Введение 5
1 Состояние атмосферы над городом 6
1.1 Оценки характеристик атмосферы города 7
1.2 Состав городского воздуха 9
1.3 Распределение температуры воздуха в городе 11
1.4 Причины роста и развития острова тепла 16
1.5 Вертикальная протяженность острова тепла 21
2 Изучаемый район, материалы и методы исследования 25
2.1 Физико-географическое положение и особенности
атмосферной циркуляции в районе г. Томска
2.2 Физико-географическое описание аэродрома Томск 28
2.3 Исходные материалы и их обработка 29
3. Характеристика острова тепла 33
3.1 Синоптические условия 33
3.2 Суточные характеристики разностей 39
3.3 Сезонные особенности средней за месяц разности температур 45
3.4 Количественные характеристики городского острова тепла 47
3.5 Некоторые эксперименты с использованием мезомасштабных моделей высокого разрешения
Заключение 54
Список использованных источников и литературы 56
Приложение А Синоптические карты за 00 ч. 4.08.2014 г. 60
Приложение Б Синоптические карты за 00 ч. 5.08.2014 г. 63
Приложение В Синоптические карты за 00 ч. 6.08.2014 г. 66
Приложение Г Синоптические карты за 00 ч. 19.07.2013 г. 69
Приложение Д Синоптические карты за 00 ч. 22.07.2013 г. 72
Приложение Е Суточный ход АТ по срокам в разное время года 75
Известно, что для города характерно изменение локальных метеорологических условий, связанное с застройкой территории в сочетании с выбросами в атмосферу загрязняющих веществ: газов и аэрозолей.
Городской климат относится к явлениям мезомасштаба, которые имеют протяжённость десятки километров по горизонтали и сотни метров - по вертикали. Поле температуры над городом характеризуется одной или более замкнутыми изотермами, получившими название городского острова тепла. В результате многочисленных исследований в разных городах получено, что среднегодовые температуры крупных городов превышают температуры в окрестностях в среднем на 1-2°С. Остров тепла проявляется по-разному в зависимости от масштабов города, климатических условий, сезона года, суток.
Целью магистерской работы является изучение «острова тепла» в Томске. Работа ориентирована на решение следующих задач:
1. Обобщение литературы по климату городов, особенностям температурных условий в городах и связи «острова тепла» с такими факторами как загрязнение атмосферы города, циркуляция и др. (обзор литературы).
2. Анализ фактического материала по температурным условиям в Томске (город) и АМСГ Богашево (пригород).
3. Обработка материала для выявления наличия или отсутствия острова тепла в Томске.
4. Получение количественных характеристик, анализ расчетных данных. Подробная информация по температурному режиму и острову тепла в Томске (зависимость его от сезона года, погодных условий, времени суток и др.).
Научная новизна работы:
Выявлены данные по острову тепла в городе Томске в зависимости от месяца, сезона года, времени суток и погодных условий.
Практическая значимость исследования:
Изучение данного явления необходимо для уменьшения негативных последствий с целью улучшения качества жизни городского населения.
Также полученные данные об острове тепла могут быть использованы в муниципальных структурах, таких как ЖКХ и ТЭЦ для уменьшения тепловых потерь.
Поставленные в работе цели и задачи были полностью выполнены.
По результатам расчетов разности температур между ГМС станцией Томск и пригородной станцией АМСГ Богашево были получены следующие выводы:
1. При анализе синоптической ситуации было выявлено, что на развитие городского острова тепла благоприятное влияние оказывают такие факторы, как развитие обширного антициклона над местностью, ясная безоблачная погода, малые скорости ветра, либо его отсутствие (штиль).
2. В суточном ходе наибольшая разность температур город - пригород (AT) отмечается в вечерние - ночные часы в летний сезон, и утренние - дневные часы в зимний сезон.
3. Остров тепла (AT) имеет существенные сезонные колебания: летом AT больше, чем зимой. Этот факт связан с поглощением солнечной радиации водяным паром, содержание которого в воздухе города летом больше, чем зимой [41], а также значительную роль играют сезонные изменения свойств подстилающей поверхности и тепловые выбросы антропогенных источников.
4. Сезонный минимум температурной разности наблюдается в весенний и осенний сезон - период активной атмосферной циркуляции. Сезонный максимум AT приходится на июнь - июль.
5. По среднемесячным данным городской остров тепла лучше выражен в теплое время года, его интенсивность составляет 1,4 °С.
6. Днем значения AT в 90 % случаев находятся в интервале 0,5¬3 °С, а характерным диапазоном является интервал 0,5-1 °С.
7. Ночью городской остров тепла в Томске имеет высокую сезонную изменчивость: повторяемость значений AT = 0-3°С летом составляет около 90%, зимой - 60%.
8. Сезонная изменчивость антропогенного эффекта, выраженного в приращении температуры над Томском, находится в соответствии с представлениями о том, что в отопительный период основным источником дополнительного тепла в городе является поступление тепла, образующееся при сжигании всех видов топлива и расходования электроэнергии, а в сезон отсутствия снежного покрова по-видимому, эффект теплового излучения от урбанизированной поверхности.
9. В данной работе, при моделировании атмосферы города Томска остров тепла также проявляется.
