Miejska wyspa ciepła
Wprowadzenie Przeczytaj
Grafika interaktywna Sprawdź się
Dla nauczyciela
Gdy przebywa się w mieście, można odczuć, że temperatury w nim panujące są wyższe niż na obszarach podmiejskich. Różnica ta jest szczególnie odczuwalna latem i zimą. Czym są spowodowane takie różnice i od czego one zależą? Czynnikami kształtującymi klimat w skali lokalnej są: pokrycie terenu, sposób jego użytkowania oraz uwilgocenie podłoża. Konwekcja termiczna, która uwarunkowana jest lokalnymi zmianami bilansu cieplnego podłoża atmosfery, potwierdza oddziaływanie pokrycia terenu wykraczające ponad przygruntową warstwę powietrza. Ograniczone parowanie, niskie albedo, duża szorstkość, produkcja aerozoli, obecność strumienia ciepła sztucznego to główne cechy podłoża atmosfery
tworzonego przez zabudowę miejską. Klimat lokalny formujący się w takich miejscach nazywamy miejską wyspą ciepła.
Twoje cele
Rozpoznasz miejską wyspę ciepła.
Wskażesz czynniki warunkujące mikroklimat w mieście.
Przeanalizujesz wpływ różnych elementów zagospodarowania przestrzeni miejskiej na specyfikę klimatu miasta, w tym bilansu cieplnego.
Miejska wyspa ciepła
Źródło: licencja: CC 0, dostępny w internecie:www.pixabay.com.
Przeczytaj
Urbanizacja i uprzemysłowienie a klimat
Modyfikacje klimatu wywołane urbanizacją i uprzemysłowieniem dotyczą głównie:
opadów atmosferycznych,
wzrostu zanieczyszczeń powietrza, w tym powstawanie smogu warunków termiczno‑wilgotnościowych,
zmiany składowych bilansu promieniowania, zmian kierunku i prędkości wiatru.
Cechy miejskiej wyspy ciepła
Miejska wyspa ciepła jest zjawiskiem dynamicznym, które cechuje się dużą zmiennością dobową i roczną.
Wyspa ciepła o dużej intensywności występuje częściej latem niż zimą. Najcieplejsze są z reguły centra miast (zwarta zabudowa) i rejony dużych zakładów przemysłowych. Słowa „wyspa” w tym kontekście używa się, ponieważ przypominają ją zamknięte, koncentryczne izotermy, których wartości obniżają się ku krańcom miasta i które, wyrysowane na jego planie, mają kształt podobny do konturu wyspy,
otoczonej przez „morze” relatywnie chłodniejszych peryferii miasta.
Rozkład temperatury we Wrocławiu (22 V 2001, godz. 23:00 GMT) oraz dynamika miejskiej wyspy ciepła. Źródło: A. Dubicki, M.
Dubicka, M. Szymanowski, Klimat Wrocławia, [w:] Informator o stanie środowiska Wrocławia, red. K. Smolnicki, M. Szykasiuk, Wrocław 2002, s. 20.
Czynniki wpływające na natężenie miejskiej wyspy ciepła
Natężenie (intensywność) miejskiej wyspy ciepła, czyli różnica temperatury powietrza między centrum
miasta a strefą podmiejską, jest podstawową miarą kontrastów termicznych na obszarze miasta i jego okolic. Duże miasta odznaczają się z reguły wyższą temperaturą powietrza w porównaniu z ich otoczeniem. Powiększanie się różnic między miastem i obszarem pozamiejskim powstaje m.in. przy bezchmurnej pogodzie zimowej oraz adwekcji chłodnych mas powietrza. Tereny położone poza miastem tracą szybko ciepło wskutek wypromieniowania i oddawania ciepła do atmosfery. W mieście istnieje szereg czynników, które ograniczają takie procesy. Pierwszym z nich jest unosząca się nad miastem ilość aerozoli, która hamuje wypromieniowanie z powierzchni ziemi. Aerozole wpływają także na większe zachmurzenie w miastach (jądra kondensacji), co jeszcze bardziej zmniejsza wypromieniowanie ciepła.
Kolejnym przykładem jest promieniowanie krzyżowe budowli miejskich wzajemnie nagrzewających się wskutek napromieniowania sąsiednich ścian. Powstaje inwersja termiczna hamująca pionową wymianę powietrza, która umacnia wyspę ciepła.
Zjawisko miejskiej wyspy ciepła w Warszawie odczuwalne jest nie tylko latem, lecz także zimą.
Źródło: Krzysztof Błażejczyk, Warunki powstawania i zróżnicowanie miejskiej wyspy ciepła w Warszawie, dostępny w internecie:
h ps://www.igipz.pan.pl/tl_files/igipz/ZGiK/projekty/UHI/Warunki.pdf.
Kolejnym czynnikiem jest albedo. Decyduje ono o sezonowych zmianach natężenia miejskiej wyspy ciepła. Albedo sztucznych powierzchni np. dachów, ulic jest małe. Oznacza to wypromieniowanie ciepła z nagrzanych terenów miejskich. Bardzo istotną rolę odgrywa rodzaj i właściwości podłoża. Sztuczne powierzchnie, które przeważają w mieście, pochłaniają więcej promieniowania słonecznego niż powierzchnie naturalne. Przyjmuje się, że średnie albedo (czyli część całkowitego promieniowania słonecznego, która ulega odbiciu) w mieście wynosi 10–15%, co oznacza, że zdecydowana większość docierającej do miasta energii jest zatrzymywana. Miasta wypromieniowują energię, którą
zmagazynowały, dzięki małym stratom ciepła, ponieważ zwarta, wysoka zabudowa miejska utrudnia wymianę ciepła między atmosferą, a podłożem. Betonowe konstrukcje za dnia pochłaniają ciepło, które w nocy oddają.
Różnorodne powierzchnie w mieście i ich albedo.
Na podstawie danych: prof. dr hab. K. Błażejczyk IGiPZ PAN Warunki powstawania i zróżnicowanie miejskiej wyspy ciepła w Warszawie, [online], dostępny w internecie: h ps://www.igipz.pan.pl/tl_files/igipz/ZGiK/projekty/UHI/Warunki.pdf Źródło: Eduexpert Sp. z o.o., CC BY-SA 3.0, h ps://crea vecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.
Bardzo istotną rolę odgrywa rodzaj i właściwości podłoża. Sztuczne powierzchnie, które przeważają w mieście, pochłaniają więcej promieniowania słonecznego niż powierzchnie naturalne. Przyjmuje się, że średnie albedo (czyli część całkowitego promieniowania słonecznego, która ulega odbiciu) w mieście wynosi 10–15%, co oznacza, że zdecydowana większość docierającej do miasta energii jest zatrzymywana.
Efekt miejskiej wyspy ciepła powiększa się wraz z rozbudową miasta, zwłaszcza gdy towarzyszy temu uprzemysłowienie oraz powstawanie zabudowy wielorodzinnej. W miastach mgły występują 2‑3 razy częściej niż w okolicach podmiejskich. Ilości pyłów oraz rozmaitych aerozoli ciekłych i toksycznych cząstek gazowych w miastach bywają ogromne. Stanowią one duże zagrożenie dla życia biologicznego ludzi, zwierząt i roślin, a także dla gospodarki. Przypadki tragicznego działania trującego smogu miały już wielokrotnie miejsce w przeszłości, np. w Londynie i Los Angeles.
Gęsta zabudowa jest kolejnym czynnikiem, który hamuje odpływ ciepła. Akumulacja ciepła w ciągu dnia jest w mieście zwiększona w porównaniu z obszarami niezabudowanymi, a ciepło zmagazynowane w budynkach jest odprowadzane w nocy i przyczynia się do nocnego wzrostu temperatury. Gęstość zaludnienia i liczba mieszkańców również wpływa na rozwój miejskiej wyspy ciepła. W ciągu tygodnia widać wyraźnie wpływy działalności człowieka na klimat – w weekend, gdy duża liczba osób nie pracuje, różnice temperatur są dużo mniejsze niż w ciągu tygodnia.
Na wzrost temperatury w miastach mają wpływ także aktywności człowieka, na którą składa się ciepło produkowane przez urządzenia grzewcze i klimatyzacyjne, przemysł, motoryzację itp. Ważnym czynnikiem jest również liczba mieszkańców. Udowodniono, że miasto, w którym żyje od 500 tys. do miliona ludzi, może mieć temperaturę wyższą od otoczenia o ok. 1,2°C. W przypadku miasta powyżej miliona mieszkańców może to być już 1,5°C.
Spośród czynników meteorologicznych najsilniejsze oddziaływanie na miejską wyspę ciepła wywierają:
wiatr i zachmurzenie. Dysproporcja między temperaturą powietrza w mieście i poza miastem są największe podczas pogody wyżowej, przy słabym wietrze i braku zachmurzenia. Wzrost prędkości wiatru zmniejsza prawdopodobieństwo gromadzenia się zapasów ciepła w mieście.
Słownik
albedo
określa stosunek ilości promieniowania odbitego od powierzchni Ziemi do ilości promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni
adwekcja
napływ mas powietrza, mających inne właściwości niż powietrze uprzednio zalegające izoterma
linia na mapie łącząca punkty o jednakowej temperaturze konwekcja termiczna
w meteorologii i fizyce atmosfery, system prądów wstępujących i zstępujących, w atmosferze wywołane różnicami w temperaturze różnych miejsc
urbanizacja
powstawanie i rozwój miast na jakimś terenie; powiększanie się obszarów miejskich
Grafika interaktywna
Polecenie 1
Przeanalizuj grafikę. Podaj przykłady pozytywnych efektów miejskiej wyspy ciepła.
Miejska wyspa ciepła. Na podstawie: Malarz R., Więckowski M., Oblicza geografii, Nowa Era, Warszawa 2019.
Źródło: Englishsquare sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Sprawdź się
Ćwiczenie 1
Dokończ prawidłowo poniższe zdanie.
Miejska wyspa ciepła to:">
Dokończ prawidłowo poniższe zdanie.
Miejska wyspa ciepła to:
zjawisko polegające na występowaniu w obszarach zurbanizowanych podwyższonej temperatury powietrza, w stosunku do otaczających miasto terenów rolniczych i leśnych.
zwiększony odpływ wód opadowych.
przekształcanie pokrycia terenu i wprowadzenie sztucznych powierzchni.
輸
Ćwiczenie 2
Podaj przykład trzech modyfikacji klimatu, które wywołane są urbanizacją i uprzemysłowieniem.
醙
Ćwiczenie 3
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe.">
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe.
Prawda Fałsz
Na terenach podmiejskich występuje zjawisko miejskiej
wyspy ciepła.
□ □
Miejska wyspa ciepła jest zjawiskiem dynamicznym, które cechuje się dużą zmiennością dobową i roczną.
□ □
Jedną z przyczyn wystąpienia miejskiej wyspy ciepła jest
emisja dużej ilości zanieczyszczeń, których źródłem jest transport i dymy
z kominów (domów mieszkalnych i zakładów
przemysłowych).
□ □
醙
Ćwiczenie 4
Zaznacz cechy miejskiej bryzy.">
Zaznacz cechy miejskiej bryzy.
Ruch powietrza ze stref zewnętrznych miasta do centrum.
Ruch powietrza ze stref wewnętrznych ku obrzeżom miasta.
Potęguje prądy wstępujące nad centrum.
Jest to masa ciepłego powietrza.
Jest to masa chłodnego powietrza.
醙
Ćwiczenie 5
Opisz ruch powietrza w mieście na podstawie grafiki poniżej.
Źródło: Czubla P., Papińska E., Geografia fizyczna, PWN.
醙
Ćwiczenie 6
Źródło: Pixabay License, h ps://pixabay.com/pl/service/terms/#license, [online], dostępny w internecie: h ps://pixabay.com/pl/photos/ranna- mg%C5%82a-jesieni%C4%85-pa%C5%BAdziernika-427796/.
醙
Ćwiczenie 7
Wyjaśnij, dlaczego zjawisko miejskiej wyspy ciepła intensyfikuje się w okresie letnim.
難
Ćwiczenie 8
Podaj przykłady pięciu działań, które mogą ograniczyć rozwój miejskich wysp ciepła.
難
Dla nauczyciela
SCENARIUSZ LEKCJI
Imię i nazwisko autora: Monika Piechowicz‑Kruk Przedmiot: geografia
Temat zajęć: Miejska wyspa ciepła
Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum/technikum, zakres rozszerzony, klasa I Podstawa programowa:
III. Dynamika procesów atmosferycznych: pionowa budowa atmosfery, zjawiska i procesy w atmosferze, przestrzenne zróżnicowanie elementów klimatu, strefy klimatyczne i typy klimatów. Uczeń:
4) przedstawia uwarunkowania cech klimatów strefowych i astrefowych;
5) na podstawie własnych obserwacji i innych źródeł informacji identyfikuje czynniki warunkujące mikroklimat miejsca, w którym zlokalizowana jest jego szkoła.
Kształtowane kompetencje kluczowe:
kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,
kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,
kompetencje cyfrowe.
Cele operacyjne:
Uczeń:
wyjaśnia, czym jest miejska wyspa ciepła,
analizuje wpływ różnych elementów na specyfikę bilansu cieplnego miast.
Strategie nauczania: konektywizm
Metody nauczania: burza mózgów, miniwykład, pogadanka, grafika interaktywna, plakaty, gadająca ściana
Formy zajęć: praca indywidualna, praca w parach, praca w grupach, plenum Środki dydaktyczne: tablica interaktywna/monitor dotykowy lub tablety Materiały pomocnicze
Szymanowski M., Miejska wyspa ciepła we Wrocławiu, „Studia Geograficzne”, t. 77, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 2005.
www.zielonainfrastruktura.pl – strona internetowa poświęcona ekologicznej infrastrukturze zawierająca też informacje o miejskiej wyspie ciepła
PRZEBIEG LEKCJI Faza wprowadzająca
Nauczyciel dzieli uczniów na grupy i rozdaje kartki formatu A3 i pisaki. Następnie prosi uczniów, aby metodą „burzy mózgów” zdefiniowali na kartkach miejską wyspę ciepła. Każda grupa, odwołując się do już posiadanej wiedzy i doświadczeń, zapisuje notatki lub przedstawia dane graficznie.
Grupy rozwieszają swoje plakaty. Każda grupa przedstawia, co udało się im ustalić. Po pracy grup
wszyscy zapoznają się z treścią wstępu do e‑materiału i rozmawiają na plenum.
Faza realizacyjna
Uczniowie zapoznają się z treścią „Przeczytaj”. Następnie nauczyciel dzieli uczniów na cztery grupy.
Każda grupa wybiera lidera i opracowuje plakat na jeden z tematów: 1) mocne strony miast, 2) słabe strony miast, 3) zagrożenia i 4) szanse w przeciwdziałaniu powstawaniu miejskich wysp ciepła.
Po przygotowaniu prac nauczyciel wywiesza na ścianie plakaty. Każdy uczeń może podejść i sam opisać przedstawione treści. Wówczas prezentuje i omawia na plenum swoje analizy, a reszta uczniów może zadawać pytania i porównywać z własnymi spostrzeżeniami. Następnie w grupach zapoznają się z treściami grafiki interaktywnej i sprawdzają postawione tezy w analizie. Jeżeli nie ma możliwości pracy w grupach z grafiką interaktywną praca odbywa się na plenum. Nauczyciel
podsumowuje zebrane informacje w formie miniwykładu.
Faza podsumowująca
Nauczyciel podsumowuje etapy lekcji, zestawiając je z założonymi celami i wprowadza do fazy ćwiczeń na podstawie poznanego materiału. Uczniowie wykonują ćwiczenia z e‑materiału.
Nauczyciel omawia wyniki ćwiczeń i pyta o to, co było nowe i trudne. Uczniowie dzielą się swoimi doświadczeniami.
Praca domowa Ćwiczenie nr 8
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium Grafika może zostać zastosowana podczas zajęć na temat wpływu mikroklimatu na kondycję człowieka.
