Urbanizacija i promena globalnog okruženja - Lokalni efekti urbanog zagrevanja

1. Uvod

Opseg i mera promena globalnog okruženja, bilo od ispuštanja gasova koji izazivaju efekat zelene bašte, nestajanja svetskih šuma i pustinja ili zbog gubitka biloške raznolikosti (biodiverziteta), pokretani su, prvenstveno, rapidnim rastom svetske populacije. Uzimajući u obzir veliki i uvek rastući procenat populacije koja živi u gradovima, kao i disproporcijalni udeo u korišćenju resursa koji koriste ovi urbani naseljenici, posebno na severnoj hemisferi, gradovi i njihovi stanovnici imaju ključnu ulogu u promenama globalnog okruženja.

Ovde je pažnja usmerena uticaju gradova na klimu. Fokus nije na uticajima gradova na svetsku klimu, već na efekte gradova na regionalnom i lokalnom nivou. Posebna urbana klima na ovim nivoima je odavno prepoznata - datira od Hauvarda (Howard 1833 godine).

Oni imaju veći značaj nego projektovane klimatske promene na svetskom nivou i pojačavaju ranjivost urbane populacije na buduće promene globalnog okruženja. Štaviše, intervencije na regionalnim i lokalnim nivoima imaju potencijal da umanje šire promene na okruženje kako direktno tako i indirektno. 

2. Gradovi i promena globalnog okruženja

“Veze između urbanizacije i globalnih klimatskih promena su kompleksne.” Sančez-Rodrigez (Sanchez-Rodrigues R., 2005). U kontekstu pojačanog globalnog zagrevanja, gradovi utuču na izvore gasova koji izazivaju efekat staklene bašte direktno i indirektno. Na primer, urbani krajevi su glavni izvor emisija antropogeničnog ugljen dioksida od spaljivanja goriva za potrebe grejanja i hlađenja; od industrijskih procesa; transporta ljudi i roba itd.

Svirejeva-Hopkins (Svirejeva-Hopkins A.) tvrdi da se više od 90% emisija antropogeničnog ugljen dioksida stvara u gradovima. Raščišćavanje zemljišta zbog gradova i puteva, kao i potreba urbane populacije za robom i uslugama, kako u istoriji tako i danas, su glavni pokretači promena u regionalnom korišćenju zemljišta, kao što je krčenje šuma, koje je redukovalo procenat pročišćenja ugljen dioksida.

„Dok su predviđanja o klimatskim promenama kao i njihov uticaj na globanom nivou još uvek nesigurna, lokalni efekti urbanizacije na klimu su odavno dokumentovani.” (Landsberg H. E., 1981) Površinske i atmosferske promene povezane sa izgradnjom i funkcionisanjem gradova su potpune.

Novi površinski materijali, povezani, pre svega, sa objektima, putevima i ostalom infrastrukturom, zajedno sa promenom morfologije terena, menjaju korišćenje energije i vode kao i protok vazduha. “Kombinovane sa direktnom antropogeničnom emisijom toplote, ugljen dioksida i zagađivača, kao rezultat se stvara jedinstvena urbana klima“ (Landsberg H. E., 1981; Oke T. R., 1997).

Jedan od najpoznatijih urbanih efekata takvog razvoja je urbano zagrevanje (urban heat island - vrela urbana/gradska ostrva).

„U globalu gradovi su skoro uvek topliji od okružujućih ruralnih prostora“ (Oke T. R., 1973). Veličina urbanog zagrevanja je vrlo varijabilna u odnosu na vreme i prostor. “U proseku, urbane temperature su za 1º do 3ºC toplije, ali kod određenih vremenskih uslova (mirne, zimske noći bez oblaka) vazdušna temperatura može biti i do 10ºC toplija nego u okružujućim ruralnim područijima“. (Oke T. R., 1981).

„Ipak, u nekim regionalnim slučajevima, primera radi, u suvim sredinama, gradovi sa velikim količinama navodnjavanih zelenih površina (parkovi, suburbane vegetacije) mogu biti hladniji od oklonih suvih sredina.“ Grimond (Grimmond C. S. B., 1993.)

Fizički razlozi urbanih toplotnih ostrva su kompleksni (tabela 1). Za bilo koje susetsvo u bilo kom gradu, relativni balans kontrole zavisi od prirode urbane sredine, ljudske aktivnosti i meteroloških uslova.

Urbani klimatolozi obično karakterizuju morfologiju grada u terminima visine, širine i gustine objekata (pogledajte sliku 1, u kojoj je faktor viđenog neba – sky view factor -   definisan). Ove odlike, u kombinaciji, imaju uticaj na gubitak dugotalasne radijacije noću i samim tim i na proces hlađenja, solarni pristup tokom dana i tako na svakodnevni obrazac zagrevanja, protočnosti vazduha i brzine vetra u uličnom nivou.

Slika 1 – Faktor viđenog neba (sky view factor – SKF), uobičajno merno sredstvo urbanih klimatologa koje služi da odredi otvorenost nekom mesta unutar urbane sredine koji ima važnu implikaciju u dolazećoj i odlazećoj radijaciji (solarnoj i terestrijalnoj), utičući tako na obrazac hlađenja i grejanja. Izvor: Prisvojeno iz Sančez-Rodrigez (Sanchez-Rodrigues R., 2005).

Zračuće, termalne i hidraulične osobine materijala razlikuju se prvenstveno u zavisnosti od vrste; od onih od običnog kamena, zemlje, vegetacije i vode. U mnogim, ali ne svim, gradovima površine pokrivene zelenilom se smanjuju. Zahvaljujući tome deo solarne energije se stvara u evapotranspiraciju (skriven toplotni fluks), povećavajući tako zagrevanje urbane strukture i vazduha (osetljivi toplotni fluks). Ipak, osobine građevinskih materijala se veoma razlikuju (pogledati kolaž 1).

Na primer, krovni pokrivači – asfaltne pločice, keramičke pločice, crep, slameni pokrivači, talasasto gvožđe/lim – imaju vrlo različite zračuće osobine (emisiju zračenja...) i provodljive osobine (termalno prihvatanje, provodljivost) koji u velikoj meri utiču na proces zagrevanja i hlađenja.

Drugi delovi objekata, na primer, zidovi, su napravljeni od materijala sa različitim osobinama, koji imaju veliki uticaj na procese zagrevanja i hlađenja, na rezultujuću temperaturu objekta i vazduha unutar njega i, samim tim, na sveobuhvatnu mikro klimu lokalnog nivoa.

Kolaž 1 – Fotografije Melburna, Australija (vrh); Oklahoma, SAD (donja levo); Ouagadougou, Burkina Faso (dole sredina); Marselj, Francuska (donja desno) ilustruju primere varijacija materijala i urbane morfologije. Rezultira različitim, jedinstvenim prostornim i vremenskim obrascima urbanog zagrevanja. Izvor: Prisvojeno iz Potčera (Potchera O., 2006).

3. Prostorna i vremenska dinamika urbanog zagrevanja

Unutar gradova, temperaturna razlika između urbanog i ruralnog pokazuje važnu prostornu i vremensku varijabilnost. Temperature od jedne strane ulice do druge, od parka do industrijskog naselja ili od jednog predgrađa do drugog se mogu značajno razlikovati, dok se priroda ovih razlika menja vremenom. Generalno, najveće intra-urbane temperaturne razlike su povezane sa otvorenim nebom i malom brzinom vetra.

Otvoreno nebo omogućava maksimalno primanje solarne radijacije tokom dana, tako pojačavajući zagrevanje vertikalnih površina i krovova. Pod oblačnim i vetrovitim uslovima doći će do manjeg solarnog zračenja i većeg klimatskog mešanja, stvarajući tako manje razlike u temperaturi vazduha. Tipično se najveće urbano-ruralne temperaturne razlike opažaju dva do tri sata nakon zalaska sunca.

Uzimajući u obzit da na količinu radijativnog zračenja utiče faktor viđenog neba (sky view factor), uske ulice (niži faktor viđenog neba) rezultiraju redukovanim gubitkom dugotalasne radijacije i ostaju toplije od onih više otvorenih (veći faktor viđenog neba) površina. Gradovi imaju veću gustinu objekata u centru, tako da se toplije temperature obično nalaze na ovim lokacijama.

Promene smera kretanja vetra, pogotovo u uslovima smanjenih brzina vetra, mogu pomoći u smanjenju ovih negativnih temperaturnih razlika. Lokacije parkova (vegetacija) ili drugih širokih otvorenih prostora mogu biti od značaja u stvaranju kompleksnih obrazaca.

Magnitude temperaturnog dometa unutar grada mogu biti veoma velike. Domet je tipično veći za površinske temperature, dok su vazdušne temperature manjeg obima jer su podložne mešanju i udaru drugih, okolnih, vazdušnih temperatura. Kada se ovi prostorni obrasci posmatraju jedno vreme (sezonski, dnevno), lokacije maksimalnih temperatura variraju. Primer: kolaž 2, Potčer (Potcher O., 2006).

Kolaž 2 – Prostorna i vremenska dinamika urbanog zagrevanja: Ber Ševa, Izrael (Beer Sheva). Uticaj urbanog razvoja i meteoroloških uslova je evidentna. Gornja levo – zora zimi; gornja desna – zora leti; donja levo – podne leti; donja desno – podne zimi. Izvor: Prisvojeno iz Potčera (Potchera O., 2006).

Urbani krajevi su dinamični, te su, samim tim, obrasci urbanih temperatura menjaju tokom dužih perioda. Neki gradovi se razvijaju kroz proces pažljivog planiranja, a drugi u „ad hoc“ stilu. Forme urbanog razvoja takođe variraju. Na primer, u Kini, gde je veliki rast urbane populacije, nove forme su sklone visokim objektima (Whitehand J. W. R. i Gu K., 2006); u Indiji, kao kontrast, to nije slučaj.

Ovo ima uticaje ne samo na prirodu gradova i na prirodne uslove unutar njih, već i na prostorne okvire izgradnje (menjanje funkcija regionalnog zemljišta) i promenljivost distanci gradskog stanovništva. Bitno je isto i na koji način se stare zgrade obnavaljaju, kao i propala industrijska zemljišta.

Obnavljanje starih objekata može sadržati pokrivanje novim krovnim pokrivačem, popravljanje unutrašnjeg sistema grejanja i hlađenja, bojenje spoljašnjosti ili pokrivanje objekta sa novim materijalima. Sve ove promene imaju uticaj na mikro i na lokalnu toplotnu okolinu.

4. Uticaji urbanog zagrevanja

Urbano zagrevanje ima važne implikacije za ljudski komfort, zdravlje i dobrostanje. „Mnogi primeri ranjivosti urbane populacije postoje, najčešće stariji i siromašni slojevi, koji su povezani sa talasima vrućine; na primer u Indiji 1998 i u Francuskoj i Španiji 2003 godine.“ (Souch C. i Grimmond C. S. B., 2004). 

Budući klimatski scenariji, koji predviđaju povećanje letnjih maksimalnih temperatura i takođe češće i povećane ekstremne vremenske uslove (poplave, uragane...), predviđaju veće rizike u budućnosti. Topliji uslovi u gradovima će takođe povećati potražnju za klimatizovanim prostorijama (kako radnih tako i životnih).

Što više klima aparata postoji to se stvara veća toplota koja ima značajan efekat na lokalnu klimu, koja nosi implikacije za ljudski komfort i potrebu za hlađenjem. Na većem nivou, povećana upotreba klima aparata rezultira u povećanim emisijama štetnih gasova kroz povećanu potrošnju električne energije.

„Veliki rast u upotrebi klima aparata u Severnoj Americi, Evropi i Aziji je dokumentovan i skorašnje simulacije pokazuju da će veća potreba za energijom imati za posledicu disbalans u redukciji energetskih potreba za grejanjem u hladnijim vremenskim uslovima.“ Hadli (Hadley S. W., 2006)

5. Ublažavanje uticaja urbanog zagrevanja

Razumevanje razloga stvaranja efekta urbanih toplotnih ostrva dozvoljava uvid u strategije njegovog ublaženja. One imaju velikog uticaja u oblasti menandžmenta energetskim resursima. Veća energetska potražnja u mnogim regijama sveta je sada leti umesto zimi. Povremeno, energetske kompanije ne mogu da se izbore sa potražnjom pod ovim uslovima te se nestanci struje i restrikcije dešavaju.

Na primer, tokom nekih toplijih perioda leta 2006 godine, dostava energije u Londonu i Los Anđelesu nije mogla da  ispuni potražnju i restrikcije su usledile. Smanjenje povećanih urbanih temperatura, smanjujući tako energetsku potražnju, ima značajne implikacije.

Veliki opseg strategija ublaženja utica urbanog zagrevanja se razmatra (tabela 1). Nivo na kome se one mogu primeniti varira; na primer, individualne zgrade nasuprot okruženju, nova gradnja nasuprot restauraciji. „Neke strategije ublaženja podrazumevaju promenu osobina građevinskih materijala individualnih objekata“ (Akbari H., 2001); druge predlažu promenu prostornog uređenja (razmaka između individualnih objekata).

Promena u materijalima ima prednost mogućnosti korišćenja na postojećim objektima (u uslovima rekonstrukcija), tako da ne zahtevaju vreme i novac nove izgradnje. Štaviše, značajna dostignuća u građevinskim materijalima znači da mnogi koji imaju veću refleksiju i modifikovanu emisivnost ne treba više da budu „beli“.

„Tako da individualne preferencije u vidu boje ne moraju više biti suzdržane.“ (Cool Roof Rating Council, 2006 - više na linkovima ispod teksta). U mnogim slučajevima, novi materijali ne koštaju više nego njihove tradicionalne alternative. Tako da cena ne predstavlja barijeru integracije ovih „hladnih“ građevinskih materijala.

Mnogim strategijama koriste mnogostruki aspekti promena urbanog okruženja. Na primer, dodavanjem površina za zadržavanje vode kao i dodavanjem umereno močvarnih prostora smanjuje se urbano zagrevanje, ujedno ima prednost u redukovanju potrebe za većim sistemima odbrane od poplava i za regulisanje nepretećih vodenih tokova nizvodno. Sa pažljivim planiranjem ovih močvarnih područja, kvalitet atmosferalija može takođe biti povećan.

Ujedno se stvara i mogućnost za pridodavanje većih otvorenih površina za parkovske prostore (veći faktor viđenog neba), kao i za povećavanje sveukupne mogućnosti evaporacije. Dodatne sociološke, kulturološke i psihološke koristi ovih „prirodnih“ prostora mogu nastati. „Takođe, novi rezidencijalni distrikti – npr. Linbruks u Melburnu, Australija (Lynbrooks, Melbourne, Australia) – upošljavaju vodo-osetljivi urbani dizajn koji uključuje upotrebu tehničke vode za potrebe rezidencijalnog zelenila.“ Mičel (Mitchell V. G., 2002). Tako smanjuje potrošnju vode za potrebe održavanja gradskog zelenila.

Druge strategije uključuju razvijanje okružnog sistema grejanja i hlađenja (DHC – district heating and cooling) koristeći kombinovanu toplotnu i električnu energiju (CHP – combined heat and power) ili kogeneratorski sistem. Ovo je usmereno redukovanju emisija ugljen dioksida i drugih zagađivača vazduha (IEA – International Energy Agency, 2006). Razvijeno je za gradnju od malih do velikih gradskih nivoa (one mogu da stvore od nekoliko kilovata do hiljade megavata električne energije).

Tehnološke promene povećavaju sposobnost rasta ovih sistema; primetno manji energetski gubitci u procesu transporta kao i ponovna upotreba toplotnog otpada i energije u cilju izbegavanja nepotrebnog grejanja vazduha. „Zarobljena“ toplota se može upotrebiti za grejne potrebe, za hlađenje koristeći određene tehnologije i, takođe, za stvaranje električne energije parnom turbinom.

6. Zaključak

Jasno je da su direktni doprinosi urbanog zagrevanja globalnoj klimi mali. Urbane sredine pokrivaju samo mali deo zemljine površine i njihovi termalni efekti, kinematički efekti i efekti vlažnosti pružaju se niz vetar samo po par kilometara. Ipak, emisija gasova koji izazivaju efekat staklene bašte od izgradnje i održavanja gradova su veliki i rastući; gasovi iz urbanih krajeva su dominantno antropogenični.

Štaviše, topliji uslovi u mnogim gradovima rezultiraju u većoj konzumaciji energije i resursa od strane stanovništva (kao njihov pokušaj da ublaže efekte zagrevanja) i, takođe, stvara urbanu populaciju ranjivijom i podložnijom talasima vrućine i ostalim ekstremnim vremenskim uslovima.

Dakle, kritično je da gradovi i pokretači urbanizacije imaju na umu sve ove činjenice i da zajedno teže razvijanju načina smanjenja, eventualno i nuliranja, globalnih klimatskih promena.

Urbane sredine i urbane populacije će nastaviti da se razvijaju u veličini i u brojevima. Postojeće urbane sredine će iskusiti raznovrsne rekonstrukcije i renovacije. Odluke na koji način će se ove promene primenjivati će uticati na ljude koje žive u zgradama, na komšiluke, lokalne zajednice i gradove. Kombinovano, oni će imati globalne implikacije i posledice.

7. Bibliografija:

• Elin, N. 2002. “Postmoderni urbanizam”, Beograd: Orion
• Pušić, Ljubinko . 1997: “Grad, društvo, prostor: sociologija grada”, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd
• Hall, P. 1996. “Cities of Tomorrow”. Cambrigde, MA and Oxford: Blackwell
• Simmie, J., Hart, D., & Wood, P. (Eds.). 2001. “Innovative Cities”. London and New York: Spon Press
• Akbari H, Pomerantz M and Taha H. 2001 “Solar Energy”, Cool surfaces and shade trees to reduce energy use and improve air quality in urban areas
• Cool Roof Rating Council. 2006 (vidi linkove ispod teksta)
• Grimmond C S B, Oke T R and Cleugh H A .1993 “International Association of Hydrological Sciences Publication”
• Hadley S W, Erickson D J, Hernandez J and Blasing T J. 2006 “Geophysical Research Letters 10 1029/2006”
• Howard L . 1833 “The climate of London deduced from meteorological observations” Vol 1, Harvey and Darton, London
• IEA .2006 Summary report of the IEA programme on district heating and cooling, including the integration of combined heat and power: annex V11 2002–2005; Compiled by Senter-Noverm - link (PDF)
• Landsberg H E . 1981. “The urban climate”, Academic Press, New York and London
• Mitchell V G, Mein R G, McMahon T A .2002, Utilising stormwater and wastewater resources in urban areas; Australian Journal of Water Resources 
• Oke T R . 1973. City size and the urban heat island, Atmospheric Environment
• Oke T R . 1981. Canyon geometry and the nocturnal urban heat island: comparison of scale model and field observations, Journal of Climatology
• Oke T R . 1997. Urban environments in W G Bailey, Oke T R and Rouse W R eds, The surface climates of Canada, McGill/Queens University Press, Montreal
• Potchter O, Goldman D, Kadish D, Iluz D and Yaakov Y. 2006; Climatic behavior of a manmade oasis in an extremely hot, dry zone in different  seasons. Preprints of the Sixth International Conference on Urban Climate 12–16 June 2006, Göteborg, Sweden International Association for Urban Climate
• Sánchez-Rodríguez R, Seto K, Simon D, Solecki W, Kraas Fand Laumann G. 2005; Science plan: urbanization and global environmental change IHDP Report 15; International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change, Bonn
• Souch C and Grimmond C S B. 2004. Applied climatology: heat waves, Progress in Physical Geography
• Svirejeva-Hopkins A, Schellnhuber H J and Pomaz V L. 2004, Urbanised territories as a specific component of the global carbon cycle; Ecological Modelling
• Whitehand J W R and Kai Gu. 2006, Research on Chinese urban form: retrospect and prospect; Progress in Human Geography

Linkovi:

• Sve uloge zelenih površina – Uticaj zelenih površina na kvalitet vazduha - link
• SRI (Solar Reflectance Index) – lična karta krova - link
• Hladni krovovi - uvod, prednosti, saveti i proračun uštede energije (CRRC) - link
• Tipovi proizvoda za oblaganje hladnih krovova ocenjeni od strane CRRC-a - link