Поиск - новости науки и техники

Кому на севере тепло. Полярные города манят климатологов.

В последнее время освоение Арктики стало одним из приоритетных направлений развития для нашей страны. Этой тематике уделяют внимание и гражданские, и военные организации. Серьезный вклад в изучение данного региона вносит сегодня Русское географическое общество (РГО). На прошлой неделе стало известно, что специалисты экспедиционного центра РГО и российской полярной станции “Барнео” оказывали консультативную поддержку группе оте-чественных десантников, проводивших учебно-спасательную операцию на дрейфующих льдах в экстремальных условиях Северного полюса. В Арктике военные не только произвели успешную высадку, но и отработали маневры по групповому перемещению в условиях аномально низких температур по дрейфующим льдам, учились преодолевать полыньи и торосы, овладели тонкостями езды на собачьих упряжках и ночевали в снегу…
Эта новость о необычных учениях ВДВ тут же облетела большинство отечественных и зарубежных СМИ. Конечно, любые действия военных в Арктике всегда привлекают внимание, в то время как гражданские проекты, подчас не менее важные для развития региона, остаются в тени. “Поиск” решил исправить ситуацию и рассказать о любопытном проекте, поддержанном грантом РГО №27/2013-НЗ “Климатические тайны Арктики: исследование климата полярных мегаполисов”. Его предварительные результаты также были обнародованы недавно, когда из очередной экспедиции в заполярные районы, проведенной в рамках реализации гранта РГО, вернулся коллектив молодых ученых географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Целью проекта было получение фундаментальных знаний о микроклиматических процессах, происходящих в российских полярных мегаполисах, в частности о пространственно-временной динамике и вертикальном строении так называемого городского острова тепла – площадь во внутренней части большого города, характеризующаяся повышенными по сравнению с периферией температурами воздуха, в условиях полярного дня и полярной ночи. Участники проекта на протяжении нескольких месяцев занимались экспериментальным изучением городского острова тепла в крупнейших российских городах, расположенных за полярным кругом, – Апатитах, Воркуте, Мурманске и Норильске. Здесь днем и ночью команда исследователей вела метеорологические наблюдения как в центре городов, так и на удалении от городской застройки. Для реализации данной задачи был организован ряд последовательных летних и зимних экспедиций в перечисленные города и проведение наблюдений с помощью портативных автоматических метеорологических станций Davis Vantage Pro 2. Также было выполнено сравнение спутниковых снимков, сделанных в инфракрасном диапазоне, с данными измерений, полученных непосредственно на месте, для изучения возможности использования ГИС-технологий для оценки островов тепла северных городов.
Ученые организовали и вертикальное зондирование термической структуры пограничного слоя воздуха с помощью профилемера МТП-5 непосредственно в черте города. Провели обобщение данных регулярных метеорологических наблюдений, с помощью которых была получена информация о временной динамике городского острова тепла. Это позволило изучить величину и динамику антропогенного потока тепла, оценить тепловое загрязнение и его воздействие на окружающую среду. По замыслу ученых, итогом исследования должна стать обоснованная оценка потенциальной экономии топливных ресурсов, которая может быть достигнута, если учитывать эффект городского острова тепла при расчете требуемой для отопления города мощности.
Как рассказывают участники проекта, он имеет свою предысторию. Дело в том, что в последнее десятилетие отмечается устойчивый рост общественного и научного интереса к климатическим особенностям мегаполисов. В частности, уже было организовано несколько подобных исследований городского острова тепла в странах Западной Европы и Северной Америки. Правильное представление об этом климатическом феномене – повышенной температуре в городской черте по сравнению с окружающей местностью – способно серьезно сэкономить средства городских бюджетов, направляемые на отопление в зимний период.
Основное внимание мирового сообщества специалистов в области городской метеорологии приковано в настоящий момент к мегаполисам тропической зоны – это связано с заметным недостатком фундаментальных знаний о климатических особенностях подобных территорий. Тем более удивителен тот факт, что к настоящему моменту крайне мало информации собрано о микроклиматических особенностях городов, расположенных по другую сторону от умеренного пояса – за полярным кругом. До сих пор имеются лишь единичные исследования, проведенные на Аляске и показавшие существование в зимнее время мощных островов тепла в относительно небольших городах Барроу и Фэрбанксе. Так, температура в центре последнего, несмотря на относительно небольшое население (35 тысяч человек) и традиционную для Америки малоэтажную застройку, в зимние месяцы, в среднем, более чем на 1оС выше, чем в расположенном за пределами города аэропорту. Можно ожидать, что в более крупных городах (например, российских) с плотной застройкой данный эффект будет значительно сильнее.
Изучение полярных островов тепла также имеет важный экологический аспект: в условиях полярной ночи они создаются главным образом за счет антропогенных источников тепла, их исследование позволит получить данные о тепловом загрязнении окружающей среды. К примеру, Норильск и Мурманск, расположенные на широте почти 70° с.ш., являются двумя крупнейшими в мире городами, находящимися за полярным кругом, и многократно превосходят те же Барроу и Фэрбанкс по площади и населению. Значительная площадь Норильска, высокая плотность застройки, а также низкие зимние температуры, определяющие большие энергозатраты на отопление, делают его одним из лучших мест для изучения эффекта острова тепла северных городов вообще.
Кстати, ввиду постоянно растущего интереса к Арктике, ее климату получение подобной информации могло бы не только серьезно помочь решению многих энергетических проблем северных городов, но и организовать правильную планировку новых населенных пунктов, которые будут возникать в данной климатической зоне как в связи с процессами регионального потепления, так и в ходе освоения новых месторождений горючих полезных ископаемых на шельфе Северного Ледовитого океана. Участники исследования уверены, что проделанная ими работа может стать важным вкладом России в фундаментальную теорию городской климатологии, активно развиваемую международным научным сообществом, и обеспечить нашей стране серьезный задел в последующих изысканиях.
РГО поддержало данный проект полуторамиллионным грантом, благодаря которому российским специалистам удалось провести самые точные измерения острова тепла, которые когда-либо осуществлялись в нашей стране. Эти деньги позволили покрыть расходы на все – от зарплаты ученых до закупки оборудования и организации четырех экспедиций. Так называемый пробный этап экспедиции по отладке измерительных технологий в летний период 2013 года прошел в Апатитах, еще три выезда состоялись этой зимой, когда команда геофака МГУ последовательно посетила Норильск (15.12.2013-25.12.2013), Кольский полу-
остров (комплексные исследования в Мурманске и Апатитах, 25.01.2014-06.02.2014) и Воркуту (01.03.2014-11.03.2014). Одной из причин, по которой исследовательский проект получил грантовую поддержку РГО, стало его соответствие приоритетным задачам Русского географического общества. В особенности это касается сбора, обработки и распространения достоверных общемировых и национальных географических, экологических, этнографических и статистических сведений в России и за рубежом, а также содействия научному творчеству, развитию географической и смежных наук о природе и обществе, масштабному распространению и внедрению в практику лучших достижений отечественной науки.
Ученые, вернувшиеся из Заполярья, единодушно отметили, что помимо масштабов островов тепла в городах не менее сильное впечатление на них произвели доброта и душевное тепло жителей Севера, “которые невозможно измерить никакими, даже самыми современными технологиями”. Кроме молодежи (возраст основной части участников экспедиций составляет 21-32 года) – студентов, аспирантов и недавних выпускников геофака МГУ – в исследовании приняли участие и приглашенные консультанты из ведущих отечественных и европейских научных организаций, например Института физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН и Датского метеорологического института. Студенты, побывавшие в экспедиции, продолжают активно работать в этом направлении и готовятся к защите своих дипломов и курсовых.
По результатам проекта планируется обработать полученные данные о мощностях городского острова тепла в указанных мегаполисах в зависимости от сезонов; изучить поток антропогенного тепла в городе и оценить тепловое загрязнение окружающей среды; разработать методику оценки возможной экономии топливных ресурсов за счет эффекта городского острова тепла и узнать конкретные значения этой величины для каждого из четырех обследованных городов. Кроме того, ведется подготовка публикации материалов по итогам экспедиций (договоренность об этом уже достигнута с несколькими ведущими зарубежными научными изданиями) и создания комплекта карт.
Отвечая на вопросы корреспондента “Поиска”, руководитель проекта “Климатические тайны Арктики: исследование климата полярных мегаполисов”, старший преподаватель кафедры метеорологии и климатологии Павел Константинов рассказал об актуальности и ходе данного исследования:
– Во-первых, климат полярных городов такого масштаба в принципе еще никто не изучал, потому что они находятся только в России. У нас за полярным кругом расположены большие города, но до сих пор об их микроклиматических особенностях было известно очень мало. Это фундаментальная причина. А практическая – в том, что, хорошо зная климат городов, мы можем лучше планировать отопительный период: если где-то в городе теплее, то стоит меньше сжигать топлива. Это важно и при планировании строительства новых населенных пунктов. Ведь все сжигаемые углеводороды, от угля до мазута, в условиях Крайнего Севера доставлять в города не всегда просто. Одним словом, в первую очередь, речь идет об энерго-сбережении. Наше исследование убивает сразу двух зайцев – оно и фундаментальное, и прикладное одновременно.
Все наши измерительные методики были завязаны на ГИС-технологиях. Мы использовали так называемое автомобильное зондирование: на автомашину сверху крепился очень точный датчик, и экспедиционный автомобиль с равной скоростью проезжал весь город. Потом с помощью ГИС-технологий мы снимали его трек, а также получали данные о температуре. Экспедиция в каждый из городов длилась от недели до 10 дней. Пока мы ограничились четырьмя населенными пунктами, потому что они – самые крупные в мире за пределами полярного круга. Сейчас мы завершаем этот проект – обсчитываем результаты, работаем над их оформлением, но в дальнейшем, конечно же, планируем продолжать изучение: Арктика для климатологов – “поле непаханое”. Свои данные мы еще нигде не публиковали, было лишь несколько выступлений для общественности, но интерес к проекту со стороны государства уже появился.
Что касается запланированных результатов, то нами уже составлены подробные тепловые карты Мурманска и Апатитов. Подготовлены экономические данные о том, сколько в городском бюджете можно сэкономить на отоплении, используя информацию, полученную нами в экспедициях. Очень важно развивать эту тематику дальше: для нас это был пробный шар, теперь же, в принципе, для этих городов можно вполне экономически обоснованно создавать метеорологические сети, которые помогли бы очень серьезно экономить местный бюджет на отопление.

Анна ШАТАЛОВА
(с использованием материалов пресс-службы географического
факультета МГУ им. М.В.Ломоносова)
Фото из тематического сообщества http://vk.com/public62932349

Нет комментариев