Холодные дороги и тротуары снизили температуру воздуха в городах

Они выяснили, что те занимают около 40 процентов дорожной инфраструктуры в американских городах. Так с эффектом городского теплового острова в Бостоне и Финиксе удалось справиться, снизив температуру воздуха примерно на два градуса. Также в статье, опубликованной в Environmental Science and Technology, ученые сообщают, что смогли снизить и количество парниковых выбросов — до трех процентов в Бостоне и до шести в Финиксе. Города занимают всего 2% площади земного шара, но благодаря урбанизации к середине века двое из трех жителей планеты Земля жить будут уже не в городах. Однако, вместе с «благами цивилизации» жизни в городе заставит вас столкнуться с двумя одновременными климатическими проблемами. В первую очередь с глобальным изменением климата. Однако, именно горожанам придется испытать всю полноту явлений экстремальной жары, связанных с эффектом городского теплового острова, когда из-за деятельности человека температура именно в городах выше, чем в окружающих сельских местностях. Он возникает по ряду причин. Во-первых, это явные и скрытые источники антропогенного тепла, когда работа транспорта, промышленность и даже бытовые приборы способны увеличить концентрацию приземного озона, нарушить нормальную глобальную атмосферную циркуляцию и отвечают за один процент выбросов парниковых газов. Чтобы бороться с ними, предлагают, например, централизованные системы кондиционирования, что позволит в разы сократить потребление электроэнергии городом. Увеличение растительности помогло бы увеличить количество влаги, а значит и повышает эффективность, с которой поверхность земли отводит тепло в нижние слои атмосферы, тем самым снижая температуру поверхности.

Однако, важно отметить, что успех всех этих стратегий сильно зависит от контекста: местный климат и характеристики района будут влиять на степень, в которой изменение температуры воздуха компенсируется увеличением тепла, попадающего на соседние здания. Например, с одной стороны, благодаря снижению температуры прохладные тротуары могут снизить потребность в кондиционерах летом, при этом увеличивая потребность в отоплении зимой. И наоборот, отражая свет, падающий от них излучения на окружающие здания, может нагреть их и увеличить использование кондиционеров летом, но уменьшит потребность в отоплении зимой. В этой работе исследователи сосредоточились именно на исчислении эффективности использования охлаждающих тротуаров, которые, по их мнению, города гораздо легче смогут включить в инфраструктуру. Они считают, что противоречивые взгляды на этот способ выбраться из городского теплового острова возникают из-за различий в масштабах моделирования и неспособности полностью охарактеризовать влияние городского контекста на результат. Новое моделирования на примере двух американских городов с разным климатом, а именно Финикса и Бостона, включая все аспекты эффективности введения холодных тротуаров. В том числе особенности отдельных зданий, транспортной загруженности участков, климатические черты городов, так даже затраты на замену уже существующих асфальтовых покрытий. Результаты анализа показывают, ща за правильного расположения, такая замена может снизить температуру городского воздуха и уровень общих выбросов парниковых газов почти на шесть процентов.

Как мы уже отметили, холодные тротуары изготавливаются из различных материалов, которые увеличивают альбедо и способны отражать излучение из атмосферы. Увеличение альбедо снижает передачу тепла к поверхности и может вызвать локальное охлаждение, если пространственный масштаб уменьшения альбедо достаточно велик. Но в мире насчитывается около четырех миллиардов квадратных километров городских территорий. И если только 7,5 процента этой площади заасфальтированы (в Финиксе это 7,7 процента территории, в Бостоне — 15), то замена привычного покрытия на охлаждение способно снизить количество парниковых газов от 0,9 до 3,1 метрических тонн эквивалента углекислого газа в первые 50 лет. Ниже температуры позволяют снизить использование кондиционеров, а следовательно и энергопотребление. Например, Лос-Анджелес это помогло сэкономить более 90000000 долларов в год.

Однако, все же моделирование последствие использования холодных тротуаров изменения климата является сложной задачей, ведь необходимо учитывать неоднородность районов. В городах все компоненты среды взаимосвязаны, и изменение одного компонента понесет изменения всей инфраструктуре. Так для охлаждающих покрытий следует учитывать, например, машино поток, ведь покрытие отражает свет и может мешать водителям. Также его структурные свойства, как-то большая шероховатость, увеличивают расход топлива, так как меняют возможную скорость движения автомобиля. А в некоторых местах, в зависимости от рельефа и погодных особенностей региона, такой асфальт вообще нельзя будет разместить. Все это следует учитывать для оценки эффективности замены дорожных покрытий и в своем исследовании ученые смогли сделать это через взаимодействие между покрытиями, транспортными средствами и зданиями.

В этом исследовании ученые специально выбрали города Финикс и Бостон учитывая совершенно разные климатические условия у них. Так они взялись отследить весь цикл климатических изменений, которые произойдут при переходе от обычных асфальтовых покрытий до трех вариантов холодных: отражающий асфальт, обычный бетон и отражающий бетон. Для этого ученые использовали физическое моделирование зданий в тысячах гипотетических районов. Используя эти данные, они научили нейросеть прогнозировать влияние охлаждающего покрытия на каждую из тысяч дорог и сотен тысяч зданий на основе характеристик районов Бостона и Финикса. Выяснилось, что хотя прохладные тротуары выгодные в целом, идеальные материалы и сама выгода для городов очень отличались. Это связывают с большим засушливостью климата Финикса, которая позволяет лучше отводить тепло через отражение света от поверхности. Исследователи обнаружили, что бетонные покрытия дают лучшие результаты в 53 процентах и ​​73 процентах районов Бостона и Финикса соответственно. Но для Бостона все же лучше заменить обычное асфальтовое покрытие на охлаждающий асфальт, а не бетон учитывая лучшие характеристики при высоких температурах и наименьшие затраты топлива для автомобилей, этим покрытием ездить. Заметным будет и снижение температуры: холодные тротуары снизят пиковые летние температуры воздуха в Бостоне на 1,7 градуса Цельсия, а в Финиксе — на 2,1 градуса. Это в четыре раза меньше, чем пиковые снижения температуры летом. Интересно, что более застроены районы плохо поддаются такому снижению температуры, ученые связывают с нагревом этих зданий отраженным от покрытия светом. При этом за 50 лет (с учетом увеличения населения и протяженности дорог в 2,3 и 4,6 раза соответственно) выбросы углекислого газа сократятся на три процента для Бостона и на шесть для Финикса. Это эквивалентно удалению выбросов при вождении от 5500 до 17800 автомобилей и от 13700 до 96000 автомобилей за тот же 50-летний период.

Подход к моделированию, представленный в этом исследовании, позволил получить представление о влиянии стратегии холодного покрытия на изменение климата. Ученые считают, что замена покрытий является выгодным вариантом для городов снизить себе температуру нагрева и количество выбросов парниковых газов, учитывая, что сам город отвечает за дорожную инфраструктуру.

Перевод материала nauka.ua