ΜΕΓΑΛΑ ΑΣΤΙΚΑ ΚΛΙΜΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

Τα σύγχρονα αστικά κέντρα έχουν αποκτήσει τα δικά τους κλιματικά φαινόμενα, διαφορετικά από αυτά που επικρατούν στο φυσικό χώρο και που, έως και πρόσφατα, επικρατούσαν και στον αστικό χώρο. Τα σημαντικότερα είναι τα εξής:

• Αστική θερμοκρασιακή αναστροφή
• Αστικό θερμοκήπιο
• Αστική θερμική νήσος

ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ

Θερμοκρασιακή αναστροφή είναι ο εγκλωβισμός θερμών αέριων μαζών σε χαμηλό υψόμετρο, πάνω από την πόλη, κάτω από ψυχρότερες αέριες μάζες και ευνοείται σε συνθήκες, που συνδυάζουν άπνοια, υψηλές θερμοκρασίες και μεγάλα ποσοστά ρύπανσης.

Σε φυσιολογικές μετεωρολογικές συνθήκες, κυρίως στην ύπαιθρο, η ατμόσφαιρα εμφανίζει μία φυσική θερμική διαστρωμάτωση, όπου τα χαμηλότερα στρώματά της θερμαίνονται περισσότερο από τα υψηλότερα. Τα θερμά στρώματα του αέρα, που βρίσκονται σε επαφή με την γήινη επιφάνεια, παράγουν ανοδική αιολική κίνηση προς το στερέωμα, κατά την οποία σταδιακά ψύχονται. Τη θέση τους, χαμηλά στην επιφάνεια της γης, καταλαμβάνει ο αέρας των ψυχρότερων γειτονικών περιοχών. Με αυτόν τον τρόπο ο αέρας ανανεώνεται σε μια περιοχή.

Τα μεγάλα αστικά κέντρα παράγουν μεγάλες ποσότητες αέριων ρύπων, οι οποίοι συγκεντρώνονται πάνω από την ατμόσφαιρα των πόλεων. Το στρώμα αυτό, σε συνδυασμό με το φαινόμενο του θερμοκηπίου, έχει την ικανότητα να παγιδεύει μεγάλες ποσότητες θερμών αέριων μαζών, ανακόπτοντας τη φυσική ανοδική τους κίνηση προς τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Ο αέρας της πόλης εγκλωβίζεται και μένει στάσιμος κάτω από ψυχρότερες αέριες μάζες της ατμόσφαιρας. Δημιουργείται έτσι το φαινόμενο της αστικής θερμοκρασιακής αναστροφής. Μαζί με τον αέρα της πόλης βέβαια εγκλωβίζεται και το στρώμα των ρύπων, το οποίο ανατροφοδοτεί το φαινόμενο.

Η συγκέντρωση των αέριων ρύπων πάνω από την πόλη είναι πυκνότερη, όσο χαμηλότερα συμβαίνει η αναστροφή θερμοκρασίας.

Το φαινόμενο της αστικής θερμοκρασιακής αναστροφής δεν είναι συνεχές. Διατηρείται όσο παραμένουν στάσιμες οι θερμές αέριες μάζες και ανατρέπεται κυρίως με την εμφάνιση ανέμων στη περιοχή.

Η τοπογραφία της περιοχής επηρεάζει σημαντικά το βαθμό ευκολίας σχηματισμού θερμοκρασιακής αναστροφής. Επίπεδες περιοχές, που περικλείονται από βουνά, όπως το λεκανοπέδιο της Αττικής ή του Λος Άντζελες, είναι πιο επιρρεπείς. Εμφανίζουν συχνές νυχτερινές θερμοκρασιακές αναστροφές εξαιτίας κατάπτωσης ψυχρότερων αέριων μαζών από την υπήνεμη πλευρά των ορεινών όγκων που τις περιβάλουν.

ΑΣΤΙΚΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ

Το αστικό θερμοκήπιο είναι ανάλογο του πλανητικού φαινομένου του θερμοκηπίου. Οφείλεται στην υπερσυγκέντρωση καυσαερίων, κυρίως διοξειδίου άνθρακα (CO), πάνω από την πόλη και επιτείνεται από την ταυτόχρονη  παρουσία νέφους αέριων ρύπων στον αστικό θόλο. Η ένταση του είναι ανάλογη του μεγέθους των αστικών συγκεντρώσεων.

Το αστικό θερμοκήπιο είναι το αποτέλεσμα της θερμοκρασιακής αναστροφής που συγκρατεί το νέφος πάνω από την πόλη και ταυτόχρονα ανατροφοδοτεί την ίδια την αναστροφή. Το αστικό περιβάλλον υπερθερμαίνεται εξαιτίας του αστικού θερμοκηπίου, όσο διατηρείται η θερμοκρασιακή αναστροφή.

Η συμπεριφορά του νέφους αέριων ρύπων δεν έχει ακόμη μελετηθεί ικανοποιητικά. Το φαινόμενο του αστικού θερμοκηπίου διαπιστώνεται βέβαια εμπειρικά και βιωματικά, δεν έχει όμως μέχρι σήμερα προσδιοριστεί επιστημονικά, το μέγεθος της συμβολής του στην υπερθέρμανση των πόλεων.

ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΝΗΣΟΣ

«Φαινόμενο Αστικής Θερμικής Νήσου» ονομάζεται η  διαφορά της θερμοκρασίας της πόλης από αυτήν της υπαίθρου στον ίδιο τόπο. Η μέγιστη διαφορά της ορίζεται ως «Ένταση Θερμικής Νήσου».

Τα φαινόμενα της θερμοκρασιακής αναστροφής και του θερμοκηπίου στην αστική ατμόσφαιρα, συμβάλλουν και στη δημιουργία του φαινόμενου της αστικής θερμικής νήσου (Urban Heat Island).

Η ημερήσια θερμοκρασία σε πυκνοδομημένη αστική περιοχή είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία στην ύπαιθρο. Οι μεγαλύτερες διαφορές θερμοκρασίας πόλης – υπαίθρου συμβαίνουν κατά τη διάρκεια αιθρίας και άπνοιας. Διαφορά θερμοκρασίας των 5 έως 10 ^οC είναι, υπό αυτές τις συνθήκες, συνήθης για μεγάλες πυκνοδομημένες πόλεις, σε θερμά κλίματα, κατά τη θερινή περίοδο. Στην Ελλάδα, όπου οι θερινές νυχτερινές θερμοκρασίες είναι αρκετά χαμηλότερες από τις ημερήσιες, παρατηρούνται διαφορές άνω των 10 ^οC μεταξύ της νυχτερινής θερμοκρασίας περιαστικής ορεινής ή δασωμένης περιοχής και της θερμοκρασίας του κέντρου πόλης.

Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νήσου γίνεται αντιληπτό κυρίως τη νύχτα, καθώς τότε εμφανίζονται οι μεγαλύτερες θερμοκρασιακές διαφορές πόλης – υπαίθρου. Ο όγκος των υλικών του αστικού χώρου, που συσσώρευε θερμότητα στη διάρκεια όλόκληρης της μέρας, την αποβάλλει τη νύχτα με χρονική καθυστέρηση. Μεγάλο μέρος της δε διαφεύγει προς το διάστημα, αντίθετα επιστρέφει και ξαναθερμαίνει την πόλη.

Οι υψηλές νυχτερινές θερμοκρασίες παρεμποδίζουν το δροσισμό των  υπαίθριων χώρων αλλά και των κτηρίων και κατά συνέπεια την αναγκαία ανακούφιση από τη ζέστη, και το φυσιολογικό ύπνο. Η αδυναμία νυχτερινού δροσισμού έχει ταυτόχρονα ως αποτέλεσμα την εμφάνιση, ήδη από νωρίς το πρωί της επόμενης μέρας, πολύ υψηλών επιπέδων θερμοκρασίας. Γι αυτό το φαινόμενο της αστικής θερμικής νήσου, εκδηλώνεται πιο έντονα σε παρατεταμένες θερμές περιόδους.

Έχει αποδειχτεί επιστημονικά ότι η ένταση του φαινομένου της αστικής θερμικής νήσου σχετίζεται άμεσα με την πυκνότητα δόμησης, τις θερμοσυσσωρευτικές ιδιότητες των υλικών και το μέγεθος της πόλης (Oke, 1987). Σε μικρές πόλεις η ένταση της θερμικής νήσου είναι της τάξης των 2 έως 3 °C, ενώ σε μεγάλες πόλεις, όπως π.χ. η Αθήνα, μπορεί να φτάσει στους 10 έως 12 °C (Santamouris, 2001).

Διαγραμματική παράσταση του φαινομένου στο παρακάτω διάγραμμα δείχνει ότι πάνω από το κέντρο της πόλης σημειώνονται οι υψηλότερες θερμοκρασίες.Φαίνεται επίσης ότι η ένταση της θερμικής νήσου μειώνεται απότομα πάνω από τις περιοχές του αστικού χώρου, οι οποίες καλύπτονται από βλάστηση.

Τα αίτια του φαινομένου της αστικής θερμικής νήσου μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:

• Η απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας είναι αυξημένη εξαιτίας χαμηλής ανακλαστικότητας (albedo) και υψηλής θερμοχωρητικότητας των υλικών της πόλης. Η θερμική ενέργεια αποθηκεύεται στον αστικό ιστό και στο έδαφος.
• Οι εκπομπές θερμότητας το βράδυ (με υπέρυθρη ακτινοβολία) μειώνονται εξαιτίας της πυκνής δόμησης, που παγιδεύει θερμότητα μέσα στα αστικά φαράγγια.
• Η μεταφορά και η αποβολή θερμού αέρα μειώνεται, καθώς το αστικό ανάγλυφο είναι τραχύ και ελαττώνει την ταχύτητα του ανέμου.
• Η ηλιοπροστασία και η φυσική ψύξη με εξατμισοδιαπνοή είναι μειωμένη ή ανύπαρκτη, εξαιτίας έλλειψης ή απουσίας βλάστησης και της κάλυψης του εδάφους από σκληρές επιφάνειες.
• Η παραγωγή ανθρωπογενούς θερμότητας από μονάδες κλιματισμού και μεταφορές είναι αυξημένη.
• Το φαινόμενο του θερμοκηπίου και η θερμοκρασιακή αναστροφή επιδεινώνουν εξαιρετικά όλους τους παραπάνω παράγοντες.

Είναι δύσκολο να αποδοθεί μια κλίμακα σχετικής σημαντικότητας στα αίτια που προκαλούν και αναπαράγουν το φαινόμενο της θερμικής νήσου, εξαιτίας της πολυπλοκότητας και των αλληλεξαρτήσεων μεταξύ των παραμέτρων, που τη γεννούν και που ταυτόχρονα καθιστούν κάθε πόλη, ακόμη και κάθε γειτονιά, διαφορετική περίπτωση.

Τα αποτελέσματα του φαινομένου της αστικής θερμικής νήσου είναι αρκετά ανησυχητικά επειδή:

• Αυξάνονται σημαντικά τα θερμικά φορτία των κτηρίων με αποτέλεσμα να αυξάνονται το καλοκαίρι κατακόρυφα οι ανάγκες ψύξης, άρα η κατανάλωση ρεύματος και οι θερμικές εκπομπές των κλιματιστικών.
• Η υπερβολικά αυξημένη θερμοκρασία προκαλεί υψηλά επίπεδα δυσφορίας, τάσεις φυγής από την πόλη και απειλεί τις ευπαθέστερες ομάδες  του πληθυσμού. Ως παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί το καλοκαίρι του 2003, όταν η Ευρώπη βίωσε το θερμότερο καλοκαίρι μετά το 1540. Πολλές πόλεις που ήταν προσαρμοσμένες σε πιο ψυχρά κλίματα, εκδήλωσαν το φαινόμενο της θερμικής νήσου με αποτέλεσμα το θάνατο περίπου 70.000 ανθρώπων, κυρίως ηλικιωμένων. Ανάλογο παράδειγμα στην Ελλάδα είναι ο καύσωνας το 1987 με εκατοντάδες θύματα.