Czy w miastach jest naprawdę cieplej? Sprawdzamy

Upał w miastach bywa nie do zniesienia. Ale czy rzeczywiście w centrum jest dużo cieplej niż na obrzeżach? Dyskutowano o tym już od początków XIX wieku. Trudno było to potwierdzić, zanim powstały pierwsze obserwatoria meteorologiczne.

Pojęcie „miejskiej wyspy ciepła” (które pojawiło się w latach 50 ubiegłego wieku) sugeruje, że każde miasto jest cieplejsze od terenów poza nim. Wiele jednak zależy od lokalnych warunków, pory roku oraz pogody.

Na przykład średnia roczna temperatura powietrza w Warszawie (w latach 1961-1980) wynosiła około 8°C, przy czym w centrum miasta była ona o około 1,0°C wyższa niż na peryferiach, ustalili badacze w latach 90.

Nie jest to więc efekt olbrzymi.

Podgrzewani promieniowaniem

Dlaczego więc wydaje się, że w miastach w upalny dzień jest tak gorąco? Oczywistą odpowiedzią wydają się beton i asfalt. Owszem, nagrzewają się, ale ma to niewielki wpływ na temperaturę powietrza.

Powietrze jest dobrym izolatorem cieplnym (co wykorzystujemy w oknach i termosach). Nagrzewa się dość powoli i tylko blisko powierzchni.

Temperatura mierzona tuż nad asfaltem nierzadko dochodzi do 50 stopni. Szybko jednak spada i na wysokości dwóch metrów nie jest znacząco wyższa od temperatury nad trawnikiem. Miejskie wyspy ciepła nie są przecież cieplejsze o dwadzieścia stopni, ale o kilka.

Nagrzane budynki i powierzchnie emitują natomiast promieniowanie podczerwone, które nasze ciała pochłaniają. Ogrzewa nas promieniowanie cieplne, nie powietrze. To dlatego na wyasfaltowanym skrzyżowaniu uderza nas fala gorąca, choć temperatura powietrza nie jest dużo wyższa.

W miastach jest (średnio) cieplej

Pomiary prowadzone już w początkach tego wieku wskazywały, że centrum stolicy jest o około 1 do 1,5 stopnia cieplejsze niż obrzeża miasta — ale w miesiącach chłodnych. Latem centrum Warszawy jest średnio 2,5 do 3 stopni cieplejsze niż peryferie.

Proszę wybaczyć ten warszawocentryzm, ale stolica jest największym polskim miastem pod względem powierzchni. Licząc ponad 500 km kwadratowych jest prawie o połowę większa od Poznania, o jedną trzecią większa od Wrocławia, Łodzi, czy Krakowa. Stąd efekt miejskiej wyspy ciepła jest tu największy i częściej badany.

Europejska Agencja Środowiska (EEA) zbiera także dane dotyczące miejskich temperatur. Z jej danych wynika, że w Warszawie latem bywa do dwóch stopni cieplej, w Łodzi, Poznaniu czy Krakowie efekt ten jest ograniczony do 1-1,5 stopnia. Polskim miastom daleko do Paryża, czy Londynu, gdzie bywa o 4 stopnie cieplej.

Wyższe średnie temperatury w stolicy notowane są wśród gęstej śródmiejskiej zabudowy, bloków osiedli mieszkalnych, gęstej zabudowie jednorodzinnej, nawet śródleśnej i w parkach.

Decydującym czynnikiem jest po prostu nagrzewanie przez słońce. Obecność drzew — jeśli bezpośrednio nie zacieniają zabudowań, chodników i ulic — ma znikomy wpływ na średnie temperatury.

Chłodniejsze dni, gorące noce

Mówimy jednak o temperaturach średnich. Gdy popatrzeć na rozkład temperatur maksymalnych, okazuje się, że centrum miasta nie bywa wcale najcieplejszym miejscem. Nie jest rzadkością, że wyższe maksymalne temperatury notuje się poza miastem.

To dość paradoksalne, ale przecież zwarta zabudowa daje sporo cienia i na ściany przeciwległych budynków i na ulice. Dzięki temu wśród śródmiejskich zabudowań bywa w ciągu dnia nawet o 2 stopnie chłodniej niż poza centrum miasta. To zaskakujące, prawda?

Nie należy się jednak zbytnio tym cieszyć. Po zachodzie słońca temperatury poza centrum spadają znacznie szybciej, a beton i asfalt długo oddają ciepło do otoczenia.

Nocami wśród gęstej zabudowy bywa i 10 stopni cieplej niż poza centrum. Różnica ta maleje nad ranem, gdy jest najchłodniej, ale nadal może wynosić około 8 stopni.

Nie trzeba do tego niezwykłych upałów. Taki efekt w stolicy notuje się już w ciepłe i słoneczne dni w maju (choć wtedy wysokie temperatury jeszcze tak nie dokuczają).

Gdy nie drgnie nawet liść

Nawiasem mówiąc, efekt miejskiej wyspy ciepła zależy w mniejszym stopniu od rodzaju zabudowy, a w większym od pogody. Wiatr ułatwia schładzanie się budynków i dróg. Najcieplej w miastach jest podczas upalnych wyżów, gdy wiatr jest słaby, a nocą niemal całkiem cichnie.

Bez wiatru znacznie trudniej jest też schłodzić mieszkanie. Otwarte okno daje niewiele bez włączonego wentylatora. Nic dziwnego, że coraz więcej Polaków kupuje klimatyzatory. Tyle że podgrzewają one bezpośrednie sąsiedztwo, bo ciepło oddają przecież na zewnątrz.

Gdy temperatura w nocy nie spada poniżej 20 stopni, takie noce nazywane są „nocami tropikalnymi”. Bardzo utrudniają nocny wypoczynek. W wysokiej temperaturze trudniej jest zasnąć. Gdy już zaśniemy, sen jest płytszy. Następnego dnia czujemy się mniej zregenerowani — co jest szczególnie uciążliwe, gdy czeka nas kolejny upalny dzień.

Muszę przyznać, że w upalne dni niezwykle frustruje mnie, gdy wieczorem widzę przyjemne 22 stopnie na stacji meteorologicznej pod miastem, a u mnie za oknem termometr nadal wskazuje 26.

Czekać na drzewa, malować dachy

Czy jest na to jakiś sposób? Jest kilka.

Drzewa w miastach przynoszą ulgę od upałów, ale ich wpływ jest ograniczony. Zacieniają budynki tylko do pewnej wysokości, a chodniki i jezdnie tylko częściowo. Ich efekt to zmniejszenie temperatury miejskiej wyspy ciepła o około pół stopnia.

Pamiętajmy jednak, że chodzi o średnią (różnicy temperatur w centrum i poza nim), która w przypadku Warszawy wynosi około dwóch stopni. Owe pół stopnia mniej to zatem nie jest mało — zmniejsza efekt miejskiej wyspy ciepła o jedną czwartą.

Podobnie wypadają pod tym względem zielone dachy. Okrywanie ich roślinami zmniejsza nagrzewanie się budynków, co pozwala ograniczyć temperatury w mieście — również o podobną wielkość. Średnie temperatury w miastach ograniczają też tereny zielone wokół nich i dają podobny efekt, również około pół stopnia.

Można więc prawie zniwelować efekt miejskiej wyspy ciepła, sadząc drzewa, zakładając zielone dachy i tworząc zielony pierścień wokół miasta. Tyle że to sposoby kosztowne, a posadzone drzewo daje sensowny cień dopiero po kilkunastu, czy dwudziestu latach.

Okazuje się, że dość dobry — i szybki efekt chłodzenia miejskiej zabudowy daje także malowanie dachów na biało. W ten sposób można zmniejszyć efekt miejskiej wyspy ciepła od 0,5 do 1,5 stopnia.

Malowanie ulic (co testowano w Kalifornii) czy układanie jasnych chodników (co planowano w stolicy Albanii) nie jest aż tak skuteczne. Po pierwsze, farba się ściera, a malowanie kosztuje. Po drugie, odbite od jasnych powierzchni światło nasila nagrzewanie się ścian budynków.

Skuteczne (i niepraktyczne) sposoby na chłodzenie

Są i bardziej zaawansowane technologicznie sposoby niż malowanie dachów na biało.

Obecna w atmosferze para wodna zatrzymuje większość promieniowania podczerwonego. Jednak istnieje wąski zakres promieniowania, który przepuszcza. Naukowcy nazywają go „oknem atmosferycznym”.

Materiały, które emitują tylko ten wąski zakres promieniowania podczerwonego, pozwalają chłodzić powierzchnie skuteczniej, bo wysyłają ciepło prosto w kosmos. Niektóre pozwalają na schłodzenie powierzchni nocą o kilka stopni poniżej temperatury otoczenia.

Są wśród nich chłodzące farby (oparte na siarczanie baru), czy chłodzące powłoki (z folii aluminiowej i tworzyw sztucznych, papieru pokrytego teflonem, albo polietylenowej folii, w której zatopione są szklane ziarna o określonej średnicy). Nie są to technologie drogie.

Czemu więc nie mamy ich jeszcze na ścianach domów? Cóż, w naszym klimacie bez sensu jest malować budynek chłodzącą farbą, by tracił ciepło jesienią i zimą. Kłopotliwe byłoby też montowanie paneli na lato, które trzeba z elewacji zdjąć jesienią.

Wszystkie te sposoby sprawdzają się raczej w klimatach, gdzie jest ciepło przez cały rok. Nam pozostaje sadzenie drzew i czekanie aż urosną. Albo pomalowanie dachu na biało.

Wieje bardziej, czy mniej?

A co z przekonaniem, że wśród wysokich budynków wieje silniejszy wiatr? To również badano.

Naukowcy, którzy badali wpływ wysokościowców na wiatry wiejące w Szanghaju, twierdzą, że wysokie budynki zmniejszają siłę wiatru w mieście aż o połowę. Częściowo przeciwdziała temu efekt miejskiej wyspy ciepła. Unoszące się nagrzane powietrze zwiększa prędkość wiatru o jedną trzecią.

Jednym słowem wiatr wieje o połowę słabiej, ale o jedną trzecią silniej, różnica powinna wynosić więc jedną szóstą na minus. Te wyliczenia zgadzają się z grubsza z pomiarami.

W chińskich miastach, które rozwijały się gwałtownie przez ostatnie dekady, prędkość wiatru w miastach jest dziś o 11 procent niższa niż w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku.

Korzystałem m.in. z „Miejska wyspa ciepła w Warszawie. Uwarunkowania klimatyczne i urbanistyczne”, A. Błażejczyk i in., wydawnictwo akademickie Sedno, współwydawca: Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania PAN, Warszawa 2014.