Энергетические и климатические преимущества прохладных крыш хорошо известны: отражая, а не поглощая солнечную энергию, светлые крыши сохраняют прохладу в зданиях, городах и даже на всей планете. Теперь новое исследование, проведенное Национальной лабораторией Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab), показало, что прохладные крыши также могут экономить воду, уменьшая количество воды, необходимое для городского орошения.
Основываясь на моделировании регионального климата в 18 округах Калифорнии, исследователи из лаборатории Беркли Пуйя Вахмани и Эндрю Джонс обнаружили, что повсеместное внедрение прохладных крыш может снизить потребление воды на открытом воздухе на целых 9 процентов. В округе Лос-Анджелес общая экономия воды может достигать 83 миллионов галлонов в день, если на всех зданиях будут установлены отражающие крыши. Их исследование «Преимущества экономии воды за счет смягчения последствий городской жары» было опубликовано в журнале Nature Communications.
«Это первое исследование, в котором рассматривается связь между стратегиями смягчения воздействия воды и тепла в городских районах», - сказал Вахмани. «Вы можете не делать прохладные крыши только для экономии воды, но это еще одно ранее непризнанное преимущество прохладных крыш. И с точки зрения управления водными ресурсами, это совершенно другой способ мышления - манипулировать местным климатом, чтобы манипулировать потребностью в воде."
Одним из стимулов для проведения исследования было изучение того, как потепление климата в будущем повлияет на спрос на воду, особенно в связи с тем, что все больше городов ищут стратегии смягчения последствий изменения климата и адаптации к ним. «Хотя было показано, что стратегии смягчения последствий городской жары оказывают благотворное влияние на здоровье, потребление энергии и выбросы парниковых газов, их последствия для сохранения воды широко не изучались», - пишут Вахмани и Джонс в своем исследовании.
Прохладные крыши могут снизить потребность в воде за счет снижения температуры окружающего воздуха - это исследование показало, что городское охлаждение колеблется от 1 до 1,5 градусов по Цельсию, а это означает, что газонам и другим ландшафтам требуется меньше воды. Ученые из отдела наук о климате и экосистемах лаборатории признают, что для реализации этого преимущества экономии воды может потребоваться изменение поведения человека.
«Здесь есть ключевое предположение, что люди будут корректировать свое поведение при орошении в ответ», - сказал Джонс. «Чтобы воспользоваться преимуществами, нам нужно, чтобы люди знали о подходящем количестве воды или использовали датчики или умные ирригационные системы, что в любом случае является хорошей идеей».
Кроме того, они обнаружили, что выгода от экономии воды была еще сильнее в более жаркие дни. «Так что это признак того, что в будущем климате, когда жаркие дни случаются гораздо чаще, дополнительное преимущество от создания прохладных крыш может быть еще более значительным», - сказал Джонс.«Но это еще предстоит расследовать».
Вахмани и Джонс использовали региональную климатическую модель высокого разрешения для своего анализа; Затем Вахмани добавил в модель компонент, учитывающий поливную воду. «Это в основном регулирует влажность почвы, чтобы имитировать орошение», - сказал Вахмани. «Мы также использовали данные дистанционного зондирования, чтобы улучшить представление физических характеристик поверхности земли, что привело к повышению производительности модели».
Модель была подтверждена данными из водного округа Контра-Коста в Северной Калифорнии для клиентов, которые пользовались только орошением. «Потребность в оросительной воде, смоделированная моделью, достаточно хорошо соответствовала данным клиентов, учитывая сложный характер городского орошения», - сказал Вахмани.
Модельное моделирование проводилось в течение 15 лет в 18 округах Северной и Южной Калифорнии, принимая во внимание сценарий управления, отражающий текущее состояние городских районов, и сценарий с прохладной крышей, в котором на всех зданиях были установлены коммерчески доступные прохладные крыши..
Экономия оросительной воды в масштабах округа варьировалась от 4 до 9 процентов, при этом наибольшая экономия на душу населения наблюдалась в средах со средней плотностью населения или в районах с сочетанием зданий и ландшафтного дизайна. «Именно в пригородных районах вы видите наибольшую экономию воды», - сказал Джонс.
Исследование также подтвердило обнаруженный факт: меры по сохранению воды, которые напрямую сокращают орошение, такие как засухоустойчивое озеленение, могут иметь непреднамеренные последствия в виде повышения температуры в городских районах. Вахмани и Джонс смоделировали самый крайний случай - полное прекращение ирригации - и обнаружили, что среднее дневное потепление составляет 1 градус Цельсия в среднем по району залива Сан-Франциско..
«Эти результаты показывают, что сигнал о потеплении от стратегий, направленных только на сокращение использования воды на открытом воздухе, может значительно компенсировать охлаждающие эффекты основной стратегии смягчения последствий жары, такой как развертывание общегородских охлаждающих крыш», - пишут они.
Моделирование микроклимата
Поскольку климатические эффекты все чаще проявляются в городских масштабах, ученые из лаборатории Беркли стремятся применить свои модели в городских районах с крупными населенными пунктами и развитой инфраструктурой. «Это исследование является частью более масштабных усилий по улучшению нашей способности моделировать микроклимат в городских районах и другие климатические явления в масштабах, важных для принятия решений», - сказал Джонс. «Например, мы также заинтересованы в том, чтобы использовать это для изучения роли тумана в микроклимате залива».
Эти усилия также являются частью Инициативы Беркли Лаборатории по устойчивости к воздействию воды, часть которой направлена на разработку подходов к прогнозированию гидроклимата в масштабах, которые можно использовать для разработки водно-энергетических стратегий.
Вахмани и Джонс планируют продолжить это исследование, расширившись на сельское хозяйство, а также изучив стратегии смягчения последствий жаркой погоды и растущего спроса на воду. «Во-первых, мы хотим увидеть, насколько изменение климата повысит спрос на воду. Следующим шагом будет разработка стратегий противодействия этому», - сказал Вахмани. «В городских районах мы рассмотрим, как прохладные крыши могут улучшить как экстремальный спрос на тепло, так и потребности в орошении, связанные с будущим потеплением. В то время как в сельскохозяйственных районах стратегии будут связаны с технологией орошения и тем, какие культуры вы выращиваете».