Aktuality SHMÚ

Vplyv charakteru zástavby na režim teploty vzduchu v Bratislave

Dňa 12.7.2018 uskutočnili pracovníci SHMÚ spolu s kolegami z VÚPOP (Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy) terénne merania teploty a vlhkosti vzduchu na rôznych miestach v Bratislave s cieľom zistiť priestorové rozloženie mestského ostrova tepla na území nášho hlavného mesta. Tento výskum bol uskutočnený v rámci projektu APVV-15-0136 "Vplyv nepriepustného pokrytia pôdy na klímu miest v kontexte klimatickej zmeny".

Pojem mestský ostrov tepla (angl. urban heat island, v skratke UHI) bol prvýkrát použitý v 40. rokoch minulého storočia, pričom označuje vyššiu teplotu vzduchu v meste oproti okolitej vidieckej krajine (Balchin a Pye, 1947). Môžeme ho tiež definovať ako pozitívnu teplotnú anomáliu medzi centrom mesta a jeho okolím. (Dobrovolný a kol. 2012). Rozdiel teploty je najvýraznejší najmä v zástavbe s veľkým podielom umelých povrchov (asfalt, betón, dlažby, atď.), ktoré majú výrazne odlišné podmienky bilancie žiarenia ako okolitá vidiecka krajina a prirodzená alebo voľná krajina (lesy, lúky). Umelé povrchy majú schopnosť akumulácie tepla počas dňa a postupného uvoľňovania počas obdobia negatívnej bilancie žiarenia, tzn. večer a v noci (obr. 1). Veľkému podielu umelých povrchov je nepriamo úmerné pomerne malé zastúpenie vegetácie, ktorá dokáže zadržiavať vodu a má vďaka evapotranspirácii ochladzujúci efekt. Zväčšenie plochy umelých povrchov a prevaha vertikálne orientovaných povrchov vedú k zvyšovaniu množstva pohlteného krátkovlnného žiarenia dopadajúceho na povrch Zeme. Uzavreté priestory medzi budovami obmedzujú dlhovlnné vyžarovanie a najmä v nočných hodinách znižujú stratu tepla. Z tohto pohľadu sa hodnotí najmä tzv. angl. Sky view factor, resp. faktor zatienenia oblohy budovami, ktorý sa udáva v percentách. Ďalšie faktory prispievajúce k vzniku UHI sú veľká hustota dopravy v mestách či emisie z priemyslu a s tým súvisiace znečistenie ovzdušia. (obr. 1).

UHI je často viazaný na bezoblačné dni alebo dni s malou oblačnosťou, bezvetrím alebo len slabým prúdením vzduchu počas leta (radiačný typ počasia). Jeho výskyt však môže byť zaznamenaný v ktorúkoľvek ročnú dobu, v denných alebo nočných hodinách v závislosti od miestnej tepelnej bilancie (Unger, 2015). Transformované teplotné pomery mezoklímy miest, a topoklímy konkrétnych typov zástavby výrazne negatívne vplývajú na tepelný komfort človeka. V neposlednom rade znižujú kvalitu života v mestách a majú vplyv na celkové zdravie a vitalitu ich obyvateľov.

Obr. 1: Schematické znázornenie mestského ostrova tepla (vľavo, Zdroj); schématické znázornenie denného chodu teploty vzduchu [°C] mestského ostrova tepla pri ideálnych podmienkach (vpravo; Zdroj)

Terénne merania boli vykonané v priebehu dňa v termínoch od 7:00 do 19:00 (na niektorých miestach do 17:00). Merania teploty vzduchu sa vykonávali tak, aby približne zodpovedali teplote vzduchu vo výške 1,8 až 2,0 metre nad úrovňou terénu. Miesta merania boli vybrané tak, aby odrážali rôznorodosť prostredia v Bratislave. Vychádzali sme z konceptu tzv. lokálnych klimatických zón (LCZ, Stewart a Oke, 2011), ktoré boli pre územie hlavného mesta zmapované Geografickým ústavom SAV a miesta merania sa nachádzali vo viacerých typoch lokálnych klimatických zón. Tie predstavujú z hľadiska mestskej klímy relatívne homogénne areály, ako napr. určitý typ zástavby, mestská zeleň, les, diaľnica a pod.

Výsledky meraní ukazujú pomerne veľkú variabilitu v rozložení teploty vzduchu na území mesta – v niektorých termínoch boli rozdiely teploty vzduchu 4 °C. Priebeh teploty vzduchu bol ovplyvnený meniacou sa oblačnosťou počas dňa – pri náraste oblačnosti v popoludňajších hodinách teplota vzduchu mierne klesla, v podvečerných hodinách sa potom so zmenšením oblačnosti znova oteplilo a teplota vzduchu začala klesať až po 19. hodine. Bol preukázaný pozitívny ochladzujúci efekt zelených a vodných plôch v meste. Napríklad, park SNP v Líščom údolí bol stabilne takmer o 2 °C chladnejší ako neďaleká zástavba v Karlovej Vsi, ktorá má charakter rodinných domov, alebo sídliska (obr. 2). Podobne Kuchajda, hoci v dopoludňajších hodinách bola teplotne podobná ako neďaleká lokalita na Riazanskej ulici pri Polus City Center, no v popoludňajších hodinách bola približne o 1°C chladnejšia (obr. 3). Lokalita Riazanská bola vôbec najteplejšou pozorovanou lokalitou v rámci mesta. V prípade meraní v centre je najteplejšou lokalitou historické centrum mesta reprezentované Primaciálnym námestím. V tomto prípade môžeme vidieť kladný rozdiel teploty vzduchu v porovnaní s neďalekým Šafárikovym námestím, kde je viac zelene a svoju úlohu tu zohráva zrejme aj blízkosť Dunaja (obr. 4). Rozdiel medzi lokalitou Jungmannova, umiestnenou vo vnútrobloku na sídlisku Petržalka a neďalekým pásom zelene pozdĺž Chorvátskeho ramena je paradoxne kladný v prospech Chorvátskeho ramena, len v termínoch o 15. a 16. hodine sa Chorvátske rameno ukazuje o 0,1 – 0,2°C chladnejšie (obr. 4).

Zároveň však treba konštatovať, že do teplotného režimu v meste vstupuje nielen rozmiestnenie LCZ, ale aj reliéf, či už prostredníctvom nadmorskej výšky, orientácie svahov voči svetovým stranám, či prevládajúcemu vetru, alebo svojou morfometriou. Príkladom môže byť spomínaný park SNP nachádzajúci sa v malom a úzkom údolí, v ktorom sa pri vhodných poveternostných podmienkach s radiačným typom počasia kumuluje ťažší a chladnejší vzduch. Nadobudnuté poznatky by bolo vhodné zapracovať do plánu rozvoja stratégie hlavného mesta Bratislavy za účelom podpory rozšíiovania zelených plôch v rámci intravilánu hlavného mesta.

Pre dátum 12.7.2018 bol spustený model MUKLIMO, ktorý je určený práve pre modelovanie fenoménu mestského ostrova tepla. Model bol vyvinutý Nemeckou meteorologickou službou (DWD). Výsledky z modelu ukazujú priestorový obraz mestského ostrova tepla vo vybraných hodinách (obr. 5, 6, 7). Opäť môžno pozorovať ochladzujúci efekt väčších plôch zelene v Malých Karpatoch, ale aj lužných lesov pozdĺž Dunaja, či vodných plôch a na druhej strane prehrievanie zastavaných areálov širšieho centra mesta s vysokým percentom pôd prekrytých umelými povrchmi (angl. soil sealing), najmä tam, kde je veľká plocha a koncentrácia takýchto areálov. Takéto areály sa vyskytujú najmä na veľkých sídliskách (Petržalka, Dlhé Diely, Ružinov a pod.) a v historickom centre Bratislavy. Keďže model nezohľadňuje zmeny oblačnosti, či množstvo zrážok, je najvhodnejšie modelovať radiačný typ počasia (slnečné dni v tlakovej výši s malou rýchlosťou vetra). V prípade modelovaného dňa teda model trochu nadhodnotil priebeh teploty vzduchu, keďže nedokázal simulovať vznikajúcu oblačnosť v priebehu popoludnia.

Zdroje:

Balchin, W. G. W. a Pye, N., 1947, A micro-climatological investigation of Bath and the surrounding district. Quaterly Journal of the Royal Meteorological Society 73: 297-323.

Dobrovolný, P., a kol., (2012): Klíma Brna. Víceúrovňová analýza městského klimatu, Masarykova univerzita, Brno, 200 p., ISBN 978-80-210-6029-6.

Stewart, I.D., Oke, T. R., 2012, Local Climate Zones for urban temperature studies. Bulletin of American Meteorological Society 93(12):1879-1900.

Unger, J., Gál, T., Csépe, Z., Lelovics, E. and Gulyás, Á., 2015, Development, data processing and preliminary results of an urban human comfort monitoring and information system. Időjárás (Quaterly Journal of Hungarian Meteorological Service) 119: 337–354.

Obr. 2: Priebeh teploty vzduchu na meracích bodoch v Dúbravke a Karlovej Vsi

Obr. 3: Priebeh teploty vzduchu na meracích bodoch v Ružinove a Novom Meste

Obr. 4: Priebeh teploty vzduchu na meracích bodoch v Starom Meste a Petržalke

Obr. 5: Modelovaná teplota vzduchu v termíne o 7:00 h LSEČ

Obr. 6: Modelovaná teplota vzduchu v termíne o 14:00 h LSEČ

Obr. 7: Modelovaná teplota vzduchu v termíne o 21:00 h LSEČ