στον Πίνακα 6.1, οι οποίοι αναφέρονται γιατί είναι γνωστοί δείκτες και οι βιβλιογραφικές αναφορές που τους συνοδεύουν μπορούν να φανούν χρήσιμες σε μελλοντικές έρευνες. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στις βαθμοημέρες και βαθμοώρες που είναι παράμετροι συνδεόμενες με τους βιοκλιματικούς δείκτες και έχουν σαν σκοπό την προσέγγιση των ενεργειακών καταναλώσεων, που απαιτούνται για την δημιουργία συνθηκών άνεσης στους εσωτερικούς χώρους. 6.4 Βαθμοημέρες (DD) και Βαθμοώρες (DH) Βαθμοημέρες DD (Degree days) Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό (WMO) [396], οι βαθμοημέρες είναι ένας εύκολος δείκτης θερμοκρασίας, συνήθως χρησιμοποιούμενος στους υπολογισμούς των καταναλώσεων για την θέρμανση ή ψύξη των κτιρίων (ASHRAE, 1989) [251]. Μια συνήθης προσέγγιση για την εκτίμηση των DD είναι αυτή σύμφωνα με την οποία τίθεται αρχικά μια θερμοκρασία βάσης, η οποία συνδέεται με το «αίσθημα άνεσης» των ανθρώπων ή με την θερμοκρασία που πρέπει να έχει ένας εσωτερικός χώρος. Στην συνέχεια, αν πρόκειται να ορισθούν οι DD για θέρμανση αφαιρείται η μέση ημερήσια θερμοκρασία του αέρα από την θερμοκρασία βάσης. Αν η προκύπτουσα διαφορά είναι μικρότερη ή ίση με μηδέν oι DD αυτής της ημέρας λαμβάνονται ως μηδενικές, άλλως ο αριθμός που προκύπτει δίνει την εκτίμηση των DD της ημέρας. Αντίστοιχα οι DD για ψύξη ορίζονται αφαιρώντας από την 177

185 θερμοκρασία του αέρα την θερμοκρασία βάσης και συνεχίζοντας την διαδικασία όπως και προηγούμενα για τον ορισμό της ημερήσιας τιμής των DD ψύξης. Αν επομένως η βαθμίδα «ειδικής απώλειας θερμότητας» ενός κτιρίου είναι P s, τότε η συνολική ενέργεια που απαιτείται σε μία ημέρα για την διατήρηση στο εσωτερικό του θερμοκρασίας ίσης με την θερμοκρασία βάσης, εκτιμάται χονδρικά ότι είναι : 24 DD Q P s KWh (6.18) 1 όπου το 24 είναι ο ημερήσιος αριθμός των ωρών (ASHRAE,1989 [251],White,1979 [392], Richardson et al, 1974 [358]). Ο υπολογισμός αυτός όμως είναι πολύ χονδρικός, δεδομένου ότι οι απαιτήσεις σε θέρμανση (ή ψύξη) δεν συνδέονται γραμμικά με την θερμοκρασία του αέρα (Valor et al, 21) [389]. Επίσης, η κατανάλωση ενέργειας που απαιτείται για την θέρμανση ή την ψύξη του εσωτερικού του κτιρίου εξαρτάται και από άλλους παράγοντες, μερικοί από τους οποίους είναι: Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο εσωτερικό του κτιρίου Τον αριθμό των ηλεκτρικών συσκευών που λειτουργούν μέσα στο κτίριο οι οποίες παρέχουν θερμική ενέργεια στο χώρο Η τιμή της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του κτιρίου που συνδέεται μαζί με την θερμοκρασία του αέρα με το «αίσθημα άνεσης» μέσα στο κτίριο Ο αριθμός των παραθύρων του κτιρίου και αν αυτά είναι ανοιγόμενα ή όχι Η ταχύτητα του ανέμου στο εξωτερικό περιβάλλον Η νεφοκάλυψη κλπ Βαθμοώρες DH, (Degree hours) Η χρήση των βαθμοημερών σαν δείκτη θερμικής άνεσης για ολόκληρη την ημέρα είναι αποτέλεσμα του ότι δεν υπάρχουν συχνά διαθέσιμες ωριαίες τιμές της θερμοκρασίας του αέρα. Καλύτερα αποτελέσματα προκύπτουν, στην περίπτωση που είναι διαθέσιμες ωριαίες τιμές της θερμοκρασίας του αέρα, οπότε σύμφωνα με την προηγούμενη διαδικασία (δηλ. αφαίρεση της θερμοκρασίας του αέρα από μια θερμοκρασία βάσης) ορίζεται για κάθε ώρα η βαθμοώρα, από όπου το άθροισμά τους για τις 24 ώρες μιας ημέρας ορίζει τον ημερήσιο αριθμό των βαθμοωρών DH θέρμανσης ή ψύξης. Άλλες προσεγγίσεις της ημερήσιας τιμής των βαθμοωρών (DH) περικλείουν συναρτησιακές ή στατιστικές εκτιμήσεις των ημερήσιων θερμοκρασιών και υπολογισμό των DH δια μέσου αυτών (Linvill, 199 [326], EPRI, 1983 [286], Dombayci, 29 [283], Christenson, 26 [278]). 178

186 Τις αποκλίσεις μεταξύ των εκτιμήσεων των ημερήσιων τιμών 24 DD και του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών DH έχουν μελετήσει μεταξύ άλλων και οι Ηuang et al.1987 [33] και οι Gutman and Leehman, 1992 [296] για 45 και 27 αντίστοιχα πόλεις των ΗΠΑ. Όπως προέκυψε, ο ετήσιος αριθμός των βαθμοωρών (DH) ήταν σε όλες τις περιπτώσεις υψηλότερος από τον ετήσιο αριθμό των βαθμοημερών (24 DD), με τις μεγαλύτερες αποκλίσεις να παρατηρούνται στα ήπια και ξηρά κλίματα. Στον Ελληνικό χώρο μέχρι σήμερα έχουν δημοσιευθεί αρκετές μελέτες που αναφέρονται σε εκτιμήσεις δεικτών θερμικής δυσφορίας και την επίδρασή τους στο περιβάλλον, οι κυριότερες από τις οποίες είναι: Metaxas, 197, (341), Moustris et al, 199, (188), Tselepidaki & Santamouris, 1991, (38), Tselepidaki et al, 1992, (381), Balaras et al, 1993, (26, 261), Tselepidaki & Santamouris, 1993, (226), Tselepidaki et, 1993, (227), Tsinonis et al, 1993, (385), Tselepidakis et al, 1994, (382), Tselepidaki et al, 1994, (228), Livada et al, 1995, (126), Tselepidaki et al, 1995, (383), Κυριακοπουλος και λοιποι, 1996, (321), Matzarakis & Mayer, 1997, (331), Livada et al, 1995, (126), Livada et al, 1998, (327), Livada et al, 1998, (18), Paliatsos &Nastos, 1999, (351), Livada et al, 22, (181), Livada et al, 22, (111), Γαϊτάνη, 23, (275), Βalafoutis et al, 24, (259), Matzarakis&Balafoutis, 24, (333), Papakostas&Kyriakis, 25, (352), Stathopoulou et al, 26, (37), Antoniou et al, 28, (265), Ψωμας, 28, (237), Ασσαέλ και άλλοι, 29, (257), Kolokotsta, 29, (174), Papakostas et al, 21, (353), Papanastasiou et al, 21, (354), Tseliou et al, 21, (384). Οι περισσότερες από τις παραπάνω μελέτες δεν στηρίζονται σε λεπτομερή δεδομένα, ως εκ τούτου η δυνατότητα εκτίμησης των βαθμοωρών (DH) στο λεκανοπέδιο της Αθήνας με την βοήθεια ενός πυκνού δικτύου σταθμών αποτελεί ένα από τα πλεονεκτήματα της παρούσας έρευνας. 179

187 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΣΤΟ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ 18

188 7.1 Εισαγωγή Στην δημιουργία συνθηκών θερμικής δυσφορίας επιδρούν πολλοί παράγοντες, με κυριότερους τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα. Στο κεφάλαιο αυτό αφού γίνει αναφορά για λίγο στη διαμόρφωση του πεδίου των τιμών της σχετικής υγρασίας του αέρα, παραμέτρου που από μόνη της δεν δίνει πληροφορίες για τις παρατηρούμενες συνθήκες θερμικής δυσφορίας, το ενδιαφέρον θα επικεντρωθεί στην χωροχρονική κατανομή του δείκτη θερμικής δυσφορίας, γνωστού με την ονομασία Humidex, ο οποίος, στον υπολογισμό του, συνδυάζει την θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα. Ο δείκτης αυτός, όπως και στο προηγούμενο κεφάλαιο αναφέρεται, ορίσθηκε από τους Masterton and Richardson το 1979 [329] και τελικά υιοθετήθηκε από το πρότυπο ISO 7933, 24 [39]. Σκοπός του ήταν η πρόβλεψη της θερμικής δυσφορίας στους εξωτερικούς χώρους των ήπιων περιοχών του Καναδά, λαμβάνοντας υπόψη την δι ακτινοβολίας ροή θερμότητας. 7.2 Χωροχρονική κατανομή της σχετικής υγρασίας στο λεκανοπέδιο της Αθήνας Πίνακας 7.1 Μέσες μηνιαίες τιμές και τυπική απόκλιση της σχετικής υγρασίας (%) στις 5 περιοχές χωρισμού του λεκανοπεδίου της Αθήνας Περιοχή Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Κέντρο της πόλης 4,6±14,5 43,8±12,8 42,3±9,4 Βόρεια περιοχή 41,3±12,9 44,1±14,1 38,7±11,6 Ανατολική περιοχή 41,9±11,2 42,6±11,6 4,6±8,5 Νότια περιοχή 48,±13,4 44,4±13,8 39,2±9,8 Δυτική περιοχή 41,6±13,1 4,9±12,5 39,2±8,9 Στον Πίνακα 7.1 δίνονται ανά περιοχή οι μέσες τιμές και οι τυπικές αποκλίσεις της σχετικής υγρασίας για κάθε ένα από τους θερινούς μήνες. Όπως φαίνεται, οι μεγαλύτερες τιμές τον Ιούνιο και Ιούλιο παρατηρήθηκαν στο νότιο τμήμα, ενώ τον Αύγουστο εντοπίσθηκαν στο κέντρο της πόλης. Επομένως μεγαλύτερο αίσθημα θερμικής δυσφορίας κατά τους μήνες αυτούς αναμένεται λογικά να παρατηρηθεί στις νότιες περιοχές τους δύο πρώτους μήνες του καλοκαιριού και στο κέντρο της Αθήνας τον Αύγουστο. 181

189 α. Ιούνιος β. Ιούλιος 182

190 Θερμοκρασία του αέρα(oc) Σχετική υγρασία (%). γ. Αύγουστος Εικόνα 7.1 α,β,γ. Ισότιμες καμπύλες της μέσης θερινής (Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος αντίστοιχα) σχετικής υγρασίας (%) στο λεκανοπέδιο της Αθήνας Αθήνα Ώρες T (Ιούνιος) RH (Ιούνιος) T (Ιούλιος) RH (Ιούλιος) T (Αύγουστος) RH (Αύγουστος) α. 183

191 Θερμοκρασία του αέρα (oc) Θερμοκρασία του αέρα (oc) Θερμοκρασία του αέρα (oc) Σχετική υγρασία (%). Σχετική υγρασία (%) Νέα Ερυθραία Ώρες RH (Ιούλιος) T (Αύγουστος) RH (Αύγουστος) T (Ιούνιος) RH (Ιούνιος) T (Ιούλιος) β Ζωγράφου Ώρες RH (Ιούλιος) T (Αύγουστος) RH (Αύγουστος) T (Ιούνιος) RH (Ιούνιος) T (Ιούλιος) Σχετική υγρασία (%) γ Ελληνικό Ώρες RH (Ιούλιος) T (Αύγουστος) RH (Αύγουστος) T (Ιούνιος) RH (Ιούνιος) T (Ιούλιος) δ. 184

192 Θερμοκρασία του αέρα (oc) Σχετική υγρασία (%) Πετρούπολη Ώρες 2 RH (July) T (August) RH (August) T (June) RH (June) T (July) ε. Εικόνα 7.2 α, β, γ, δ, ε. Ημερήσια πορεία της μέσης θερμοκρασίας του αέρα (Τ) και της αντίστοιχης μέσης σχετικής υγρασίας (RH) για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο σε 5 σταθμούς (έναν αντιπροσωπευτικό για κάθε περιοχή) Στην Εικόνα 7.1 α, β, γ δίνονται οι ισότιμες καμπύλες της μέσης μηνιαίας σχετικής υγρασίας του αέρα για τη συνολική περίοδο μετρήσεων, ενώ στην Εικόνα 7.2 α, β, γ, δ, ε, για 5 αντιπροσωπευτικούς σταθμούς (έναν ανά περιοχή χωρισμού του λεκανοπεδίου), οι ανά μήνα μέσες πορείες της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας μέσα στο 24ωρο. Όπως φαίνεται από την Εικόνα 7.1 τον Ιούνιο οι χαμηλότερες τιμές εντοπίζονται στο βόρειο τμήμα και οι υψηλότερες στην παράκτια ζώνη του Σαρωνικού. Τον Ιούλιο οι παρατηρούμενες διαφοροποιήσεις σε όλο το λεκανοπέδιο είναι πολύ μικρές, ως εκ τούτου η επίδραση της υγρασίας είναι της αυτής τάξης μεγέθους για όλη την περιοχή, ενώ τέλος τον Αύγουστο οι υψηλότερες τιμές εντοπίζονται στην παράκτια ζώνη του Σαρωνικού κόλπου και αναμένεται να επηρεάζουν την θερμική άνεση της περιοχής, στην περίπτωση επικράτησης νοτίων ως νοτιοδυτικών ανέμων. Εξ άλλου από την Εικόνα 7.2 α, β, γ, δ, ε, προκύπτει ότι η πορεία της θερμοκρασίας του αέρα είναι σαφώς αντίθετη αυτής της σχετικής υγρασίας (συντελεστές γραμμικής συσχέτισης μεταξύ των δύο μεγεθών γύρω στο -,99 και στους 26 σταθμούς της παρούσας μελέτης), επομένως αναμένεται κατά τη διάρκεια της ημέρας η υγρασία του αέρα να έχει μικρή επίδραση στις συνθήκες θερμικής δυσφορίας, ενώ μεγαλύτερη αναμένεται η συμβολή της τη νύκτα. Σύμφωνα με τον Olgvay [45] οι μέσες θερμοϋγρομετρικές συνθήκες με τις οποίες ο άνθρωπος αισθάνεται άνετα αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες αέρα από 21 ως 27,5 C, σχετική υγρασία 3 ως 65 %, και ταχύτητες ανέμου μεγαλύτερες των 5 m/s (για τους χειμερινούς μήνες). Κατά άλλους όμως ερευνητές, όπως φαίνεται στον ψυχρομετρικό χάρτη της Εικόνας 7.3, το πεδίο θερμικής άνεσης σε εσωτερικούς χώρους κυμαίνεται από 17,8 ως 24,5 C για την θερμοκρασία του αέρα και 35 ως 72 % για την υγρασία [48]. 185

193 Εικόνα 7.3. Πεδίο ορισμού της περιοχής θερμικής άνεσης, συναρτήσει της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας του αέρα Πίνακας 7.2 Συχνότητες κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού (Ιούνιος-Αύγουστος) ωρών με θερμοκρασίες χαμηλότερες των 21 ή υψηλότερες των 27,5 C και σχετικές υγρασίες μικρότερες του 3 και μεγαλύτερες του 6% (περιοχή ανθρώπινης θερμικής δυσφορίας) Βόρεια περιοχή Κέντρο της πόλης Ανατολική περιοχή Σταθμός Συχνότητα Σταθμός Συχνότητα Αστεροσκοπείο,61 Αθηνών Νότια περιοχή Γλυφάδα,637 Αθήνα,615 Ρέντη,624 Νέα Ερυθραία,54 Ελληνικό,63 Άνω Λιόσια,58 Καλλιθέα,635 Καματερό,598 Μοσχάτο,743 Νέα Φιλαδέλφεια,554 Κορυδαλλός,618 Μαρούσι,515 Αγία Βαρβάρα,633 Ζωγράφου,526 Χαϊδάρι,613 Δυτική περιοχή Καισαριανή,536 Αιγάλεω,595 Ηλιούπολης,55 Πετρούπολη,66 Βύρωνας,69 Περιστέρι,65 Αγία Παρασκευή,514 Ίλιον,612 Άγιοι,646 Ανάργυροι Ζεφύρι,

194 Όσον αφορά τη σχετική υγρασία του αέρα, όπως προκύπτει από τις Εικόνες 7.1 α, β, γ, όλη η περιοχή του λεκανοπεδίου, κατά μέσο όρο, βρίσκεται μέσα στα όρια όπου μόνη της η υγρασία δεν δημιουργεί συνθήκες δυσφορίας, αλλά σε συνδυασμό με την θερμοκρασία, σε ορισμένες περιπτώσεις, συμβάλλει στην θερμική δυσφορία. Θεωρώντας ως εκ τούτου τα παραπάνω όρια που πρότεινε ο Olgvay [45], υπολογίσθηκαν οι συχνότητες για τις οποίες παρατηρούνται συνθήκες ανθρώπινης θερμικής δυσφορίας που οφείλονται στις παρατηρούμενες τιμές θερμοκρασίας και υγρασίας του αέρα (Πίνακας 7.2). Όπως προκύπτει στο 5 ως 74 % των περιπτώσεων (όπου το 74 % παρατηρείται σε σταθμό της νοτιοδυτικής περιοχής), εμφανίζονται συνθήκες θερμικής δυσφορίας. Πίνακας 7.3 Συντελεστές γραμμικής συσχέτισης [R] μεταξύ μέσων ημερήσιων θερμοκρασιών του αέρα (T) και σχετικής υγρασίας (RH) Βόρεια περιοχή Κέντρο της πόλης Ανατολική περιοχή Σταθμός R Σταθμός R Αστεροσκοπείο -,635 Αθηνών Νότια περιοχή Γλυφάδα -,523 Αθήνα -,373 Ρέντη -,686 Νέα Ερυθραία -,438 Ελληνικό -,595 Άνω Λιόσια -,56 Καλλιθέα -,584 Καματερό -,457 Μοσχάτο -,533 Νέα Φιλαδέλφεια -,421 Κορυδαλλός -,58 Μαρούσι -,387 Αγία Βαρβάρα -,422 Ζωγράφου -,473 Χαϊδάρι -,53 Δυτική περιοχή Καισαριανή -,48 Αιγάλεω -,59 Ηλιούπολη -,322 Πετρούπολη -,551 Βύρωνας -,411 Περιστέρι -,498 Αγία Παρασκευή -,335 Ίλιον -,531 Άγιοι -,543 Ανάργυροι Ζεφύρι -,622 Αυτό οφείλεται στο ότι στις περιπτώσεις νοτίων ανέμων, οι οποίοι έχουν σαν συνέπεια την εμφάνιση υψηλών θερμοκρασιών, παρατηρείται κυρίως στις παράκτιες περιοχές, συγχρόνως και αυξημένη υγρασία, λόγω της γειτονίας του λεκανοπεδίου της Αθήνας με τον κόλπο του Σαρωνικού. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται και από τις τιμές της σχετικής υγρασίας (Πίνακας 7.1) που λαμβάνουν τις μεγαλύτερες τιμές τους στην νότια ζώνη τον Ιούνιο, όταν ακόμα δεν έχουν εμφανισθεί οι Β-ΒΑ «Ετήσιοι» άνεμοι (μελτέμια), οι οποίοι λόγω της προέλευσής τους και της έντασής τους συμβάλουν στην μείωση ή και εξαφάνιση της θαλάσσιας αύρας, η οποία μεταφέρει υγρές αέριες 187

195 μάζες κυρίως στις παράκτιες περιοχές. Επίσης, ενώ παρατηρείται ισχυρή γραμμική συσχέτιση μεταξύ των μέσων ωριαίων τιμών της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας, η γραμμική συσχέτιση μεταξύ των μέσων ημερήσιων τιμών θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας του αέρα είναι πολύ ασθενέστερη (Πίνακας 7.3), γεγονός που δείχνει ότι είναι δυνατόν, πολύ υψηλές τιμές της θερμοκρασίας του αέρα να συνοδεύονται, ορισμένες ώρες μέσα στο 24ωρο, από υψηλές τιμές σχετικής υγρασίας, όπως θα φανεί στην συνέχεια. 7.3 Εκτίμηση των συνθηκών θερμικής δυσφορίας στο λεκανοπέδιο της Αθήνας το καλοκαίρι με την βοήθεια του δείκτη θερμικής δυσφορίας Η (Humidex) Όπως έχει προαναφερθεί, υπάρχουν διάφορες μαθηματικές εκφράσεις που συνδυάζουν μετεωρολογικές παραμέτρους και ορίζουν δείκτες με τους οποίους εκτιμώνται οι συνθήκες άνεσης του ανθρώπινου οργανισμού. Οι δείκτες αυτοί βοηθούν ώστε να μπορεί να ληφθεί από την πολιτεία πρόνοια για την διακοπή των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων, στην περίπτωση που προβλέπεται η επικράτηση επικίνδυνων καταστάσεων, ή για την εκτίμηση των αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια για τον δροσισμό των εσωτερικών χώρων [263]. Στην παρούσα εργασία επιλέχθηκε ο δείκτης Ηumidex (H), ο οποίος έχει προταθεί από τους Masterton and Richardson [329], και ο λόγος είναι ότι πρόκειται για ένα δείκτη που εφαρμόζεται επιτυχώς σε ήπια και θερμά κλίματα τους καλοκαιρινούς μήνες και επί πλέον υπάρχουν αναφορές από την εφαρμογή του σε χώρες της Μεσογείου, αλλά και στην Ελλάδα, [42, 44, 174, 46, 362, 363, 367, 237]. Ο δείκτης αυτός στηρίζεται στην θερμοκρασία του αέρα και την σχετική υγρασία. Τις μέρες του καλοκαιρού, όταν η υγρασία είναι υψηλή, η δυσφορία που αισθάνεται ο άνθρωπος είναι μεγαλύτερη γιατί η εξατμισοδιαπνοή έχει βραδύτερο ρυθμό, με αποτέλεσμα να είναι πιο έντονο το αίσθημα της ζέστης. Πίνακας 7.4 Ταξινόμηση των τιμών του δείκτη Η, (Humidex) σε σχέση με το θερμικό αίσθημα Humidex Θερμικό αίσθημα Η<27 Θερμική άνεση 27 H 29 Μικρή θερμική δυσφορία 3 H 34 Μέτρια θερμική δυσφορία 35 H 39 Μεγάλη θερμική δυσφορία 4 H 45 Έντονη θερμική δυσφορία 46 H 54 Επικίνδυνες συνθήκες H>54 Πιθανή θερμοπληξία 188

196 Η μαθηματική έκφραση και ο τρόπος υπολογισμού αυτού του δείκτη δίνεται στο προηγούμενο κεφάλαιο. Τα όρια του δείκτη Η, σε σχέση με τον βαθμό της δυσφορίας ορίσθηκαν αρχικά από τους δημιουργούς του δείκτη, αλλά αργότερα προτάθηκε μια λεπτομερέστερη ταξινόμηση που δίνεται στον παραπάνω Πίνακα Κατανομή συχνοτήτων των τιμών του δείκτη θερμικής δυσφορίας Η, (Humidex) Μετά από τον υπολογισμό των ωριαίων τιμών του δείκτη Η, και στους 26 σταθμούς του δικτύου των μετρήσεων για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο του 29, αναζητήθηκε η κατανομή συχνοτήτων αυτών. Οι αθροιστικές κατανομές συχνοτήτων των τιμών του δείκτη Η σε όλα τα δείγματα (26 σταθμοί x 3 μήνες = 78 μηνιαία δείγματα και 26 θερινά δείγματα που καλύπτουν όλη τη θερινή περίοδο) βρέθηκε ότι ακολουθούν την συνάρτηση της κανονικής αθροιστικής κατανομής [239] η οποία ορίζεται από τη σχέση: (x x) 1 x 2 2 s P(X x) e dx s 2 π 2 (7.1) όπου x, s η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση αντίστοιχα των ωριαίων τιμών του Humidex (Η). Σε προηγούμενη μελέτη της Γιαννοπούλου και άλλων [129], όπου είχαν μελετηθεί μόνο οι μηνιαίες αθροιστικές κατανομές, σε ορισμένους μήνες μερικών σταθμών, είχε ορισθεί ως καλύτερη προσαρμογή αυτή της λογαριθμοκανονικής κατανομής, χωρίς όμως να αποκλείεται η καλή προσαρμογή και της κανονικής κατανομής. Μια θεωρητική κατανομή, όταν προσαρμόζεται ικανοποιητικά στην εμπειρική κατανομή που ορίζεται από το δείγμα, μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί για να δώσει πληροφόρηση για τον πληθυσμό από τον οποίο προέρχεται το δείγμα. Η παραπάνω παραδοχή της καλής προσαρμογής των δειγμάτων στη θεωρητική κανονική κατανομή έγινε με τη βοήθεια του ελέγχου καλής προσαρμογής των Kolmogorοv-Smirnov για ένα δείγμα, ο οποίος περιγράφεται σε προηγούμενο Κεφάλαιο. Η στατιστική επαλήθευση στηρίζεται στην εκτίμηση της απολύτως μέγιστης απόκλισης D(max) από μια συνέχεια (στην περίπτωση συνεχούς μεταβλητής), μεταξύ των εκτιμημένων θεωρητικών αθροιστικών και των αντίστοιχων εμπειρικών αθροιστικών συχνοτήτων. Η μέγιστη απόλυτη απόκλιση D i (max) συγκρίνεται με την μέγιστη θεωρητική απόκλιση D.5 και αν ισχύει D i (max)< D.5 τότε είναι αποδεκτή η προσαρμογή του θεωρητικού νόμου στην κατανομή συχνοτήτων του δείγματος, στη στάθμη σημαντικότητας.5. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 7.5, σε όλες τις περιπτώσεις, η προσαρμογή της αθροιστικής κανονικής κατανομής συχνοτήτων στις δειγματικές αθροιστικές κατανομές συχνοτήτων είναι στατιστικά σημαντική. 189

197 Πίνακας 7.5 Τιμές του στατιστικού ελέγχου Kolmogorov-Smirnov της καλής προσαρμογής της αθροιστικής κανονικής κατανομής στις αθροιστικές κατανομές των δειγμάτων και αντίστοιχες κρίσιμες τιμές D ο Περιοχή Σταθμός Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Θερινή περίοδος D ο * Αστεροσκοπείο Αθηνών,9,87,98,84,269 Κέντρο πόλης Αθήνα,34,63,162,19,245 Δυτικό τμήμα Νότιο τμήμα Ανατολικό Βόρειο τμήμα τμήμα Νέα Ερυθραία,69,79,85,72,259 Άνω Λιόσια,98,65,114,72,221 Καματερό,9,163,18,67,241 Νέα Φιλαδέλφεια,116,82,137,93,269 Μαρούσι,113,9,14,91,28 Βύρωνας,71,77,91,69,259 Καισαριανή,67,63,18,74,264 Αγία Παρασκευή,148,123,118,21,287 Ηλιούπολη,66,79,13,34,198 Ζωγράφου,96,77,112,84,264 Ελληνικό,84,95,93,79,254 Γλυφάδα,126,14,113,86,269 Καλλιθέα,83,75,88,76,259 Μοσχάτο,77,65,63,68,245 Ρέντη,82,99,117,87,249 Αγία Βαρβάρα,62,83,86,5,234 Άγιοι Ανάργυροι,76,84,9,71,241 Ίλιον,77,79,81,64,212 Πετρούπολη,62,75,9,74,227 Αιγάλεω,9,9,85,89,249 Χαϊδάρι,84,62,64,62,224 Κορυδαλλός,98,81,13,89,264 Περιστέρι,86,98,11,83,196 Ζεφύρι,62,83,86,5,234 * Οι κρίσιμες τιμές έχουν ορισθεί ανάλογα με τον αριθμό των τάξεων διαστημάτων των δειγμάτων. 19

198 Πίνακας 7.6 Θεωρητικές πιθανότητες εμφάνισης τιμών του δείκτη δυσφορίας Η για ορισμένες ζώνες θερμικής δυσφορίας (ή άνεσης) Βόρεια περιοχή Κέντρο Περιοχή πόλης Σταθμός Θερμική άνεση H<27 Μικρή δυσφορία 27 H<3 Αρκετή ως προφανής δυσφορία 3 H<4 Έντονες ως πολύ επικίνδυνες συνθήκες δυσφορίας H 4 Ι Ι A Ι Ι A Ι Ι A Ι Ι A Αστεροσκοπείο,212,42,94,274,128,21,58,777,681,6,51,15 Αθηνών Αθήνα,191,39,295,28,16,254,511,751,441,13,47,9 Νέα Ερυθραία,452,146,253,266,226,312,28,61,434,2,17,1 Άνω Λιόσια,396,196,214,27,158,285,332,537,496,3,19,4 Καματερό,316,111,25,219,188,282,441,615,58,24,8,5 Νέα Φιλαδέλφεια,311,86,183,336,187,314,353,71,52,1,23,1 Μαρούσι,333,7,199,325,182,349,341,727,452,1,16, Βύρωνας,191,25,72,259,115,21,541,764,715,9,92,12 Ανατολική περιοχή Καισαριανή,292,92,185,274,26,286,428,653,525,5,44,4 Αγία Παρασκευή,33,44,12,421,17,28,248,775,616,,1,2 Ηλιούπολη,278,83,199,221,196,311,475,666,489,25,55,2 Ζωγράφου,397,143,271,264,22,319,335,616,49,3,18,1 Νότια περιοχή Δυτική περιοχή Ελληνικό,371,7,187,257,146,194,366,719,65,8,83,51 Γλυφάδα,186,27,9,317,18,238,495,815,667,1,49,6 Καλλιθέα,135,41,9,196,12,218,631,772,682,37,66,11 Μοσχάτο,1,1,48,183,76,187,679,793,77,37,19,6 Ρέντη,231,53,12,266,124,178,495,739,65,8,83,51 Αγία Βαρβάρα,223,57,113,259,153,268,58,752,616,9,37,3 Άγιοι Ανάργυροι,289,75,182,253,141,24,448,72,575,11,8,38 Ίλιον,35,9,185,242,167,238,439,691,561,13,51,16 Πετρούπολη,278,72,178,255,163,246,457,668,54,1,96,35 Αιγάλεω,275,53,111,34,156,245,419,76,637,2,31,7 Χαϊδάρι,235,53,18,254,169,229,5,719,541,11,59,5 Κορυδαλλός,222,57,111,286,153,295,487,752,593,4,37,1 Περιστέρι,219,81,196,246,118,15,521,551,474,14,279,194 Ζεφύρι,361,114,22,25,17,225,38,654,491,8,61,5 191

199 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Αστεροσκοπείο Αθηνών Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος(κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Αθήνα Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος(κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) Εικόνα 7.4 Μηνιαίες και θερινή αθροιστική κατανομή (κανονική) των ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας Η (Κέντρο πόλης). (Το μπλε χρώμα αντιστοιχεί σε Η<3, το πράσινο σε 3<Η<4 και το κόκκινο σε Η>4) 1.8 Νέα Ερυθραία Humidex Εμπ ειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 192

200 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Άνω Λιόσια Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Καματερό Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Νέα Φιλαδέλφεια Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 193

201 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Μαρούσι Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) Εικόνα 7.5 Μηνιαίες και θερινή αθροιστική κατανομή (κανονική) των ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας Η (Βόρεια περιοχή). (Το μπλε χρώμα αντιστοιχεί σε Η<3, το πράσινο σε 3<Η<4 και το κόκκινο σε Η>4) 1.8 Βύρωνας Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Καισαριανή Humidex Εμπ ειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 194

202 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα Αγία Παρασκευή.4.2 Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Ηλιούπολη Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Ζωγράφου Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) Εικόνα 7.6 Μηνιαίες και θερινή αθροιστική κατανομή (κανονική) των ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας Η (Ανατολική περιοχή). (Το μπλε χρώμα αντιστοιχεί σε Η<3, το πράσινο σε 3<Η<4 και το κόκκινο σε Η>4) 195

203 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Ελληνικό Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Γλυφάδα Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Καλλιθέα Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 196

204 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Μοσχάτο Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Ρέντη Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) Εικόνα 7.7 Μηνιαίες και θερινή αθροιστική κατανομή (κανονική) των ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας Η (Νότια περιοχή). (Το μπλε χρώμα αντιστοιχεί σε Η<3, το πράσινο σε 3<Η<4 και το κόκκινο σε Η>4) 1.8 Αγία Βαρβάρα Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 197

205 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Άγιοι Ανάργυροι Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Ίλιον Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Πετρούπολη Εμπειρική Humidex Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (οκανονική) Αύγουστος (κανονική) 198

206 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Αιγάλεω Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Χαϊδάρι Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Κορυδαλλός Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 199

207 Συχνότητα Συχνότητα 1.8 Περιστέρι Humidex Εμπ ειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική) 1.8 Ζεφύρι Humidex Εμπειρική Κανονική Ιούνιος (κανονική) Ιούλιος (κανονική) Αύγουστος (κανονική Εικόνα 7.8 Μηνιαίες και θερινή αθροιστική κατανομή (κανονική) των ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας Η (Δυτική περιοχή). (Το μπλε χρώμα αντιστοιχεί σε Η<3, το πράσινο σε 3<Η<4 και το κόκκινο σε Η>4) Κατόπιν αυτού, από τις υπολογιζόμενες θεωρητικές συχνότητες, η αθροιστική κατανομή των οποίων δίνεται στις Εικόνες,7.4, 7.5, 7.6, 7.7 και 7.8, εκτιμήθηκαν οι πιθανότητες εμφάνισης ωρών με συνθήκες άνεσης ως μικρής θερμικής δυσφορίας (Η<3), οι πιθανότητες εμφάνισης μέτριας ως μεγάλης θερμικής δυσφορίας (3<Η<4) και οι πιθανότητες εμφάνισης έντονης δυσφορίας ή επικίνδυνων συνθηκών (Η>4), τόσο για κάθε ένα από τους τρεις θερινούς μήνες (Πίνακας 7.6), όσο και συνολικά για την θερινή περίοδο (Πίνακας 7.7). 2

208 Πίνακας 7.7 Συχνότητες εμφάνισης ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας, Η για την θερινή περίοδο, για συνθήκες άνεσης ως μικρής δυσφορίας (Η<3), μέτριας ως μεγάλης δυσφορίας (3<Η<4) και πολύ μεγάλης δυσφορίας ως επικίνδυνων συνθηκών (Η>4) Περιοχή Σταθμός Η<3 3<Η<4 Η>4 Βόρειο τμήμα Κέντρο πόλης Δυτικό τμήμα Νότιο τμήμα Ανατολικό τμήμα Αστεροσκοπείο Αθηνών,318,657,25 Αθήνα,43,574,23 Νέα Ερυθραία,551,441,8 Άνω Λιόσια,485,485,3 Καματερό,431,536,33 Νέα Φιλαδέλφεια,46,533,7 Μαρούσι,476,518,6 Βύρωνας,289,675,34 Καισαριανή,436,549,15 Αγία Παρασκευή,434,562,4 Ηλιούπολη,423,554,23 Ζωγράφου,535,457,8 Ελληνικό,48,549,43 Γλυφάδα,315,668,17 Καλλιθέα,267,696,37 Μοσχάτο,191,72,89 Ρέντη,319,634,47 Αγία Βαρβάρα,358,626,16 Άγιοι Ανάργυροι,378,578,44 Ίλιον,411,561,38 Πετρούπολη,383,574,43 Αιγάλεω,381,65,14 Χαϊδάρι,365,599,36 Κορυδαλλός,37,618,12 Περιστέρι,323,51,167 Ζεφύρι,437,526,37 Από τα σχήματα και από τον στατιστικό έλεγχο που έγινε, φαίνεται ότι η αθροιστική κανονική κατανομή του Αυγούστου, σε όλους τους σταθμούς, δεν διαφέρει στατιστικά σημαντικά από την αντίστοιχη αθροιστική κανονική κατανομή, που ορίσθηκε από το σύνολο των μετρήσεων όλου του καλοκαιριού. Ως εκ τούτου, με μετρήσεις μόνο τον Αύγουστο είναι δυνατή η εκτίμηση της 21

209 αθροιστικής κατανομής συχνοτήτων όλου του καλοκαιριού, χωρίς στατιστικά σημαντικό σφάλμα (<5%) Σε όλες τις περιοχές, κυρίως τον Ιούλιο και Αύγουστο, παρατηρήθηκαν τιμές Η>4, δηλαδή τιμές που απαιτούν την διακοπή κάθε ανθρώπινης δραστηριότητας, γιατί υπάρχει κίνδυνος καρδιοαγγειακών επεισοδίων ή θερμοπληξίας. Οι πλέον βεβαρυμένες περιοχές είναι η νοτιοδυτική (Μοσχάτο, Ρέντη) με συχνότητα 6,8% ώρες στο σύνολο του καλοκαιριού και η δυτική με αντίστοιχη συχνότητα 4,5% ώρες, ενώ στις άλλες περιοχές κυμαίνεται μεταξύ 1,3 και 3%. Πολύ σημαντική είναι η συχνότητα 16,7 % που παρατηρήθηκε στο σταθμό του Περιστερίου, στη δυτική περιοχή, που συνδέεται με την «θερμή κηλίδα» που εμφανίζεται στην περιοχή, όπως ορίσθηκε σε προηγούμενο κεφάλαιο. Για τα όρια της έντονης ως προφανούς δυσφορίας (3<Η<4), κατά μέσο όρο η μεγαλύτερη συχνότητα (67,7 %) παρατηρείται και πάλι στη νοτιοδυτική περιοχή (Μοσχάτο-Ρέντη). Ακολουθεί το κέντρο της πόλης, όπου στο σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών η συχνότητα (65,7%) πρέπει να αποδοθεί στην αυξημένη υγρασία που παρατηρείται στην περιοχή κατά τη διάρκεια της νύκτας, λόγω της πολύ μεγάλης αναλογίας βλάστησης στην γειτονία του σταθμού. Αυτή πλησιάζει την συχνότητα που παρατηρείται στο Μοσχάτο και τη δυτική περιοχή (μέση τιμή 57,7 %). Χαρακτηριστικά αυξημένη συχνότητα λόγω κυρίως πολύ υψηλών θερμοκρασιών παρατηρείται και στο σταθμό του Βύρωνα (67,5%), περιοχή επίσης όπου εμφανίζεται «θερμή κηλίδα». Οι χαμηλότερες συχνότητες εντοπίζονται στη βόρεια περιοχή (μέση τιμή 5,3%) και στην ανατολική περιοχή, αν εξαιρεθεί ο σταθμός του Βύρωνα (μέση τιμή 53,1%). Γενικά όμως, τα παρατηρούμενα σε όλο το λεκανοπέδιο της Αθήνας ποσοστά μεγάλης θερμικής δυσφορίας είναι πολύ υψηλά κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Οδηγούν ως εκ τούτου άμεσα σε μεγάλες καταναλώσεις ενέργειας, για τον δροσισμό των εσωτερικών χώρων. Τέλος, όσον αφορά τα ποσοστά των ωρών με συνθήκες θερμικής άνεσης ως μικρής δυσφορίας, η μεγαλύτερη συχνότητα παρατηρείται στην Βόρεια περιοχή (μέση τιμή 48,1%) και αν δεν ληφθεί υπόψη και ο σταθμός του Βύρωνα, στην ανατολική περιοχή (μέση τιμή 45,7%). Η μικρότερη συχνότητα παρατηρείται στη νοτιοδυτική περιοχή (μέση τιμή 3,%), με διαφορά που ξεπερνά τις δέκα μονάδες σε σχέση με τις άλλες περιοχές (μέσες τιμές 36,1 ως 45,7%) Ακραίες περιπτώσεις θερμικής δυσφορίας Στη μελέτη της Κ. Γιαννοπούλου και άλλων [129] έγινε σύγκριση των ωριαίων τιμών με τιμές του δείκτη δυσφορίας >4 και των αντίστοιχων τιμών της θερμοκρασίας του αέρα και της σχετικής υγρασίας. Στην Εικόνα 7.9 δίνονται οι τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας του αέρα μαζί με τις αντίστοιχες εντάσεις του ανέμου, για πέντε σταθμούς (ένα για κάθε περιοχή χωρισμού του λεκανοπεδίου) και για τιμές Η>4. Ο άξονας των χ αναφέρεται σε ημερομηνίες της περιόδου μετρήσεων, τον Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο, οι οποίες χαρακτηρίζονταν από Η>4. Οι ημερομηνίες αυτές δεν είναι οι ίδιες για όλους τους σταθμούς. Όπως προέκυψε από την μελέτη και όπως φαίνεται 22

210 Θερμοκρασία του αέρα Σχετική υγρασία Δείκτης δυσφορίας Η Ένταση ανέμου Θερμοκρασία του αέρα Σχετική υγρασία Δείκτης δυσφορίας Η Ένταση ανέμου και στις Εικόνες, οι συνθήκες μεγάλης δυσφορίας εντοπίζονται κυρίως τις μεσημβρινές ή απογευματινές ώρες και οφείλονται είτε στην επικράτηση πολύ υψηλών θερμοκρασιών, με μικρή συμβολή της υγρασίας, είτε κυρίως στις περιπτώσεις που επικρατούσαν νότιοι άνεμοι, στο συνδυασμό υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας. Λαμβάνοντας υπόψη και τις εντάσεις και διευθύνσεις του ανέμου που μετρήθηκαν στο Αστεροσκοπείο Αθηνών, θεωρώντας ότι είναι αντιπροσωπευτικές της περιοχής, φαίνεται ότι οι τιμές της έντασης του ανέμου δεν είναι πολύ χαμηλές. Ως εκ τούτου στην περίπτωση νοτίων ανέμων, είναι δυνατόν να παρατηρηθεί μεταφορά υγρών αερίων μαζών στην ευρύτερη περιοχή των Αθηνών. Οπότε ο συνδυασμός υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας οδηγεί στην εμφάνιση επικίνδυνων συνθηκών θερμικής δυσφορίας. Στην περίπτωση ανέμων του βόρειου τομέα, η κύρια αιτία εμφάνισης επικίνδυνων συνθηκών θερμικής δυσφορίας οφείλεται στις επικρατούσες πολύ υψηλές τιμές της θερμοκρασίας του αέρα, δεδομένου ότι στο πλείστον των περιπτώσεων η σχετική υγρασία είναι πολύ χαμηλότερη αυτής που παρατηρείται με νότιο ρεύμα. 6 5 Αθήνα Σχ.υγρασία (%) Ένταση ανέμου(m/s) Θερμοκρασία (oc) Δείκτης δυσφορίας,η 7 6 Νέα Ερυθραία 'Ενταση ανέμου (m/s) Σχετική υγρασία (%) Θερμοκρασία (oc) Δείκτης δυσφορίας,η 23

211 Θερμοκρασία του αέρα Σχετική υγρασία Δείκτης δυσφορίας Ένταση του ανέμου Θερμοκρασία του αέρα Σχετική υγρασία Δείκτης δυσφορίας Ένταση ανέμου Θερμοκρασία του αέρα Σχετική υγρασία Δείκτης δυσφορίας Η Ένταση ανέμου Ζωγράφου 'Ενταση ανέμου (m/s) Σχετική υγρασία (%) Θερμοκρασία του αέρα (oc) Δείκτης δυσφορίας, Η 7 6 Ελληνικό Σχετική υγρασία (%) Δείκτης δυσφορίας Η Θερμοκρασία του αέρα Ένταση ανέμου(m/s) 6 5 Πετρούπολη Σχετική υγρασία (%) Δείκτης δυσφορίας Η Θερμοκρασί του αέρα (oc) Ένταση ανέμου (m/s) Εικόνα 7.9. Θερμοκρασία του αέρα, σχετική υγρασία, ένταση του ανέμου και δείκτης δυσφορίας Η, στις περιπτώσεις ωριαίων τιμών Η>4 (το σύμβολο δηλώνει ότι ο άνεμος έχει διεύθυνση από ΒΒΔ ως ΒΒΑ ενώ το σύμβολο αντιστοιχεί σε άνεμο με οποιαδήποτε άλλη διεύθυνση) 24

212 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 7.4 Ημερήσια πορεία του δείκτη δυσφορίας Η Από την μελέτη της μέσης ημερήσιας πορείας των ωριαίων τιμών του δείκτη δυσφορίας Η, δεν μπορεί να προκύψει σαφής εικόνα της κατάστασης δυσφορίας μέσα στην ημέρα. Για τον λόγο αυτό υπολογίσθηκαν και οι ωριαίες συχνότητες εμφάνισης τιμών Η>3, δηλαδή μεγάλης έως και πολύ επικίνδυνης δυσφορίας. Όπως φαίνεται στις Εικόνες 7.1 ως 7.14, όπου δίνονται οι ανά μήνα ημερήσιες πορείες της μέσης ωριαίας τιμής του δείκτη δυσφορίας Η (καμπύλες), και οι αντίστοιχες συχνότητες εμφάνισης ανά ώρα τιμών Η>3 (με ραβδογράμματα), υπάρχει σαφής διαφοροποίηση μεταξύ των δύο μεγεθών. Σε παραπλήσιες δηλαδή μέσες τιμές του δείκτη δυσφορίας παρατηρούνται τελείως διαφορετικές συχνότητες εμφάνισης τιμών Η> ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Αστεροσκοπείο Αθηνών ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Αθήνα Εικόνα 7.1 Ημερήσιες ανά μήνα πορείες της μέσης ωριαίας τιμής του δείκτη δυσφορίας Η, και της συχνότητας εμφάνισης τιμών Η>3 (Κέντρο πόλης) 25

213 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Νέα Ερυθραία 1 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Άνω Λιόσια 1 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Καματερό 26

214 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Νέα Φιλαδέλφεια 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Μαρούσι Εικόνα 7.11 Ημερήσιες ανά μήνα πορείες της μέσης ωριαίας τιμής του δείκτη δυσφορίας Η, και της συχνότητας εμφάνισης τιμών Η>3 (Βόρεια περιοχή) ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Βύρωνας 27

215 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Καισαριανή 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Αγία Παρασκευή 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Ηλιούπολη 28

216 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Ζωγράφου Εικόνα 7.12 Ημερήσιες ανά μήνα πορείες της μέσης ωριαίας τιμής του δείκτη δυσφορίας Η, και της συχνότητας εμφάνισης τιμών Η>3 (Ανατολική περιοχή) ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Ελληνικό 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Γλυφάδα 29

217 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Καλλιθέα ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Μοσχάτο ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Ρέντη Εικόνα 7.13 Ημερήσιες ανά μήνα πορείες της μέσης ωριαίας τιμής του δείκτη δυσφορίας Η, και της συχνότητας εμφάνισης τιμών Η>3 (Νότια περιοχή) 21

218 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Αγία Βαρβάρα ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Άγιοι Ανάργυροι 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Ίλιον 211

219 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Πετρούπολη 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Αιγάλεω 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Χαϊδάρι 212

220 Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η Συχνότητα Δείκτης δυσφορίας Η 1.8 ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Κορυδαλλός ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Περιστέρι ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΩΡΕΣ Ζεφύρι Εικόνα 7.14 Ημερήσιες ανά μήνα πορείες της μέσης ωριαίας τιμής του δείκτη δυσφορίας Η, και της συχνότητας εμφάνισης τιμών Η>3 (Δυτική περιοχή) 213

221 Πίνακας 7.8 Μέσες μηνιαίες ημερήσιες και νυκτερινές τιμές του δείκτη δυσφορίας Η, και μέσες ημερήσιες και νυκτερινές συχνότητες εμφάνισης ωριαίων τιμών του δείκτη Η μεγαλύτερων του 3 Περιοχή Κέν- τρο Σταθμός Αστεροσκοπείο Αθηνών ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΗΜΕΡΑ ΝΥΚΤΑ ΗΜΕΡΑ ΝΥΚΤΑ ΗΜΕΡΑ ΝΥΚΤΑ Η f (%) Η f (%) Η f (%) Η f (%) Η f (%) Η f (%) 31,9 7, 27,2 15,6 35,5 95,1 3,6 56,3 33,8 84,5 28,8 35,1 Αθήνα 32,2 7,9 27,8 22,6 34,6 89,5 31, 6,9 3,4 62,6 27,8 35,8 Βόρεια περιοχή Νέα Ερυθραία 29,3 43,1 24,5 1,9 32,9 74,8 28,7 31,2 3,9 59,1 27, 1,4 Άνω Λιόσια 3,4 48, 24,4 1,1 35, 78,1 27,9 28, 31,6 69,5 27,3 15,4 Καματερό 32,2 67,1 25,1 6,7 35,1 86,7 29,8 35,1 31,7 67,3 27,5 17,2 Ν.Φιλαδέλφεια 3, 51,8 26,6 11,9 33,8 84,7 29,9 46,6 31,3 68,6 27,8 22,9 Μαρούσι 3,2 53,6 25,7 5,2 34,3 92,9 29,4 37,6 31,1 63,7 27,2 8,2 Βύρωνας 31,9 65,6 28,2 25,6 35,9 91,4 32, 79,2 33,5 83,2 29,8 45,9 Ανατολική περιοχή Καισαριανή 3,8 55,3 26,7 9,6 34,3 84,5 29,3 39,8 31,8 7,5 27,7 17,6 Αγ. Παρασκευή 29,1 39,8 26,7 1,7 33,6 89, 3,9 63,8 32,3 77,4 28,7 25,1 Ηλιούπολη 31,9 63,3 26,8 19,6 34,5 85,2 29,7 4, 31,4 69,7 27,4 15,8 Ζωγράφου 3,2 54,4 24,7 4,4 35,6 82,6 28,1 2,4 3,8 61,1 26,4 4,3 Νότια περιοχή Ελληνικό 3,6 53,3 25, 2,2 35,5 92, 3,1 51,6 34,1 8,9 27,3 17,2 Γλυφάδα 31,2 64,9 27,9 26,3 35,3 93,8 31,9 66,3 32,7 81,1 29,4 44,1 Καλλιθέα 32,7 74,7 3,8 5, 35,5 92,9 31,4 66,3 33,2 81,1 29,4 45,2 Μοσχάτο 34,2 85,6 29,4 4, 37, 99,4 32,3 8,3 35,2 91,2 31,5 55,9 Ρέντη 31,7 67,1 27,2 18,1 36, 93,5 3,8 59,5 34,7 84,5 28,8 32,6 Αγία Βαρβάρα 32,1 7,2 27, 15,6 34,6 9,3 3,6 55,6 32,2 74,6 29, 36,9 Άγ.Ανάργυροι 31,6 64,4 26,1 12,2 35,8 94,8 29,9 47, 33,9 85,8 27,2 13,6 Δυτική περιοχή Ίλιον 31,8 64,7 25,5 7,8 34,8 88,6 29,5 42,3 32,7 76,6 27,7 2,4 Πετρούπολη 31,4 59,6 26,8 15,2 35,4 87,1 3,6 54,5 33, 69,7 28,2 2,8 Αιγάλεω 3,6 55,8 27, 16,7 34,3 89,7 3,9 62,7 32,6 75,5 29,2 39,1 Χαϊδάρι 31,7 62, 27,6 21,5 34,8 91, 3,5 55,9 32,8 66,5 29,3 36,2 Κορυδαλλός 31,4 63,6 27,4 22,6 34,6 9,3 3,6 55,6 31,8 71,6 29, 39,1 Περιστέρι 32,4 73,3 26,9 18,5 38,8 94,2 3,9 62,7 37, 85,2 27,2 12,5 Ζεφύρι 3,8 55,6 25,1 4,4 34,8 85,4 29,1 38, 33,5 75,7 26,8 6,8 214

222 Επίσης, από τις Εικόνες και τον Πίνακα 7.8 φαίνεται ότι η διάρκεια εμφάνισης τιμών Η>3, μέσα στο 24ώρο, παρουσιάζει από τη μία θέση στην άλλη διαφορετική συμπεριφορά. Στον Πίνακα 7.8. δίνονται οι μέσες συχνότητες για τη διάρκεια της ημέρας ( τοπική ώρα) και την διάρκεια της νύκτας ( τοπική ώρα) από όπου γίνονται εμφανείς οι περιοχές όπου κατά τη διάρκεια της νύκτας επικρατούν συνθήκες μεγάλης θερμικής δυσφορίας. Χαρακτηριστικό είναι ότι αν εξετάσει κανείς τις μέσες ημερήσιες και νυκτερινές τιμές του δείκτη Η, μέσα σε κάθε περιοχή, καθώς και τις αντίστοιχες συχνότητες, θα δει ότι σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις εμφανίζονται στατιστικά σημαντικές διαφορές, τόσο την ημέρα όσο και την νύκτα, μεταξύ των εξεταζόμενων μεγεθών, γεγονός που δείχνει ότι δεν είναι εύκολο να χαρακτηρίσει κανείς την συμπεριφορά μιας ολόκληρης περιοχής, λόγω των τοπικών ιδιαιτεροτήτων που παρουσιάζονται. Ιδιαίτερα, εξετάζοντας τις συχνότητες εμφάνισης συνθηκών δυσφορίας κατά τη διάρκεια της νύκτας τον Ιούνιο μήνα, κατά τον οποίο ακόμα δεν έχει εμφανισθεί συσσώρευση θερμότητας στην πόλη, φαίνεται ότι εκτός από την βόρεια περιοχή, όπου οι συχνότητες κυμαίνονται σε χαμηλά επίπεδα (- 3,8% και παρατηρούνται κυρίως από τα μεσάνυκτα ως τις 7. πρωινή ώρα). Στις άλλες περιοχές εμφανίζονται μεμονωμένα περιστατικά με χαμηλές συχνότητες (2,1% στου Ζωγράφου, το Ελληνικό και το Ζεφύρι), ώστε αυτά τα σημεία θα μπορούσαν να θεωρηθούν σαν «νυκτερινές νησίδες θερμικής άνεσης». Τον Ιούλιο, ο οποίος χαρακτηρίζεται ως ο θερμότερος μήνας, τα ποσοστά αυτά είναι ιδιαίτερα υψηλά, ενώ τον Αύγουστο διατηρούνται ακόμα υψηλά και στην Βόρεια περιοχή (πλην των σταθμών Ν. Ερυθραίας και Μαρουσιού), ενώ χαμηλές τιμές λαμβάνουν και πάλι στους σταθμούς Ζωγράφου (,9%) και Ζεφυριού (2,3%). Το συμπέρασμα, ως εκ τούτου που προκύπτει, είναι ότι γενικά το καλοκαίρι στο λεκανοπέδιο της Αθήνας επικρατούν συνθήκες θερμικής δυσφορίας. Μόνο μερικές μικρές περιοχές, (κυρίως τον Ιούνιο και λιγότερο τον Αύγουστο) εμφανίζουν κατά τη διάρκεια της νύκτας κάποια μεγαλύτερη συχνότητα θερμικής άνεσης. 7.5 Εμμονή των ωρών με δείκτη δυσφορίας Η, μεγαλύτερο του 3 και του 4 Στην επιβάρυνση του ανθρώπινου οργανισμού, από τις επικρατούσες συνθήκες θερμικής δυσφορίας, σημαντικό ρόλο παίζει και η χρονική διάρκεια αυτής της δυσφορίας. Αν αυτή επεκτείνεται τις νυκτερινές ώρες, τότε δυσχεραίνεται ο ύπνος, με αποτέλεσμα την εμφάνιση την επόμενη ημέρα συμπτωμάτων κόπωσης. Ως εκ τούτου, όταν μελετώνται οι ωριαίες τιμές των δεικτών θερμικής δυσφορίας, θα πρέπει συγχρόνως να μελετάται και η εμμονή των συνθηκών δυσφορίας, δεδομένου ότι όπως φάνηκε στην προηγούμενη παράγραφο, τιμές του δείκτη Η μεγαλύτερες του 3 παρατηρούνται με μεγάλη συχνότητα και κατά τη διάρκεια της νύκτας. Η εμμονή των συνθηκών δυσφορίας μελετάται με την βοήθεια του συντελεστή εμμονής του Besson [239] ο οποίος δίνεται από την σχέση: 215

223 R B 1 p 1 (7.2) 1 p i όπου το p εκφράζει την συχνότητα μέσα στην χρονοσειρά εμφάνισης συνθηκών με τιμές του δείκτη Humidex μεγαλύτερες από κάποια βάση και 1-p i εκφράζει την συχνότητα των διαστημάτων με συνθήκες θερμικής δυσφορίας πάνω από κάποια βάση (συγκεκριμένη τιμή του H). Ο συντελεστής εμμονής του Besson δείχνει κατά πόσον η εμφάνιση μιας υψηλής τιμής παρουσιάζει στατιστικά σημαντική πιθανότητα να διατηρηθεί για ορισμένες ώρες. Τα όρια μέσα στα οποία πρέπει να βρίσκεται η τιμή του συντελεστή εμμονής R B για να ισχύει η μηδενική υπόθεση Η ο, ώστε η εμμονή να μην είναι στατιστικά σημαντική στη στάθμη σημαντικότητας α, ορίζονται από τη σχέση: 1 1 t ( 2 ) 1 p(1 p ) N R B 1 1 t ( 2 ) 1 (7.3) p(1 p ) N όπου t α(2) η κρίσιμη τιμή του ελέγχου t Student, σε δίπλευρο έλεγχο στη στάθμη σημαντικότητας α και Ν το μέγεθος του δείγματος. Όπως προκύπτει από τον Πίνακα 7.9 όπου δίνονται οι τιμές του συντελεστή εμμονής για το σύνολο της χρονοσειράς (1 Ιουνίου-31 Αυγούστου) και για όλους τους σταθμούς, η εμμονή, τόσο για τιμές του δείκτη Η>3, όσο και για τιμές του δείκτη Η>4 είναι στατιστικά σημαντική στο σύνολο των σταθμών, στη στάθμη σημαντικότητας α=,5. Πίνακας 7.9 Τιμές του συντελεστή εμμονής του Besson εμφάνισης διαστημάτων διαδοχικών ωρών με τιμές του δείκτη δυσφορίας Η μεγαλύτερες του 3 και του 4 Κέντρο της πόλης Ανατολική Βόρεια περιοχή περιοχή Σταθμός R Β (>3) R Β (>4) Σταθμός R Β (>3) R Β (>4) Αστεροσκοπείο Αθηνών 4,93 2,27 Γλυφάδα 5,76 2,8 Νότια περιοχή Αθήνα 7,5 1,26 Ρέντη 4,98 2,18 Νέα Ερυθραία 5,6 1,35 Ελληνικό 5,71 2,23 Άνω Λιόσια 4,78 3,63 Καλλιθέα 3,45 2,34 Καματερό 4,6 2,76 Μοσχάτο 5,8 4,1 Νέα Φιλαδέλφεια 5,47 1,48 Δυτική περιοχή Κορυδαλλός 5,62 1,33 Μαρούσι 5,2 1,99 Αγία Βαρβάρα 5,23 1,32 Ζωγράφου 4,94 2,11 Χαϊδάρι 5,97 2,78 Καισαριανή 5,19 2,22 Αιγάλεω 5,33 2,24 Ηλιούπολη 5,11 1,66 Πετρούπολη 4,9 1,62 Βύρωνας 5,94 2,44 Περιστέρι 4,55 3,42 Αγία Παρασκευή 7,13 2,72 Ίλιον 4,7 1,72 Άγιοι Ανάργυροι 4,45 1,98 Ζεφύρι 4,87 2,23 216

224 Humidex Η εμμονή τόσο για Η>3 όσο και για Η>4 είναι στατιστικά σημαντική, ακόμα και σε περιοχές με χαμηλότερες θερμοκρασίες αέρα (Βόρεια περιοχή) και αυτό θα πρέπει να αποδοθεί στην εμφάνιση συγχρόνως υψηλών τιμών της σχετικής υγρασίας, που συμβάλλει στην εμφάνιση υψηλών τιμών του Ηumidex. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός, ότι οι τιμές του συντελεστή εμμονής στα Άνω Λιόσια και στο Μοσχάτο εμφανίζονται μεγαλύτερες ακόμα και αυτών του Περιστερίου, όπου παρατηρείται η μεγαλύτερη συχνότητα τιμών Η> Συσχέτιση μεταξύ του δείκτη Η (Humidex) και της ταχύτητας του ανέμου Στο σημείο αυτό, για να διαπιστωθεί κατά πόσον η ταχύτητα του ανέμου επηρεάζει την θερμική δυσφορία, εξετάζεται η σχέση μεταξύ των δύο αυτών μεγεθών για τις ωριαίες τιμές του δείκτη Η που υπολογίσθηκαν στο σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών, σε σχέση με τον άνεμο ο οποίος έχει μετρηθεί στην ίδια θέση. Με δεδομένο, ότι η επίδραση του ανέμου στο αίσθημα άνεσης (ή δυσφορίας) είναι σημαντική για εντάσεις μεγαλύτερες των 5m/s, χωρίσθηκε το δείγμα σε δύο υποσύνολα, ανάλογα με τις εντάσεις του ανέμου. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.15 για εντάσεις του ανέμου μικρότερες των 5m/s υπάρχει μια στατιστικά σημαντική γραμμική αύξηση των τιμών του δείκτη Η. Επίσης, στατιστικά σημαντική είναι και η κλίση της γραμμής παλινδρόμησης. Το γεγονός αυτό, δεδομένου ότι ο σταθμός βρίσκεται σε περιοχή με μικρή δόμηση και πυκνή βλάστηση, θα πρέπει να αποδοθεί στην μεταφορά θερμότερων αερίων μαζών από την πέριξ πυκνοδομημένη περιοχή προς την περιοχή του σταθμού, σε συνδυασμό με μεγαλύτερες τιμές υγρασίας λόγω της βλάστησης v (m/s) Εικόνα 7.15 Διάγραμμα διασποράς των τιμών του δείκτη Η σε σχέση με την ένταση του ανέμου Στην Εικόνα 7.16 δίνεται η κατανομή συχνοτήτων των διευθύνσεων του ανέμου για ταχύτητες μικρότερες των 5m/s, ως προς την συνολική κατανομή των διευθύνσεων του ανέμου της περιόδου των μετρήσεων, σε δύο περιπτώσεις και ανάλογα με τις τιμές του δείκτη Η(Η<27, 27<Η<3, 3<Η4 και Η>4). Στις περιπτώσεις μέτριας ως επικίνδυνης θερμικής δυσφορίας (3<Η<4 και Η>4), η 217

225 μεταφορά των θερμότερων αερίων μαζών προς τον σταθμό προέρχεται κυρίως από τα νοτιοδυτικά (περιοχές Καλλιθέας, Μοσχάτου και Ρέντη), δηλαδή από περιοχές που βρίσκονται κοντά στο σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών. Στη μελέτη της θερμής νησίδας οι περιοχές αυτές εμφανίζουν, μαζί με τις δυτικές συνοικίες της Αθήνας τις υψηλότερες θερμοκρασίες του αέρα. v<5m/s & H<27 v<5m/s & 27<H<3 NNW NW C N.2.1 NNE NE ENE NNW NW C N.1.5 NNE NE ENE WNW E WNW E W ESE W ESE WSW SW SSW S SE SSE WSW SW SSW S SE SSE v<5m/s & 3<H<4 v<5m/s &H>4 NNW NW C N.1.5 NNE NE ENE NNW NW C N.4.2 NNE NE ENE WNW E WNW E W ESE W ESE WSW SW SSW S SE SSE WSW SW SSW S SE SSE Εικόνα 7.16 Κατανομή συχνοτήτων των διευθύνσεων του ανέμου, για ένταση ανέμου v<5m/s για τα διάφορα πεδία τιμών του δείκτη δυσφορίας Η, στο σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών Για ταχύτητες του ανέμου μεγαλύτερες των 5m/s οι μέσες τιμές του δείκτη δυσφορίας Η, εμφανίσθηκαν υψηλότερες (33,52 3,48) από αυτές που παρατηρήθηκαν με ανέμους μικρότερους των 5m/s, (31,33 4,17), χωρίς επί πλέον να παρατηρείται κάποια σημαντική συσχέτιση μεταξύ ανέμου και δείκτη δυσφορίας. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.17 οι περιπτώσεις με 3<Η<4, συνδυάζονται και στην περίπτωση αυτή με δυτικό ως νοτιοδυτικό ρεύμα, χωρίς όμως οι υψηλές ταχύτητες του ανέμου από τα νοτιοδυτικά να επηρεάζουν τις τιμές του δείκτη δυσφορίας. 218

226 V>5m/s & H<27 V>5m/s & 27< H<3 NW NNW C.5 N 1 NNE NE ENE NW NNW C N.6.3 NNE NE ENE WNW W E ESE WNW W E ESE WSW SW SSW S SE SSE WSW SW SSW S SE SSE V>5m/s & 3< H<4 NW WNW W NNW WSW N C.2.15 SW SSW.1.5 S NNE NE SSE SE ENE E ESE Εικόνα Κατανομή συχνοτήτων των διευθύνσεων του ανέμου, για ένταση ανέμου v>5m/s, για τα διάφορα πεδία τιμών του δείκτη δυσφορίας Η, στο σταθμό του Αστεροσκοπείου Αθηνών 7.7 Χωρική κατανομή των μέσων μηνιαίων και μέγιστων ημερησίων τιμών του δείκτη Η (Humidex), στο λεκανοπέδιο της Αθήνας. Ολοκληρώνοντας την μελέτη του δείκτη δυσφορίας Η, ορίζονται οι ισότιμες καμπύλες των μέσων και μέγιστων μηνιαίων τιμών του δείκτη Η, κατά την διάρκεια της ημέρας (7.-21.LT) και της νύκτας (22.-6.LT) με τρόπο ώστε να γίνει μια καλύτερη απεικόνιση της χωρικής κατανομής των συνθηκών θερμικής δυσφορίας. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.18 α., τον Ιούνιο, εκτός από την Βόρεια και ανατολική περιοχή, όπου η μέση μηνιαία τιμή του δείκτη Η την ημέρα μόλις και ξεπερνά την τιμή 3, στις δυτικές περιοχές φθάνει την τιμή 34, όπου πλέον αρχίζει να γίνεται αισθητή η θερμική δυσφορία. Τον Ιούλιο (Εικόνα 7.18 β) παρατηρούνται μικρότερες διαφοροποιήσεις μεταξύ των διαφόρων περιοχών, με τις τιμές του δείκτη να κυμαίνονται μεταξύ του 34 και του 4 (και πάλι στην δυτική περιοχή), με τις συνθήκες πλέον θερμικής δυσφορίας να παρατηρούνται σχεδόν σε όλο το λεκανοπέδιο. Τέλος, τον Αύγουστο (Εικόνα 7.18 γ) οι τιμές του δείκτη Η είναι χαμηλότερες αυτών του Ιουλίου και κυμαίνονται μεταξύ 31 και 37, με μια μετατόπιση όμως του μεγίστου προς τις νοτιοδυτικές περιοχές. Οι αντίστοιχες τιμές, κατά τη διάρκεια της νύκτας τον Ιούνιο και Αύγουστο, δεν ξεπερνούν τις 28 με 29 μονάδες. Όλο το λεκανοπέδιο δηλαδή βρίσκεται σε επίπεδα θερμικής άνεσης και μόνο τον Ιούλιο φθάνουν την τιμή 32.(Εικόνα 7.19 α, β,γ). 219

227 α. Ιούνιος β. Ιούλιος 22

228 γ. Αύγουστος Εικόνα 7.18 Μέση ημερήσια τιμή του δείκτη δυσφορίας Η Αντίστοιχα, οι μέγιστες ωριαίες τιμές κατά την διάρκεια της ημέρας κυμάνθηκαν μεταξύ του 56 και του 62 και εντοπίσθηκαν κυρίως στην δυτική ζώνη, με μια τάση επέκτασης τόσο προς βορρά όσο και προς νότο. Κατά την διάρκεια της νύκτας περιορίσθηκαν στις δυτικές περιοχές με τιμές από 41 ως 43. Όπως φαίνεται λοιπόν, στην δυτική κυρίως και εν μέρει στη νοτιοδυτική περιοχή, καθ όλη τη διάρκεια του 24ώρου και όλο το καλοκαίρι, εμφανίζονται τιμές του δείκτη θερμικής δυσφορίας μέσα στα όρια των επικίνδυνων συνθηκών, όπου απαιτείται τουλάχιστον για ορισμένες ώρες η διακοπή κάθε ανθρώπινης δραστηριότητας. 221

229 α. Ιούνιος β. Ιούλιος 222

230 γ. Αύγουστος Εικόνα Μέση νυκτερινή τιμή του δείκτη δυσφορίας Η 223

231 KEΦΑΛΑΙΟ 8 ΕΚΤΙΜΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΒΑΘΜΟΩΡΩΝ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΒΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ 224

232 8.1 Εισαγωγή Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Μετεωρoλογικό Οργανισμό (WMO) [396] οι βαθμοημέρες (DD) είναι ένας εύκολος δείκτης θερμικής άνεσης, χρησιμοποιούμενος συνήθως στους υπολογισμούς των καταναλώσεων για θέρμανση ή ψύξη κτιρίων(ashrae,1989) [251]. Εντούτοις είναι ένας πολύ χονδρικός δείκτης, ο οποίος χρησιμοποιείται αναγκαστικά στις περιπτώσεις που δεν υπάρχουν διαθέσιμες ωριαίες μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα. Καλύτερα αποτελέσματα προκύπτουν, στην περίπτωση που είναι διαθέσιμες ωριαίες τιμές της θερμοκρασίας του αέρα, αφαιρώντας από την θερμοκρασία του αέρα μια θερμοκρασία βάσης (περίπτωση ψύξης), οπότε ορίζεται για κάθε ώρα ένα μέγεθος καλούμενο βαθμοώρα. Το άθροισμά τους, για τις 24 ώρες μιας ημέρας, ορίζει τον ημερήσιο αριθμό των βαθμοωρών DH ψύξης. Προσεγγίσεις, για την εκτίμηση της ημερήσιας τιμής των βαθμοωρών (DH), περικλείουν συναρτησιακές ή στατιστικές εκτιμήσεις των ημερήσιων θερμοκρασιών και υπολογισμό των DH δια μέσου αυτών (Linvill, 199 [326], EPRI, 1983 [286], Dombayci, 29 [283],Christenson, 26 [278]), ή προσεγγίσεις δια μέσου του αριθμού των βαθμοημερών (DD). Τις αποκλίσεις, μεταξύ των μετρημένων τιμών των βαθμοωρών και των εκτιμημένων με διάφορες προσεγγιστικές μεθόδους αντίστοιχων τιμών, έχουν μελετήσει μεταξύ άλλων οι Ηuang et al [33] και οι Gutman and Leehman,1992 [296] για 45 και 27 αντίστοιχα πόλεις των ΗΠΑ. Όπως προέκυψε, ο ετήσιος αριθμός των βαθμοωρών (DH) ήταν σε όλες τις περιπτώσεις υψηλότερος από τον αντίστοιχο ετήσιο αριθμό των εκτιμημένων δια μέσου των βαθμοημερών τιμών, με τις μεγαλύτερες αποκλίσεις να παρατηρούνται στα ήπια και ξηρά κλίματα. Στο κεφάλαιο αυτό, θα γίνει αναφορά στις υπολογισθείσες κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του 29 βαθμοώρες, από μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα, στους 26 σταθμούς του δικτύου της παρούσας εργασίας, ώστε να ληφθεί μια ένδειξη για το μέγεθός τους και την χωρική κατανομή τους. Δεν θα πρέπει όμως, να διαφεύγει από τον αναγνώστη το γεγονός, ότι οι καταναλώσεις για ψύξη εσωτερικών χώρων δεν θα πρέπει να στηρίζονται αποκλειστικά στην εκτίμηση των βαθμοωρών. Οι καταναλώσεις αυτές εξαρτώνται και από άλλους παράγοντες μερικοί από τους οποίους είναι: Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο εσωτερικό του κτιρίου Το μέγεθος των ηλεκτρικών συσκευών που λειτουργούν μέσα στο κτίριο οι οποίες εκλύουν θερμική ενέργεια στο χώρο Η τιμή της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του κτιρίου, που συνδέεται μαζί με την θερμοκρασία του αέρα με το «αίσθημα άνεσης» μέσα στο κτίριο Ο αριθμός των παραθύρων του κτιρίου και αν αυτά είναι ανοιγόμενα ή όχι Η ταχύτητα του ανέμου στο εξωτερικό περιβάλλον Η νεφοκάλυψη κλπ 225

233 8.2 Στατιστική επεξεργασία της κατανομής των βαθμοωρών για διάφορες βάσεις στο λεκανοπέδιο της Αθήνας. Στη μελέτη των βαθμοωρών, για διάφορες βάσεις θερμοκρασίας, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται: Α. Στην χωρική και χρονική κατανομή τους Β. Στο ρυθμό μεταβολής του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών, σε σχέση με τις διάφορες βάσεις θερμοκρασίας Γ. Στο ρυθμό μεταβολής του απολύτως μέγιστου αριθμού των βαθμοωρών και πάλι για τις διάφορες βάσεις θερμοκρασίας Δ. Στην κατανομή συχνοτήτων των βαθμοωρών για τις βάσεις των 24, 28 και 33 C. Οι βάσεις αυτές επιλέχθηκαν γιατί αποτελούν κατώφλια θερμικής δυσφορίας Ε. Στην θεωρητική εκτίμηση και τον ορισμό των περιόδων επανάληψης μεγάλου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών Χωρική και χρονική κατανομή του αριθμού των βαθμοωρών για βάση θερμοκρασίας 24 C Στο σημείο αυτό μελετάται ο ημερήσιος αριθμός των βαθμοωρών, για διάφορες θερμοκρασίες βάσης. Η μελέτη των βαθμοωρών, σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, δίνει καλύτερη απεικόνιση του θερμικού ισοζυγίου μιας περιοχής, γιατί λαμβάνει υπόψη, τόσο την ένταση όσο και τη διάρκεια της υπέρβασης της θερμοκρασίας από κάποια τιμή βάσης. Στην αρχή, για να ελεγχθεί αν υπάρχει σχέση μεταξύ του μέσου αριθμού των βαθμοωρών της θερινής περιόδου του 29 και του φαινομένου της θερμής νησίδας, υπολογίσθηκε (σε ημερολογιακή βάση για ολόκληρο το καλοκαίρι) ο μέσος αριθμός των βαθμοωρών για την θερμοκρασία βάσης των 24 C, τόσο για το διάστημα της ημέρας (7. ως 21. τοπική ώρα) όσο και κατά το διάστημα της νύκτας (22. ως 6. τοπική ώρα). Στις Εικόνες 1 α, β με τις ισότιμες καμπύλες, φαίνεται μια υπερθέρμανση στις Νοτιοδυτικές περιοχές του λεκανοπεδίου, αλλά και στο κέντρο της πόλης κατά την διάρκεια της ημέρας, καθώς και στο κέντρο της πόλης και τις δυτικές περιοχές κατά τη διάρκεια της νύκτας. Για όλο όμως το καλοκαίρι, ο συνολικός αριθμός των βαθμοωρών είναι εμφανώς μεγαλύτερος, μόνο στις περιοχές που έχουν χαρακτηρισθεί σαν «θερμές κηλίδες», και μικρότερος μόνο στις βορειοανατολικές περιοχές. Ακόμα και σημεία της βόρειας περιοχής, που γειτονεύουν με την δυτική περιοχή, ο συνολικός αριθμός των βαθμοωρών (DH {24}) δεν διαφέρει σημαντικά από αυτόν των γειτονικών περιοχών. Θα πρέπει να ληφθεί όμως υπόψη ότι καθ όλη τη διάρκεια του καλοκαιριού, τόσο την ημέρα όσο και την νύκτα, οι θερμοκρασίες του αέρα της τάξης των 24 C ή (σε ορισμένες περιπτώσεις) και μεγαλύτερες έχουν μέγιστη πιθανότητα εμφάνισης. 226

234 α. β. Εικόνα 8.1 α. Μέσες ημερήσιες (7.-21.LT) και β. νυκτερινές (22.-6.LT) τιμές του αριθμού των βαθμοωρών για την βάση των 24 C 227

235 Βαθμοώρες Ρυθμός μεταβολής του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών για διάφορες θερμοκρασίες βάσης. Για κάθε σταθμό υπολογίζεται η βέλτιστη συσχέτιση που αντιστοιχεί στον ημερήσιο αριθμό των βαθμοωρών για τις βάσεις θερμοκρασίας με μοναδιαίο βήμα από 24 ως 33 C. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 8.1 οι βέλτιστες συσχετίσεις είναι πολυωνυμικής μορφής 2 ου βαθμού. Οι συντελεστές συσχέτισης για το μέγεθος του δείγματος (Ν=228) είναι σε όλες τις περιπτώσεις στατιστικά σημαντικοί και κυμαίνονται από,692 (Ελληνικό) ως,815 (Μοσχάτο). Η λίγο μικρότερη τιμή του συντελεστή της πολυωνυμικής συσχέτισης 2 ου βαθμού στο Ελληνικό οφείλεται στις μεγαλύτερες τιμές του συντελεστή μεταβλητότητας, για σχεδόν όλες τις βάσεις θερμοκρασίας, που οφείλεται κυρίως στη μεγαλύτερη διασπορά των βαθμοωρών, για κάθε βάση θερμοκρασίας. Ο μέσος αριθμός των βαθμοωρών με βάση τους 24 C, λαμβάνει τις μικρότερες τιμές στη Βόρεια περιοχή (89 βαθμοώρες), ακολουθεί η Ανατολική και η Νοτιοανατολική περιοχή (96 βαθμοώρες), στη συνέχεια το Κέντρο της πόλης και η Δυτική περιοχή (13 και 113 βαθμοώρες αντίστοιχα), ενώ η μεγαλύτερη τιμή παρατηρείται στο Νοτιοδυτικό τομέα (123 βαθμοώρες). Τα αντίστοιχα μεγέθη για την βάση των 33 C διαμορφώνουν μια διαφορετική εικόνα. Ο μέσος αριθμός τους για το Κέντρο της πόλης, το Βόρειο, Ανατολικό και Νοτιοανατολικό τμήμα δεν ξεπερνά τις 5 βαθμοώρες, ενώ στο Νοτιοδυτικό τομέα και τη Δυτική περιοχή του λεκανοπεδίου της Αθήνας σχεδόν διπλασιάζεται (9 και 8 βαθμοώρες αντίστοιχα). Η εικόνα αυτή έχει σαν αποτέλεσμα ένα μικρότερο ρυθμό μεταβολής του αριθμού των βαθμοωρών, σε σχέση με την θερμοκρασία βάσης στη Βόρεια περιοχή και ένα ταχύτερο ρυθμό στο Νοτιοδυτικό τομέα Αστεροσκοπείο Αθηνών Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές μέσες εκτιμημένες 228

236 Βαθμοώρες Βαθμοώρες Βαθμοώρες 25 2 Αθήνα Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες Εικόνα 8.2 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές του μέσου και μέγιστου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών, σε σχέση με τις θερμοκρασίες βάσης (κέντρο πόλης) 25 2 Νέα Φιλαδέλφεια Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 3 25 Καματερό Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμεπιρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 229

237 Βαθμοώρες Βαθμοώρες Νέα Ερυθραία Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 25 2 Μαρούσι Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Άνω Λιόσια Βαθμοώρες Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες Εικόνα 8.3 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές του μέσου και μέγιστου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών σε σχέση με τις θερμοκρασίες βάσης (βόρειο τμήμα) 23

238 Βαθμοώρες Βαθμοώρες 25 2 Βύρωνας Βαθμοώρες Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Ζωγράφου Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Αγία Παρασκευή Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 231

239 Βαθμοώρες Βαθμοώρες 25 2 Ηλιούπολη Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Καισαριανή Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες Εικόνα 8.4 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές του μέσου και μέγιστου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών σε σχέση με τις θερμοκρασίες βάσης (Ανατολικό τμήμα) 25 2 Ελληνικό Βαθμοώρες Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 232

240 Βαθμοώρες Βαθμοώρες Βαθμοώρες Γλυφάδα Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 25 2 Καλλιθέα Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμεπιρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Μοσχάτο Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 233

241 Βαθμοώρες Βαθμοώρες Βαθμοώρες 25 2 Ρέντη Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες Εικόνα 8.5 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές του μέσου και μέγιστου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών σε σχέση με τις θερμοκρασίες βάσης (Νότιο τμήμα) 3 25 Αγία Βαρβάρα Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 25 2 Άγιοι Ανάργυροι Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 234

242 Βαθμοώρες Βαθμοώρες 25 2 Ίλιον Βαθμοώρε 15 1 ς Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες 3 25 Πετρούπολη Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Αιγάλεω Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 235

243 Βαθμοώρες Βαθμοώρες 25 2 Χαϊδάρι Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 25 2 Κορυδαλλός Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές μέσες εκτιμημένες 3 25 Περιστέρι Βαθμοώρες Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εμπειρικές Μέσες εκτιμημένες 236

244 25 Βαθμοώρες Ζεφύρι Τ(βάσης) Μέγιστες εμπειρικές Μέσες εμπειρικές Μέγιστες εκτιμημένες Μέσες εκτιμημένες Εικόνα 8.6 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές του μέσου και μέγιστου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών σε σχέση με τις θερμοκρασίες βάσης (Δυτικό τμήμα) Στις Εικόνες 8.2 ως 8.6 δίνονται οι εμπειρικές μέγιστες και μέσες τιμές του αριθμού των βαθμοωρών για κάθε μία από τις θερμοκρασίες βάσεις, καθώς και οι αντίστοιχες προκύπτουσες καμπύλες συσχέτισης. Όπως φαίνεται προκύπτει τόσο καλή προσαρμογή των δεδομένων στην γραμμή παλινδρόμησης όσο και κλίση των καμπύλων παλινδρόμησης, που ορίζει το ρυθμό μεταβολής του αριθμού των βαθμοωρών συναρτήσει της θερμοκρασίας βάσης. Πίνακας 8.1 Συσχετίσεις για την εκτίμηση του μέσου αριθμού των βαθμοωρών με θερμοκρασία πάνω από κάποια βάση, συναρτήσει της θερμοκρασίας βάσης και αντίστοιχοι συντελεστές συσχέτισης (R) Περιοχή Σταθμός Συσχέτιση R Κέντρο πόλης Αστεροσκοπείο Αθηνών DH=1,8 Τ 2 (βάσης)-71,74 Τ(βάσης)+1198,9,728 Αθήνα DH=1,27 Τ 2 (βάσης)-83,66 Τ(βάσης)+1383,4,778 Νέα Ερυθραία DH=,842 Τ 2 (βάσης)-54,75 Τ(βάσης)+893,37,668 Βόρειο τμήμα Άνω Λιόσια DH=1,5 Τ 2 (βάσης)-69,71 Τ(βάσης)+1163,9,77 Καματερό DH=,97 Τ 2 (βάσης)-66,33 Τ(βάσης)+1136,8,713 Νέα Φιλαδέλφεια DH=1,18 Τ 2 (βάσης)-76,84 Τ(βάσης)+1251,2,745 Μαρούσι DH=1,2 Τ 2 (βάσης)-77,34 Τ(βάσης)+1253,9,

245 Βύρωνας DH=1,24 Τ 2 (βάσης)-84,25 Τ(βάσης)+1434,2,771 Ανατολικό τμήμα Καισαριανή DH=1,1 Τ 2 (βάσης)-72,62 Τ(βάσης)+122,2,721 Αγία Παρασκευή DH=1,35 Τ 2 (βάσης)-85,93 Τ(βάσης)+1366,3,74 Ηλιούπολη DH=1,14 Τ 2 (βάσης)-74,84 Τ(βάσης)+1234,4,751 Ζωγράφου DH=1,3 Τ 2 (βάσης)-67,52 Τ(βάσης)+115,1,75 Ελληνικό DH=,857 Τ 2 (βάσης)-58,72 Τ(βάσης)+113,3,692 Νότιο τμήμα Γλυφάδα DH=1,28 Τ 2 (βάσης)-82,98 Τ(βάσης)+1348,9,764 Καλλιθέα DH=1,21 Τ 2 (βάσης)-81,27 Τ(βάσης)+137,3,761 Μοσχάτο DH=1,3 Τ 2 (βάσης)-88,54 Τ(βάσης)+1511,5,815 Ρέντη DH=,986 Τ 2 (βάσης)-67,62 Τ(βάσης)+117,4,712 Αγία Βαρβάρα DH=1,21 Τ 2 (βάσης)-8,98 Τ(βάσης)+1361,8,745 Άγιοι Ανάργυροι DH=,97 Τ 2 (βάσης)-67,36 Τ(βάσης)+1176,,757 Ίλιον DH=1,1 Τ 2 (βάσης)-69,3 Τ(βάσης)+1182,2,747 Δυτικό τμήμα Πετρούπολη DH=1,29 Τ 2 (βάσης)-85,38 Τ(βάσης)+1421,8,729 Αιγάλεω DH=1,2 Τ 2 (βάσης)-78,96 Τ(βάσης)+137,,74 Χαϊδάρι DH=1,14 Τ 2 (βάσης)-76,8 Τ(βάσης)+128,4,757 Κορυδαλλός DH=1,29 Τ 2 (βάσης)-84,64 Τ(βάσης)+1394,4,742 Περιστέρι DH=,91 Τ 2 (βάσης)-64,94 Τ(βάσης)+117,6,74 Ζεφύρι DH=,85 Τ 2 (βάσης)-59,4 Τ(βάσης)+134,1,

246 Πίνακας 8.2 Συσχετίσεις για την εκτίμηση του μέγιστου αριθμού των βαθμοωρών με θερμοκρασία πάνω από κάποια βάση, συναρτήσει της θερμοκρασίας βάσης και αντίστοιχοι συντελεστές συσχέτισης (R) Περιοχή Σταθμός Συσχέτιση R Κέντρο πόλης Αστεροσκοπείο Αθηνών DH=1,1 Τ 2 (βάσης)-75,65 Τ(βάσης)+1443,9,998 Αθήνα DH=,89 Τ 2 (βάσης)-71,44 Τ(βάσης)+1423,999 Νέα Ερυθραία DH=,95 Τ 2 (βάσης)-7,58 Τ(βάσης)+1334,9,999 Βόρειο τμήμα Άνω Λιόσια DH=,84 Τ 2 (βάσης)-66,61 Τ(βάσης)+1352,6,999 Καματερό DH=,86 Τ 2 (βάσης)-68,29 Τ(βάσης)+1387,7,999 Νέα Φιλαδέλφεια DH=1, Τ 2 (βάσης)-75,15 Τ(βάσης)+1434,1,999 Μαρούσι DH=,86 Τ 2 (βάσης)-68,43 Τ(βάσης)+1367,3,999 Βύρωνας DH=,62 Τ 2 (βάσης)-57,54 Τ(βάσης)+1257,4,999 Ανατολικό τμήμα Καισαριανή DH=,96 Τ 2 (βάσης)-74,12 Τ(βάσης)+1452,7,999 Αγία Παρασκευή DH=,84 Τ 2 (βάσης)-68,49 Τ(βάσης)+1369,6,982 Ηλιούπολη DH=,97 Τ 2 (βάσης)-74,83 Τ(βάσης)+1434,2,999 Ζωγράφου DH=,93 Τ 2 (βάσης)-72,31 Τ(βάσης)+1417,8,999 Ελληνικό DH=,81 Τ 2 (βάσης)-62,53 Τ(βάσης)+1239,9,999 Νότιο τμήμα Γλυφάδα DH=1,8 Τ 2 (βάσης)-79,7 Τ(βάσης)+1461,3,999 Καλλιθέα DH=,69 Τ 2 (βάσης)-59, Τ(βάσης)+125,,999 Μοσχάτο DH=,96 Τ 2 (βάσης)-74,74 Τ(βάσης)+1472,7,999 Ρέντη DH=,85 Τ 2 (βάσης)-65,77 Τ(βάσης)+132,1,999 Αγία Βαρβάρα DH=,59 Τ 2 (βάσης)-55,67 Τ(βάσης)+1246,5,999 Δυτικό τμήμα Άγιοι Ανάργυροι DH=,87 Τ 2 (βάσης)-69,39 Τ(βάσης)+138,8,999 Ίλιον DH=,91 Τ 2 (βάσης)-71,3 Τ(βάσης)+1417,3,999 Πετρούπολη DH=1,24 Τ 2 (βάσης)-91,32 Τ(βάσης)+1736,5,

247 Αιγάλεω DH=,79 Τ 2 (βάσης)-66,11 Τ(βάσης)+1358,2,999 Χαϊδάρι DH=1,5 Τ 2 (βάσης)-79,22 Τ(βάσης)+1518,7,999 Κορυδαλλός DH=,58 Τ 2 (βάσης)-55,33 Τ(βάσης)+1224,,999 Περιστέρι DH=,64 Τ 2 (βάσης)-53,92 Τ(βάσης)+1173,3,999 Ζεφύρι DH=,96 Τ 2 (βάσης)-72,84 Τ(βάσης)+1415,6, Ρυθμός μεταβολής του απολύτως μέγιστου ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών για διάφορες θερμοκρασίες βάσης Όπως φαίνεται στον Πίνακα 8.2. οι βέλτιστες συσχετίσεις είναι και πάλι πολυωνυμικής μορφής 2 ου βαθμού. Οι συντελεστές συσχέτισης για το μέγεθος του δείγματος (Ν=92) είναι σε όλες τις περιπτώσεις στατιστικά σημαντικοί. Η μέση τιμή του απολύτως μέγιστου αριθμού των βαθμοωρών με βάση τους 24 C, λαμβάνει τις μικρότερες τιμές στη Νοτιοανατολική περιοχή (195 βαθμοώρες), ενώ μπορεί να θεωρηθεί ότι παραμένει στα ίδια περίπου επίπεδα για όλες τις άλλες περιοχές ( βαθμοώρες). Αντίστοιχα για τη βάση των 33 C οι μικρότερες μέσες μέγιστες τιμές 39-4 βαθμοώρες παρατηρούνται στο Κέντρο της πόλης, την Ανατολική και την Νοτιοανατολική περιοχή και οι μεγαλύτερες, βαθμοώρες στη Βόρεια, Νοτιοδυτική και Δυτική περιοχή. Χαρακτηριστικό είναι ότι και στις θεωρούμενες ως «ψυχρότερες» περιοχές όπως είναι η Βόρεια περιοχή, εμφανίζονται ακραίες μέγιστες θερμοκρασίες, που οδηγούν στην εμφάνιση μεγάλου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών. Όπως φαίνεται και στις Εικόνες οι κλίσεις των καμπύλων πολυωνυμικής παλινδρόμησης είναι σε όλες τις περιπτώσεις περίπου οι ίδιες, δηλαδή η μεταβολή του απολύτως μέγιστου αριθμού των βαθμοωρών σε σχέση με την θερμοκρασία βάσης είναι για όλες τις περιοχές η ίδια. Ως αποτέλεσμα, παρατηρείται μια σύγκλιση των δύο καμπύλων στο σταθμό της Ν. Ερυθραίας, ενώ στον σταθμό του Μοσχάτου οι καμπύλες εμφανίζονται αντίστοιχα σχεδόν παράλληλες. Κατόπιν αυτού προκύπτει ότι σε πολύ υψηλό επίπεδο σημαντικότητας είναι δυνατή η εκτίμηση του μέσου και μέγιστου αριθμού βαθμοωρών, για κάθε θερμοκρασία βάσης μεταξύ 24 και 33 C, από τις αντίστοιχες συσχετίσεις, που δίνονται στους Πίνακες 8.1 και

248 Συχνότητα Συχνότητα Κατανομή συχνοτήτων του αριθμού βαθμοωρών για τις βάσεις των 24, 28 και 33 C. Θεωρητική προσέγγιση. 1 Αθήνα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Αστεροσκοπείο Αθηνών Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Εικόνα 8.7 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές της κατανομής του ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών (Κέντρο πόλης) 1 Νέα Φιλαδέλφεια.8 Συχνότητα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 241

249 Συχνότητα Συχνότητα 1 Καματερό.8 Συχνότητα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Νέα Ερυθραία Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Μαρούσι Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Άνω Λιόσια 1.8 Συχνότητα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Εικόνα 8.8 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές της κατανομής του ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών (Βόρειο τμήμα) 242

250 Συχνότητα Συχνότητα Βύρωνας 1.8 Συχνότητα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Ζωγράφου 1.8 Συχνότητα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Αγία Παρασκευή Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Ηλιούπολη Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 243

251 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1 Καισαριανή Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Εικόνα 8.9 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές της κατανομής του ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών (Ανατολικό τμήμα) 1 Ελληνικό Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Γλυφάδα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 244

252 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1 Καλλιθέα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Μοσχάτο Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Ρέντη Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Εικόνα 8.1 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές της κατανομής του ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών (Νότιο τμήμα) 245

253 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1 Αγία Βαρβάρα Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Άγιοι Ανάργυροι Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Ίλιον Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Πετρούπολη Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 246

254 Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα Συχνότητα 1 Αιγάλεω Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Χαϊδάρι Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Κορυδαλλός Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 1 Περιστέρι Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) 247

255 Συχνότητα 1 Ζεφύρι Βαθμοώρες Εμπ.(24) Εμπ.(28) Εμπ.(33) Εκτ.(24) Εκτ.(28) Εκτ.(33) Εικόνα 8.11 Εμπειρικές και εκτιμημένες τιμές της κατανομής του ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών (Δυτικό τμήμα) α. 248

256 β. γ. Εικόνα 8.12 Ισότιμες των μέσων βαθμοωρών με βάσεις α. 24, β. 28 και γ. 33 C 249

257 α. β. 25

258 γ. Εικόνα Ισότιμες των διάμεσων θεωρητικών βαθμοωρών με βάσεις α. 24, β. 28 και γ. 33 C Στο σημείο αυτό μελετώνται οι κατανομές συχνοτήτων του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών για τις βάσεις θερμοκρασίας 24, 28 και 33 C. Σκοπός σε πρώτη φάση είναι η σύγκριση των μορφών των κατανομών στις διάφορες θέσεις. Όπως προέκυψε οι κατανομές συχνοτήτων σε όλους, εκτός από τους σταθμούς που βρίσκονται κοντά στη θάλασσα (Ελληνικό, Γλυφάδα, Μοσχάτο και Ρέντη), εμφανίζονται με θετική λόξευση της κατανομής, δηλαδή η μέση τιμή είναι μεγαλύτερη της διάμεσης τιμής (η οποία εκφράζει τον μέσο θέσεως σε μια διατεταγμένη κατά αύξουσα ή φθίνουσα σειρά τιμών), γεγονός που ναι μεν δείχνει μια ομοιόμορφη συμπεριφορά, συγχρόνως όμως προκύπτει ότι τα δεδομένα δεν ακολουθούν κανονική κατανομή. Επειδή το ζητούμενο είναι όχι μόνο η διαπίστωση της συμπεριφοράς της θερμοκρασίας του αέρα στις διάφορες θέσεις, αλλά και η δυνατότητα μιας θεωρητικής εκτίμησης της πιθανότητας εμφάνισης του αριθμού των βαθμοωρών που υπερβαίνουν κάποιο κατώφλι (για διάφορες βάσεις θερμοκρασίας), ορίσθηκαν αρχικά οι αθροιστικές κατανομές συχνοτήτων και στη συνέχεια αναζητήθηκε θεωρητική αθροιστική κατανομή, η οποία να προσαρμόζεται στα δεδομένα (καλή προσαρμογή του θεωρητικού νόμου στη στάθμη σημαντικότητας,5). Κατ αυτόν τον τρόπο θα μπορεί να ορισθεί στη στάθμη σημαντικότητας 5% η θεωρητική συχνότητα εμφάνισης τιμών πάνω από μια ζητούμενη τιμή. Στις Εικόνες δίνονται, για κάθε σταθμό, οι αθροιστικές κατανομές συχνοτήτων των βαθμοωρών για τις βάσεις θερμοκρασίας 24, 28 και 33 C, από όπου φαίνεται κατ αρχάς η εξάπλωση των τιμών σε κάθε σταθμό. Έτσι, για παράδειγμα στο σταθμό της Ν.Ερυθραίας (Εικόνα 8.8) οι τιμές - 251

259 DH{24} δεν ξεπερνούν τις 2 βαθμοώρες, οι DH{28} τις 11 και οι DH{33} τις 5, όπου μάλιστα φαίνεται ότι στο 85% περίπου των περιπτώσεων αυτές έχουν μηδενικές τιμές. Αντίθετα στο Περιστέρι (Εικόνα 8.11) οι τιμές DH{24} φθάνουν μέχρι τις 26 βαθμοώρες (όπως και στην Πετρούπολη), οι DH{28} τις 16 βαθμοώρες, ενώ οι DH{33} μόνο στο 32% των περιπτώσεων είναι από μηδενικές μέχρι 1 βαθμοώρες. Είναι ως εκ τούτου σαφής η διαφοροποίηση μεταξύ βόρειας και δυτικής περιοχής. Αναζητώντας, στη συνέχεια, την βέλτιστη θεωρητική αθροιστική κατανομή συχνοτήτων που να παρουσιάζει καλή προσαρμογή στα δεδομένα, προέκυψε ότι σε όλες τις περιπτώσεις τα καλύτερα αποτελέσματα έδωσε η προσέγγιση της «Γάμμα» κατανομής, η μορφή της οποίας ανάλογα με τις τιμές των παραμέτρων που ορίζονται από το δείγμα μπορεί να εμφανίζεται σαν αρνητικά ασύμμετρη καμπύλη, συμμετρική καμπύλη, ή θετικά ασύμμετρη καμπύλη. Η θεωρητική εξίσωση της «Γάμμα» κατανομής δίνεται από την σχέση: f ( x ) 1 x x exp ( ) (8.1) όπου α και β > παράμετροι της κατανομής και Γ(α) η Γάμμα συνάρτηση. Οι παράμετροι α και β εκτιμώνται με τη μέθοδο των ροπών από τις σχέσεις: x 2 (8.2) s και s 2 (8.3) x όπου x και s η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση των τιμών του δείγματος. Στην περίπτωση που α>1 οι παράμετροι α και β που δίνονται παραπάνω οδηγούν σε καλές εκτιμήσεις των θεωρητικών συχνοτήτων, ενώ για τιμές α<1 θα πρέπει για τον υπολογισμό των α και β να ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία [239]: Ορίζεται η ποσότητα, D ln( x ) ln( G ) (8.4) όπου G ο γεωμετρικός μέσος των τιμών του δείγματος. Στην συνέχεια αν D.5772, τότε οι παράμετροι α και β ορίζονται από τις σχέσεις:,5876, D, D D και 2 (8.5) 252

260 x (8.6) ενώ αν,5772<d 17,, οι όροι α, β ορίζονται από τις σχέσεις: 8, ,5995 D, D ,79728 D 11, D D 2 (8.7) και x (8.8) Για τιμές D>17, οι εκτιμήσεις των παραμέτρων α, β μπορούν να γίνουν όπως και στην περίπτωση που ισχύει α>1 (σχέσεις 8.2 και 8.3). Τέλος, για τιμές της παραμέτρου α<1 ή 2 α 5, καλύτερα οι εκτιμήσεις να γίνονται με την βοήθεια Η/Υ [239]. Οι θεωρητικές αθροιστικές καμπύλες έχουν επίσης χαραχθεί στα διαγράμματα κατανομής συχνοτήτων (Εικόνες ), για κάθε περίπτωση, από όπου προκύπτει ότι σε όλες τις περιπτώσεις υπάρχει καλή προσαρμογή στα δεδομένα. Ο θεωρητικός έλεγχος καλής προσαρμογής έγινε με την βοήθεια του στατιστικού ελέγχου καλής προσαρμογής των Kolmogorov-Smirnov για ένα δείγμα όπου, δεδομένου ότι το μελετώμενο μέγεθος (βαθμοώρες) είναι συνεχής μεταβλητή, ορίσθηκε η μέγιστη απόλυτη απόκλιση μεταξύ εμπειρικής και θεωρητικής συνεχούς καμπύλης. Αυτή συγκρίθηκε για Ν βαθμούς ελευθερίας (όπου Ν το πλήθος των τάξεων διαστημάτων κάθε δείγματος) με την αντίστοιχη κρίσιμη τιμή στη στάθμη σημαντικότητας α=,5. Όπως προέκυψε (Πίνακας 8.3.) σε όλες τις περιπτώσεις βρέθηκε ότι υπάρχει καλή προσαρμογή του θεωρητικού νόμου στο δείγμα. Πίνακας 8.3 Τιμές του ελέγχου καλής προσαρμογής των Kolmogorov-Smirnov για ένα δείγμα στην προσαρμογή της «Γάμμα» κατανομής, στις αθροιστικές κατανομές συχνοτήτων των βαθμοωρών για τις βάσεις των 24, 28 και 33 C Σταθμός Βάση Βάση Βάση Σταθμός Βάση Βάση Βάση 24 C 28 C 33 C 24 C 28 C 33 C Αστεροσκοπείο Αθηνών,6<,29*,17<,38,3<,43 Γλυφάδα,12<,3,19<,41,2<,52 Αθήνα,6<,28,9<,36,5<,45 Καλλιθέα,6<,27,16<,34,4<,38 Νέα Ερυθραία,4<,29,4<,39,4<,43 Μοσχάτο,9<,27,14<,35,4<,39 Άνω Λιόσια,4<,27,6<,39,4<,36 Ρέντη,15<,28,22<,36,18<,38 253

261 Καματερό,5<,26,7<,33,6<,34 Αγία Βαρβάρα,4<,26,7<,33,3<,38 Νέα Φιλαδέλφεια,4<,38,8<,38,3<,45 Άγιοι Ανάργυροι,6<,27,8<,36,9<,41 Μαρούσι,2<,28,8<,36,3<,43 Ίλιον,5<,27,1<,35,6<,36 Βύρωνας,7<,27,8<,35,6<,43 Πετρούπολη,4<,26,1<,36,9<,35 Καισαριανή,7<,27,8<,35,3<,39 Αιγάλεω,8<,27,1<,36,3<,45 Αγία Παρασκευή,9<,29,7<,38,2<,52 Χαϊδάρι,5<,28,4<,36,8<,41 Ηλιούπολη,5<,29,5<,41,6<,56 Κορυδαλλός,4<,27,1<,35,2<,45 Ζωγράφου,5<,28,7<,36,2<,41 Περιστέρι,12<,26,1<,32,15<,3 Ελληνικό,15<,29,26<,36,12<,39 Ζεφύρι,8<,27,2<,36,5<,38 *Αναφέρονται στις κρίσιμες τιμές του ελέγχου Kolmogorov-Smirnov για ένα δείγμα στη στάθμη σημαντικότητας α=,5 Αυτό φαίνεται και από τη σύγκριση των θεωρητικών διάμεσων τιμών των δειγμάτων (για συχνότητα 5%). με τις αντίστοιχες διάμεσες τιμές κάθε δείγματος. Οι διαφορές αυτές δεν ξεπέρασαν τις 21 βαθμοώρες στη βάση θερμοκρασίας των 24 C, στο Ελληνικό. Γενικά στη Νότια περιοχή οι διαφορές είναι μεγαλύτερες, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στην μορφή της κατανομής συχνοτήτων, η οποία στο Νότιο τμήμα εμφανίζει αρνητική λόξευση. Χαρακτηριστικό είναι ότι οι θεωρητικές διάμεσες τιμές εμφανίζονται ελαφρά μεγαλύτερες των πραγματικών διάμεσων τιμών στο Βόρειο τμήμα και μικρότερες στο Νότιο τμήμα, ενώ στις άλλες περιοχές είναι άλλοτε μεγαλύτερες και άλλοτε μικρότερες. Στους χάρτες των μέσων τιμών των βαθμοωρών για τις θερμοκρασίες βάσης 24, 28 και 33 C (Εικόνα 8.12 α, β, γ) φαίνεται ότι για τις βάσεις των 24 και 28 C οι μεγαλύτερες τιμές παρατηρούνται στη νοτιοδυτική περιοχή και στο κέντρο της πόλης ( 13 (64) και 12 (48) βαθμοώρες αντίστοιχα) και οι μικρότερες στη βόρεια περιοχή (<1 (36) αντίστοιχα). Για βάση θερμοκρασίας 33 C οι μέγιστες τιμές παρατηρούνται και πάλι στη νοτιοδυτική ζώνη (24 βαθμοώρες) ενώ σε όλες τις άλλες περιοχές εμφανίζονται πολύ μικρές(<1 βαθμοωρών). Από τους χάρτες των ισότιμων καμπύλων (Εικόνες 8.13 α, β, γ) της θεωρητικής συχνότητας του 5% (διάμεση θεωρητική τιμή) προκύπτει ότι οι μορφή των καμπύλων είναι παρόμοια με αυτή των μέσων τιμών, αλλά παρατηρείται διαφοροποίηση στις μέγιστες και ελάχιστες τιμές. Γεγονός που είναι αποτέλεσμα του ότι η κατανομή συχνοτήτων των βαθμοωρών σε όλους τους σταθμούς και για τις 254

262 τρείς βάσεις θερμοκρασίας αποκλίνει της κανονικής κατανομής. Η νοτιοδυτική περιοχή και το κέντρο της πόλης παρουσιάζουν μεγάλες μεταξύ τους ομοιότητες, ενώ οι αποκλίσεις από τις άλλες περιοχές είναι εμφανείς κυρίως στις βαθμοώρες, που αντιστοιχούν στη θερμοκρασία βάσης των 33 C Θεωρητική εκτίμηση και ορισμός των περιόδων επανάληψης μεγάλου ημερήσιου αριθμού βαθμοωρών. Η γνώση των μέγιστων τιμών της μελετώμενης μεταβλητής σε μια πειραματική διαδικασία που αφορά μετρήσεις στο χρόνο (χρονοσειρές), είναι αναγκαία σε προγράμματα σχεδιασμού που χρησιμεύουν στην απόκτηση εμπειρίας σχετικά με το μελετώμενο μέγεθος. Εντούτοις, μόνη της η μέγιστη τιμή σε μια πειραματική διαδικασία δεν μπορεί να δώσει πληροφόρηση γύρω από την συμπεριφορά της μεταβλητής που εξετάζεται, γιατί πιθανό να είναι ένα σπάνιο γεγονός, που μπορεί να μην ξαναπαρουσιασθεί, ενώ συγχρόνως παραπλήσιες μικρότερες τιμές να έχουν μεγάλη συχνότητα εμφάνισης. Για την μελέτη των «ακραίων» (μέγιστων ή ελάχιστων) τιμών ενός δείγματος, έχει αναπτυχθεί η θεωρία των «ακραίων τιμών». Με την βοήθεια της ορίζεται η θεωρητική συχνότητα των ακραίων τιμών και συγχρόνως εκτιμάται και το χρονικό διάστημα που θα επανεμφανισθεί, κατά μέσο όρο, κάποια ακραία τιμή. Η θεωρία όμως αυτή απαιτεί μετρήσεις τουλάχιστον 1 ετών για να μπορεί να δώσει εκτιμήσεις στατιστικά σημαντικές. Όταν το δείγμα αποτελείται από μετρήσεις που καλύπτουν μικρό χρονικό διάστημα, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί η στατιστική θεωρία των «υπερβάσεων» [239]. Αυτό βέβαια πάντοτε σε σχέση με την μονάδα του χρόνου (μέρα, ώρα κλπ), για την οποία υπάρχει ενδιαφέρον εκτίμησης των μεγάλων τιμών. Για την εφαρμογή στα δεδομένα της στατιστικής θεωρίας των «υπερβάσεων» λαμβάνονται υπόψη το σύνολο των περιπτώσεων από ένα δείγμα μιας μεταβλητής Χ, που υπερβαίνουν κάποιο εκατοστημόριο, στην αθροιστική κατανομή συχνοτήτων του δείγματος. Το εκατοστημόριο το οποίο θα επιλεγεί συνδέεται με το μέγεθος του δείγματος το οποίο θα προκύψει, δεδομένου ότι αυτό θα πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις ενός ανεξάρτητου, τυχαίου και αντιπροσωπευτικού δείγματος. Αν λοιπόν P L ( x X ), το οποίο στην συνέχεια αναγράφεται συνοπτικά ως P L, είναι η πιθανότητα όπως η τιμή x της εξεταζόμενης μεταβλητής Χ στην χρονοσειρά, (στην προκειμένη περίπτωση του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών πάνω από μια βάση θερμοκρασίας), είναι ίση ή μεγαλύτερη από μια τιμή X (δηλαδή x X) και κ ο μέσος αριθμός των ημερήσιων υπερβάσεων ανά έτος [κ=365 (1- εκατοστημόριο που επιλέχθηκε)], τότε η ποσότητα P L όπου m για ημερήσια m δεδομένα ισούται με 365, είναι η πιθανότητα ώστε το στοιχειώδες ενδεχόμενο x να είναι ίσο ή μεγαλύτερο της τιμής Χ. 255

263 Κατόπιν αυτού η πιθανότητα όπως η τιμή x είναι το μέγιστο στοιχειώδες ενδεχόμενο μεταξύ των m σε ένα έτος ορίζεται από τη σχέση: 1 F x P L m m (8.9) Όταν όμως P L m τότε: lim m m P L 1 PL e (8.1) m Λαμβάνοντας υπόψη και την θεωρία των «ακραίων» τιμών προκύπτει τελικά ότι η πιθανότητα P L, στην περίπτωση που ληφθεί υπόψη η κατανομή των ακραίων τιμών του Gumbel, ορίζεται από τη σχέση: x s P L x e (8.11) 1 και η αντίστοιχη αθροιστική συχνότητα ισούται με: x s F L x 1 e (8.12) 1 ενώ στην περίπτωση που ληφθεί υπόψη η κατανομή Fisher-Tippet Τύπου ΙΙ, προκύπτει τελικά ότι η πιθανότητα P L ορίζεται από τη σχέση: (ln x ' ) s' P L x e (8.13) 2 και η αντίστοιχη αθροιστική συχνότητα ισούται με: (ln x ) s' F L x 1 e (8.14) 2 Όπου οι δείκτες 1 και 2 του L προσδιορίζουν αντίστοιχα τις εξισώσεις του Gumbel και των Fisher-Tippett τύπου ΙΙ, όπως προαναφέρεται. Οι παράμετροι των κατανομών μ, μ, s και s μπορούν να εκτιμηθούν θεωρητικά χρησιμοποιώντας την μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας. Σύμφωνα με αυτήν: μ=minx i και s = x και (8.15) 256

264 μ =min(lnx i ) και s = ln( x) (8.16) Ορίζοντας το εκατοστημόριο (ν), πέραν από το οποίο θα ληφθούν υπόψη οι τιμές του δείγματος από την κατ αύξουσα τάξη διάταξή τους, τα εμπειρικά εκατοστημόρια δίνονται από τη σχέση: m N i E i m N 1 (8.17) όπου στην περίπτωση ημερήσιων τιμών της μεταβλητής m=365, ν=ν-οστο εκατοστημόριο που θα χρησιμοποιηθεί στην μελέτη, Ν είναι ο αριθμός των ετών με μετρήσεις που ορίζονται στο δείγμα και i είναι o αύξων αριθμός των διατεταγμένων τιμών από το ν-οστό εκατοστημόριο και άνω στις οποίες αντιστοιχεί η εμπειρική συχνότητα ( x i ) i 1 u (8.18) όπου u είναι το πλήθος των τιμών που περιλαμβάνονται στο πεδίο των αθροιστικών συχνοτήτων από το ν-οστό εκατοστημόριο και άνω. Τέλος, η περίοδος επανάληψης δηλαδή ο χρόνος που κατά μέσο όρο θα εμφανισθεί μια τιμή x, δίνεται από τη σχέση: T i 1 (8.19) 1 E i Στη μελέτη των μεγάλων τιμών των βαθμοωρών χρησιμοποιήθηκε η παραπάνω θεωρία των υπερβάσεων για την εκτίμηση της συχνότητας (ή των περιόδων επανεμφάνισης) του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών για την βάση των 28 C. Δεν εφαρμόσθηκε για τις βαθμοώρες με βάση τους 24 C γιατί όπως από τα προηγούμενα προέκυψε, για την διάρκεια του καλοκαιριού η συχνότητα εμφάνισης θερμοκρασιών μεγαλύτερων των 24 C είναι πολύ μεγάλη. Επίσης δεν εφαρμόσθηκε για τις βαθμοώρες με βάση τους 33 C γιατί είναι γεγονός ότι θερμοκρασίες μεγαλύτερες αυτής της τιμής έχουν αφενός πολύ μικρή συχνότητα εμφάνισης και αφετέρου αποτελούν ένα γενικότερο συνοπτικής κλίμακας φαινόμενο που δεν σχετίζεται άμεσα με την θερμική νησίδα. Στην παρούσα εργασία λήφθηκε υπόψη το,85-εκατοστημόριο και όπως προέκυψε σε όλες τις περιπτώσεις εφαρμόσθηκε επιτυχώς ο νόμος των υπερβάσεων που αντιστοιχεί στη γραμμική διάταξη των δεδομένων στο νόμο των ακραίων τιμών (νόμος του Gumbel). Από τον έλεγχο καλής προσαρμογής του θεωρητικού νόμου στα δείγματα, ο οποίος στηρίχθηκε στον έλεγχο καλής προσαρμογής των Κolmogorov-Smirnov για ένα δείγμα συνεχούς μεταβλητής (περιγράφεται παραπάνω), για αναλυτικά δεδομένα συνεχούς μεταβλητής, ορίσθηκε για κάθε δείγμα η ποσότητα: D 1 supcf i cf i (8.2) 257

265 Όπου cf i-1 η εμπειρική αθροιστική συχνότητα συνεχούς μεταβλητής στη στάθμη i-1 και cf i η θεωρητική αθροιστική συχνότητα, στην ακριβώς ανώτερη στάθμη i. Όπως δε προέκυψε, σε όλες τις περιπτώσεις η προσαρμογή ήταν στατιστικά σημαντική στη στάθμη σημαντικότητας α=,5 (Πίνακας 8.4.). Εκτιμώντας κατόπιν αυτού τις αναμενόμενες τιμές του αριθμού των βαθμοωρών που θα ξεπερασθούν κατά μέσο όρο μια φορά στις 15, 3, 45 και 6 ημέρες και συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με τις απολύτως μέγιστες τιμές των βαθμοωρών που καταγράφηκαν, φαίνεται ότι σε όλες τις περιπτώσεις, εκτός από το Ελληνικό, οι παρατηρηθείσες μέγιστες τιμές βρίσκονται κοντά στις αναμενόμενες τιμές, για περιόδους επανάληψης 15 ως 3 ημερών. Οι αναμενόμενες τιμές για 45 και 6 ημέρες είναι σαφώς μεγαλύτερες από αυτές που παρατηρήθηκαν, κυμαινόμενες για περίοδο επανάληψης 6 ημερών από 17 (στη Γλυφάδα) ως 227 (στην Αγία Βαρβάρα) (Δυτική περιοχή). Κατά μέσο όρο, για όλες τις περιόδους επανάληψης, οι αναμενόμενες τιμές των βαθμοωρών στο Κέντρο της πόλης, την Βόρεια, την Ανατολική και την Νοτιοανατολική περιοχή κυμαίνονται στα ίδια περίπου επίπεδα, ενώ για την Νοτιοδυτική περιοχή είναι κατά 22% υψηλότερες. Τέλος, στην Δυτική περιοχή οι αναμενόμενες τιμές, για όλες τις περιόδους επανάληψης, είναι κατά 55-6% υψηλότερες των άλλων περιοχών (πλην της Νοτιοδυτικής), γεγονός που έρχεται να προστεθεί στα προηγούμενα όσον αφορά την παρατηρούμενη υπερθέρμανση των Νοτιοδυτικών και Δυτικών περιοχών του λεκανοπεδίου των Αθηνών. Πίνακας 8.4 Μέγιστες αποκλίσεις από μια συνέχεια του ελέγχου Kolmogorov-Smirnov, για ένα δείγμα της εφαρμογής του νόμου των υπερβάσεων, στις σειρές των μεγάλων τιμών των βαθμοωρών για τη βάση των 28 C Σταθμός D(max) Σταθμός D(max) Αστεροσκοπείο Αθηνών,157 Γλυφάδα,135 Αθήνα,24 Καλλιθέα,21 Νέα Ερυθραία,184 Μοσχάτο,176 Άνω Λιόσια,194 Ρέντη,179 Καματερό,118 Αγία Βαρβάρα,182 Νέα Φιλαδέλφεια,162 Άγιοι Ανάργυροι,185 Μαρούσι,165 Ίλιον,164 Βύρωνας,181 Πετρούπολη,222 Καισαριανή,182 Αιγάλεω,222 Αγία Παρασκευή,134 Χαϊδάρι,231 Ηλιούπολη,334 Κορυδαλλός,152 Ζωγράφου,237 Περιστέρι,194 Ελληνικό,117 Ζεφύρι,

266 Σύγκριση με την κρίσιμη τιμή,348 του ελέγχου Kolmogorov-Smirnov για ένα δείγμα στη στάθμη σημαντικότητας α=,5. α. 259

267 β. γ. δ. Εικόνα 8.14 Ισότιμες καμπύλες για περιόδους επανάληψης α. 15, β. 3, γ. 45 και δ. 6 ημερών του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών DΗ{28} 26

268 Στην Εικόνα 8.14 α, β, γ, δ δίνονται οι ισότιμες καμπύλες που αντιστοιχούν στις πιθανότητες εμφάνισης μέγιστου αριθμού βαθμοωρών που αντιστοιχούν σε περιόδους επανάληψης 15, 3, 45 και 6 ημερών. Όπως φαίνεται, η κατανομή των ισότιμων και για τις τέσσερεις περιόδους επανάληψης έχει την ίδια μορφή. Το μέγιστο παρατηρείται στην νοτιοδυτική ζώνη με τιμές για περιόδους επανάληψης 15, 3, 45 και 6 ημερών 185, 2, 21 και 22 βαθμοώρες αντίστοιχα. Στις βορειοανατολικές περιοχές δεν αναμένεται να ξεπεράσουν αντίστοιχα κατά μέσο όρο τις 95, 11, 13 και 135 βαθμοώρες. 261

269 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΒΑΘΜΟΩΡΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ 262

270 9.1.Εισαγωγή Στα προηγούμενα κεφάλαια έγινε εκτενής μελέτη στο χρόνο και στο χώρο δύο δεικτών δυσφορίας (H,DH(T x )) δια μέσου των οποίων είναι δυνατή η απεικόνιση της θερμικής κατάστασης της ατμόσφαιρας στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Ο δείκτης θερμικής άνεσης H, είναι ένας βιοκλιματικός δείκτης ο οποίος σχετίζεται με το αίσθημα δυσφορίας του ανθρώπου κάτω από ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας του αέρα, ενώ οι βαθμοώρες έχουν σαν σκοπό να εκτιμήσουν την ένταση μιας θερμικής υπέρβασης μέσα σε κάποιο χρονικό διάστημα. Οι βαθμοώρες είναι ένα μέγεθος το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί κυρίως σε σχεδιαστικές μελέτες δροσισμού κτιρίων και σε εκτιμήσεις ηλεκτρικών καταναλώσεων. Στο κεφάλαιο αυτό εξετάζεται η σχέση μεταξύ του ημερήσιου αριθμού των βαθμοωρών και διαφόρων μετεωρολογικών παραμέτρων. Οι βαθμοώρες υπολογίσθηκαν για την θερμοκρασία βάσης των 28 C, τιμή η οποία όπως φαίνεται στην Εικόνα 1. αντιστοιχεί στην εξισορρόπηση μεταξύ της θερμοκρασίας του εξωτερικού περιβάλλοντος και της βέλτιστης εσωτερικής θερμοκρασίας ενός φυσικά αεριζόμενου κτιρίου [48]. Εικόνα 9.1 Ζώνη εξισορρόπησης εσωτερικών και εξωτερικών θερμοκρασιών ενός φυσικά αεριζόμενου κτιρίου [Πηγή ASHRAE [48]] Οι υπολογισμοί αναφέρονται στις ημερήσιες τιμές των βαθμοωρών (DH(28)) του διαστήματος 1 Ιουνίου ως 31 Αυγούστου 29 για τους 26 σταθμούς του δικτύου. Συγχρόνως 263