VÁROSKLÍMA II.

A városi területek vízmérlege és eltérései a természetestől A városklíma kialakulásában kulcsszerepet játszik a mesterséges városi felszínek természeteshez képest jelentősen módosult vízgazdálkodása. A természetes felszínek talaj-növény-levegő rétegének, mint rendszernek a vízmérlegét a következő egyenlet írja le: p= E + r + S Ahol a p a csapadék, E az evapotranspiráció, r a nettó lefolyás és S a talaj nedvességtartalmának változása.

A városi felszín talaj-épület-növény-levegő rendszerének vízmérlege a természeteshez képest újabb tagokkal bővül: p + F + I = E + r + S + A ahol F – az antropogén folyamatok által a légkörbe jutó (égés során és a hőerőművek hűtőrendszerében keletkező) víz és I – a folyókból, víztározókból és egyéb víznyerő helyekről a városba szállított víz. Ezt a vízforgalmat viszonylag könnyű számszerűsíteni a szolgáltatók adatai alapján, amennyiben azok hozzáférhetők. A mérleg arra a rétegre vonatkozik, amely addig a talajmélységéig terjed ki, ahol a függőleges értelemben vett átszivárgás (f) már elhanyagolható.

A városi felszín (réteg) vízmérlegének tényezői vázlatosan

A következőkben összehasonlítjuk a városi (talaj-épület-növény-levegő) rendszer vízmérlegét a környező, nem urbanizált vidék természetes (talaj-növény-levegő) rendszerének vízmérlegével. Az egyszerűbb tárgyalás érdekében feltételezzük, hogy mindkettő jelentős kiterjedéssel bír horizontálisan, valamint az adott rendszeren belül a felszíni összetevők szerkezete hasonló és nem változik jelentősen a hellyel. Ekkor az advektív tényezőt (A) mindkét esetben elhanyagolhatjuk. A városi rendszer vízbevétele nagyobb a természetesénél, mivel az F és I tényezők még hozzáadódnak a csapadék (p) mennyiségéhez, amennyiben eltekintünk a mezőgazdasági földek esetleges öntözésétől.

Egyébként a város közelében, az antropogén eredetű kondenzációs magvak többlete miatt, megemelkedhet a csapadékösszeg. Az erre irányuló vizsgálatok szerint ez különösen igaz a záporos csapadékokra, az eredményekből levont következtetések azonban egyelőre eléggé bizonytalanok. Másrészt, általában a városi evapotranspiráció (E) és a felszín alatti tárolás változása (S) kisebb mértékű, mint vidéken. Az E azért lesz kisebb, mert a településeken az eredeti növényzetborítottság nagy része megszűnik és a növényzet helyére viszonylag kis áteresztőképességű építőanyagokból álló objektumok kerülnek.

A város összetett felszíne egy megnövekedett felfogófelületet jelent a csapadék számára, a városi anyagok rossz vízáteresztő képessége ezt jelentősen ellensúlyozza, emiatt a felszín alá bejutó és így ott tárolt víz mennyisége kisebb a vidékinél. Az előbbi megfontolásokból és abból adódóan, hogy a vízmérleg egyenletében a bal és a jobb oldalon egyenlő mennyiségek állnak, a városi területeken a lefolyás (r) nagyobbnak adódik, mint a természetes esetben. A gyorsabb lefolyás miatt városi területek jelentősen felerősítik és felgyorsítják az árhullám kialakulását.

p + F + I = (T + E + i) + f + k + r + S + A Amennyiben a talajvízképződést is figyelembe vesszük, illetve a párolgási tényezőt résztényezőkre bontjuk, akkor a korábbi egyenletet még tovább lehet finomítani: p + F + I = (T + E + i) + f + k + r + S + A ahol T – a transpiráció (növények által kibocsátott pára), E – a párolgás, i – a felületeken történő felfogás (intercepció), amely később elpárolog, f – az átszivárgás lefelé és k – a kapilláris emelkedés felfelé a talajvízből.

A felszínek elhelyezkedése szerint jelentékeny különbségek lehetnek a vízháztartás tényezői között. Például egy belvárosi zöldfelület az ottani magasabb hőmérséklet (az ún. városi hősziget) kialakulása miatt éves szinten kb. 10-40 mm-rel több vizet párologtat el, mint egy ugyanolyan, de a városon kívül fekvő zöldterület. A különbség annál nagyobb, minél nagyobb a növényzet rendelkezésére álló vízmennyiség (pl. öntözés révén). Különösen alacsony az evapotranspiráció a beépített területeken. A táblázat a beépítettség foka és a tényleges párolgás éves értékei közötti összefüggést mutatja be.

Az éves vízmérleg összetevői a felszín típusának, a talaj fajtájának és a beépítettség fokának függvényében (Berlin körzete)

A klímaparaméterek módosulásai Légnedvesség A növényzet és a párologtató természetes felszínek nagymérvű hiánya, valamint a magasabb hőmérséklet miatt a városokban nagyobb a levegő kiszáradásának hajlama, ami az alacsonyabb relatív nedvesség értékeiben jelentkezik. A legnagyobb eltérések (8-10%) – összhangban a hőmérsékleti többlet maximumával – az esti órákban és nyáron jelentkeznek. Az abszolút nedvesség esetében az eltérés iránya nem általánosítható ilyen egyértelműen, függ az időszaktól és a vizsgált várostól.

A kondenzációs magvakban a természetesnél jóval gazdagabb városi légtér kedvez a köd keletkezésének. Kimutatható, hogy a nagyvárosban – különösen, ha folyó keresztezi, vagy nagyobb vízfelület van a közelében – gyakoribb és tartósabb a ködképződés, mint a környezetükben. A városokban sokszor ún. száraz köd is megfigyelhető, amely a levegőben lévő szilárd szennyezőanyagokból áll össze és hatására a látástávolság nagymértékben lecsökken.

Köd, felhőzet és csapadék A felhő és ködképződés folyamatában döntő szerepük van a levegőben lebegő kis részecskéknek, a kondenzációs magvaknak, amelyek elősegítik a levegőben lévő vízpára kondenzációját, kis vízcseppekké való formálódását. Ha a körülmények kedveznek a cseppecskék növekedésének, akkor egy bizonyos nagyság után ezek csapadék formájában kihullanak a légkörből. Logikusnak tűnik, hogy a városok aeroszolokkal általában szennyezettebb légköre és a hősziget-hatás miatt fellépő erőteljesebb konvekció kedvező az intenzívebb felhő- és csapadékképződéshez, amennyiben a szükséges vízpára is rendelkezésre áll.

Több nagyvárosban a kibontakozó iparosodás és a vele járó aeroszol-kibocsátás (potenciális kondenzációs magvak) kedvezett a ködképződésnek, hatására megnőtt a ködös napok száma. Később, a fejlettebb országokban a korszerűbb fűtési módszereknek, termelési technológiáknak és tisztítóberendezéseknek köszönhetően, a javuló levegőtisztasági feltételek csökkentették a ködös periódusok gyakoriságát. Gyakran az is tapasztalható, hogy a települések kevésbé ködösek, mint környezetük. Ehhez az is hozzájárulhat, hogy a városok növekedésével erősödő hősziget miatt a levegő relatív nedvessége csökken, ami csökkenti a kondenzáció mértékét, ezért a ködök ritkábban és későbben kezdenek kialakulni.

A ködös napok átlagos száma különböző időszakokban (Tokió, Japán)

A fentebb említett okok miatt az urbanizált területek – ha korlátozott hatótávolsággal is – kimutatható csapadéknövekedést mutatnak. Ez a növekedés nem közvetlenül a városközpont felett jelentkezik, hanem – az uralkodó szélnek megfelelően – egy kissé eltolódva a lee-oldal irányában. Megfigyelhető a zivatarok és jégesők számának és intenzitásának a megnövekedése is, amelynek mértéke szoros kapcsolatba hozható a település méretével. Bizonyos hőmérsékleti feltételek mellett a hócsapadék aránya csökken az esőéhez képest. Arra is találtak példát, hogy a csapadék mennyiségében heti ritmus mutatkozott, hétvégi minimummal.

Példák a város és környezete közötti éves csapadékösszegek különbségeire

Az éves csapadékátlag (mm) izovonalai Az éves csapadékátlag (mm) izovonalai. A szaggatott vonalak a város határát jelölik (Urbana, Illinois).

A zivatarok növekedésének mértéke a városi lakosság számának függvényében

Szél A felszín erős tagoltsága következtében fellépő nagyobb súrlódás miatt a városokban a szélsebesség akár 20-30%-kal gyengülhet, míg a heves széllökések esetében a csökkenés 10-20%-os. Ugyanakkor a szélcsendes esetek száma 5-20%-kal növekszik. Ezektől az átlagos értékektől a különböző irányú útvonalak és terek mentén, a magas házak között igen változatos eltérések jöhetnek létre. Bizonyos esetekben, pl. szélcsatornák kialakulásakor a szél erősödése is megfigyelhető, ugyanis az uralkodó szél irányába futó, magas házakkal szegélyezett utcákban általában felgyorsul a légáramlás.

Kimutatható, hogy az idő során a város növekedésével folyamatosan csökken az éves átlagos szélsebesség. Az általános szélsebesség-csökkenésnek összességében az a következménye, hogy az emberek hőérzetét nyáron kedvezőtlen, télen pedig kedvező irányba befolyásolja, valamint hatására gyengül a szennyezőanyagok felhígulása a talajszint közelében. A tengeri-parti szél analógiájára fejlődik ki a város által létrehozott légmozgás is. Ha gyengék a nagyléptékű légáramlások, akkor a beépített terület általában melegebb a környezeténél, ami az alsóbb légrétegekben a külterület felől a városközpont felé irányuló áramlást indít el.

Az éves átlagos szélsebesség idősora egy növekvő városban (Hancavicsi, Belorusszia)

Ez a városi szél, amelynek iránya azonban a nap folyamán nem fordul meg, mert a város csaknem mindig melegebb, mint a külterületek. A helyi szeleket is általában arról az irányról nevezik el, ahonnan fújnak, ezért kapta a nevét pl. a parti szél is. Ez alól kivételt jelent a városi szél elnevezés, amely a magyar szakirodalomban valamilyen okból így honosodott meg, ellentétben az angollal, ahol country breeze-nek hívják.) A városi felszín általában rendkívül tagolt, érdes, ami erőteljes súrlódási hatást fejt ki a központ felé összeáramló levegőre és jelentősen lassítja azt. Ezért csak egy bizonyos küszöböt meghaladó város-vidék termikus különbség (városi hősziget) esetén indulhat be a cirkuláció.

A városi hősziget által keltett cirkuláció

Kialakulásának hajtóerői és hatásterülete szerint meg lehet különböztetni a városi szél nappali és éjszakai változatát. Nappal a városban a környezeténél magasabb hőmérséklet elsősorban az épületek felmelegedett tetőinek szintjében mutatkozik, amely a belváros felett erőteljes függőleges feláramláshoz vezet. Ennek pótlására a külső területek felől a tetőszint felett indul meg egy befelé tartó áramlás. Éjszaka a városi hőmérsékleti többlet az utcák szintjében jelentkezik és ezért a városi szél a felszín közelében mutatható ki. A beáramlás mélysége nagymértékben függ attól, hogy vannak-e a városban kívülről a központ felé elnyúló, részben zöld területek, ún. ventillációs folyosók, amelyek érdességükkel kevésbé akadályozzák a cirkulációt. Ilyen szerepet általában parkok, folyómedrek, utak és vasúti pályák tölthetnek be.

Éjszakai összeáramlás Frankfurtban, nyugodt időjárási helyzetben

A városi szél sajátossága, hogy működése esetén tulajdonképpen a kialakulását előidéző tényezők ellen hat, amely miatt a megfigyelések szerint egy bizonyos periodikusságot mutat. A külterületről a centrum felé összeáramló levegő a kiegyenlítő hatás következtében gyengíti a hőszigetet, aminek következtében csökken a cirkulációt fenntartó hőmérsékleti különbség. Ha ez a különbség lecsökken, a légáramlás leáll. Ezután viszont a hűtőhatás hiányában a városi hősziget újra megerősödik és egy idő után ismét elindítja a városi szelet.

A településeken az emberek az utca szintjében, a házak között megrekedt szennyezett levegőben élnek, amelyért ebben a szintben elsősorban a gépjárművek a felelősek. Ehhez társul még, főleg a nyári időszak fülledt estéin, a fokozottan melegebb környezet hőterhelése is. Szélcsendes vagy gyengén szeles időszakokban ezek a kellemetlen, egészségkárosító és közérzetet rontó hatások még hatványozottabban jelentkeznek. Csökkentésükben nagy jelentősége lehet a beáramló városi szélnek, aminek kialakulására egyébként is csak ilyen időjárási helyzetekben van reális esély. Ezen belül is az éjszakai változatnak van fontosabb szerepe, amely a felszín mentén szállítja a külterületek tisztább és hűvösebb levegőjét a belső városrészek felé.

A fentiekben felsoroltak miatt a várostervezés, városrendezés során nagyon fontos szempont kell hogy legyen a városi levegőkörnyezet minőségének javítása és ezzel összefüggésben a városi szél kialakulásának elősegítése. A gyakorlatban ez a lehetséges ventillációs pályák felderítésével, újak kialakításával, a meglévők bővítése és az esetleges beépítések megakadályozása révén valósulhat meg. A városlakók egészségének és jó közérzetének érdekében alapvető, hogy ez a hasznos levegőcsere-folyamat zavartalanul kialakulhasson, illetve fennmaradhasson.

A városklíma emberre gyakorolt hatásai A városklímának az emberre irányuló hatásai összefoglalásképpen a következők: télen főleg a sugárzási, nyáron elsősorban a hőmérsékleti viszonyok megváltozása előnytelen, aminek megítélése természetesen függ attól is, hogy az adott város milyen szélességi körön, milyen klimatikus régióban fekszik. Hűvösebb területeken kifejezetten előnyös is lehet a hőmérséklet néhány fokos emelkedése. Majdnem egész évben kedvezőtlen a szélviszonyok alakulása, viszont a légnedvességbeli eltérések hatásai viszonylag csekélyek.

A városi levegőkörnyezetben a meteorológiai paraméterek megváltozásai a természetes viszonyokhoz képest – különösen milliós nagyvárosok esetében – több terhelő hatást válthatnak ki, ami ronthatja az itt élők komfortérzetét. Ezek a tények – önmagukban nézve – azonban még nem tekinthetők egyértelműen egészségkárosító hatásúaknak. Mindez azonban a levegőszennyezéssel párosulva – amely akár százezres nagyságrendű városok esetében is igen nagy lehet – már kimutatható egészségrombolást végez az élő szervezetekben

Jellemző felszíni és légköri tulajdonságok, valamint (b) a városklíma paramétereinek megváltozása egy közepes földrajzi szélességen fekvő, kb. 1 millió lakosú nagyvárosban (a közölt értékek külön megjegyzés hiányában a nyári időszakra vonatkoznak)