English
Zapewne większość z nas obserwuje, jak bardzo miasto, w którym mieszka, rozwinęło się w ostatnich latach. Zdajemy sobie również sprawę, że nieodłącznym elementem tej postępującej urbanizacji jest rozwój infrastruktury. Obecnie, ponad połowa populacji świata mieszka w miastach, ale szacuje się, że do 2050 r. będzie to aż 68%[1]. Zatem łatwo możemy sobie wyobrazić, że konsekwencją tego procesu będzie rozrost infrastruktury miejskiej, a tym samym rosnący udział sztucznych obszarów nieprzepuszczalnych. Dzieje się to najczęściej kosztem powierzchni pokrytych roślinnością, które zapewniają chłodzenie poprzez ewapotranspirację i zacienienie.
Materiały stosowane do budowania powierzchni miejskich (asfalt czy beton) charakteryzują się dużą pojemnością cieplną oraz niskim albedo, dlatego nagrzewają się znacznie szybciej niż powierzchnie naturalne. Niektórzy z nas mogą kojarzyć to przyjemne ciepło, które odczuwamy, zwłaszcza w letni wieczór, wchodząc z obszarów peryferyjnych na tereny osiedli. To właśnie miejska wyspa ciepła (MWC). Opisywane zjawisko objawia się występowaniem wyższej temperatury powietrza w przyziemnej warstwie atmosfery w mieście niż poza nim. Intensywność MWC uzależniona jest od wielu czynników, w tym astronomicznych (długość dnia), meteorologicznych (bezchmurne i bezwietrzne dni), geometrii miejskich struktur urbanistycznych (wysokość i gęstość zabudowy) czy demograficznych (emisja sztucznego ciepła do atmosfery). MWC określana jest mianem zjawiska dynamicznego, przejawiającego się dużą zmiennością sezonową i roczną. Zazwyczaj utożsamiana jest z wyspą otoczoną masą chłodniejszego powietrza, w rzeczywistości jej kształt zależy głównie od struktury urbanistycznej miasta, zatem w przypadku metropolii policentrycznych bardziej przypomina archipelag aniżeli wyspę.
Sposoby wyznaczania miejskiej wyspy ciepła
Wyznaczając MWC, określamy temperaturę powietrza, którą można zbadać jedynie za pomocą pomiarów instrumentalnych, stanowiących informację punktową. Teledetekcja daje możliwość wyznaczenia temperatury powierzchni czynnej, dostarczając dane o charakterze przestrzennym, dzięki którym możemy wyznaczyć zasięg zjawiska. Należy jednak pamiętać, że temperatura powietrza i temperatura powierzchni czynnej to dwa różne wskaźniki. Nocą utrzymują się na podobnym poziomie, ale w ciągu dnia temperatura powierzchni czynnej jest zdecydowanie wyższa. Stąd, badając temperaturę powietrza, mówimy o atmosferycznej MWC, natomiast badając temperaturę powierzchni czynnej, mówimy o powierzchniowej MWC (PMWC). Zjawiska te różnią się pomiędzy sobą nie tylko ze względu na sposób identyfikacji. Najpowszechniejszą miarą intensywności MWC jest różnica temperatur pomiędzy obszarem miejskim i pozamiejskim. MWC jest najbardziej intensywna w nocy, o świcie oraz w sezonie zimowym, osiągając różnice rzędu 12°C, podczas gdy za dnia może być niewielka lub nie występować w ogóle. Z kolei PMWC jest najbardziej intensywna za dnia i w sezonie letnim, osiągając różnice rzędu 10 – 15°C[2].
Teledetekcja to w tym momencie jedyna możliwość tak szczegółowego zbadania zjawiska MWC, jednak jej wyniki bez danych instrumentalnych o temperaturze powietrza, dotyczyć będą stricte PMWC. Niemniej jednak, biorąc pod uwagę fakt, że temperatura powierzchni czynnej wpływa znacząco na temperaturę w przyziemnej warstwie atmosfery (nawet do 800 – 1000 m wysokości za dnia w sezonie letnim[3]), badania te stanowią cenne źródło informacji o MWC. Poza tym, dane teledetekcyjne pozwalają bardziej wiarygodnie zidentyfikować wyspy ciepła na obszarach o gęstej strukturze miejskiej aniżeli dane instrumentalne.
Wiemy już, że teledetekcja pozwala zbadać strukturę przestrzenną PMWC, ale czym ona właściwie jest i jak działa? Teledetekcja to rodzaj badań wykonywanych zdalnie dzięki promieniowaniu elektromagnetycznemu, które przez ogromną większość czujników teledetekcyjnych wykorzystywane jest jako nośnik informacji o badanym obiekcie. W związku z tym, podstawowym warunkiem wykorzystywania zobrazowań satelitarnych do wyznaczenia temperatury powierzchni czynnej jest odpowiedni czujnik rejestrujący promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez Ziemię, tj. promieniowanie z zakresu podczerwieni termalnej (ok. 10 – 12μm).
Negatywne konsekwencje miejskiej wyspy ciepła
O ile przez większość roku MWC faktycznie możemy kojarzyć z przyjemnym ciepłem, odczuwalnym przy przekraczaniu granic miasta, tak w sezonie letnim, z uwagi na występowanie wysokich temperatur, jest ona uznawana za zjawisko niebezpieczne w lokalnej skali. Negatywnie wpływa na zdrowie i życie mieszkańców. Wielu badaczy podkreśla, że pod wpływem zmian klimatycznych, których skutkiem jest globalne ocieplenie, ekstremalne fale upałów będą częstsze i dodatkowo wzmocnią efekt MWC.
Badania potwierdzają, że falom upałów towarzyszy wzrost śmiertelności, a możliwość wystąpienia dni upalnych jest dziś trzy razy bardziej prawdopodobna niż 150 lat temu[4]. W Polsce, w okresie upałów, zaobserwowano wzrost śmiertelności o 19 – 22%[5]. Oczywiście największe ryzyko dotyczy osób starszych z uwagi na choroby związane z wiekiem, m.in. problemy z układem krążenia. Poza tym, wysoka temperatura i niska wilgotności powietrza, których coraz częściej doświadczamy w mieście, obniżają koncentracji u każdego, niezależnie od wieku. Wywołuje to spadek wydajności pracy czy nauki, a tym samym wpływa negatywnie już nie tylko na nasze zdrowie, ale również na gospodarkę. Dodatkowo coraz częstsze występowanie nocy tropikalnych powoduje, że nasz organizm nie zregeneruje się nawet we śnie. W czasie najwyższych temperatur obserwuje się wzrost ilości wypadków i kolizji drogowych, których przyczyny mogą być związane z obniżeniem naszej koncentracji na skutek stresu cieplnego. Upały doskwierają każdemu, dlatego coraz więcej firm, ale także domów prywatnych, ratuje się klimatyzatorami. Jest to rozwiązanie połowiczne, ponieważ urządzenia chłodząc pomieszczenie, oddają ciepło na zewnątrz, co powoduje dodatkowe ocieplanie miasta, a większe zużycie energii elektrycznej skutkuje wzrostem emisji CO2 do atmosfery.
Jak walczyć ze zjawiskiem miejskiej wyspy ciepła?
Czy można coś zrobić, aby zmniejszyć wpływ negatywnych efektów letniej MWC? Owszem, tworzenie i wdrażanie planów adaptacji do zmian klimatu oraz łagodzenie skutków tych zmian jest kluczowe. Najważniejszym punktem jest schładzanie miasta, a największą zdolność do obniżania temperatury ma roślinność oraz zbiorniki wodne. Stanowią one obszary tzw. powierzchniowych wyspy chłodu (PWCH) – najchłodniejszych obszarów w mieście. Badania potwierdzają, że nawet 90% obszaru wysp chłodu stanowią powierzchnie porośnięte roślinnością, przy czym najskuteczniejsze są lasy liściaste lub mieszane[6]. Dzięki obserwacji struktury wysp chłodu, możemy rozpoznać formę roślinności o największych zdolnościach chłodzących i wprowadzać bardziej efektywne zmiany w innych lokalizacjach.
Rośliny są niezrównanym źródłem tlenu, a przy tym znakomicie oczyszczają powietrze i tłumią hałas, dlatego nasadzenia – szczególnie drzew – na obszarach miejskich, są jedną z najbardziej pożądanych i najczęściej stosowanych metod adaptacji do zmian klimatu. Poza chłodzącym wpływem powierzchni wodnych i roślinnych na otoczenie oraz ich rekreacyjnymi funkcjami, istotne są również z punktu bioróżnorodności w mieście. Dlatego plany adaptacji powinny chronić stare parki i ogrody, oczka wodne, miejsca podmokłe, sady i ogrody działkowe.
Innymi sposobami walki z negatywnymi skutkami MWC jest ograniczanie tworzenia zbędnych powierzchni sztucznych, np. poprzez projektowanie przepuszczalnych parkingów porośniętych trawą, malowanie dachów na biało, a także osłanianie roślinnością łatwo nagrzewających się materiałów, jak dachy czy przystanki, w celu redukcji ilości promieniowania słonecznego pochłanianego przez te powierzchnie.
Mając na uwadze powyższe oraz fakt, iż polskie społeczeństwo się starzeje, rozpoznanie struktury przestrzennej PMWC i PWCH w dobie współczesnych zmian klimatu jest bardzo ważne. Zdobyta wiedza może przyczynić się do wdrażania działań zmierzających ku zrównoważonemu rozwojowi miasta oraz poprawić jakości życia jego mieszkańców. Ze względu na działanie ochładzające, zielono-niebieska infrastruktura, stanowiąca swoistego rodzaju oazę dla mieszkańców miast, powinna zostać włączona do przestrzeni miejskiej jako kluczowy czynnik adaptacji do zmian klimatu.
W artykule korzystałam m.in. z prac:
[1] United Nations, 2019. World Population Prospects: The 2018 Revision. United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division.
[2] Akbari H., Bell R., Brazel T., Cole D., Estes M., Heisler G., Hitchcock D., Johnson B., Lewis M., McPherson G., Oke T., Parker D., Perrin A., Rosenthal J., Sailor D., Samenow J., Taha H., Voogt J.A., Winner D., Wolf K., Zalph B., 2008. Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies. Urban heat island basics, Climate Protection Partnership Division in the U.S. Environmental Climate Protection Partnership Division in the U.S. Environmental Protection Agency’s Office of Atmospheric Program’s.
[3] Walczewski J., 2005. Meteorologiczne i klimatyczne warunki rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza. Przegląd Geofizyczny. 50 (3-4), 177-193.
[4] IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3−32.
[5] Kuchcik M., Degórski M., 2009. Heat and cold-related mortality in the north-east of Poland as an example of the socio-economic effects of extreme hydrometeorological events in the polish lowland. Geogr P., Vol. 82, No. 1.
[6] Renc, A., Łupikasza, E., Błaszczyk, M., 2021. Spatial structure of the surface heat and cold islands in summer based on Landsat 8 imagery in southern Poland. Ecol. Indic., 142, 109181.
