Кому на Руси климатически комфортно

Как меняется ощущаемая температура в регионах России

Mikhail Varentsov et al. / Weather, Climate, and Society, 2020

Одна и та же температура воздуха ощущается по-разному, если на улице дождь, ветер или наоборот, прекрасный солнечный день. Бежать кросс по пересеченной местности всегда жарче, нежели листать соцсети в тени деревьев. Методов оценки ощущаемой температуры множество — о них и том, где в России наиболее комфортно климатически и как это меняется под действием глобального потепления, рассказывает Павел Константинов, доцент кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ имени Ломоносова.


Что такое климатический комфорт

Вопрос термического комфорта важен не только для того, чтобы решить, смотря на градусник за окном, как вам одеться. В мегаполисах — свой микроклимат, и его особенности оказывают влияние на местные экосистемы, экономику, а также наше с вами здоровье и комфорт. В последние годы были проведены многочисленные исследования, которые показывают сильную корреляцию между здоровьем людей и индексами «термического комфорта». Например, что тепловой стресс в летние месяцы приводит к увеличению сердечно-сосудистых заболеваний и смертности.

Трагические последствия термического стресса нам хорошо известны: очень и очень жарким летом 2010 года, когда Москву заволокло смогом лесных пожаров, дополнительная смертность в городе составила около 11 000 человек, а по всей стране — около 54 тысяч.

Европу волны жары (heat waves) накрывали в этом веке уже дважды: в 2003-м и в 2019 году.

Индексы «ощущаемой температуры» известны уже давно, лет эдак 70, и редкий погодный сервис не использует фразы типа «+7 градусов, ощущается как +1». Но не стоит доверяться им полностью: большинство из них используют довольно простую линейную зависимость ощущаемой температуры от температуры воздуха и скорости ветра. Классики биоклиматологии в начале нулевых (тут уместно порекомендовать замечательный отечественный труд Анатолия Исаева «Экологическая климатология» 2003 года) выделяли из такого рода «простых» индексов температурно-влажностные, температурно-ветровые и температурно-влажностно-ветровые типы — то есть по количеству предикторов из окружающей среды.

Однако эти индексы используют только информацию об окружающей среде, но никак не учитывают физиологию человека. Говоря проще, все отечественные индексы комфортности главным образом «холодовые» — то есть говорят нам о том, при каком сочетании метеопараметров мы замерзнем насмерть.

Это и понятно — главным образом индексы комфортности использовались для планирования работ в климатически суровых районах, вроде Крайнего Севера. Однако теперь, с глобальным потеплением, которое, кстати, весьма активно проявляется и на территории России, пришла и другая напасть — уже упомянутые тепловые волны.


Индексы

Наиболее современными способами оценивать влияние климата и погоды на здоровье человека сейчас являются индексы, основанные на моделях теплового баланса человеческого тела. Так, например в Германии и на юге Европы метеослужбы используют такой параметр, как эквивалентно-физиологическая температура (она же PET, physiological equivalent temperature) — «температура воздуха, при которой для обычных комнатных условий тепловой баланс человеческого тела остается неизменным со значениями температуры внутренних органов и температуры кожи для данной ситуации». Если на пальцах — всю совокупность влияющих на организм факторов можно выразить через ощущение температуры. То есть если где-то РЕТ = +49 по Цельсию то вы чувствуете себя так же, как и человек в комнате при температуре воздуха +49, где скорость ветра 0,1 метра в секунду, а упругость насыщения водяного пара — 12 гектопаскалей. 

Как считается PET

Тепловое воздействие фактической окружающей среды в PET оценивается с помощью уравнения энергетического баланса человека:

M + Wo + R + C + Esk + Eres + Esw + S = 0

Энергетический баланс человека состоит из производства тепла через метаболизм (M) и механическую работу (Wо), потоков радиации (R), излучения явного (C) и скрытого тепла (E). В уравнении скрытое тепло делится на: теплообмен через кожу (Esk), через потоотделение (Esw) и через дыхательную систему (Eres). Все упомянутые выше параметры указаны в ваттах. Предполагается, что запас тепла (S) в любое время равен 0 ватт (при условии устойчивого состояния).
Аналогично ему работает и Universal Thermal Climate Index (UTCI), но он требует для расчета модели самоадаптирующейся термоизоляции одежды и показывает теплоощущение уже для человека, идущего по улице спокойным шагом, со скоростью четыре километра в час. Он хорош и для холодных сезонов, когда индекс РЕТ не очень применим (потому что мороз в помещении это не то, чтобы стандартная ситуация).

Но самое классное в этих индексах — то, что каждое их значение статистически (в результате совместных исследований врачей и климатологов) привязано к физиологическим реакциям организма. То есть, знаем значение индексов — знаем и степень термического стресса у организма.


Где комфортно?  

Вооруженные этими технологиями, мы решили посмотреть, как делится территория России согласно вышеописанным индексам именно термического комфорта периода 1981-2010, и прикинули тренды для теплового/холодового комфорта за 1979-2018 годы.    

Иными словами, наш вопрос звучал так: опасен ли климат России для здоровья, и если да — то насколько? Ведь ввиду глобального потепления, это не только фундаментальное знание, но и весьма полезное для «лиц, принимающих решения» (если они, конечно, читают научные статьи) — если изменившаяся погода где-то становится опасной, то города надо перепланировать: в случае с жарой, например, устанавливать зеленые крыши, создавать кондиционируемые комнаты отдыха для пенсионеров, и так далее.

Мы обнаружили, что наиболее климатически дискомфортные области — не те, в которых зимой холоднее всего. В то время как самые низкие температуры были зафиксированы в зимней Якутии (средняя температура января в Якутске -40,6), самые опасные значения индекса UTCI наблюдаются на побережье Северного Ледовитого океана, где температуры от -20 до -25 обычно сочетаются с сильным ветром.

Также с помощью наиболее современных индексов дискомфортности нам удалось и оценить повторяемость различных степеней холодного и теплового стресса во всей России.

Зимой почти вся территория России постоянно подвергается воздействию «высокого холодового стресса», а более 50 процентов территории постоянно испытывает, по крайней мере, «очень сильный холодовой стресс». А вот, например, «сильного теплового стресса» в Арктике и на севере России почти не наблюдается. Исключением тут будут только самые южные области европейской части России — у них все наоборот.

Но самое интересное — это тренды изменений термического комфорта.

Сильнее всего из-за изменения климата теплеет в России Арктика. Но сильное потепление арктических зим почти не отражается на повторяемости холодового стресса для нас с вами. Потому что даже в теплеющей Арктике все равно — очень холодно.

А вот в европейской части России, особенно на северо-западе, зимы стали наоборот сильно безопаснее. Правда, и лето в долгу не осталось, и стало для людей тяжелее. Но вот Кольский полуостров реально стал комфортнее, чем был раньше — «давление» зимы там ослабло, а лето не изменилось. Другое дело юг Дальнего Востока и Сибири — там наоборот, зимы не изменились, а лето становится все жестче и жестче.

Стоит ли об этом беспокоиться? Скорее да, потому что в больших городах скорость роста РЕТ (а значит и его опасных значений) выше скорости роста обычной температуры воздуха. В дискуссиях об изменении климата мы частенько оперируем несколькими стандартными метеопараметрами — температурой воздуха и осадками. То есть говорим, что температура растет с такой-то интенсивностью: например, Росгидромет пишет в последнем отчете, что средняя скорость роста среднегодовой температуры воздуха на территории России в 1976-2019 годах составила 0,47 °С в 10 лет.

А теперь взглянем на графики ниже. Это тренды летней температуры и РЕТ в шести крупных российских городах — Москве, Петербурге, Нижнем Новгороде, Перми, Екатеринбурге и Красноярске — за 50 лет. Видно, что скорости роста эти метрик в отдельных городах отличаются в 2-2,5 раза. Особенно это заметно для Москвы.

То есть опираясь на «сухую» статистику (при этом очень качественную) Росгидромета, мы недооцениваем влияние изменения климата в городской среде (куда вмешивается еще и микроклимат застроенной территории) на наше с вами здоровье. А значит, недооцениваем и возможные опасности — от волн жары, избыточной застройки и так далее — которые выражаются в повышении летней смертности и сокращении продолжительности жизни.


У нас есть прогноз

Из-за чрезвычайно высокой сложности расчета индекса и РЕТ, и UTCI не моделируются большинством доступных нам прогнозов погоды — для этого нужны слишком большие вычислительные мощности, без которых расчет очень сильно бы замедлял технологию. Но для отдельных городов карты термической комфортности посмотреть в онлайне можно.  

Пример 1. Мы сделали такой инструмент для Москвы и Московской области — он показывает распределение индекса UTCI по данным метеостанций и частных метеодатчиков NetAtmo почти в реальном времени (с небольшим запаздыванием на сбор данных).

На приведенном примере отлично видно влияние московского «острова тепла» на температурный комфорт в центре российской столицы, особенно по сравнению с подмосковными аэропортами (подробнее об островах тепла — в одном из подкастов Terra Cognita).  

Пример 2. В 2020-м году ученые из Москвы и Томска создали проект «Жара в городах России» — первую в нашей стране систему прогноза опасности жары для городских жителей. На нем можно смотреть ежедневно рассчитанную статистику теплового стресса по итогам прошедших суток в 30-ти крупнейших городах России и наиболее вероятную ситуацию с жарой на ближайшие сутки.

Причем для ряда городов даже рассчитывается прогноз термического стресса для человека: на солнце, в тени и даже при беге трусцой. А для курортных городов — еще и лежащего на пляже.

Именно с его помощью 2 сентября 2020 года была спрогнозирована опаснейшая ситуация в Краснодаре – когда в течение одного часа днем ожидалось повышение значений РЕТ выше +50 градусов! Это опаснейшие условия, даже для юга России.

В 2021 году система заработает с майских праздников на новой площадке.

Павел Константинов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.