Большой современный город сильно влияет на климат. Он формирует свой местный климат, а на отдельных его улицах и площадях создаются своеобразные микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, покрытием улиц, распределением зеленых насаждений и др.

Крупный город (мегаполис), особенно с сильно развитой промышленностью, загрязняет атмосферу над собой, увеличивает ее мутность и тем самым уменьшает приток солнечной радиации. За счет увеличения мутности может теряться до 20% солнечной радиации. Снижение солнечной радиации еще усиливается высокой застройкой в узких улицах. Вследствие той же пелены дыма и пыли на территории города снижено эффективное излучение, а значит, и ночное выхолаживание. В то же время в городе к рассеянной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовыми.

Крыши и стены домов, мостовые и другие элементы города, поглощая радиацию, нагреваются в течение дня сильнее, чем почва и трава, и отдают тепло воздуху, особенно вечером. Поэтому температуры воздуха в городах в 70−80% случаев выше, чем в сельской местности; в больших городах средние годовые температуры выше на 1 °С и более.

Поле температуры над городом характеризуется одной или несколькими замкнутыми изотермами, получившими название городского острова тепла. Лучше всего контрасты температуры между городом и окружающей сельской местностью выражены в спокойную антициклональную погоду. Они исчезают при сильном ветре или сплошной облачности.

Особенно повышает город минимальные температуры. Разность минимальных температур на городской и загородной станциях может достигать нескольких градусов. С ростом города, т. е. с увеличением его застройки, температура в городе растет.

Испарение, а следовательно, и влажность в городе меньше, чем в сельской местности, вследствие покрытия улиц и стока воды в канализацию. Так как территория города нагрета больше, чем окружающая местность, и обладает большой шероховатостью, над городом усиливается конвекция и больше развиваются облака, что также уменьшает число часов солнечного сияния и количество ясных дней. Наблюдается и увеличение осадков над городом.

Система городских улиц и площадей приводит к изменениям направления ветра в городе. Ветер преимущественно направляется вдоль улиц. В общем скорость ветра в городе ослабевает, но в узких улицах усиливается; на улицах и перекрестках легко возникают пыльные вихри и поземки.

В тихую антициклоническую погоду на перегретой территории города наблюдается так называемый городской бриз. Слабые ветры направлены днем от окружающей местности к центру города при усилении восходящего движения воздуха над городом. Если общий перенос воздуха достаточно силен, бриз незаметен.

При устойчивой стратификации атмосферы, в особенности при инверсиях температуры, дым может накапливаться в приземном слое атмосферы в таком количестве, что оказывает вредное физиологическое воздействие.

Известен задымленный воздух крупных портовых и промышленных городов. Ядовитые дымы и газы, являющиеся отходами производства, могут накапливаться в нижних слоях, особенно если этому благоприятствует рельеф местности, и вызывать массовые отравления. Автомобильный транспорт вносит наибольший вклад в загрязнение воздуха городов (Хромов С.П., Петросянц М.А., 2006).

В табл. 5.2 показано изменение метеорологических параметров в городских районах. На рис. 5.1 показано теоретическое сечение городской температуры: в самом городе могут быть выделены отдельные районы, которые теплее других. И наоборот, зеленые зоны внутри города являются причиной образования городских островов холода, которые прохладнее, чем остальная территория города.

Рис. 5.1. Теоретическое сечение городской температуры (Периоды сильной жары – угрозы и меры, 2005)

 

Таблица 5.2. Сравнение климатических переменных между городскими районами и сельской местностью

 

Рис. 5.2. Влияние элементов климата на региональное планирование, планирование населенных пунктов и проектирование зданий

Например, был выполнен проект по исследованию климата в г. Тель-Авиве (Израиль). Был выявлен тепловой остров города и произведен расчет теплового стресса. Было решено изучить, что случится, если на территории Тель-Авива произойдет потепление в соответствии с прогнозами глобального потепления или из-за увеличения плотности, компактности застройки и жизнедеятельности города. В расчет было принято прогрессивное изменение на 1 °C. В июле 1990 г. тепловой стресс в самом центре теплового острова Тель-Авива находился в верхнем «умеренном» диапазоне, а вблизи побережья был чуть ниже. Повышение температуры каждый раз на 1 °C до верхнего ожидаемого предела 4 °C вызывает резкие изменения в тепловом стрессе. От уровня «умеренного» тепловой стресс в Тель-Авиве будет повышаться и достигнет уровня «сильного», с высокими абсолютными величинами, подобными величинам, которые отмечаются в самых суровых климатических зонах Израиля (Периоды сильной жары –угрозы и меры, 2005).

Тепловой стресс определяется на основании индекса дискомфорта (ИД), который рассчитывается по следующей формуле:

,

где Т_сух – температура сухого термометра; Т_смоч – температура смоченного термометра).

Тепловой стресс классифицируется как слабый, умеренный и сильный по следующим показателям:

 

Как показывает пример Тель-Авива, увеличение интенсивности теплового стресса всегда ведет к росту использования кондиционирования воздуха, что означает потребность в большем количестве энергии, получаемой главным образом из ископаемых источников. Помимо увеличения выбросов двуокиси углерода и воздействия на парниковый эффект, это влечет за собой добавление в городскую атмосферу прямого излишка ощутимой тепловой энергии.