Posebnosti urbane klime in okolja

Transcript

1 Posebnosti urbane klime in okolja

2 43 % kopnega dominira kmetijstvo 3 6 % kopnega pozidano urbano okolje

3 Vsebina poglavja Zakaj znanje o spremembah okolja v mestih

4

5

6

7 Mesta: Vnosi in izhodi sistem ni sonaraven niti trajen VNOS IZHOD Energija Hrana Voda Surovine Izdelki Denar Informacije Trdni odpadki Odpadna toplota Zračna onesnažila Vodna onesnažila Toplogredni plini Izdelki Hrup Bogastvo Ideje

8 Dnevni vnosi Dnevni izhod Voda 625,000 ton ZDA Mesto z 1 miljonom prebivalcev Odplake 500,000 ton Gorivo 9500 ton Zračni polutanti 950 ton Hrana 2000 ton Odpadki 9500 ton

9 Okoljski problemi v mestih Onesnaževanje zraka Spremenjena energijska bilanca (toplotno onesnaževanje - mestni toplotni otok) Spremenjena vodna bilanca (slabšanje kakovosti vode, mestne poplave, pomankanje vode) Degradacija tal Fragmentacija in izguba biodiverzitete Slabšanje človekovega zdravja

10 Primerjava mestne klime z okolico: Povprečna letna T zraka je za o C višja; v jasnih dneh tudi do 2-6 o C Letna količina padavin je večja, a manj je snega Večja vlažnost Večja hrapavost površja Učinki vetrovnih tunelov

11 Spremembe vrednosti meteoroloških spremenljivk v velikih mestih SESTAVA ZRAKA ogljikov dioksid 2 krat več žveplov dioksid 200 krat več dušikovi oksidi 10 krat več ogljikov monoksid 200 krat več skupni vodikoogljiki 20 krat več razni trdni delci (prah,saje) 3 do 7 krat več SONČNO SEVANJE globalno obsevanje 15 do 20% manj ultraviolično sevanje 30% manj pozimi trajanje obsevanja 5 do 15 % manj TEMPERATURA povprečna letna 0.5 do 1 višja povprečna mimimalna pozimi 1 do 2 višja RELATIVNA VLAGA povprečna 2 do 3 % nižja HITROST VETRA povprečna letna za 20 do 30 % nižja število brezveterij od 5 do 20 % več DNEVI Z MEGLO pozimi za 100 % več poleti za 30% več OBLAČNOST količina od 5 do 10% več PADAVINE količina od 5 do 10% več deževni dnevi 10% več sneženje 5% manj

12 Onesnažila delimo v dve skupini Primarni polutanti: emisije direktno v zrak Sekundarni polutanti: so rezultat ene ali večih nadaljnih kemijskih reakcij (transformacij) NO x SO x CO CO 2 PAN peroksi acetil nitrat Ozon Aldehidi Običajni polutanti: VOCs volatile organic compounds Lebdeči in ostali delci urbana prst

13 Primarni polutanti CO CO 2 SO 2 NO NO 2 Večina lebdečih delcev Večina vodikoogljikov Sekundarni polutanti HNO 3 SO 3 O 3 H 2 SO 4 H 2 O 2 Večina NO3 in SO 2 4 soli PAN-i Naravni Mobilni viri Stacijonarnini

14 Sprememba sestave zraka v velikih mestih SESTAVA ZRAKA ogljikov dioksid žveplov dioksid dušikovi oksidi ogljikov monoksid skupni vodikoogljiki razni trdni delci (prah,saje) 2 krat več 200 krat več 10 krat več 200 krat več 20 krat več 3 do 7 krat več

15 Onesnaženje zraka v mestih Dihati zrak v Mexico City-u = pokaditi 3 zavojčke cigaret na dan Mexico City, z vulkanom Popokatépetl

16 Kaj je smog in kdaj nastane? Smoke + fog = smog

17 Pollutants and human deaths during the London smog disaster of 1952

18 Izpust SOx v letu 2011 Raba goriv v industriji 22,2% Cestni promet 0,3% Industrijski procesi 8,6% Ostali promet 0,2% Odpadki 0,1% Izpusti SOx: 1980: 234,5 Gg 2011: 10,9 Gg znižanje izpustov za 95 % Raba goriv v gospodinjstvih in komercialnem sektorju 6,4% Proizvodnja elektrike in toplote 62,1%

19 Ocena ravni onesnaženosti zunanjega zraka

20

21 Izpusti dušikovega dioksida po upravnih enotah

22 Viri delcev

23 Emisije delcev PM 10 po upravnih enotah

24 Skrajšanje pričakovane dolžine življenja zaradi malih delcev [meseci] Zdajšnja zakonodaja Maksimalna zaostritev antropogeni PM2.5

25 Statistično zmanjšanje pričakovane življenske dobe zaradi antropogenih delcev PM2.5 Brez ukrepov 2020 Z ukrepi 2020

26

27 Izpusti primarnih delcev PM10 na prebivalca za države EU-27 za leto 2010 Emisije PM10 (kg/prebivalca) Estonija Latvija Finska Slovenia Poljska Portugalska Romunija Danska Francija Slovaška Bolgarija Švedska Madžarska Ciper Avstrija EU-27 Litva Češka Italija Malta Irska Španija Nemčija Belgija Velika Britanija Nizozemska Slovenija z 9,6 kg/prebivalca zaseda 4. mesto

28 Primeri ukrepov za zmanjšanje onesnaženosti zraka z delci

29 URBANA MIKROKLIMA Spremenjena energijska bilanca v mestu: Zmanjšano sončno obsevanje (aerosol) Večji tok zaznavne toplote (gretje zraka) Manjša evapotranspiracija Povečan konduktivni tok toplote v tla Manjši toplotni tokovi v vegetaciji

30 Spremembe vrednosti meteoroloških spremenljivk v velikih mestih SONČNO SEVANJE globalno obsevanje 15 do 20% manj ultraviolično sevanje 30% manj pozimi trajanje obsevanja 5 do 15 % manj TEMPERATURA povprečna letna 0.5 do 1 višja povprečna mimimalna pozimi 1 do 2 višja RELATIVNA VLAGA povprečna 2 do 3 % nižja HITROST VETRA povprečna letna za 20 do 30 % nižja število brezveterij od 5 do 20 % več DNEVI Z MEGLO pozimi za 100 % več poleti za 30% več OBLAČNOST količina od 5 do 10% več PADAVINE količina od 5 do 10% več deževni dnevi 10% več sneženje 5% manj

31 Spremenjena bilanca KV sončnega sevanja v mestu v primerjavi z okolico

32

33

34 učinek urbanega kanjona sončno sevanje sončno sevanje sončno sevanje horizontalna površina nizke stavbe visoke stavbe

35 Spremenjena bilanca DV sevanja (tal in atmosfere) v mestu v primerjavi z okolico

36 Urbana geometrija: modificira tako prejeto KV sevanje kot oddano DV sevanje Dolgovalovno sevanje Manj DV sevanja uspe uiti iz mestnega kanjona

37 Na prostem SVF skoraj 1 V spodnjem primeru blizu 0,2

38 učinek urbanega kanjona sončno sevanje sončno sevanje sončno sevanje horizontalna površina nizke stavbe visoke stavbe Vpliv na: - temperaturo - veter - onesnaženje zraka

39 Enačba energijske bilance prizemne plasti (3- dim) Q RN + Q G + Q H + Q E + Q S = 0 neto kondukcija zaznavna latentna vskladiščena sevanje toplota toplota toplota

40 Vse komponente v kwh/m 2 dan

41 Vse komponente v kwh/m 2 dan

42 Vse komponente v kwh/m 2 dan

43 vpadno odbito prejeto DV oddano DV KV sevanje KV sevanje sevanje atm. sevanje podage Q RN = Q I - Q R + Q L - Q L Q G = f (tipa tal oz. vegetacije, temp. gradienta) Q H = f (stabilnosti PPZ, temp. gradienta) Q E = f (stabilnosti PPZ, gradienta vlage) Q S = f (lastnosti vegetacije v PPZ) v naravi jo lahko zanemarimo Enačba energijske bilance prizemne plasti (3- dim) v naravi Q RN + Q G + Q H + Q E + Q S = 0 neto kondukcija zaznavna latentna vskladiščena sevanje toplota toplota toplota( 0)

44 vpadno odbito prejeto DV oddano DV KV sevanje KV sevanje sevanje atm. sevanje podage Q RN = Q I - Q R + Q L - Q L Q G = f (tipa tal, temp. gradienta) Q H = f (stabilnosti PPZ, temp. gradienta) Q E = f (stabilnosti PPZ, gradienta vlage) Q S = f (lastnosti stavb, ulic, arhitekture) v mestu je veliko večja kot v naravi Enačba energijske bilance prizemne plasti (3- dim) v mestu Q RN + Q F + Q G + Q H + Q E + Q S = 0 neto antropogeni viri kondukcija zaznavna latentna vskladiščena sevanje toplote toplota toplota toplota

45 Populacija št. oseb Antropogena produkcija milijonov na m 2 toplote (kwh/m 2 dan) Q F New York 7, Los Angeles 3, Chicago 2, Houston 1,

46 Temperaturne razlike med mestom in okolico Ponoči mesto toplejše kot okolica Dinamika ogrevanja in hlajenja je v mestu počasnejša Največje razlike dobimo med 18. in 6. uro zjutraj

47 Spremembe vrednosti meteoroloških spremenljivk v velikih mestih SONČNO SEVANJE globalno obsevanje ultraviolično sevanje trajanje obsevanja TEMPERATURA povprečna letna povprečna minimalna pozimi RELATIVNA VLAGA povprečna 15 do 20% manj 30% manj pozimi 5 do 15 % manj 0.5 do 1 višja 1 do 2 višja 2 do 3 % nižja HITROST VETRA povprečna letna za 20 do 30 % nižja število brezveterij od 5 do 20 % več DNEVI Z MEGLO pozimi za 100 % več poleti za 30% več OBLAČNOST količina od 5 do 10% več PADAVINE količina od 5 do 10% več deževni dnevi 10% več sneženje 5% manj

48 33 Mestni toplotni otok 33 Temperatura pozno popoldan ( C) Temperatura a pozno popoldan ( C) 29 Ruralno Bivalno predmestje Poslovni del Center Urbano Bivalni del Park Bivalno predmestje Ruralne kmetije 29

49 Največji dvig temperature v mestu v primerjavi z okolico Mesta v ZDA Evropska mesta Število prebivalcev

50 Primer: Atene

51 Toplotni otok v Atenah

52 Primer Budimpešte

53 Rdeče mestno jedro Zeleno - okolica

54 Letni hod učinka mestnega toplotnega otoka v Budimpešti (satelitske meritve) Noč 2.1 C Dan 1.8 C 1 0 Januar Februar Marec April Maj June Julij August September Oktober November December Večji učinek podnevi kot ponoči Največji junija (3.6 C)

55 Empirične enačbe za intenziteto mestnega toplotnega otoka T=P 0,25 /(4 u) 0,5 (za jasno vreme, popoldan) T (v K) P populacija, število prebivalcev v mestu u hitrost vetra (v m/s) (na 10 m višine v neurbani okolici)

56

57

58 Empirične enačbe za intenziteto toplotnega otoka Oke: T = P 0.25 / (4 x u) 0.5 (o Bornstein T= x N x u x T x q ( Oblačnost (N), hitrost vetra (u), Temperatura (T), specifična vlaga (q) Summers T = (2r x θτ/θz x Q F ) / (ρ x c x p u) r razdalja od roba do centra mesta θτ/θz sprememba potencialne temperature z višino z Q F antropogeni viri na enoto površine ρ gostota zraka c p sp. toplota u hitrost vetra

59 Kako omiliti MTO Boljši gradbeni materiali Svetle barve in visoko emisivni materiali za zidove Bpljše planiranje mest Povečan Sky View Več dolgih širokih stavb in manj visokih ozkih Vegetacija na stenah Pravilna ventilacija stavb Izboljšave mestnih vodnih površin in tokov Izklapljanje klimatskih naprav

60

61 Zelene strehe so hladnejše

62 Zelene strehe Prednosti povečana Evapotranspiracija Manjši stroški za hlajenje Več sence Image from:

63 Zelene strehe Intenzivne Debel sloj zemlje do pol metra Drevesa, rastlinje Ekstenzivne Preprostejše 15 cm ali manj Trava, manjše rastline

64 Značilnosti mestne hidrologije Večji površinski odtok Večje onesnaženje površinskih voda Povečano poplavljanje Manjši pretoki Nižja ET Manj vskadiščene vode v tleh in rastlinah Slabše obnavljanje podtalnice Slabša kvaliteta vode

65 Zakaj so mesta toplejša: tudi zaradi spremenjene vodne bilance Zmanjšana evapotranspiracija

66 Velikost puščic opisuje spremembe!!!

67 OKOLICA MESTO

68 Za infiltracijo so pomembne lastnosti tal

69

70 Kako izboljšati vodno bilanco v mestu 70

71 Retenzijske površine

72 Dežni vrtovi

73 Zelene strehe