Ученые смоделировали влияние формы города и его близость к побережью на частоту и интенсивность осадков. Оказалось, что в круглых городах дожди идут чаще и интенсивнее, чем в квадратных и треугольных, наиболее выражен этот эффект в прибрежных городах. Исследование опубликовано в Earth’s Future.
Города оказывают огромное влияние на климат. Помимо прочего, застройка зданиями влияет на то, насколько часто интенсивно идут дожди как в самом городе, так и в его окрестностях. Массивы высотных домов меняют шероховатость рельефа, что сказывается на воздушных и тепловых потоках. Кроме того, город влияет на баланс влаги между землей и атмосферой.
При этом сами города остаются уязвимы для проливных дождей, поскольку непроницаемость асфальта и бетона увеличивает риски наводнений. Глобальное изменение климата в будущем лишь усилит эту проблему. Поскольку глобальная тенденция к урбанизации сохранится в обозримом будущем, важно исследовать влияние городской среды на характер осадков и учитывать полученные выводы при планировании застройки. Большинство работ оценивают влияние размера и скорости роста городов на количество дождей, в то время как о влиянии формы городов известно мало.
Группа климатологов из Гонконга, Китая и США под руководством Цзячуань Ян (Jiachuan Yang) из Гонконгского университета науки и технологии решила обратить внимание именно на этот аспект проблемы. В своем исследовании ученые смоделировали образование осадков в городах одинаковой площади, но разной формы: треугольной, квадратной и круглой. Оказалось, что в последнем типе городов осадки выпадают чаще, а их интенсивность существенно выше, чем в двух других. Эффект более выражен для прибрежных городов, где контраст между морским и городским воздухом приводит к более сильной конвекции.
Авторы использовали для симуляций ставшую уже традиционной модель исследования и прогноза погоды (Weather Research and Forecast, WRF), разработанную в Национальном центре атмосферных исследований США. В ее основе лежит численное решение уравнений гидротермодинамики атмосферы, учитывающее процессы в верхнем слое суши и воды. Для этого моделируемое пространство разбивается на сетку с адаптивной системой координат. При этом процессы подсеточного масштаба учитываются неявно с помощью параметризации. Одним из таких приемов параметризации стал метод крупных вихрей (Large Eddy Simulation, LES), который использовали авторы.
В каждом случае ученые рассматривали вычислительный домен размерами 120 × 120 × 20 километров (последний параметр — высота) с шагом полкилометра, в центре которого располагался город. Площади городов были одинаковыми и равными 400 квадратным километрам. Это соответствовало квадратному городу со стороной 20 километров, круглому — с диаметром 23 километра и городу в виде равностороннего треугольника — со стороной 30 километров. Для симуляции прибрежности городов юго-восточная часть домена была покрыта водой.
Домены имели координаты 30 градусов северной широты и 0 градусов восточной долготы для воспроизведения количества осадков в субтропическом климате. Модель предполагала, что сельский район, окружающий город, покрыт орошаемыми пахотными землями и пастбищами, а сами города обладают низкой плотностью, зданиями высотой пять метров и улицами шириной восемь метров. Доля непроницаемой поверхности составила 50 процентов, а удельная мощность антропогенной генерации тепла — 20 ватт на квадратный метр. Кроме того, авторы учитывали суточный цикл солнечной радиации, соответствующий таковому 22 июля, а также не включали в модель ветер.
В результате симуляции показали, что для городов, расположенных внутри суши, их форма, хоть и влияет на суточные осадки, но довольно несущественно. По-иному обстоит ситуация с прибрежными городами. Авторы обнаружили, что в этом случае в круглых городах выпадает осадков на 22 процента, а в квадратных — на 8 процентов больше, чем в треугольных. Также они выяснили, что утренний пик интенсивности дождей в круглых городах на 78 процентов выше, чем в треугольных. В последних, однако послеобеденные дожди проливаются раньше, чем в других конфигурациях.
Ученые объясняют результаты тем, как именно в рассмотренных городах происходит встреча различных потоков воздуха, приводящая к дождю. Если круглый город позволяет воздушным массам, поступающим со всех направлений, сходиться в центре, то в городах с углами эта картина нарушается. В них часть потоков встречается раньше, а потому и интенсивность дождей в целом не настолько пиковая. Авторы, однако, подмечают, что в реальности на погоду в конкретном городе влияет множество факторов, роль части из которых еще предстоит выяснить в будущем.
Ранее мы рассказывали, как физики изучили влияние стохастичности избыточных зарядов в водных каплях на их притяжение друг к другу. Оказалось, что этот механизм способен ускорить образование дождя в среднем на одну минуту.
Марат Хамадеев
Издержки на лечение их обострений в Британии оказались эквивалентны выбросам от 124 тысяч домов
Недостаточный контроль астмы в Великобритании ежегодно приводит к выбросам 303874 тонн углекислого газа, которые образуются преимущественно за счет дополнительного использования ингаляционных кортикостероидов и короткодействующих бета-2-агонистов, а также из-за госпитализаций и частых посещений врача. Это эквивалентно выбросам от 120 тысяч частных домов. Чтобы снизить общие выбросы от лечения астматиков на 40 процентов, нужно лучше контролировать течение их болезни. Такие выводы содержит исследование, результаты которого опубликованы в журнале Thorax.