جزیره گرمائی بررسی, تأثیرات, راهکارها

شهرها از مناطق روستائی حومه خود گرمتر هستند زیرا در استفاده از انرژی اسراف می کنند و ظرفیت حرارتی خیابان ها و ساختمان ها نیز برای دریافت اشعه خورشید بیشتر می باشند در جریان روز گرم شدن سطوح ساختمان های شهری سریع تر از روستاهای اطراف شهر است فرید, ۱۳۶۸, ۳۷۴ به طور کلی اقلیم شهری به شدت تحت تأثیر فرآیندهای ناشی از مکانیسم کار و زندگی شهری قرار دارد

●مقدمه

اصطلاح جزیره گرمائی که مانلی (Manley) در سال ۱۹۸۵ وضع کرد مقبولیت همگانی یافت. بعدها او که (Oke, ۱۹۷۳) جزیره گرمائی را در یازده شهر اروپائی اندازه‌گیری نمود و معادله مفیدی برای تخمین حداکثر اختلاف دمائی مناطق شهری و روستائی و پیرامونی به‌دست آورد (مسعودیان، مختاری، ۱۳۸۴) در یک بعدازظهر تابستان مناطق اصلی مرکز شهرهائی چون آتلانتا، شیکاگو، واشنگتن ۸-۵ درجه گرمتر از نواحی مجاور خود هستند البته نه به دلایلی که اغلب مردم فکر می‌کنند (Peterj. akbare ۱۹۹۷.۱) اثر جزیره گرمائی شهر احتمالاً روشنترین مثال و بهترین گواه از جرح و تعدیل‌های ناخواسته اقلیمی است و شکل دقیق و اندازه این پدیده که حاصل ویژگی‌های هواشناسی محلی و شهری است از نظر زمانی و مکانی تغییر می‌کند (کاویانی، ۱۳۸۰، ص ۲۳۵) مقایسه الگوهای شهرهای متفاوت، بیانگر این واقعیت است که ساختار جزیره گرمائی شهرها با ویژگی‌های محلی به شدت کنترل می‌شود (کاویانی، ۱۳۸۰، ص ۲۳۵). طبق نظر محققان سازمان انرژی آمریکا شهرها در تابستان به یک کوره تبدیل می‌شوند، به خاطر اینکه شهرها در زیر یک پرده سیاه و خاکستری تیره قرار می‌گیرند و آسفالت‌ها و سطح پشت بام‌ها، گرمای خورشید را جذب و به سمت زمین می‌فرستند. در هر صورت مقابله با گرما هزینه زیادی می‌برد. اما سؤال این است که عامل اصلی در جهت بهتر یا بدتر کردن وضعیت چه خواهد بود؟ آیا این اثرات نتایج حاصله از تراکم ذرات در مناطق شهری را تشدید و یا تعدیل خواهد کرد؟ دانش ما هنوز درباره اثرات حاصله از گرم کردن مستقیم و یا از طریق افزایش تبخیر خیلی ناقص است (پرکینز ۱۳۷۶، ص ۲۱۴).

●جزیره گرمائی شهر

شهرها از مناطق روستائی حومه خود گرمتر هستند زیرا در استفاده از انرژی اسراف می‌کنند و ظرفیت حرارتی خیابان‌ها و ساختمان‌ها نیز برای دریافت اشعه خورشید بیشتر می‌باشند. در جریان روز گرم شدن سطوح ساختمان‌های شهری سریع‌تر از روستاهای اطراف شهر است (فرید، ۱۳۶۸، ۳۷۴) به‌طور کلی اقلیم شهری به شدت تحت‌تأثیر فرآیندهای ناشی از مکانیسم کار و زندگی شهری قرار دارد. فعالیت انسانی در شهرها بدون استفاده از ابزار صنعتی ممکن نیست. توسعه زندگی ماشینی در شهرهای ایران به‌تدریج مقوله جدیدی را در مطالعات شهری تحت عنوان اقلیم شهری مطرح ساخته است (رهنمائی، ۱۳۷۵، ۱۳۵) گرمائی که از خانه‌ها و سوخت اتومبیل‌ها در فضای شهر نشر می‌یابد و در تغییر هوای شهر اثر می‌گذارد. گرمائی است که با رشد و توسعه شهر فزاینده است (فرید، ۱۳۶۸، ۳۷۴). آیا این انرژی که به‌وسیله انسان و به شکل گرما آزاد می‌شود دقیقاً، نوعی آلودگی هوا خوانده می‌شود؟ آری چون رهائی گرما (انرژی) باعث تغییر مشخصی در آب‌وهوای شهرهای ما می‌شود و ممکن است در آینده نیز اثرات جهانی بر آب‌وهوا داشته باشد (فرید، ۱۳۷۶، ص ۴۳) نمودار شماره (۱) تغییرات دما را ضمن عبور از حومه شهر به داخل آن نشان می‌دهد و چنانچه به‌خوبی می‌توان مشاهده کرد دمای یک شهر از دمای چشم‌انداز اطراف آن بیشتر بوده و ویژگی یک جزیره گرمائی را دارا است.

مرز بین شهر و حومه از شیب حرارتی تندی به سمت شهر برخوردار می‌شود. در این بخش از شهر گراندیان افقی دما می‌تواند از چهار درجه به‌ازاء هر کیلومتر افزایش فاصله نیز فراتر رود. بیشترین قسمت باقیمانده شهر هوای گرم و یا گرادیان افزایشی نسبتاً ثابت و ضعیف است که جهت آن به سمت مرکز شهر می‌باشد. یکنواختی این بخش شهری با آثار کاربری‌های مختلف درون شهرها مانند پارک، دریاچه و فضاهای باز (خنک) و ساختمان‌های تجاری، صنعتی و سایر ساختمان‌های گرم قطع می‌شود. به‌طور کلی از نظر زمانی شهرها از نیمروز به بعد و شب‌ها گرمتر از نواحی اطراف خود هستند. این افزایش گرما با بزرگی شهرها و عرض جغرافیائی آنها ارتباط مستقیم دارد (رهنمائی، ۱۳۷۵، ۱۳۳) در شهرهای بزرگ و شهرهای واقع در عرض جغرافیائی بالا تفاوت‌های دمائی میان‌هوای روی شهر و هوای پیرامون شهر شدیدتر است (رهنمائی، ۱۳۷۵، ۱۳۲) معمولاً درجه حرارت جزیره گرمائی شهرها در یک نقطه از حداکثر مقدار برخوردار است. اختلاف دمای بین نقطه مزبور و دمای حومه شهر به‌عنوان شدت جزیره گرمائی تلقی می‌شود (کاویانی، ۱۳۸۰، ۲۳۵) شدت جزیره گرمائی در شرایط هوای ساکن در طول روز تغییر می‌کند. نمودار شماره (۲) مقایسه سیر دمای روزانه در مناطق شهری و روستائی را نشان می‌دهد که کاهش دما در ساعات آخر بعدازظهر نزدیک شب، در ناحیه شهری آرامتر انجام می‌گیرد. این موضوع باعث می‌شود که حداقل درجه حرارت شبانه در شهر بالاتر از محیط حومه قرار داشته باشد.

نمودار ۱: وضعیت جزیره گرمائی در شهر ”اوکه ۱۹۷۶“

ب ) مقادیر سرمایش و گرمایش

ج ) شدت جزیره گرمائی حاصل از شرایط ایده‌آل وضعیت هوا است. مناطق شهری بعد از طلوع آفتاب آهسته‌تر رو به گرمی می‌رود، از این رو اختلاف دمای دو محیط سه تا پنج ساعت بعد از غروب آفتاب مشاهده می‌شود. شدت جزیره گرمائی معمولاً در اثناء باقیمانده شب به آرامی کاهش می‌یابد و بعد از طلوع آفتاب به شدت دچار تخریب می‌شود. حتی در بعضی از شهرها ممکن است جزیره گرمائی در ساعات نیمروز مخفی شود، به‌عبارت دیگر مرکز شهر سردتر از حومه باقی بماند. جزیره گرمائی شبانه شهر در رابطه معکوس با سرعت باد و درجه ابرناکی قرار دارد. از این رو در شرایط هوای آرام و آسمان صاف که تشدیدکننده اختلافات میکروکلیمائی است جزیره گرمائی شهرها بهتر از سایر اوقات ظاهر می‌شود. ”وجود جزیره گرمائی شهرها در فرآیندهای زیستی اقتصادی و هواشناختی تأثیر می‌گذارد. گرمای شهر عامل شکفتن و به گل نشستن زودتر گیاهان و درختان، طولانی‌تر شدن فصل رشد و جذب بعضی از پرندگان است“ (کاویانی، ۱۳۸۰، ص ۲۳۷).

گرمای مزبور برای شهرهای اقالیم گرم می‌تواند عامل نامطلوب و فشاردهنده‌ای محسوب شود در حالی‌که از نظر گرمایش زمستانی می‌تواند اهمیت اقتصادی داشته باشد. اس، سی، ای، پی طی گزارشی می‌نویسد در سال ۱۹۷۰ لوس آنجلس، معادل ۶ درصد انرژی جذب شده خورشید به زمین، حرارت تولید کرده است و در سال ۲۰۰۰ این عدد تا ۱۸ درصد افزایش داشته است که این انرژی هم به‌صورت تبخیر آب مخصوصاً در نیروگاه‌ها و هم به‌صورت گرم کردن مستقیم هوا آزاد می‌شود (پرکینز، ۱۳۷۶، ص ۴۳) حال این سؤال پیش می‌آید: آیا مجموع اثرات حرارت تلف شده و تراکم زیاد اثر فزایند‌ه‌ای است؟

نمودار ۲ ـ مقایسه سیر دمای روزانه در مناطق شهری و روستائی

”اگر میزان افزایش جهانی انرژی در حال حاضر تقریباً ۵ درصد در سال برای یک و نیم قرن دیگر ادامه یابد انرژی مصرف‌شده به‌وسیله انسان برابر ۱۰ درصد انرژی خورشید که در تمام کره‌زمین جذب می‌شود و یا معادل یک‌سوم انرژی که در خشکی جذب می‌گردد، خواهد بود“ (پرکینز، ۱۳۷۶، ص ۴۴). مطالعات پیشرفته‌ای در زمینه جزایر گرمائی انجام گرفته است اکثر این مطالعات از طریق ایجاد انواع رویه‌های شهری و به کمک مدل VIS (پوشش گیاهی - ویه‌های ناتراوا - خاک) انجام گرفته است. در این مدل معیار طبقه‌بندی تابعی از درصد رویه‌های پوشیده از گیاه رویه‌های ناتراوا و زمین‌های لخت می‌باشد. پوشش گیاهی در شهر تنها نقش تزئینی ندارد بلکه عملکرد تعدیل‌کننده محیطی نیز دارد، آب جو را حفظ می‌کند، در تبخیر نقش دارد، صافی برای آلودگی هوا و تنظیم‌کننده عالی هوا، گرما و مرطوب‌کننده محیط‌های شهری است (مسعودیان، مختاری، ۱۳۸۴ ، ص ۲، نقل‌ از ۱۹۸۲ Horbertetal) وجود منابع اطلاعاتی در مورد شرایط اقلیمی می‌تواند به دو صورت:

۱) همگانی (عمومی)

۲) جزئی (موردی)

به‌دست می‌آید. در اطلاعات کلی و همگانی از موقعیت بسیاری از شهرها و نواحی اطراف آن بررسی شود. همچنین از یک سری ایستگاه‌های آب‌وهوای ملی در درجه اول و نیز ایستگاه‌های آب‌وهوای امور ارتشی استفاده می‌شود.

اما در اطلاعات جزئی (موردی) از شبکه‌ ایستگاه‌های آب‌وهوائی در یک شهر که موقعیت وسعت و بزرگی ایستگاه‌های گرمائی شهر را تشخیص می‌دهد (مثل ایستگاه‌های کشاورزی یا کنترل کیفیت هوا یا شبکه‌های خدمات رفاهی و غیره) استفاده می‌شود (Akbari. ۲۰۰۰).

● مهمترین متغیر اقلیمی که بر جزایر گرمائی تأثیر دارد

۱) دما

دما مهمترین خصوصیت اقلیم شهری محسوب می‌شود او که (Oke ۱۹۷۳) حداکثر جزیره گرمائی (MHI) را به‌عنوان تابع جمعیت (P) به صورت معادله فوق ارائه کرد:

(MHI= ۲۰۱۱og-۴.۰۶(c.

براساس حداکثر جزیره گرمائی در شهر والنسیا عبارت است از:

۲.۰۱۱og۷۷۷.۴۲۷-۴.۰۶=۷.۷c

و در بعضی موارد برداشت‌های دما با استفاده از دماسنج مقاومتی دارای سپر تابشی با دقت ۰۱% سانتی‌گراد به‌دست می‌آید که برای نمونه‌برداری رقومی آن را به دستگاه داده‌گیر قابل حمل متصل می‌کنند. اما بررسی مقطع دما در یک ناحیه شهری، مقادیر استاندارد شده بسیار سودمند هستند و نشان می‌دهند که شکل نیمرخ متوسط فصلی جزیره گرمائی شهر به شرایط آب و هوائی وابسته نیست و عمدتاً تابعی از خصوصیات رویه شهر است (آنگر، سوگی، زبوکی، ۱۳۸۳، ص ۳).

۲) باد

یکی دیگر از متغیرهای اقلیمی که بر روی جزیره گرمائی اثر می‌گذارد باد است. بزرگترین اختلاف دمای شهر و روستا در شرایطی دیده می‌شود که باد نمی‌وزد و آسمان صاف است در نتیجه روز آفتاب‌گیر و شب‌هنگام هوا به سرعت سرد می‌شود. تأثیر باد باعث ضعیف شدن جزایر گرمائی و پائین آمدن دما در مسیر وزش باد می‌شود.

Hannel,Oke عنوان نمودند باد دارای یک سرعت برانی است که بیش از آن سرعت جزیره گرمائی پدید نمی‌آید و این سرعت بحرانی تابعی از اندازه و جمعیت شهر است و به‌صورت فرمول زیر ارائه می‌شود (مسعودیان، مختاریان، ۱۳۸۳، ص ۲).

(U = ۳.۴۱ogp-۱.۱۶ (m/s

که برای والنسیا این سرعت بحرانی به‌صورت زیر به‌دست می‌آید:

۱.۱۶(m/s) ـ U= ۳.۴logp

به برای والنسیا این سرعت بحرانی به‌صورت زیر به‌دست می‌آید:

۳.۴log۷۷.۴۲۷-۱۱.۶=۸۴m/s

البته بیشترین سرعت باد و بیشترین میزان ابرناکی در ماه‌های زمستانی دیده می‌شود و در این زمان شدت جزیره گرمائی شهر به ضعیف‌ترین حد خود می‌رسد. در تابستان وقتی‌که شاخص‌های یادشده (سرعت باد و ابرناکی) به کمترین مقدار خود می‌رسند، گسترش جزیره گرمائی شهر نیز در همه نقاط شهر به بیشترین حد خود نمی‌رسد، فقط اندکی بالاتر یا پائین‌تر از مقادیر بهاره و زمستانه است. بنابراین اثرات شاخص‌های اقلیم‌شناسی نسبتاً پیچیده است و بررسی اثر آنها بر گسترش جزیره گرمائی شهر نمی‌تواند به این شاخص سرعت باد و ابرناکی و دما محدود شود اگرچه شاخص‌ها اهمیت فراوانی دارند (آنگر، سوگی، زبوکی، ۱۳۸۳، ص ۳).

۳) جمعیت شهر

نسبت تراکم جمعیت شهر به واحد سطح نیز در تشدید جزیره گرمائی مؤثر است و هر چه این تراکم جمعیت بیشتر و فشرده‌تر باشد درجه حرارت بالاتر است.

عوامل فرضی که باعث ایجاد لایه سرپوش جزیره گرمائی شهرها می‌شوند

جزیره گرمائی در یک لایه سرپوش (لایه آسمانی)، اغلب در سرتاسر شهر یا نواحی مسدود شده وجود دارد که نسبت به آن قسمتی که به‌وسیله هوا احاطه شده، گرمتر است و از سطح زمین تا بام ساختمان‌ها را شامل می‌شود که طرح و عرض ساختمان‌ها و جاده‌ها اختلاف ارتفاع و مسیر قرارگیریشان الگوهای اقلیمی پیچیده‌ای را پدید می‌آورند (مسعودیان، مختاری، ۱۳۸۴، ص ۳) به‌طور کلی تغییر شرایط تراز انرژی که موجب تراز حرارتی مثبت می‌شود به عوامل زیر بستگی دارد:

۱) افزایش جذب امواج کوتاه

۲) افزایش امواج بلند برگشتی از آسمان

۳) کاهش هرز تابش امواج بلند

۴) کانون‌های سوخت به‌وسیله انسان

۵) افزایش ذخیره گرمائی محسوس

۶) کاهش تبخیر و تعرق

۷) کاهش کامل انتقال‌ گرمائی تلاطمی

همچنین ساختارهای شهری که منجر به تغییرات تراز انرژی می‌شود به‌شرح زیر می‌باشد:

۱) شرایط هندسی معابر - افزایش ابعاد سطوح و انعکاس‌های مکرر

۲) آلودگی هوا - جذب بیشتر و انتشار مجدد

۳) شرایط هندسی معابر و کاهش ضریب دید

۴) هرز گرمائی ساختمان‌ها و ترافیک

۵) مصالح ساختمانی - افزایش پذیرش گرما

۶) مصالح ساختمانی - افزایش ناتراوائی

۷) شرایط هندسی معابر - کاهش سرعت باد (کاویانی، ۱۳۸۰، ص ۲۳۹)

دکتر حسین صرامی عضو هیئت علمی دانشگاه اصفهان

لیلا سلکی دانشجوی کارشناسی ارشد اقلیم‌شناسی دانشگاه اصفهان

منابع و مآخذ

۱. رهنمائی، محمدتقی، مجموعه مباحث و روش‌های شهرسازی، جغرافیا، مسکن و شهرسازی، تهران ۱۳۶۹.

۲. ژنوس آنگر، زولتان سوگی، جودیت یوکی، ویژگی‌های مقطع دمائی در یک ناحیه شهری، ترجمه پیرزادزمانی، ابوالفضل مسعودیان، دانشگاه اصفهان، ۱۳۷۴.

۳. غیور، حسنعلی؛ مسعودیان، سیدابوالفضل؛ اثرات گرتر شدن زمین بر چرخه آب در طبیعت، فصلنامه تحقیقات جغرافیائی، شماره پیاپی ۴۶، پائیز ۱۳۷۶.

۴. فرید یداله، جغرافیا و شهرشناسی، دانشگاه تبریز، ۱۳۶۸

۵. کاویانی، محمدرضا، میکروکلیماتولوژی، انتشارات سمت، تهران، ۱۳۸۰

۶. گومز، گاجو، پوشش گیاهی و تغییرات اقلیمی در مناطق شهری (مورد مطالعه والنسیا)، ترجمه رضا مختاری ملک‌آبادی، دکتر ابوالفضل مسعودیان، دانشگاه اصفهان، ۱۳۸۴

۷. هنری پرکینز، آلودگی هوا، ترجمه دکتر منصور غیاث‌الدین، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۷۶.

۸. APA, Smartr Growth and Urban Heat Islands. EPA site http\\\\smart Growth.org, ۱۹۹۲

۹. Akbari Hashem, Cool roofes July۴th.۲۰۰۵ site http\\\\Ib۱.gov ۲۰۰۵.

۱۰. Akbari Hashem Wash Your Roof, http\\\\Ib۱.gov site July۴th.۲۰۰۵

۱۱. Akbari Hashem What Can Be Done http\\\\Ib۱.gov site July۴th ۲۰۰۵

۱۲. Akbari Hashem, Basic Information site http\\\\Ib۱.gov July۴th.۲۰۰۵

۱۳. Akbari Hashem, Heat, Halth&Environment site http\\\\Ib۱.gov,July ۴th.۲۰۰۵

۱۴. Brian Pone, Craig Kenton Smith, Dan Moses Stamper-Kurn Existing Climate Data Souress and Their Us in Heat Island.site http\\\\Ib۱.gov Aprill ۲۷.۲۰۰۰

۱۵. How,Peterj and Akbari Hashen Lighten UP COOL Down.CITES,TOLD,UK,۱۹۹۷

---