Existen dos tipos de impactos de las actividades humanas en el clima: uno es el impacto inconsciente, es decir, los efectos secundarios de las actividades humanas en el clima; el otro es el que tiene ciertos efectos; medidas para un determinado propósito para cambiar conscientemente las condiciones climáticas. En esta etapa, el primer impacto es absolutamente dominante, y este impacto es más obvio en los tres aspectos siguientes: ① Los gases de efecto invernadero y diversos contaminantes emitidos a la atmósfera durante la producción industrial y agrícola cambian la composición química de la atmósfera; Actividades como el desarrollo de la agricultura y la ganadería cambian la naturaleza de la superficie subyacente, como la destrucción de la vegetación de bosques y pastizales, la contaminación por petróleo marino, etc. ③ El impacto del clima urbano en las ciudades. En los 200 años transcurridos desde la revolución industrial mundial, con el rápido aumento de la población, el desarrollo de la ciencia y la tecnología y la rápida expansión de la escala de producción, el impacto adverso de las actividades humanas sobre el clima se ha vuelto cada vez más grave.
1. Cambio de la composición química atmosférica y del impacto climático
La producción industrial y agrícola emite a la atmósfera grandes cantidades de gases residuales, polvo y otros contaminantes, entre los que se incluye principalmente dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y clorofluorocarbonos (CFC). Antes del desarrollo de la industria de la refrigeración, no existía tal componente gaseoso en la atmósfera. Las emisiones industriales de CFC11 comenzaron en 1945 y de CFC12 en 1935. En 1980, el contenido de CFC11 en la troposfera inferior era de aproximadamente 168 x 10-3 ml/l, y el contenido de CFC12 era de 285 x 10-3 ml/l, que era 1938.
Tabla 3 Comparación de características climáticas entre ciudades y suburbios
Como se muestra en la figura. Se puede observar que, a excepción del CO2, el contenido de otros gases de efecto invernadero en la atmósfera es extremadamente pequeño, por lo que se denominan gases traza. Pero su efecto de calentamiento debería ser extremadamente fuerte, con grandes incrementos anuales, un largo tiempo de descomposición en la atmósfera y un gran impacto.
El ozono (O3) es también un gas de efecto invernadero que se ve afectado por factores naturales (radiación ultravioleta en la radiación solar) sobre las moléculas de oxígeno en la atmósfera superior.
Efecto fotoquímico), pero son destruidos por los gases emitidos por las actividades humanas, como clorofluorocarbonos, compuestos alquílicos halogenados, N2O, CH4, CO y otros gases que pueden destruir el ozono. Entre ellos, el CFC11 y el CFC12 son los principales, seguidos del N2O. Desde principios de la década de 1980, la cantidad de ozono ha disminuido drásticamente, con mínimos del -15% en la Antártida y del -5% en el Ártico. A nivel mundial, en circunstancias normales, la oscilación debería estar dentro del 2%. Este año, según mediciones reales en 1987, alcanzó más del -4%. De 60 N a 60 S, la cantidad total de ozono disminuyó de un promedio de más de 300 unidades en 1978 a menos de 290 unidades en 1987, es decir, una disminución del 3-4%. En términos de cambios verticales, hay una disminución máxima a una altitud de 15 a 20 km y un ligero aumento en la troposfera inferior. La reducción de ozono en la Antártida es la más destacada, formándose un círculo polar cerca del centro de la Antártida, llamado "agujero de ozono antártico". De 1979 a 1987, el valor mínimo del centro mínimo de ozono cayó de 270 unidades a 150 unidades, y el área inferior a 240 unidades continuó expandiéndose, lo que indica que el agujero de ozono en la Antártida continuó fortaleciéndose y expandiéndose. Aunque la cantidad total de O3 aumentó en 1988, volvió a aumentar en 1989. Un informe de investigación publicado por la Organización Meteorológica Mundial en octubre de 1994 mostró que el ozono en más de las tres cuartas partes de la tierra de la Antártida y los mares cercanos ha disminuido en más del 65% en comparación con hace 10 años. Sin embargo, algunos datos muestran un ligero aumento del ozono en la troposfera.
El aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera provocará un calentamiento climático y un aumento del nivel del mar. Según los datos de observación más fiables, las temperaturas globales aumentaron entre 0,6 y 0,9 °C entre 1885 y 100 °C. La tendencia al calentamiento global también ronda los 0,8 ℃. Después de 1985, las temperaturas de la superficie global han seguido aumentando y la mayoría de los estudiosos creen que esto se debe a las emisiones de gases de efecto invernadero. La figura enumera los efectos de calentamiento de las emisiones de gases de efecto invernadero en tres escenarios diferentes. Los cálculos del modelo climático también muestran que este calentamiento es mayor en los polos que en el ecuador, y mayor en invierno que en verano. A medida que aumentan las temperaturas globales, también aumenta la temperatura del agua del océano, lo que hace que se expanda y aumente el nivel del mar. Además, debido al fuerte calentamiento de las regiones polares, cuando la concentración de CO2 en la atmósfera se duplique, el hielo polar se derretirá, la frontera del hielo se reducirá hacia el polo y el agua derretida provocará un aumento del nivel del mar. Los datos de observación reales demuestran que entre 1880 y 1980, el nivel global del mar aumentó entre 10 y 12 centímetros en un siglo.
Según los cálculos, si las emisiones de gases de efecto invernadero se controlan dentro de los estándares de emisión de 1985, el nivel del mar global aumentará a un ritmo de 5,5 cm/10a, con un aumento de 20 cm en 2030 y 34 cm en 2050. Si no se controlan las emisiones, el nivel del mar aumentará un 10% para 2030.
El aumento de los gases de efecto invernadero tiene cierto impacto en las precipitaciones y en los ecosistemas globales. Según los cálculos del modelo climático, si el contenido de CO2 en la atmósfera se duplica, la precipitación anual total aumentará entre un 7% y un 11% a nivel mundial, pero la proporción del cambio será diferente en las distintas latitudes.
La destrucción de la capa de ozono por los gases de efecto invernadero tiene un gran impacto en la ecología y la salud humana. La disminución del ozono aumenta la cantidad de radiación ultravioleta de la radiación solar que llega al suelo. Si la cantidad total de ozono en la atmósfera disminuye un 1%, la radiación ultravioleta que llega al suelo aumentará un 2%. Este tipo de radiación ultravioleta destruirá el ácido ribonucleico (ADN), cambiará la información genética, destruirá las proteínas, matará el plancton marino unicelular en aguas de 10 m de profundidad, reducirá la producción pesquera, destruirá los bosques, reducirá el rendimiento y la calidad de los cultivos, debilitará la inmunidad humana y dañará ojos y aumentar el cáncer de piel y otras enfermedades.
Además, los gases emitidos por las actividades humanas contienen grandes cantidades de sulfuros, compuestos de nitrógeno y polvo creado por el hombre, que pueden provocar contaminación del aire y formar, en determinadas condiciones, "lluvia ácida", perjudicial para los bosques. peces, cultivos y edificios causando graves pérdidas. Los rápidos aumentos de polvo en la atmósfera pueden debilitar la radiación solar y afectar la temperatura, la nubosidad (núcleos higroscópicos en el polvo) y las precipitaciones.
En segundo lugar, cambiar las características de la superficie subyacente y los efectos climáticos
Las actividades humanas pueden cambiar las propiedades naturales de la superficie subyacente de muchas maneras. En la actualidad, los más destacados son la destrucción de la vegetación en bosques, laderas y zonas áridas y la contaminación por petróleo marino.
El bosque es una superficie subyacente especial que no solo afecta el contenido de CO2 en la atmósfera, sino que también crea un clima forestal único y puede afectar las condiciones climáticas de una gran zona cercana. El dosel del bosque puede absorber una gran cantidad de radiación solar incidente para promover la fotosíntesis y la transpiración, de modo que su propia temperatura no aumente mucho. Durante el día, el suelo bajo el bosque queda bloqueado por las copas de los árboles, por lo que la radiación solar no penetra mucho y la temperatura no aumenta bruscamente. Por la noche, debido a la protección de las copas de los árboles, la radiación efectiva no es fuerte, por lo que no es fácil que la temperatura baje. Por lo tanto, la diferencia de temperatura diaria (anual) en el bosque es menor que en la tierra desnuda fuera del bosque, y el grado de temperatura continental se debilita significativamente.
El dosel del bosque puede interceptar la precipitación, y la capa de humus suelta y la capa de hojarasca debajo del bosque pueden almacenar agua y reducir la escorrentía superficial después de la lluvia. Por lo tanto, el bosque puede denominarse un "reservorio verde". El agua de lluvia se filtra lentamente en el suelo, aumentando la humedad del suelo y el agua disponible para la evaporación. Junto con la transpiración del bosque, la humedad absoluta y la humedad relativa en el bosque son más altas que la tierra desnuda fuera del bosque.
Los bosques pueden aumentar las precipitaciones. A medida que el aire fluye a través del dosel del bosque, la obstrucción y la fricción del bosque fuerzan el aire hacia arriba, provocando una mayor turbulencia. Además, la humedad del aire en las zonas forestales es alta y la altura de la condensación es baja, por lo que hay más oportunidades de precipitaciones en las zonas forestales y la lluvia es mayor que en las zonas abiertas. Según datos de mediciones reales, la humedad del aire en las zonas forestales es entre un 15% y un 25% más alta que en las zonas no forestales, y las precipitaciones anuales pueden aumentar entre un 6% y un 10%.
Los bosques pueden reducir la velocidad del viento. Cuando el viento sopla hacia el bosque, la velocidad del viento cambia en el lado de barlovento del bosque, a unos 100 m de distancia del bosque. Al pasar por el bosque, la velocidad del viento disminuye rápidamente. Si el viento arrastra sedimentos, las arenas movedizas se hundirán y poco a poco se irán fijando. Después de atravesar el bosque, la velocidad del viento aún disminuye dentro de una cierta distancia en el lado de sotavento del bosque. En zonas áridas, los bosques pueden reducir el impacto de los vientos secos y evitar la fijación del viento y la arena. En las zonas costeras ventosas, los bosques pueden resistir la brisa del mar y proteger las tierras de cultivo. Las secreciones de las raíces del bosque pueden promover el crecimiento de microorganismos y mejorar la estructura del suelo. La zona cubierta de bosques tiene un clima húmedo, buena conservación del suelo y del agua, y un círculo virtuoso de equilibrio ecológico, que puede denominarse "océano verde".
Según las investigaciones, los bosques del mundo alguna vez representaron 2/3 de la superficie terrestre de la Tierra en la historia. Sin embargo, con el aumento de la población, el desarrollo de la agricultura, la ganadería y la industria, la construcción de ciudades. y carreteras, y la destrucción de la guerra, los bosques del mundo han disminuido gradualmente, alcanzando el 46% en el siglo XIX y el 37% a principios del siglo XX. Actualmente, la superficie media de cobertura forestal mundial es de aproximadamente el 22%. La antigua China también tenía una densa cubierta forestal. Más tarde, debido a la proliferación demográfica, la expansión de las tierras agrícolas y las frecuentes guerras en las dinastías Ming y Qing, la tasa de cobertura forestal nacional cayó al 8,6% en 1949. Desde la fundación de la República Popular China, el partido y el gobierno han organizado una forestación a gran escala, alcanzando una superficie de forestación de 460 millones de acres. Sin embargo, debido a la base débil, la deforestación es bastante grave. La superficie de cobertura forestal actual es sólo del 12%, ubicándose en el puesto 165.438+06 entre 160 países del mundo.
Debido a la destrucción de grandes áreas de bosque, el clima se ha vuelto más seco, las tormentas de arena se han intensificado, la erosión del suelo ha empeorado y el clima se ha deteriorado. Por el contrario, después de la liberación, China estableció varios bosques protectores en el noreste occidental de China, el este de Henan, el noroeste de Hebei y la costa de Shandong, que desempeñaron un papel importante en la transformación de las condiciones naturales y climáticas.
En las zonas áridas y semiáridas, alguna vez hubo pastos y arbustos tolerantes a la sequía que podían sobrevivir en áreas secas y proteger el suelo allí. Sin embargo, debido al aumento de la población, hay más inmigrantes en las zonas áridas y semiáridas. Expanden allí la agricultura y la ganadería y extraen xerófitos como combustible (especialmente plantas en las laderas), lo que destruye en gran medida los pastizales, arbustos y otros cultivos locales. Vegetación natural. El agua de lluvia en las pendientes se acumula rápidamente y fluye rápidamente, lo que tiene un fuerte efecto abrasivo en el suelo. La pérdida de la protección y el bloqueo de la vegetación natural provocará una grave erosión del suelo. En las tierras planas, una vez que llega la sequía, los cultivos agrícolas no pueden crecer. La tierra suelta después de la recuperación no tiene protección vegetal y es fácilmente erosionada por el viento. Como resultado, la superficie fértil del suelo fue arrastrada, mientras que la arena permaneció, provocando la desertificación. Una situación similar existe para la ganadería, que excede la capacidad de carga de los pastizales. En los años de sequía, los pastos son escasos, el suelo es pisoteado por el ganado y se produce una grave erosión eólica que provoca la desertificación. En tierras desiertas, el clima es aún peor, como se muestra en: aumento de la escorrentía después de la lluvia, aumento de la erosión del suelo y reducción de la humedad, lo que seca el suelo y la atmósfera locales, aumenta la reflectividad de la superficie, destruye el equilibrio térmico original, disminuye las precipitaciones y hace que el clima sea continental a medida que aumenta el nivel, la fertilidad de la superficie disminuye, los desastres por tormentas de arena aumentan considerablemente y el clima se vuelve más seco, lo que es aún más desfavorable para el crecimiento de las plantas.
Según estimaciones del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, actualmente, cada año se pierden 60.000 kilómetros cuadrados de tierra a nivel mundial debido a la desertificación, y otros 210.000 kilómetros cuadrados de tierra se están reduciendo y no tienen valor económico en la agricultura. y ganadería. La desertificación también es una amenaza para China. Hubo 654,38+20.000 km2 de tierra desertificada en el norte de China durante períodos históricos, y el área desertificada ha aumentado año tras año en las últimas décadas. Por lo tanto, debemos tomar conscientemente medidas activas para proteger la vegetación natural local, llevar a cabo riego a gran escala, realizar forestación artificial, plantar vegetación tolerante a la sequía y prevenir el deterioro climático de acuerdo con las condiciones locales.
La contaminación por petróleo del océano es otro aspecto importante de las actividades humanas que cambian las propiedades de la superficie subyacente. Se estima que cada año se transportan por mar más de 654,38 mil millones de toneladas de petróleo a los lugares de consumo. Debido a un transporte inadecuado o a accidentes de camiones cisterna, cada año vierten al océano más de 654,38 millones de toneladas de petróleo. Además, el petróleo residual generado durante los procesos industriales se vierte al océano. Se estima que cada año se inyectan en el océano entre 200.000 y 100.000 toneladas de petróleo.
Algunos aceites usados vertidos en el mar forman una película de aceite en la superficie del mar, que inhibe la evaporación del agua del mar y seca el aire del océano. Al mismo tiempo, se reduce la transferencia de calor latente en la superficie del mar, lo que provoca un aumento de los cambios diurnos y anuales en la temperatura del agua del mar, lo que hace que el océano pierda su función de regulación de la temperatura, lo que genera un "efecto de desertificación marina". " La película de aceite usado tiene un impacto negativo en superficies marinas relativamente cerradas, como el Mediterráneo, el Mar Báltico y Japón. La influencia del mar es más significativa que la de los vastos océanos Pacífico y Atlántico.
Además, para satisfacer las necesidades de producción y transporte, el hombre ha cambiado la naturaleza de la superficie subyacente llenando lagos con tierra, cavando canales y construyendo grandes embalses, lo que también ha tenido un importante impacto. impacto sobre el clima. Por ejemplo, después de la construcción del embalse de Xinanjiang en 1960, el cercano condado de Chun'an tuvo veranos más frescos e inviernos más cálidos. La temperatura durante el año disminuyó, las primeras heladas se retrasaron, las heladas finales se adelantaron y las heladas estuvieron libres. El período se amplió en una media de unos 20 días.
En tercer lugar, las emisiones antropogénicas de calor y vapor de agua
Con el desarrollo de la industria, el transporte y la urbanización, el consumo mundial de energía está aumentando rápidamente. En 1970, el consumo mundial de energía equivalía a quemar 7.500 millones de toneladas de carbón, liberando 25×1010J de calor. Entre ellos, la producción industrial y el transporte por carretera emiten una gran cantidad de calor residual, y las estufas y aparatos de aire acondicionado de los residentes, así como el metabolismo de las personas y el ganado, también liberan una cierta cantidad de calor. Este "calor artificial" calienta directamente la atmósfera como un horno. En la actualidad, si se promedia el calor artificial en todo el continente, equivale a liberar 0,05W de calor por metro cuadrado de tierra. Numéricamente hablando, es insignificante en comparación con el calor radiante neto promedio que toda la Tierra obtiene del sol. Sin embargo, debido a que la liberación de calor antropogénico se concentra en algunas grandes ciudades con una población densa y una industria y comercio desarrollados, su efecto de calentamiento local es insignificante. bastante significativo. Como se muestra en la figura, en ciudades de latitudes altas como Fairbanks y Moscú, las emisiones promedio anuales de calor antropogénico (QF) son mayores que la radiación solar neta en ciudades de latitudes medias, como Montreal y Manhattan, debido a sus enormes dimensiones; consumo de energía per cápita, sus emisiones térmicas antropogénicas promedio anuales de QF son superiores a Rg.
Especialmente en Montreal, debido al enorme consumo energético del aire acondicionado y la calefacción en invierno, su calor artificial equivale a más de 11 veces la radiación solar neta. Sin embargo, en la zona tropical de Hong Kong y en el Singapur ecuatorial, las emisiones de calor antropogénico son muy pequeñas en comparación con la radiación solar neta.
Al quemar grandes cantidades de combustibles fósiles (gas natural, gasolina, fueloil, carbón, etc.). ), además de las emisiones de calor residual, se libera al aire una cierta cantidad de "vapor de agua artificial". Según METROMEX, el vapor de agua artificial producido por la combustión en St. Louis es 65,438+00.8×65,438+008 g/h, mientras que la evapotranspiración natural del suelo local en verano es 6.7×10. Obviamente, la cantidad de vapor de agua artificial es mucho menor que la evapotranspiración natural, pero tiene un cierto efecto en el aumento de la nubosidad baja local. Se estima que el consumo mundial de energía está creciendo actualmente a aproximadamente un 5,5% anual. Si esta tasa sigue aumentando, en el año 2000 el consumo mundial de energía será cinco veces mayor que en 1970, o 37.500 millones de toneladas de carbón por año. El calor y el vapor de agua generados por el hombre que emite se concentran principalmente en las ciudades, y su impacto en el clima urbano mostrará cada vez más su importancia.
Tabla 2 Emisiones de calor antropogénicas en diferentes ciudades
Además, además del CO2, hay una gran cantidad de vapor de agua en los gases de escape emitidos por los aviones a reacción de gran altitud. Según las investigaciones, el vapor de agua en la estratosfera (altura de 50 hPa) ha aumentado significativamente en los últimos años. Por ejemplo, su contenido de vapor de agua era de 2×10-3 ml/l en 1970 y aumentó a 3×10. El efecto térmico del vapor de agua es similar al del dióxido de carbono, que tiene un efecto invernadero en la superficie. Según los cálculos, si la cantidad de vapor de agua en la estratosfera se multiplica por cinco, la temperatura de la superficie aumentará 2°C, mientras que la temperatura de la estratosfera disminuirá 10°C. Un aumento del vapor de agua en las altitudes superiores también conducirá a un aumento de las nubes cirros en las altitudes superiores. Se estima que el número de cirros ha aumentado entre un 5% y un 10% en la ruta América del Norte-Atlántico-Europa, donde vuelan la mayoría de los aviones. Las nubes tienen una gran influencia en la radiación solar y la radiación infrarroja del sistema Tierra-atmósfera y desempeñan un papel importante en la formación y el cambio climático.
En cuarto lugar, el clima urbano
Las ciudades son los centros de actividades humanas, donde la población está densamente poblada y la superficie subyacente es la que más cambia. La industria, el comercio y el transporte frecuentes consumen la mayor parte de energía y emiten a la atmósfera grandes cantidades de gases de efecto invernadero, "calor artificial", "vapor de agua artificial", polvo y contaminantes. Por lo tanto, el impacto de las actividades humanas en el clima es más prominente en las ciudades. El clima urbano es un clima local especial bajo la influencia de las actividades humanas después de la urbanización en el contexto del clima regional. A principios de la década de 1980, el académico estadounidense Lanzburg hizo un resumen comparativo de los factores climáticos en ciudades y suburbios, como se muestra en la Tabla 3.
A juzgar por un gran número de hechos observacionales, las características del clima urbano se pueden resumir como el efecto de las "cinco islas" (isla turbia, isla de calor, isla seca, isla húmeda, isla de lluvia) y la reducción y cambio de velocidad del viento.
(1) Efecto isla de turbidez urbana
Hay cuatro manifestaciones principales del efecto isla de turbidez urbana. En primer lugar, hay más contaminantes en la atmósfera de las ciudades que de los suburbios. En cuanto a los núcleos de condensación, la concentración media de núcleos de condensación en el océano es de 940 granos por centímetro cúbico, con un máximo absoluto de 39.800 granos por centímetro cúbico. En el aire de las grandes ciudades, el valor medio es de 147.000 partículas/cm3, es decir, 156 veces el del océano. El valor máximo absoluto es de 4.000.000 de partículas/cm3, es decir, más de 100 veces el del océano. Tomando a Shanghai como ejemplo, según los resultados de monitoreo de los últimos cinco años (1986-1990), las concentraciones promedio de SO2 y óxidos de nitrógeno en las áreas urbanas son 8,7 veces y 2,4 veces mayores que las de los condados suburbanos, respectivamente.
En segundo lugar, hay muchos núcleos de condensación en la atmósfera urbana, y la turbulencia térmica a baja altitud y la turbulencia mecánica son relativamente fuertes, por lo que hay mucha más cobertura de nubes bajas y el número de días nublados en función de las nubes bajas. cobertura (el número de días con nubosidad baja ≥ 8) en los suburbios. Según las estadísticas de Shanghai en los últimos diez años (1980-1989), la nubosidad baja promedio en el área urbana es de 4,0 y en los suburbios es de 2,9. El número de días nublados (nubosidad baja ≥ 8) en el área urbana es 60, mientras que el número promedio de días soleados (nubosidad baja ≤ 2) en los suburbios es de solo 31 días, 132 días en el área urbana y 178 días en los suburbios. También se han observado fenómenos similares en ciudades europeas y americanas como Munich, Budapest y Nueva York.
En tercer lugar, en la atmósfera urbana, debido a la mayor cantidad de contaminantes, la menor nubosidad y la reducción de las horas de sol, la radiación solar directa se debilita considerablemente, mientras que hay más partículas dispersas y la radiación solar dispersa es más fuerte que en la atmósfera urbana. Áreas secas y limpias de aire. En la distribución regional de la turbidez atmosférica (también conocida como factor de turbidez) representada por D/S, las áreas urbanas son significativamente más grandes que las áreas suburbanas. Según cálculos estadísticos de los datos de observación de Shanghai en los últimos 27 años (1959-1985), el factor de turbidez en el área urbana de Shanghai es un 15,8% mayor que el factor de turbidez en sus suburbios durante el mismo período.
En el mapa de distribución del factor de turbidez de Shanghai, el área urbana presenta islas de turbidez obvias. Fenómenos similares existen en muchas ciudades extranjeras.
En cuarto lugar, el efecto isla de turbidez urbana también se refleja en el hecho de que la visibilidad en las zonas urbanas es menor que en las suburbanas. Esto se debe a que las atmósferas urbanas contienen muchas partículas contaminantes que pueden dispersar y absorber la luz, reduciendo la visibilidad. Cuando las concentraciones de NO2 en el aire urbano son extremadamente altas, el cielo puede tornarse marrón. Bajo ese fondo de cielo, es difícil distinguir la distancia del objetivo, lo que provoca una obstrucción de la distancia visual. Además, en las ciudades, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, los principales contaminantes de los gases de escape de los automóviles, forman una neblina azul claro bajo la luz solar intensa, llamada neblina fotoquímica, lo que provoca el deterioro de la visibilidad urbana. Este fenómeno se puede observar en ciudades como Los Ángeles en Estados Unidos, Tokio en Japón y Lanzhou en China.
(2) Efecto isla de calor urbano
Según un gran número de hechos observados, la temperatura de una ciudad suele ser más alta que la de los suburbios circundantes. Especialmente cuando el clima está despejado y sin viento, la diferencia △ Tu-r (también llamada intensidad de isla de calor) entre la temperatura urbana Tu y la temperatura suburbana Tr es mayor. Por ejemplo, en Shanghai, hacía sol a las 20:00 del 22 de octubre de 1984, la velocidad del viento era de 1,8 m/s y la temperatura en los suburbios era de aproximadamente 13 ℃. Tan pronto como ingresamos al área urbana, la temperatura aumenta repentinamente, las isotermas son densas y el gradiente de temperatura es pronunciado. La temperatura en la ciudad vieja supera los 17 ℃, como una "ciudad con la temperatura más alta en áreas densamente pobladas y áreas industriales, convirtiéndose en el" pico "de la isla de calor (también conocida como el centro de la isla de calor). La temperatura en la El centro de la ciudad alcanza los 18,6 ℃, que es más alta que la de los suburbios de Sichuan. La temperatura en Shajia y Jiading es de 5,6 ℃, que es 6,5 ℃ más alta que la de los suburbios exteriores de Songjiang. en Shanghai durante todo el año, especialmente en el clima despejado y sin viento en otoño e invierno.
Debido al frecuente efecto isla de calor, la temperatura promedio mensual y la temperatura promedio anual en las grandes ciudades suelen ser más altas que las del resto del año. aquellos en los suburbios cercanos.
(3) Efectos urbanos de isla seca e isla húmeda
La Tabla 2 señala que las ciudades son relativamente cálidas. La humedad es menor que en los suburbios. un evidente efecto de isla seca.
Sí, esta es una característica común del clima urbano. Tomando a Shanghai como ejemplo, según el área urbana en los últimos 7 años. humedad RHu en 11 estaciones (1984-1990) y el valor promedio de la presión de vapor er y el valor negativo relativo en 4 estaciones suburbanas circundantes durante el mismo período. Según el, hay cambios diurnos obvios en la presión de vapor y la humedad relativa. Medición real, la variación diurna absoluta de △RHu-r es diferente. Si tomamos cuatro horas de observación en un día (02, 08, 14, 20), podemos dividirlas en cuatro puntos.
Sin embargo. , es más alto que er en los suburbios (Tabla 6), lo que resulta en "islas urbanas húmedas". En la estación cálida de abril a 165438 + octubre, existe un fenómeno obvio de que las islas secas y las islas húmedas alternan entre el día y la noche. especialmente en agosto. /p>
Tabla 5 Presión media mensual de vapor de agua en Shanghai y su valor relativo
Comparación de la humedad suburbana (%) (1984-1990)
La formación. y superficie subyacente del fenómeno anterior Los factores están estrechamente relacionados con las condiciones climáticas. Durante el día, bajo la luz del sol, la cantidad de vapor de agua de la superficie subyacente ingresa al aire de bajo nivel a través de la evapotranspiración. (donde el espacio verde es pequeño y la cantidad de vapor de agua disponible para la evaporación es menor) es menor que en los suburbios, especialmente en pleno verano, los cultivos crecen intensamente en los suburbios y la diferencia de evapotranspiración natural entre los suburbios es mayor. superficie subyacente rugosa (edificios densos y altura desigual) y el efecto isla de calor, las turbulencias mecánicas y térmicas en las áreas urbanas son más fuertes que las de los suburbios. A cambio, la cantidad de vapor de agua se transporta desde los niveles más bajos de las áreas urbanas a los más altos. Las altitudes son mayores que las de las áreas suburbanas. Ambos dan como resultado que las áreas urbanas tengan una presión de vapor de agua superficial más baja que las áreas suburbanas, formando una "isla urbana seca" donde la velocidad del viento disminuye, la estratificación del aire se estabiliza y las temperaturas en los suburbios aumentan rápidamente. A medida que desciende la temperatura, la presión del vapor saturado disminuye y una gran cantidad de vapor de agua se condensa en rocío en la superficie. Hay menos vapor de agua residual en altitudes bajas y la presión del vapor de agua cae rápidamente debido al efecto de isla de calor. la cantidad de condensación en las zonas urbanas es mucho menor que en los suburbios y la turbulencia nocturna es débil, a diferencia del vapor de agua en las grandes altitudes. La presión del vapor de agua cerca del suelo en las zonas urbanas. Las áreas urbanas son más altas que las de las áreas suburbanas, formando "islas húmedas urbanas". Este tipo de isla húmeda urbana se llama "isla húmeda de condensación" debido a las diferentes cantidades de condensación en los suburbios. Generalmente se forma unas pocas horas después de la puesta del sol. noche Cuando aparecen islas urbanas secas e islas urbanas húmedas, deben ir acompañadas de islas de calor urbanas, porque las islas urbanas secas son una de las razones de la formación de islas de calor urbanas (las ciudades consumen menos calor) y la formación de islas urbanas húmedas. las islas primero deben tener ciudades. La existencia de islas de calor.
La presión promedio de vapor de agua en las áreas urbanas es menor que en las áreas suburbanas, y la humedad relativa es menor que en las áreas suburbanas debido al calor. efecto isla. Tomemos a Shangai como ejemplo. En los últimos siete años (1984-1990), la humedad relativa media anual en Shanghai fue inferior al 74% en el centro de la ciudad y más del 80% en los suburbios, lo que muestra evidentes islas urbanas secas (figura omitida).
Según el censo, incluso cuando la distribución de la presión del vapor de agua presenta islas urbanas húmedas, la distribución de la humedad relativa en las áreas urbanas es aún menor que en los suburbios circundantes.
En el extranjero, los proyectos de investigación más conocidos sobre islas urbanas secas e islas húmedas incluyen Leicester en el Reino Unido, Edmonton en Canadá y Chicago y St. Louis en Estados Unidos. La formación de islas húmedas urbanas se atribuye principalmente a la diferencia en la cantidad de condensación en los suburbios. Algunos dicen que la formación de islas húmedas urbanas se debe a que la nieve en las áreas urbanas se derrite más rápido que en los suburbios. En los suburbios, debido a que el agua de la nieve en las áreas urbanas se derrite más rápido de lo que se evapora, el aire en las islas húmedas aumenta la presión del vapor de agua, formando islas urbanas húmedas. Según el análisis comparativo del autor de la presión atmosférica del vapor de agua de Shanghai en 1984, también se encontró que la formación de islas húmedas urbanas en Shanghai incluye islas húmedas heladas, islas húmedas con niebla, islas húmedas lluviosas e islas húmedas nevadas. , esta situación sólo se da cuando el viento es flojo y va acompañado de islas de calor urbanas.
(D) Efecto isla de lluvia urbana
Existe mucha controversia a nivel internacional sobre el impacto de las ciudades en las precipitaciones. De 1971 a 1975, Estados Unidos estableció una densa red de observación de precipitaciones en St. Louis, Missouri y sus suburbios circundantes, y utilizó tecnología avanzada para llevar a cabo un Experimento de Observación Meteorológica Metropolitana (METROMEX) de cinco años de duración, que confirmó que la ciudad y su dirección a favor del viento era de hecho. Existe un efecto de "isla de lluvia" que promueve la precipitación. Existe una gran cantidad de datos de observación y de investigación en esta área. Tomando a Shanghai como ejemplo, se basa en datos de más de 170 estaciones de observación de lluvias en el área y se combinan con las condiciones climáticas. A través del análisis y clasificación de múltiples casos individuales, se encontró que el impacto urbano de Shanghai en las precipitaciones es más obvio durante la temporada de inundaciones (mayo-septiembre). En el mapa de distribución de las precipitaciones de la temporada de inundaciones de Shanghai en los últimos 30 años (1960-1989), las precipitaciones en las zonas urbanas son significativamente mayores que las de las zonas suburbanas, lo que muestra evidentes islas de lluvia urbanas. Este fenómeno no se encontró en la temporada sin inundaciones (octubre a abril) y en el mapa de distribución de precipitación promedio anual (diagrama esquemático).
Las condiciones para la formación de islas de lluvia urbanas son: bajo condiciones climáticas a gran escala con circulación atmosférica débil, que favorece la precipitación en áreas urbanas, la convergencia del flujo de aire local causada por la circulación de islas de calor urbanas es propicio para el desarrollo de lluvia convectiva; (2) La rugosidad de la superficie urbana subyacente tiene un efecto de bloqueo sobre el sistema de lluvia de movimiento lento, lo que hace que se mueva más lentamente y prolonga el tiempo de lluvia en las áreas urbanas; núcleos en el aire urbano, y la composición química y el tamaño de las partículas. Cuando hay núcleos más grandes (como el nitrato), se puede promover la precipitación de nubes cálidas. La influencia de los factores anteriores hará que el punto de aterrizaje de máxima intensidad de lluvia intensa "induzca" se ubique en el casco urbano y su dirección a favor del viento, formando una isla de lluvia.
Las ciudades no sólo afectan la distribución de las precipitaciones, sino también porque existen grandes cantidades de SO2 y NO2 en la atmósfera, los cuales forman ácido sulfúrico y ácido nítrico bajo una serie de reacciones químicas complejas, mediante el proceso de formación. de lluvia (rian out) y lavado En el proceso, caer en "lluvia ácida" es muy dañino.
(5) La velocidad promedio del viento en la ciudad es pequeña, la diferencia local es grande y hay una circulación de isla de calor.
La rugosidad de la superficie urbana subyacente es grande, lo que tiene el efecto de reducir la velocidad promedio del viento. Esto se puede demostrar a partir de los dos aspectos siguientes: ① Comparación de las velocidades del viento antes y después del mismo lugar en. el proceso histórico de desarrollo urbano; ② Ciudad Comparación de la velocidad del viento en el distrito y los suburbios durante el mismo período. Existe una gran cantidad de datos medidos de las grandes ciudades nacionales y extranjeras, y Shanghai todavía se utiliza como ejemplo. El Observatorio Meteorológico de Shanghai comenzó a registrar la velocidad del viento en 1884, hace más de 100 años. En el siglo pasado, el desarrollo urbano de Shanghai ha sido muy rápido. La población urbana se ha multiplicado por más de 34, la densidad de la construcción también ha aumentado rápidamente y la velocidad media anual del viento ha disminuido significativamente año tras año. Tabla 7.
Tabla 7 Velocidad media anual del viento (m/s) del Observatorio Meteorológico de Shanghai (1984-1990)
Se puede observar en la Tabla 8.12 que no importa a qué altura esté el anemómetro instalado, al mismo tiempo La velocidad del viento medida en altitud disminuye con el desarrollo de Shanghai. En términos de velocidad del viento a 12 metros del suelo, la velocidad media del viento en los últimos cinco años (1986-1990) ha disminuido un 34,2% en comparación con hace más de 90 años (1894-1900). Como puede verse en la Figura 8.25, la velocidad promedio del viento en el área urbana central de Shanghai en los últimos 10 años (2,5 m/s) es un 32,4% menor que la de Nanhui (3,7 m/s) en los suburbios exteriores. .
A gran escala, en condiciones climáticas con gradientes de presión extremadamente pequeños, especialmente en noches despejadas, debido a la existencia de islas de calor urbanas, se forma un débil centro de baja presión en el área urbana y un aparece una corriente ascendente. El aire cerca del suelo en los suburbios fluye hacia la ciudad desde todas las direcciones y la dirección del viento converge con el centro de la isla de calor.
El aire que se eleva desde el centro de la isla de calor fluye hacia los suburbios a cierta altura y se hunde en los suburbios, formando una circulación lenta de la isla de calor, también conocida como sistema de viento urbano, que favorece la la acumulación de contaminantes en las zonas urbanas para formar una capa de polvo se formarán nubes bajas y lluvia convectiva local.
La existencia de circulación de islas de calor urbanas se ha observado en Shanghai, Beijing y otras ciudades de China.
Además, debido a las diferentes direcciones, anchos, alturas, tipos de edificios y orientaciones de las calles de la ciudad, la energía de radiación solar obtenida en diferentes lugares es obviamente diferente, y la circulación térmica local se producirá cuando el viento predominante es débil o en calma. Cuando el viento predominante sopla a través de hileras de edificios irregulares, se generan diferentes flujos de aire ascendentes y descendentes debido al efecto barrera, lo que resulta en giros y desvíos, lo que hace que los cambios locales en el viento sean más complejos.
(Seleccionado de "Meteorología y Climatología" de Zhou Shuzhen y otros).