Україна є членом
Всесвітня
Метеорологічна
Організація

УЖГОРОД
інше містоАй-ПетріАлуштаАмвросієвкаАнг.перевалАртемівськАсканія НоваБ.Дністр.Б.ЦеркваБаришівкаБаштанкаБердянськБереговоБережаниБехтериБіловодськБілогорськБілопілляБобринецьБогодухівБолградБориспільБотієвоБродиВ.БерезнийВ.БурлукВ.ВолинськийВ.Олександр.Вес.ПоділВилковоВінницяВладиславівкВознесенськВолновахаГадячГайворонГайсинГенічеськГлухівГубинихаГуляй ПолеДар'ївкаДебальцевоДжанкойДніпропетровськДолинаДолинськаДонецькДрогобичДружбаДубноЄвпаторіяЖашківЖитомирЖмеринкаЗапоріжжяЗатишшяЗвенигородкаЗнаменкаЗолотоношаЗолочівІвано-ФранківськІллічівськІзмаїлІзюмІшуньК.ПодільскийКам'янкаКанівКарадагКерчКиївКирилівкаКіровоградКлепініноКобелякиКовельКоломакКоломияКомісарівкаКомсомольськКонотопКоростеньКрасноармейсКрасноградКременецьКривий РігКуп'янськЛебединЛозоваЛубниЛуганськЛуцькЛюбашівкаЛюбешівЛьвівМаневичіМаріупольМелітопольМиколаївМиронівкаМисовеМіжгір'яМог.-ПодільсМостискаН.ВолинськийН.ВоротаН.КаховкаН.СірогозиН.СтуденийН.УшицяНижньогірськНіжинНікітський садНікопольНоводністровськНовомиргородНовопсково.ЗмiїнийОвручОдесаОлевськОстерОчаківПавлоградПервомайскПлайПожежевськаПокошичиПолтаваПомошнаПоштовеПрилукиПришибРава-РуськаРахівРівнеРоздільнаРоздольнеРомниСаратаСарниСватовоСвитязьСвітловодськСевастопольСелятинСеменівкаСербкаСинельниковоСімферопольСлавськеСмілаСтрийСтрілковеСумиТернопільТетерівТроїцькеТуркаУжгородУманьФастівФеодосіяХарківХерсонХмiльникХмельницькийХорлиХустЧаплиноЧеркасиЧернівціЧернігівЧигиринЧорнобильЧорноморськеЧортківШепетівкаЩорсЯворівЯготинЯлтаЯмпільЯремча
24 листопада
7:52
08:51
16:43
Поточна погода
-3.9 °
Вітер
0 м/c
Волог.
96 %
Тиск
762 мм рт. ст.
Прогноз
Погоди
24.11 Пн 25.11 Вт 26.11 Ср 27.11 Чт 28.11 Пт
Ніч День Ніч День Ніч День Ніч День Ніч День
Хмарність та опади
Температура, °C 0..-2 6..8 0..-2 3..5 0..-2 3..5 -2..-4 2..4 -2..-4 2..4
Вітер, м/c 5-10 5-10 3-5 5-10 3-8 5-10 3-8 3-8 3-8 3-8
Напрям вітру
Новые задачи для метеорологического обслуживания в изменяющейся городской окружающей среде

Сю Танг
Изменения в городской окружающей среде, обусловленные урбанизацией, и связанные с этим требования к обслуживанию

Урбанизация быстро растет во всем мире. В настоящее время около 3,2 миллиардов человек живут в городах, что составляет около 50% от общего количества населения. По оценкам, число людей, живущих в городах, увеличится к 2030 г. до 5 миллиардов, что будет составлять около 61% от общего количества населения. Кроме того,урбанизация быстрее идет в развивающихся странах, чем в развитых. Прогнозируется, что в Китае городское население вырастет со 170 миллионов в 1978 г. до 870 миллионов в 2017 г., т.е. рост составит 500% (State of World Population, 2007).

В 2010 г. больших городов (с населением более 1 миллиона человек) будет около 125. Большой город функционирует, как большая печь, выбрасывая в атмосферу большое количество тепла, загрязняющих воздух веществ и отходов. Этот эффект большой печи оказывает глубокое влияние на многие аспекты жизни в городах и окружающих их районах, включая динамические, термодинамические и химические воздействия и циклическое взаимодействие между водой, воздухом и почвой (Xu and Tang, 2002). В этой связи метеорологическому обслуживанию в городах приходится сталкиваться со многими новыми задачами в изменяющейся городской окружающей среде.

Воздействие на погоду и климат городов
В городах покрытую растительностью поверхность заменяют здания и асфальтированные улицы. Эта замена изменяет поглощение поверхностью солнечной радиации, возможности для аккумулирования тепла, интенсивность испарения и приводит к значительным изменениям в параметрах метеорологических условий, таких как приземная температура, локальная турбулентность и ветровой режим. Измерения показывают, что приземная температура в городах часто выше, чем в сельской местности, на 1-5 градусов, в зависимости от размера города. Это явление известно как эффект «городского острова тепла».

Рисунок 1 – Эффект «городского острова тепла»

Эффект «городского острова тепла» может изменить местную погоду и климат (см. рис. 1). Согласно Orville et al. (2000), городское тепло является причиной сильной конвергенции ветров, что приводит к локальному эффекту морского бриза в городской зоне Хьюстона, Техас. Эта локальная конвергенция ветров далее ведет к усилению гроз, повышению конвективной активности и изменениям в атмосферной циркуляции над городом (Semonin, 1982). Кроме того, повышение конвективной активности в сочетании с повышением концентрации аэрозолей вызывают повышение активности молний (Orville et al., 2000).

Спутниковые данные показывают, что высокие концентрации аэрозолей часто наблюдаются вблизи больших городов (Tie et al. 2006). Высокие концентрации аэрозольных частиц являются причиной плохой видимости (густая дымка) в зависимости от метеорологических условий. При стабильном планетарном пограничном слое в больших городах с загрязненной атмосферой часто наблюдаются условия со слабым ветром и плохой видимостью (дни с дымкой). Например, в южной части Азии высокие концентрации аэрозолей образуют коричневый шлейф дымки, известный как Азиатское коричневое облако.

Воздействие на химический состав воздуха городов
Рост населения в городах означает, что больше энергии потребляется для отопления, кондиционирования воздуха и транспорта. В Мехико около 20 миллионов жителей и 3,5 миллиона транспортных средств. В результате потребления энергии городом имеют место крупные выбросы загрязняющих воздух веществ, таких как газообразные загрязняющие вещества (диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота (окись азота и диоксид азота) и летучие органические соединения), твердые частицы и токсичные газы.

Эти загрязнители играют разную роль в химическом составе атмосферы. Самый большой вред городской окружающей среде приносят аэрозоли, озон и токсичные газы. Среди этих газов диоксид серы является основным предшественником образования частиц сульфата, а выбросы твердых частиц оказывают непосредственное влияние на концентрации аэрозолей. С другой стороны, оксид углерода, оксиды азота и летучие органические соединения (как предшественники озона) являются основными факторами в образовании озона (Zhao and Tang, 2007).

При больших выбросах оксидов азота и летучих органических веществ в Мехико (Molina and Molina, 2002) среднечасовые концентрации озона почти каждый день превышают мексиканскую норму качества воздуха, составляющую 110 частиц на миллиард, и часто они превышают эту норму в два раза (Garfias and Gonzalez, 1992). Выброс токсичных газов, таких как бензол, происходит либо вследствие выхлопа транспортных средств, либо в связи с авариями. Высокие концентрации загрязнений, обусловленные ростом урбанизации, замедляют скорость ветра и рассеивание потоков воздуха, что ведет к тенденции сохранения в городе загрязненного воздуха. В результате токсичные газы, выпущенные в крупных городах, оказывают более вредное влияние на здоровье человека, особенно в дни с очень устойчивой стратификацией.

Воздействие на здоровье человека
Изменения погоды и климата в городах вместе с изменениями городской окружающей среды оказывают различное влияние на здоровье человека:
  • Высокие концентрации озона в планетарном пограничном слое
    Ученые изучают воздействие озона на здоровье человека в течение многих лет и обнаружили, что озон воздействует прежде всего на дыхательную систему. Согласно исследованию окружного органа контроля загрязнения воздуха округа Санта-Барбара, Калифорния, приблизительно один из трех человек в США подвергается риску воздействия озона на здоровье.
  • Аэрозольные частицы
    Аэрозольные частицы могут возбуждать и повреждать оболочку легких, вызывая в результате длительное повреждение и снижение качества жизни (Parent et al., 2007). Система управления качеством воздуха, разработанная Норвежским институтом исследования воздуха, предоставляет ряд показателей, связанных с качеством воздуха и его взаимодействием со здоровьем человека, таких как величина загрязнения воздуха, продолжительность подверженности воздействию загрязнения воздуха и т.д.
  • Воздействие «городского острова тепла»
    Из-за «городских островов тепла» температура в городе значительно выше, чем температура в сельской местности. В результате во время очень жаркого лета в больших городах часто наблюдаются волны тепла, и они могут оказать сильное воздействие на жителей. Например, летом 2003 г. волна тепла в Европе привела к гибели 34 071 человека в Италии и около 10 000 человек во Франции. В Шанхае в последние 10 лет количество дней с температурой выше 35 °С достигло 22 в год, т.е. таких дней стало на 13 больше, чем 30 лет назад.
Воздействие на городские экосистемы
Потенциальные возможности для повреждения растительности озоном известны уже более 30 лет (Fuhrer and Acherman, 1994). Исследование, проводимое в соответствии с Пятой рамочной программой Европейского союза в рамках Программы по энергетике, окружающей среде и устойчивому развитию (Программа БИОСТРЕСС РП5 ЕС) показывает, что озон может оказывать воздействие на поверхность листьев растений. Разъедающее воздействие озона на кутикулу (воскообразный слой, покрывающий поверхность листьев) наблюдалось в отношении деревьев, опрысканных озоном. Таким образом, высокие концентрации озона оказывают влияние на многие городские экосистемы и сельскохозяйственную продукцию сельских районов, особенно на рис, пшеницу и хлопок.

Исследование в рамках проекта CHINA-MAP (исследование дельты реки Янцзы как развивающейся промышленно-аграрной области (Metro-Agro-Plex (MAP)) дает возможность предположить, что высокие концентрации озона оказывают значительное влияние на производство риса в дельте реки Янцзы, где расположено более 15 крупных городов (Zhou et al. 2004).

Подходы к разработке новых видов обслуживания

Рисунок 2 – Задачи ГУРМЕ на период стратегического
планирования 2008–2015 гг.

Понимание широкого спектра потенциальных последствий требует дальнейших исследований и новых видов метеорологического обслуживания в городе. Начиная с 1999 г. ВМО инициировала несколько проектов по городской метеорологии и городской окружающей среде с целью решения растущих проблем сильного загрязнения в городах (рис. 2).

Например, в рамках проекта Глобальной службы атмосферы (ГСА) по научным исследованиям в области городской метеорологии и окружающей среды (ГУРМЕ) исследовались взаимодействия между загрязнением воздуха, воды и почвы в Пекине, в результате чего для территории города с пригородами была введена в действие оперативная сеть комплексного мониторинга. Другим направлением деятельности ГУРМЕ является совершенствование наблюдений за качеством воздуха с использованием пассивных датчиков и улучшение прогнозов качества воздуха в таких городах, как Москва, Мехико и Сан-Паулу. В Техническом университете Мадрида (Испания) разработана система принятия решений, касающихся качества воздуха. Это надежный инструмент для принятия мер по сокращению выбросов на основе 72-часовых прогнозов качества воздуха. В Шанхае в рамках одного из экспериментальных проектов ГУРМЕ была осуществлена система предупреждения об озоне и выполнен эксперимент Шанхай-MARAGE. На основе накопленного опыта и усвоенных уроков можно использовать несколько подходов, которые рассматриваются ниже.

Создание комплексной трехмерной городской высокоплотной сети мониторинга

Рисунок 3 – Станции наблюдений в Шанхае

Для улучшения метеорологического обслуживания в городе необходимы более фундаментальные измерения как метеорологических, так и химических элементов. Пользуясь Первоначальным руководством по получению репрезентативных метеорологических наблюдений на городских площадках, которое ВМО опубликовало в отчете № 81 по приборам и методам наблюдений в 2006 г., Шанхайское метеорологическое бюро установило более 106 автоматических метеорологических станций, 89 станций для измерения осадков, два метеорологических радиолокатора, три профилометра ветра, две вышки для измерений в планетарном пограничном слое и две станции зондирования (рис. 3). Согласно полномочиям, полученным от местных властей Шанхая, проводятся также некоторые измерения химического состава атмосферы. Места расположения площадок для измерений тщательно отбираются, с тем чтобы были представлены разные категории земной поверхности. Площадки для измерения химического состава атмосферы установлены в следующих местах:
  • в городской лесопарковой зоне, отражающей состояние городских экосистем;
  • в сельской лесопарковой зоне, отражающей состояние сельских экосистем;
  • в центральной городской зоне, отражающей высокую плотность населения и транспорта;
  • в удаленной сельской зоне, отражающей состояние местности, окружающей город;
  • в промышленной зоне, отражающей положение дел с выбросами частиц и химических веществ.
Цель заключается в том, чтобы создать комплексную трехмерную высокоплотную городскую сеть мониторинга для измерения как метеорологических параметров, так и параметров химического состава атмосферы. Такая интенсивная программа измерения метеорологических и химических параметров обеспечивает более качественное представление о мелкомасштабных распределениях динамических и химических компонентов. Она сделает наше понимание городской окружающей среды более глубоким и поможет улучшить метеорологическое обслуживание в Шанхае.
Создание систем прогнозирования и раннего предупреждения
Для удовлетворения упомянутых выше потребностей необходимо для городской окружающей среды создать системы прогнозирования и оповещения (раннего предупреждения). Для этих систем требуются различные измерения, методы (такие как статистические и диагностические) и модели, включая метеорологическую модель с высоким разрешением и химическую (аэрозоль и озон) модель. Региональная модель прогнозирования погоды, а также динамическая и химическая модели были адаптированы Шанхайским метеорологическом бюро для предоставления новых видов обслуживания. В настоящее время в рамках сотрудничества между Китайской метеорологической администрацией и Национальным центром атмосферных исследований США разрабатывается полная система интерактивных моделей, включая интерактивную модель выбросов и модель воздействия на окружающую среду. Можно получить комбинированные измерения и методы прогнозирования, включая методики с использованием моделей и новые виды продукции, связанной с прогнозированием и ранним предупреждением суровых явлений в городе. Эти явления касаются в основном высоких концентраций озона и их воздействия, густой дымки с высокой концентрацией аэрозолей, аномалий интенсивности ультрафиолетового излучения и их последствий, волн тепла и здоровья человека, рассеивания токсичных газов и предупреждения о нем для реагирования на чрезвычайную ситуацию в городе, диагноза городских экосистем и соответствующего оповещения.
Распространение продукции
На основе развития трехмерных сетей мониторинга и создания систем прогнозирования и раннего предупреждения будущие городские метеорологические подразделения будут предоставлять не только традиционные виды метеорологического обслуживания, такие как прогнозы, но также различные оповещения и ранние предупреждения. Эти оповещения будут распространяться среди аварийных служб и органов по обеспечению готовности к стихийным бедствиям, например, среди государственных служащих, принимающих решения (на уровне города и округа), а также среди тех, кто уязвим к воздействию суровых явлений погоды, т.е. среди населения в деревнях, школах, больницах и на промышленных предприятиях. Государственные метеорологические подразделения будут распространять оповещения по различным каналам связи, таким как телевидение, сотовые телефоны, радио, газеты и Интернет.
Иллюстрация новых видов обслуживания
Рассматривая прогнозирование концентрации озона и раннее предупреждение о повышенной концентрации в качестве примера, следует сказать, что система прогнозирования концентрации озона и раннего предупреждения о высокой концентрации, разработанная Шанхайским метеорологическим бюро, имеет три элемента: информационную систему, физическую и химическую систему, прогностическую продукцию.

Информационная система предоставляет крупномасштабные прогнозы динамических компонентов, инвентаризацию химических выбросов и информацию о приземных наблюдениях. Физическая и химическая система основывается на недавно разработанной региональной динамической/химической модели. Эта модель сначала будет прогнозировать мелкомасштабные метеорологические условия с более высоким разрешением в соответствии с потребностями. Выходные данные прогнозирования метеорологических условий будут использоваться в качестве входных данных химической модели для прогнозирования химического состава атмосферы и концентрации аэрозолей на следующий день. Будет осуществляться анализ воздействия концентрации химических веществ и аэрозолей.

Рисунок 4 – Шанхайская система оповещения о высокой
концентрации озона

Если прогнозируемые концентрации озона превышают национальные нормы, то будет выпускаться сообщение с ранним предупреждением для распространения среди различных уровней городских властей и населения.

В соответствии с политикой реагирования, предполагающей участие различных организаций, Шанхайское метеорологическое бюро распространит сообщение с предупреждением среди населения, снабдив его сигналами разного цвета, желтым или оранжевым, в зависимости от суровости явления. Орган контроля дорожного движения осуществит в определенных районах города стратегии по сокращению выбросов. Результат осуществления этих стратегий очень важен для оценки потенциального сокращения концентрации озона. Аналогично орган здравоохранения и больницы осуществят подготовку к аномальному увеличению числа пациентов, страдающих от респираторных расстройств (рис. 4).

Резюме
Быстрая урбанизация ставит много новых задач, и в крупных городах требуются новые виды обслуживания. Проведено много исследований в области изучения воздействия урбанизации, например, на погоду и климат в городе, на химический состав городского воздуха, на здоровье жителей и на городские экосистемы. Результаты этих исследований можно использовать для создания новых оперативных видов обслуживания в полевых условиях.

ВМО разработала ряд рекомендаций и учредила ряд проектов, чтобы помочь национальным метеорологическим и гидрологическим службам (НМГС) в совершенствовании новых видов обслуживания. В результате практических действий, накопленного опыта и усвоенных уроков был разработан ряд методов для мониторинга, раннего обнаружения, прогнозирования, раннего предупреждения, распространения информации и сотрудничества.

Новые задачи означают и новые возможности, которые стимулируют к улучшению обслуживания и открытию новых горизонтов. Метеорологическое обслуживание для городской окружающей среды представляет общий интерес для большинства НМГС. Обмен идеями, опытом, технологиями и усвоенными уроками имеет большое значение. Мы будем постепенно улучшать метеорологическое обслуживание в городе, чтобы достичь наших целей, которые заключаются в обеспечении более качественной городской окружающей среды и предоставлении более качественного метеорологического обслуживания населения в целом.

Статья взята из Официального сайта Всемирной метеорологической организации
<Повернутись до списку статей
Гідрометеоцентр
Інформація для ЗМІ
Послуги
Погода і здоров’я
Метеорологічні штормові попередження
Гідрологічні штормові попередження
Супутникова інформація
Радарна інформація
Бюро переводовКиев Бюро переводов Технические переводы Креативное рекламное агентство