Когда летнее солнце палит на жаркой городской улице, наша первая реакция - бежать в тенистое место, защищенное зданием или деревом.
Новое исследование впервые точно рассчитало, насколько эти заштрихованные области помогают снизить температуру и уменьшить эффект «городского острова тепла».
Исследователи создали сложную цифровую 3D-модель участка Колумбуса и определили, какое влияние тень зданий и деревьев в этом районе оказывала на температуру поверхности земли в течение одного часа одного летнего дня.
«Мы можем использовать информацию из нашей модели, чтобы сформулировать рекомендации по озеленению сообществ и посадке деревьев, и даже определить, где разместить здания, чтобы максимально затенить другие здания и дороги», - сказал Жан-Мишель Гульдманн, соавтор. исследования и почетный профессор городского и регионального планирования в Университете штата Огайо.
"Это может оказать существенное влияние на температуру на улице и в районе."
Например, моделирование, проведенное исследователями в одном районе Колумбуса, показало, что в день с максимумом 93,33 градуса по Фаренгейту температура могла быть на 4,87 градуса ниже, если бы молодые деревья уже в этом районе были полностью выращены и Посажено еще 20 полноценных деревьев.
Гульдман провел исследование вместе с Юджин Пак, которая работала в докторантуре в штате Огайо, а сейчас является доцентом городского и регионального планирования в Университете Чунг-Анг в Южной Корее, и Дешэн Лю, профессором географии в штате Огайо.
Их работа была недавно опубликована в Интернете в журнале Computers, Environment and Urban Systems.
Исследователи давно знают об эффекте городского острова тепла, при котором здания и дороги поглощают больше солнечного тепла, чем сельские пейзажи, выделяя его и повышая температуру в городах.
Недавнее исследование показало, что в 60 городах США летняя температура в городах была на 2,4 градуса по Фаренгейту выше, чем в сельской местности, а Колумбус был одним из 10 городов с наиболее интенсивным летним городским островом тепла.
Для этого нового исследования Гульдманн и его коллеги выбрали территорию площадью почти 14 квадратных миль в северной части Колумбуса, на которой имелся широкий спектр землепользований, включая дома на одну семью, многоквартирные дома, коммерческие и деловые комплексы, промышленные территории, парки отдыха и природные зоны. В районе исследования находилось более 25 000 зданий.
Исследователи создали 3D-модель изучаемой территории, используя 2D-карты земного покрова Колумбуса, а также данные LiDAR, собранные городом Колумбус с самолета. LiDAR - это лазерный датчик, который определяет форму объектов. Объединение этих данных привело к созданию 3D-модели, показывающей точную высоту и ширину зданий и деревьев.
Затем они обратились к компьютерному программному обеспечению, которое рассчитало тени, отбрасываемые каждым из зданий и деревьев в исследуемой области в течение одного часа - с 11 утра до полудня - 14 сентября 2015 года.
Кроме того, у исследователей были данные о температуре поверхности земли в районе исследования на ту же дату и время. Эти данные поступили со спутника НАСА, который использует тепловые инфракрасные датчики для измерения температуры поверхности земли с разрешением 30 на 30 метров (около 98 на 98 футов). Это привело к температуре поверхности в 39 715 точках в районе исследования.
Используя эти данные, исследователи провели статистический анализ, чтобы точно определить, как тень, отбрасываемая зданиями и деревьями, повлияла на температуру поверхности в тот сентябрьский день.
Результаты показали, что, как и ожидалось, здания излучали тепло в этом районе, но отбрасываемые ими тени также оказывали значительное охлаждающее воздействие на температуру, особенно если они затеняли крыши соседних зданий.
Статистическая модель может точно рассчитать эти эффекты, как положительные, так и отрицательные. Например, увеличение площади здания на 1% привело к повышению температуры поверхности в среднем на 2,6-3%.
Но увеличение площади затененной крыши на 1% привело к снижению температуры в среднем на 0,13-0,31%.
Тень на дорогах и парковках также значительно снижает температуру.
"Мы узнали, что больший эффект смягчения тепла может быть достигнут путем максимального затенения крыш зданий и дорог", - сказал Гульдманн.
Результаты также показали важность зеленых насаждений и воды для снижения температуры. Травянистые участки, как затененные, так и открытые, показали значительный эффект снижения тепла. Однако воздействие затененной травы было сильнее, чем воздействие травы, находящейся под прямыми солнечными лучами.
Объем крон деревьев и площадь водоемов также оказали значительное охлаждающее воздействие.
В ходе моделирования в районе Колумбуса исследователи подсчитали, что если бы нынешние деревья там были полностью выращены, температура в день с температурой 93,33 градуса по Фаренгейту была бы на 3,48 градуса ниже (89,85 градуса).
Но это еще не все. Моделирование показало, что если бы в районе было еще 20 взрослых деревьев, температура была бы еще на 1,39 градуса ниже.
"Мы давно знаем, что тень деревьев и зданий может обеспечивать охлаждение", - сказал Гульдманн.
"Но теперь мы можем более точно измерить, каким именно будет этот эффект в конкретных случаях, что может помочь нам сделать лучший выбор дизайна и стратегии озеленения для смягчения эффекта городского теплового острова."