Остров тепла: как и почему меняются погодные условия в Москве и других мегаполисах

Города все чаще выбирают отличный от окрестностей климат. Вернее, его создают их жители. Счастье, если этот погодный мирок обустраивают, учитывается все правила формирования. Беда, если понимание того, что наворотили приходит с чередой катаклизмов в дискомфортом.

Группа климатологов из Гонконга, Китая и США опубликовала в научном журнале Earth’s Future исследование, главный вывод которого сводится к тому, что в городах, тяготеющих по форме в плане застройки к кругу, дожди идут чаще и интенсивнее, чем в квадратных и треугольных. Будучи обитателями города, который веками расширялся исключительно концентрическими кольцами и лишь недавно получил «хвост» в виде Новой Москвы, пройти мимо этой работы мы, конечно, не могли.

Взяв на вооружение Weather Researchand Forecast (WRF — одна из самых известных компьютерных моделей оперативного прогнозирования погоды в масштабах от метра до тысяч километров), исследователи поместили в нее некую территорию размером 120×120×20 километров (последнее число — высота), в центре которой разместили условный город площадью в 400 квадратных километров. Квадратный город имел сторону в 20 км, круглый — диаметр в 23 километра, а треугольный — три равные стороны по 30 километров.

«Пригород» представлял собой сельскую идиллию с пашнями и пастбищами, а «город» — малоэтажную (не выше пяти метров) и не сильно плотную застройку с улицами шириной восемь метров. Для пущего антуража его юго-восточную часть потом еще снабдили большим водоемом — чтобы посмотреть, как там все будет с приморским урбанизмом. Дальше в модель добавили еще несколько параметров (долю непроницаемых поверхностей — 50 процентов и удельную мощность антропогенной генерации тепла — 20 ватт на квадратный метр), приплюсовали для реализма ветер и солнечную радиацию, соответствующую 22 июля. Что из всего этого получилось, мы уже сказали выше.

Единственное, в варианте с приморским городом из-за большей конвекции интенсивность и частота дождей оказалась выше: в круглых городах на 22 процента, а в квадратных — на восемь процентов больше, чем в треугольных. Также климатологи выяснили, что по утрам интенсивность дождей в круглых городах на 78 процентов выше, чем в треугольных. Все эти геометрические заморочки ученые объяснили разной картиной встречи воздушных масс, приводящих к дождю.

В круглом городе они поступают со всех направлений и сходятся в центре, а в «угловатых» часть потоков встречается раньше, поэтому и интенсивность дождей не такая сильная.

Понятно, что ситуация со сферическим городом в вакууме будет отличаться от ситуации с реальным живым мегаполисом — уж слишком много факторов там пересекается. Да и модель группа строила для субтропиков (города имели координаты 30 градусов северной широты и ноль градусов восточной долготы). Но что-то в этом во всем есть...

Так и не найдя на карте нашей родины квадратных и треугольных городов, схожих по климату со столицей (плохо искали, знаю), мы ради интереса посмотрели, а что там с осадками в нашей круглой Москве и окружающем разнокалиберном Подмосковье. И оказалось, что, в принципе, картина повторяется. В столице осадки выпадают в среднем чаще, чем в области, какую часть этой области ни возьми — хоть восточную, хоть западную, хоть южную с северной. Бывают, конечно, исключения — например, 2019 год оказался в Дмитровском районе более дождливым, чем в Москве (604 мм против 556), но в общем и целом правило соблюдается вполне железно.

— Этот феномен известен давно: в городах дождь обычно случается чаще, чем в пригородах, — объясняет климатолог Илья Заславский. — Основная причина — в более грязном городском воздухе.

Взвешенные в нем частицы — пыль, остатки не полностью сгоревшего автомобильного топлива, выбросы котельных, микроошметки с шин, отшелушенные части зданий и тому подобные твердые компоненты городской атмосферы — служат ядрами конденсации для водяных паров. Проще говоря, чтобы капля воды пролилась на землю дождем, она предварительно должна «поглотить» такую твердую частицу. Ну а поскольку вариантов для поглощения в городе стократ больше, чем в его окрестностях, отсюда и обилие дождей над ним.

Фото: Алексей Орлов / Вечерняя Москва

Но вообще, современные города действительно уже перестали быть только лишь объектами приложения климата, они во многом сами его формируют. Большие здания препятствуют ветрам, сокращая естественную вентиляцию. Массовая застройка с обилием асфальта, бетона, стали, кирпича, темных крыш, буквально впитывающих солнечное тепло, а также интенсивная работа транспорта, промышленности, энергетических сетей при традиционной скудости зелени и естественных водных объектов превращают современные города в настоящие острова тепла. Все давно уже привыкли к тому, что там не несколько градусов теплее, чем в области.

Прямо по классике: «Это в городе тепло и сыро, а за городом — зима». Но в таком гигантском мегаполисе, как Москва, разница сущегород начал интенсивно застраиваться и практически не менялся следующие 40 лет:

— На первый взгляд, странно, но если вспомнить, что мы активно тогда росли вширь, расселяя традиционный людный центр, все оказывается вполне логичным. Потом были 90-е с их неработающими предприятиями и спадом электропотребления. Но с началом XXI века, когда и энергопотребление пошло вверх, и многоэтажки росли везде как на дрожжах, и народа в Москве прибавилось, интенсивность острова тепла стала расти. И этот рост не прекращается до сих пор.

Сейчас, говорит климатолог, разница с пригородом составляет в среднем один–три градуса, но бывали случаи и более серьезных температурных перекосов, вплоть до 10°С. И дальше они будут только нарастать. Обычно максимальная температурная разница между городом и окрестной природой приходится на полночь и весну, минимальная — на утро и конец осени. Самая большая температурная «вилка» с областной периферией находится в центре (у нас это район Балчуга), самая маленькая — на окраине...

Остров тепла — не единственный механизм, с помощью которого города меняют климат в своих пределах. С водным режимом то и дело тоже возникают проблемы:

— Сильные паводки, подтопления и наводнения — еще один бич городов, закованных, как правило, в асфальт, — объясняет Заславский. — В Питере, например, помимо асфальта, еще и гранита полно, особенно в центре, где живой земли с травой, сквозь которую уходила бы лишняя вода, днем с огнем поискать. А вот, скажем, в Джакарте, где я побывал несколько лет назад, — другая напасть.

Там подавляющая часть населения берет воду из колодцев, то есть из грунтовых вод, а практически весь город — это асфальт и бетон, и дождям просто некуда впитываться. В итоге там не только наводнения стали обыденностью, но еще и земля из-за повышенной откачки из грунтовых вод и тяжести зданий начала проседать — каждый год где-то на 10–20 сантиметров. Ситуация стала настолько патовой, что власти год назад даже начали рассматривать вопрос о переносе города в более благополучное место.

Похожая история, кстати, сейчас разворачивается и в главном городе Филиппин — Маниле, и в Дакке, столице Бангладеш. Только в последней еще и море наступает. В итоге, помимо проседания почв, обитатели Дакки столкнулись с чудовищной их эрозией и вымиранием мангровых зарослей (вечнозеленые лиственные леса, произрастающие в приливно-отливной полосе морских побережий и устьев рек в местах, защищенных от энергии волн коралловыми рифами или островами. — «ВМ»).

Фото: Анна Каунис

А вот жители Сентрейлии, города в штате Пенсильвания, кардинально изменили не только недра своего города, но и его атмосферу. Для этого они сначала много лет складывали мусор в заброшенные угольные шахты, а потом решили их очистить путем поджога этого самого мусора. Покончив с помойкой, огонь перекинулся на угольные пласты, по штрекам переполз в другие шахты и полностью проигнорировал все усилия пожарных. Когда провалы грунта (причем грунта горячего) пошли по всему городу, а угарный газ от подземного пожарища начал серьезно влиять на здоровье горожан, решено было всех эвакуировать. Дело было в 1962 году — подземелья Сентрейлии горят до сих пор, поглотив уже и соседний город, который тоже пришлось спешно переселять...

Столичные подземелья, слава богам, на такое не способны. Но значит ли это, что стоит расслабиться и пустить все на самотек? В конце концов, и у теплого города есть свои преимущества. Нет, уверен наш эксперт, ведь «внешний» климат тоже вовсю изменяется:

— Учитывая, что в будущем нас ждут более частый приход волн жары и более интенсивные осадки (дожди будут короче, чем нынче, но мощнее), готовиться к переменам нужно уже сейчас. Хотя бы потому, что повышение температуры городского острова тепла негативно скажется на состоянии здоровья его жителей. Например, буквально на днях проходила новость о том, что повышение температуры всего на несколько градусов относительно оптимума приводит к различным нарушениям сна. И это, поверьте, один из многих медицинских аспектов, которые надо иметь в виду. Что делать? Рассеивать тепло всеми возможными способами.

Светлыми фасадами (будь моя воля, я бы вообще запретил темную и особенно зеркальную облицовку), зелеными крышами, снижением этажности застройки, энергоэффективностью, тотальным озеленением любого свободного клочка суши, оборудованием водоемов. Ведь вода намного более теплоемкая среда, чем суша или воздух, и способна не только дарить прохладу в жаркий день (что, разумеется, сильно облегчает жизнь тем, кто находится поблизости), но и смягчать суточные (да и годовые) температурные колебания.

Что касается осадков, то для минимизации ущерба от них нужно избавлять от асфальта те участки города, где это возможно. Вспомните полосы зелени, которые непременно сопровождали в советское время практически каждую транспортную артерию города. Зелень не только давала тень, снижая температуру на магистрали, но и вместе с открытой почвой впитывала излишнюю влагу во время ливней.

А еще, добавим мы от себя, из города можно… дружно уехать. Не так давно китайские климатологи опубликовали работу, в которой подсчитали, что массовый отток населения из крупных городов во время китайских новогодних каникул охлаждает эти города на 0,6 градуса. И это зимой.

Представьте, что там было бы летом! Троицкие ученые, например, представили и даже экстраполировали результаты на Москву.

Получилось, что массовый отъезд дачников на июльские выходные из города может привести к уменьшению острова тепла на 0,3 градуса. Вроде бы 0,3 — цифра невеликая. Но летом в жару ее прибавка — это повышение смертности на 0,8%, то есть на несколько человек в день. Соответственно, если минусовать тот же показатель, формула оборачивается столькими же спасенными жизнями. Так что ждем выходных и — марш из города. Спасать климат и оставшееся население.

СПРАВКА

Ученые установили зависимость между климатом и уровнем преступности. Как оказалось, насилие и агрессия увеличиваются по мере приближения к экватору. Жара, считают исследователи, приводит к тому, что люди живут одним днем, уделяют мало внимания своему будущему и легче теряют самоконтроль.

БОЛЬНИЧНЫЙ ПО ПОГОДЕ

Оказывается, на территориях с большим числом зараженных COVID-19 наблюдались очень схожие климатические показатели. Ученые провели сравнительный анализ 50 городов мира, большая часть которых имела крайне низкие показатели заражаемости коронавирусной инфекцией, а восемь, напротив, очень высокие. Как выяснилось, во вторых, среди которых оказались Ухань, Милан, Мадрид, Париж, Сиэтл, Токио, Тэгу (Южная Корея) и Ком (Иран), с января по март была температура от 4 до 9 градусов, а также низкая влажность.