Ближайшее будущее Земли связано с потеплением планеты, поскольку рост городов и выбросы парниковых газов усугубляют последствия изменения климата. Текущие климатические прогнозы показывают, что к 2099 году ожидается повышение температуры в городах США на 2-7°C (3,6-12,6°F).
Чтобы попытаться адаптироваться к этому потеплению и сохранить условия для жизни на планете, исследователи изучают новые способы проектирования и строительства городов с использованием технологий, смягчающих климат, и обнаруживают, что по мере того, как их прогностические модели становятся все более изощренными, они раскрывают сложную взаимозависимость эффектов.
Например, новое моделирование раскрывает динамику изменения климата и разрастания городов на более детальном уровне, что приводит к новому пониманию того, что может произойти по мере роста городов и потепления регионов. Эта информация может иметь решающее значение для определения того, что может сработать, а что нет, когда мы пытаемся адаптироваться к приближающейся жаре.
Теперь исследователи под руководством Университета штата Аризона завершили некоторые из наиболее сложных моделей воздействия изменения климата на городские центры в США и обнаружили, что некоторые из предлагаемых сегодня решений обеспечат лишь небольшую часть облегчения прогнозируемое тепло.
Исследователи изучили ежедневное взаимодействие между расширением городов, изменением климата и адаптацией в США в 21 веке. Их анализ выявил нелинейную взаимосвязь между расширением городов и выбросами парниковых газов и сделал это на большом пространстве суши - континентальной части США - уделяя особое внимание растущим мегаполисам. Затем они изучили ряд стратегий смягчения жары, включая деревья на уровне улиц и инженерные решения, которые борются с явлением городской жары.
«Предыдущие исследования показали, что традиционные стратегии по снижению потепления работают в первую очередь на снижение дневных, а не ночных температур», - сказал Матей Джорджеску, доцент Школы географических наук и городского планирования АГУ. «Однако города, как правило, оказывают наибольшее влияние на региональную тепловую среду в вечерние и ночные часы».
«Мы смоделировали влияние традиционных подходов к смягчению тепла с более широко известными стратегиями охлаждения, но мы также смоделировали воздействие, связанное с конструкционными материалами, на температуру вблизи поверхности», - добавил он. «Мы обнаружили умеренное снижение температуры в ночное время с использованием материалов с низкой теплопроводностью».
Исследователи опубликовали свои выводы в статье «Суточная взаимосвязь между расширением городов, изменением климата и адаптацией в 21 веке в США. S. city» в раннем онлайн-издании журнала Nature Climate Change. Соавторами с Джорджеску являются Э. Скотт Крайенхофф, Университет Гвельфа, Онтарио, Канада, бывший исследователь с докторской степенью, работавший с Джорджеску в ASU, и Мохамед Мустауи., Эшли Бродбент и Вишеш Гупта, все они связаны с Центром исследований городского климата в АГУ.
Акцент на США
Новое исследование представляет собой аналитический взгляд на континентальную часть США и делает это на более высоком уровне сложности, чем предыдущие исследования. Например, в прошлых исследованиях предполагалось, что последствия урбанизации и парниковых газов можно определить, просто сложив их вместе. Новый подход позволяет исследователям охарактеризовать степень, в которой эти два фактора регионального изменения климата взаимодействуют друг с другом нелинейно.
«Влияние городской застройки и выбросов парниковых газов меньше, чем просто сумма отдельных компонентов», - сказал Джорджеску.«Это видно только в ночное время. Величина нелинейности локально снижает общее нагревание до 1 C (1,8 F)». Но, предупреждает он, «мы должны помнить, что это значительно меньше, чем само общее потепление (с 4 до 8 C, 7,2 до 14,4 F) в зависимости от смоделированного сценария выбросов парниковых газов».
Кроме того, команда Джорджеску углубилась в данные. В предыдущей работе в качестве точки данных использовалась средняя 24-часовая температура каждого дня. В этом исследовании команда произвела значительно больше данных (примерно 100 терабайт) с помощью компьютерного моделирования, выполненного на высокопроизводительных кластерах суперкомпьютеров, доступных в ASU, и изучила воздействия в 24-часовом или «суточном» масштабе с трехчасовыми интервалами.
«Предоставление этих данных научному сообществу позволит проводить соответствующие исследования, такие как биометеорологические оценки от исследователей в области здравоохранения и оценки энергопотребления от сообщества ученых-строителей», - сказал Скотт Крайенхофф, ведущий автор исследования.
Моделирование выявило потепление на континенте, особенно в региональных городских центрах США
Летнее потепление в городах в результате динамично взаимодействующей комбинации расширения городов и изменения климата составляет от 1 до 6 C (от 1,8 до 10,8 F) днем и от 3 до 8 C (от 5,4 до 14,4 F) ночью. конец века», - сказал член команды Мохамед Мустауи.
В целом, моделирование прогнозирует, что дневное городское потепление будет более выраженным в восточной части США, а ночное потепление будет самым сильным в регионах Аппалачей, Великих озер и Центральной долины Калифорнии, в основном в результате расширения городов в этих регионах..
Затем исследователи смоделировали, как различные технологии смягчения тепла будут работать с учетом прогнозируемых более высоких региональных температур. Эти технологии включают прохладные крыши, зеленые крыши и уличные деревья, и все они могут быть использованы для снижения приповерхностных внешних температур в этом районе.
Адаптация к жаре
«Используя динамическое интерактивное моделирование, мы рассмотрели несколько стратегий адаптации с целью компенсировать прогнозируемую городскую жару 21 века», - пояснил Крайенхофф. «Мы объединили высокоинтенсивное внедрение прохладных крыш, зеленых крыш и уличных деревьев (т. е. сценарий полной адаптации) и обнаружили, что это приводит к среднему дневному охлаждению в летнее время от 1,3 до 2,0 C (от 2,3 до 3,6 F) в зависимости от региона, но менее Ночное похолодание на 1 C (1,8 F). Местное дневное похолодание во многих прогнозируемых городских районах США было несколько выше, особенно в Калифорнии, Техасе и на северо-востоке».
Даже при наличии этих технологий смягчения тепла моделирование показало, что жара, вероятно, сохранится.
«Что меня больше всего поразило, так это то, что комбинированное, высокоинтенсивное внедрение всех стратегий адаптации не смогло компенсировать потепление в результате изменения климата в соответствии с климатическим сценарием RCP 8.5 (или бизнес как обычно), в результате чего средний континентальный U. S. потепление в городах от 1 до 4 C (от 1,8 до 7,2 F) в дневное время и от 3 до 6 C (от 5,4 до 10,8 F) ночью, а также значительное прогнозируемое увеличение количества дней с экстремальной жарой в городах по всей стране», - пояснил Крайенхофф.
«Даже при существенном сокращении выбросов парниковых газов, то есть при сценарии выбросов RCP 4.5, ночное потепление оставалось нетривиальным после полного применения адаптационных мер», - добавил он. «Это означает, что мы можем строить «крутые» здания и сажать деревья на наших улицах, и тем не менее в городах США, вероятно, станет намного жарче без одновременного и существенного сокращения выбросов парниковых газов».