§ 5. Урбанизация и климат

Понятия климата и погоды. Климат (по Н. Ф. Реймерсу, 1990 г.) — многолетний режим погоды, определяемый географической широтой местности, высотой над уровнем моря, удаленностью местности от океана, рельефом суши, характером подстилающей поверхности, антропогенными воздействиями и другими факторами.

Погодой называется отражение хода процессов в атмосфере в данное время. Она характеризуется следующими метеорологическими элементами: солнечной радиацией (продолжительностью солнечного сияния), температурой воздуха и поверхности почвы, влажностью воздуха, атмосферным давлением, скоростью и направлением ветра, облачностью, осадками, снежным покровом, горизонтальной видимостью и другими атмосферными явлениями.

Существует ряд классификаций климата: по географическим зонам (климат тайги, тропических пустынь и т. п.); по связи атмосферы с поверхностью Земли (например, климат приземного слоя воздуха, климат свободной атмосферы); по нахождению воздушных масс над сушей и океаном (континентальный, морской или океанический климат); по степени сухости (влажности) воздуха (аридный, семиаридный, гумидный и др.).

Кроме того, в зависимости от размеров территории различают макроклимат, мезоклимат и микроклимат.

Макроклимат — климат значительных географических пространств — от географического района до планеты в целом.

Мезоклимат — климат относительно крупного подразделения географического ландшафта (например урочища), а также климат леса, поляны, долины, города и т. п.

Микроклимат — климат небольшой территории или искусственного образования (опушки леса, склона холма, берега озера, норы, кочки на болоте и т. п.). К микроклимату относят и климат приземного слоя воздуха.

Разделение Земли на климатические пояса связано с условиями формирования климатов, которые определяются циркуляцией воздушных масс. В каждом полушарии выделяются четыре основных климатических пояса, в каждом поясе под влиянием суши и моря формируются континентальные и морские подтипы воздушных масс и климатов.

Б. П. Алисов выделяет жаркие климаты (экваториальный, тропический, субэкваториальный), субтропические (средиземноморский климат, сухих субтропиков, влажных субтропиков), умеренные (в северном полушарии морской, или западноевропейский, материковый или тайги, аридный степной и пустынный умеренный, муссонный умеренных широт), холодные и климаты вечного снега.

Климат — свойство тропосферы, которая входит в географическую оболочку (биосферу). Поэтому он изменяется вместе со всей природой поверхности Земли, и зависит от всех остальных компонентов географической оболочки. В то же время климатические свойства атмосферы самым тесным образом связаны с деятельностью Солнца.

К климатообразующим факторам относятся географическая широта и долгота, состояние циркуляции атмосферы, рельеф местности и характер подстилающей поверхности. На климат оказывает определенное влияние деятельность человека. Характер погоды связан с астрономическими условиями — продолжительностью дня и ночи, сменой сезонов года.

Большое значение для теплового режима имеет теплообмен между материками и океанами. Отмечены большие различия в характере поглощения и распространения теплоты в глубину в почвогрунтах и воде. Океан и вообще водоемы слабо нагреваются с поверхности летом. Теплота перераспределяется в них на глубину нескольких сотен метров. Суша, обладая малой теплопроводностью, нагревается в основном в слое от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Поскольку в почвогрунтах за теплый период накапливается мало тепловой энергии (около 0,1-Ю9 Дж/м2), в холодное время года, когда поступление солнечной радиации существенно снижается, поверхность суши быстро охлаждается. Океан за теплый сезон накапливает от

1,ЗЮ9 до 2,5-109 Дж/м2. Это большая величина, если учесть, что она составляет в среднем более половины годового радиационного бюджета. Благодаря большому запасу тепловой энергии, океан зимой охлаждается медленнее, чем суша.

Различие в нагревании суши и океана летом и зимой обусловливает характер обмена теплотой между ними.

Происходит перераспределение тепловой энергии и между широтами. Воздушные массы и океанические течения переносят теплоту из низких широт в высокие, поэтому в низких широтах поглощенная радиация земной поверхностью и атмосферой превышает уходящее длинноволновое излучение в космическое пространство, в средних и высоких — наоборот.

Земной климат может довольно быстро и заметно реагировать даже на краткосрочные изменения состава и свойств атмосферы. Так, при извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное количество пепла и различных загрязняющих веществ. Например, при извержении вулкана Тамбора на о. Субава (восточнее о. Явы) в 1915 г. выброшенные газ и пепел образовали в верхних слоях атмосферы плотную завесу, которая стала экранировать солнечный свет. Повсюду в Северном полушарии началось похолодание, снег лежал до середины июня, а в августе уже наблюдались заморозки. В Англии практически не было лета, и страна даже осталась без урожая.

Создание городов с их каменными и бетонными массивами, г концентрацией различных источников загрязнения природной среды не только преобразует поверхность Земли, но и способствует образованию особого, городского климата.

Будучи специфическим климатом урбанизированных территорий, городской климат характеризуется своеобразием термического режима, режима влажности, режима осадков и др.

Прозрачность атмосферного воздуха и солнечная радиация. Прозрачность воздуха — свойство воздуха пропускать световые тучи. Она зависит от физических свойств и наличия в среде примесей.

Приходящее к верхним слоям Земли излучение Солнца, составляет 8,3 Дж/см2 в 1 мин, что соответствует освещенности порядка 140 тыс. лк. Эта величина получила название солнечной постоянной. Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 0,1 нм до 20-30 тыс. нм. В энергетическом отношении солнечная радиация почти полностью (99 %) заключена в диапазоне А.

Излучение, достигающее почвы или растительного покрова, подразделяется на коротковолновую (А. = 300-4000 нм) и длинноволновую (X gt; 4000 нм) радиацию. Для жизнедеятельности организмов преобладающее значение имеет коротковолновая радиация, которая, в свою очередь, условно разделяется на ультрафиолетовую (X lt; 400 нм), видимую (X ~ 390-760 нм) и близкую инфракрасную (X = 760-4000 нм) радиацию. Диапазон электромагнитных колебаний, воспринимаемый человеческим глазом (видимая радиация), почти совпадает с областью так называемой физиологической радиации (А. = 350—750 нм). Последняя в экологическом аспекте представляет наибольший интерес, поскольку в ней заключено около половины всего излучения Солнца. Под действием лучистой энергии этого спектрального диапазона в живых организмах (особенно растительных) совершаются важнейшие фотобиологические процессы. В пределах этого участка спектра принято выделять область ФАР — фотосинтетически активной радиации (X = 380-710 нм). Ее лучистая энер-

Рис. 3.2. Ослабление солнечной радиации при прохождении через атмосферу (В. Лархер, 1978 г.)

гия, поглощаемая пигментами листа, имеет решающее регуляторно-энергетическое значение в жизни растений.

При прохождении через земную атмосферу солнечное излучение заметно ослабляется. Как видно на рис. 3.2, больше трети всей падающей радиации отражается облаками или отбрасывается в виде рассеянного излучения в Космос. Около 20 % поглощается облаками, аэрозолями и переменными компонентами атмосферы — диоксидом углерода, водяным паром, озоном и кислородом. Доходящая до поверхности Земли радиация состоит из прямых солнечных лучей (24 %), и почти столько же (23 %) составляет рассеянная небосводом диффузная радиация.

В такой солнечной стране, как Италия, количество солнечных дней (а вместе с тем и УФ-излучения) в промышленных городах Ломбардии (Турин, Милан и т. д.) постоянно уменьшается и в настоящее время составляет едва четвертую часть количества солнечных дней, наблюдавшихся 30 лет назад. Если количество пасмурных дней в Чикаго в 30-е годы не превышало 20 в год, то в настоящее время их число достигает 320 в год!

Альбедо Земли — отношение солнечной радиации, отраженной Землей (с ее атмосферой) в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Средняя величина альбедо Земли — 35—45 % (или 0,35—0,45).

Совокупность прямой и рассеянной компонент атмосферы солнечной радиации называют суммарной радиацией, численное значение которой в средних широтах может достигать 4,6 кДж/см2 в сутки. В зависимости от географической широты, состояния атмосферы, рельефа местности и т. п. наблюдаются заметные региональные и локальные различия в величине годичной радиации.

Приходящая на земную поверхность суммарная радиация создает для ее обитателей световой режим, составляющими которого является прямой и рассеянный свет. Соотношение между ними закономерно изменяется в зависимости от географической широты. В полярных районах преобладает рассеянная радиация, составляющая около 70 % лучистого потока, а в экваториальных областях она не превышает 30 % , что обусловлено лучшим прохождением лучей прямой радиации через более тонкий слой атмосферы.

В качестве объективного критерия отношения различных растений к свету используют показатель относительного светового довольствия (ОСД). Он представляет собой относительный минимум света для данного растения, при котором оно еще мо-

жет существовать и при' дальнейшем уменьшении которого погибает. Величина ОСД выражается либо правильной дробью отношения освещенности (величина светового потока, приходящаяся на единицу площади поверхности; измеряется в люксах) в местах обитания данного растения к суммарному освещению на открытом месте, либо процентным соотношением этих величин.

Для представителей животного мира свет является одним из важнейших условий их существования. Воспринимаемые органами зрения проходящие, рассеянные и отраженные от окружающих предметов лучи дают животным значительную часть информации о внешнем мире. При помощи зрения они отыскивают пищу, ориентируются в пространстве, обнаруживают опасность и избегают ее и т. п. Световой фактор четко определяет морфологические, физиологические и другие признаки животных, их окраску, вертикальные суточные миграции зоопланктона и других подвижных организмов. Многие из них обладают способностью воспринимать поляризованный свет, что позволяет им ориентироваться в пасмурную погоду.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что даже небольшие изменения в световом потоке, изменения его качественных и количественных показателей приведут к негативным изменениям в жизнедеятельности живых организмов биосферы.

Температура воздуха. Первое следствие урбанизации — возникновение «островов тепла». Возникает это явление сразу по нескольким причинам.

Во-первых, в городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности из-за появления на ней зданий, сооружений, искусственных покрытий и изменения некоторых характеристик приземного воздуха (табл. 3.10).

Из табл. 3.10 следует, что большая часть элементов городской застройки (например, улицы и дороги, мягкие кровли зданий) имеет более низкое альбедо, чем естественный ландшафт. Следует отметить также, что загрязненный снежный покров в городе

Значения альбедо для различных поверхностей и территорий (по данным Б. Ландсберга, 1983 г.)

Таблица 3.10

* Высота Солнца над горизонтом.

характеризуется меньшим альбедо по сравнению со снежным покровом пригорода, а площадь снежного покрова в городе меньше, чем в пригороде, за счет снегоуборки и более интенсивного снеготаяния. Конструкции зданий и сооружений накапливают поглощенное днем тепло с последующей его отдачей в атмосферу в вечерние и ночные часы.

Во-вторых, на урбанизированных территориях резко уменьшается расход тепла на испарение за счет сокращения площадей с открытым почвенным покровом и занятых зелеными насаждениями. В то же время быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвогрунтах и поверхностных водоемах.

В-третьих, городская застройка приводит к формированию зон застоя воздуха, при малых скоростях ветра препятствует турбулентному перемешиванию приземного слоя атмосферы и выносу тепла в ее вышележащие слои. Следовательно, теплоотдача застройки за счет ухудшения условий турбулентного перемешивания в приземном слое уменьшается по сравнению с незастроенными территориями, тепло как бы накапливается внутри застройки, приводя к ее перегреву.

Второй фактор образования «острова тепла» — изменение прозрачности атмосферы. Поступающие в атмосферный воздух различные примеси от предприятий и транспорта приводят к существенному уменьшению суммарной солнечной радиации. Но в еще большей степени они уменьшают встречное инфракрасное излучение земной поверхности, что в сочетании с теплоотдачей зданий и сооружений (промышленных объектов) приводит к появлению местного «парникового эффекта» и развитию на территории городов аномалий температуры, т. е. город как бы «накрывается» одеялом из парниковых газов и аэрозольных частиц.

Город, который вырос в сельской местности, полностью меняет состояние земной поверхности. Влажный растительный ковер, отличающийся слабой теплопроводностью, сменяется непроницаемым слоем с большой поглощающей способностью и теплопроводностью. Отражательная способность уменьшается.

Частицы, находящиеся в атмосфере над городом, ослабляют солнечное излучение примерно на 15 %.

Следует указать также и на такой «разогревающий» эффект как тепловыделения теплокровных обитателей города (людей и животных). Размер соответствующего метаболического тепловыделения людей зависит как от численности жителей города, так и от его природно-климатических условий. Размер этого тепловыделения оценивается по-разному для отдельных категорий населения и видов производственной деятельности. При этом организм человека выделяет тепло как в явном виде, так и в виде скрытой теплоты парообразования за счет испарения влаги с поверхности кожи и легкими при выдыхании. Для ориентировочных оценок можно принять, что оба вида теплоотдачи примерно равны. Количество выделяемой влаги на 1 человека составляет: 36 г/час в состоянии покоя, 60 г/час при слабой физической активности, 120 г/час при нормальной работе или средней физической активности в бытовых условиях (Климат местности, 2001 г.).

Результаты ориентировочного расчета для города с населением 10 млн человек, показывают, что в атмосферу города его жителями выделяется за год 6,307 млн тонн влаги. Таким образом, за год в атмосферу передается метаболическая влага, теплота конденсации которой составляет 0,93-104 ГКал/год, еще столько же тепла выделяется в явном виде. Общая сумма метаболического тепловыделения оказывается на 2-3 порядка меньше, чем выделение тепла за счет сжигания любого из видов органического топлива.

Существенный вклад в повышение «температуры» городов вносит теплота от антропогенной деятельности: транспорта, промышленных предприятий и особенно тепловых электростанций.

Выбросы теплоты в атмосферу от крупных тепловых электростанций (ТЭС) сравнимы с тепловым воздействием на нижние слои атмосферы среднего города. Тепловые источники в городах рассредоточены и выделяют в основном явную теплоту. Выбросы теплоты охладительными устройствами тепловых и ядерных электростанций осуществляются преимущественно в виде скрытой теплоты. В сухом воздухе при неустойчивой стратификации воздействие выбросов скрытой теплоты проявляется на расстоянии сотен метров. При устойчивой стратификации и высокой влажности шлейфы выбросов достигают нескольких километров. Выбросы теплоты от ТЭС оказывают косвенное воздействие на радиационный баланс подстилающей поверхности, способствуют образованию туманов, облаков, ливневых осадков, гроз, стабилизируют высотные инверсии, стимулируют выпадение моросящих осадков.

Тепловые выбросы сконцентрированы в зоне промышленных центров, расположенных главным образом в северном полушарии. Эти источники теплоты могут на первых порах вызывать лишь частичное нарушение теплового обмена, воздействовать на погоду и местный климат. Однако уже сейчас в некоторых промышленных районах количество вырабатываемой энергии столь велико, что соизмеримо с интенсивностью излучения Солнца на эту же площадь (табл. 3.11).

Зимой в некоторых городах, расположенных в относительно высоких широтах, выделяемая теплота составляет до 20 % теплоты, получаемой от Солнца. Об этом свидетельствует разница

Таблица 3.11

Сопоставление интенсивности солнечного излучения и техногенной энергии некоторых промышленных районов

(Р. К. Баландин, 1982 г.)

температур города и соседней с ним местности: в полдень 2 °С, вечером — до 8 °С. Нагрев атмосферы над городом ощущается до 3 км высоты.

Ученые считают, что отдаленный эффект, который связан с увеличением выбросов теплоты в атмосферу, более опасен, чем рост количества диоксида углерода.

Техногенный баланс тепла, также как и естественный баланс, имеет и свои расходные части. Основная из них — отведение тепла с канализационными стоками. Несущественная, на первый взгляд, эта расходная часть теплового баланса в городах умеренной зоны вполне сопоставима с любой из приходных его частей. В Москве доля сточных вод от всех систем канализова- ния города в 2000 году составила 90 % от всего объема воды, поступающей в бассейн реки Москва. МГУП «Мосводоканал» ежегодно сбрасывает в реку 2104 млн м3 воды, еще около 650 млн м3 воды сбрасывается от объектов теплоэнергетики и других более мелких спецводопользователей. Наибольший объем стоков приходится на хозяйственно-бытовую канализацию. Водоподача на водопроводные станции производится из поверхностных источников. Подача артезианской воды на водопроводные станции не превышает 0,3 %. Температура забираемой из источников водоснабжения воды изменяется в широком диапазоне. Средняя за теплый период температура воды составляет 12,7 °С, максимальная — 23,5 °С. В холодный период температура воды в источнике составляет около 4 °С, минимальная — 0,2 °С. По технологическим причинам температура подаваемой на ВС воды должна быть не ниже 4 °С, поэтому в холодный период производится подогрев воды. Сброс канализационных стоков допускается в случае, если их температура превышает температуру поверхностного водоема не более чем на 3 °С летом, а зимой — не выше 5 °С. Поскольку температура стоков значительно выше указанных пределов, стоки предварительно охлаждаются в прудах-отстойниках и охладителях. Тепло при этом расходуется на обогрев атмосферного воздуха и испарение.

Исходя из этих средних объемов сбрасываемых сточных вод и с использованием средних месячных значений температуры воды в водозаборах и в местах сброса стоков можно рассчитать, что годовой расход тепла со сбрасываемыми канализационными водами составляет 9,64-106 ГКал. Для сравнения: пересчитанное в тех же единицах потребление электроэнергии составляет 29,725-106 ГКал.

Формирование «островов тепла» на застроенных территориях имеет целый ряд прямых или косвенных экологических и био- климатических эффектов и последствий: снижение в летнее время комфортности условий пребывания населения на территории города; увеличение числа дней с оттепелями; более раннее, чем в пригороде наступление вегетационного периода растений, что опасно из-за вероятности заморозков.

Из-за отсутствия термической конвекции и слабого вертикального перемешивания воздуха при инверсиях в приземном слое воздуха происходит накопление выброшенных городскими источниками загрязняющих веществ, особенно на примагистраль- ных территориях.

Кроме указанных, следует отметить и экономический аспект. В летние месяцы, когда к поверхности Земли приходит максимальное количество солнечной радиации, нагрузка на объекты теплоэнергетики существенно снижается (до 10—15 %), снижается и расход электроэнергии за счет удлинения светового дня и сезонной миграции жителей из города для отдыха в Подмосковье и другие районы. Одновременно с этим растет потребление электроэнергии на кондиционирование. В США, например, увеличение температуры воздуха в городах на каждый градус влечет за собой увеличение расхода электроэнергии для работы кондиционеров на сумму в 1 млн долл, ежечасно, за год сумма расходов на электроэнергию для кондиционеров составляет 40 млрд долл., или 1/6 всех расходов на электроэнергию по стране (Rosenfeld et al., 1997). Но все же в городах суммарный расход электроэнергии летом ниже, чем зимой.

Наиболее ярким экологическим следствием эффекта «острова тепла» является «смещение» территории города по своим климатическим характеристикам в южном направлении. Для Москвы такое «смещение» оценивается в 300—400 км. Это дает возможность интродуцирования в городе древесных и кустарниковых пород, характерных для более южных широт, например — каштана конского, тополя серебристого, акации белой, липы крупнолистной. Многие из этих пород деревьев в силу своих физиологических особенностей являются более устойчивыми к загрязнению атмосферы такими примесями, как пыль, диоксид серы, оксиды азота, что является чрезвычайно актуальным для крупных городов, где наибольшие концентрации наблюдаются именно по этим ингредиентам.

Поле скорости ветра в условиях города находится под влиянием шероховатости подстилающей поверхности (городской застройки) и «городских островов» тепла. Влияние городов на среднюю скорость ветра не так однозначно. С одной стороны, это связано с тем, что очень часто влияние застройки «маскируется» особенностями рельефа города. С другой стороны, пространственная структура в застройке такова, что не дает возможности говорить о «непрерывности» ветровых полей, характеризуется их сильной контрастностью. Так, например, зоны застоя воздуха, формирующиеся в периметрально-замкнутой застройке или в отдельных дворах, чередуются со струйными течениями вдоль застроенных сплошным фронтом «каньонов» городских магистралей, а «погашенная» у поверхности земли скорость ветра может компенсироваться усилением скорости ветра, обдуваюшего высотные здания.

Суммарный эффект воздействия урбанизированной территории на скорость ветра в большинстве случаев выражается в увеличении числа безветренных (v lt; 2 м/с) дней в городе и снижении максимальной скорости ветра в среднем на 10-30 % по сравнению с пригородной незастроенной территорией. Причем чем больше площадь города и чем выше плотность застройки, тем устойчивее ее влияние на скорость ветра. В Москве, например, скорость ветра (средние и экстремальные величины) в центре ниже, чем на периферии или за городом во все сезоны. Во все месяцы года месячные нормы скорости ветра на п/н ТСХА и Немчиновка (менее застроенные районы) в 1,5 раза выше месячных норм на п/н Балчуг и ВДНХ. Это соотношение связано с общим ослаблением ветрового потока — «мезошероховатостью» застроенных территорий.

За счет «острова тепла» над городами при определенных синоптических условиях может возникать своя собственная мезо- масштабная циркуляция по циклоническому типу. В Москве, например, она выражается в проявлении «московского циклона», имеющего замкнутую изобару 5 ГПа в приземном слое на фоне размытого малоградиентного барического поля. Эта циркуляция может формировать поле ветра со скоростью 2—3 м/с, направленного из пригорода к центру города и получившего название «сельского бриза» по аналогии с приморской циркуляцией, когда ночью ветер дует с суши на относительно более теплое море, а днем — наоборот. В результате по ночам (максимум развития «острова тепла») ветер в городе ослабляется не так сильно, как днем, и временами может быть даже больше, чем в пригородной зоне. Как следствие этого, происходят уменьшение вероятности утренних туманов, повышение ночных минимумов температуры воздуха и уменьшение повторяемости приземных инверсий.

Деформация поля ветра за счет влияния застроенности городских территорий имеет свои экологические последствия. Так, имеет место пониженная устойчивость выросших в городских условиях деревьев к механическим воздействиям, что приводит к увеличению размера ущерба зеленым насаждениям от сильных порывистых ветров, особенно ощутимое летом. В это время кроны деревьев, покрытые листьями, имеют наибольшее аэродинамическое сопротивление, что и приводит к их сильному механическому повреждению при шквалах. За последние годы в Москве не раз наблюдались ветровалы при шквалистых ветрах. Наиболее сильным за последние годы был «ураган» летом в ночь с 20 на 21 июня 1998 г. За несколько часов было нарушено освещение 193 улиц и отключено электроснабжение 905 домов, повреждено 147 км электрических сетей и 947 осветительных опор, отключались 62 электроподстанции, нарушались графики движения городского транспорта. Было повреждено 2157 жилых строений (остекление, элементы фасадов), в том числе на 1719 домах частично разрушена кровля. Большой ущерб нанесен зеленым насаждениям города. Всего повреждено свыше 120 тыс. деревьев практически во всех районах города. Нанесенный ураганом ущерб составил более 30 млн руб. в ценах того времени. 24 июля 2001 г. в результате аналогичного метеоявления погибло 5 человек, было повалено 14,5 тыс. деревьев. Сумма ущерба составила 150 млн рублей.

В городе быстрее тает снег. Перегрев атмосферы увеличивает местную конвекцию (перенос теплоты, обусловленный перемещением масс жидкости или газа под влиянием различия температур в разных частях жидкости и газа) и облачность. Грозы и ливни обрушиваются на города в среднем на 10 % чаще, чем на сельские местности. Восходящие потоки теплого воздуха вызывают движение воздушных масс от периферии к центру. Этот «сельский бриз» наблюдается в спокойные вечера, когда стихают доминирующие ветры. Городские сооружения «разбивают» ветер, существенно снижают его скорость.

Влажность воздуха, туманы и атмосферные осадки также находятся под влиянием городской застройки, однако изменения носят менее очевидный характер, поскольку являются звеньями более сложной цепи причинно-следственных связей.

Поле влажности в городе изменяется под действием нескольких факторов. Основными из них являются резкое снижение проницаемости для осадков подстилающей поверхности и наличие инженерных сетей по отводу поверхностного стока с территории города. С другой стороны, в черте городов сжигается огромное количество углеводородного топлива (газ, моторное топливо), одним из конечных продуктов этого процесса, как известно, является водяной пар. Следует добавить, что значительное количество воды, подаваемой на территорию города водопроводными системами, испаряется в технологических процессах и при использовании в жилом секторе. Утечки из водонесущих сетей достигают 10 % от объема водоподачи.

Абсолютная влажность воздуха (количество водяного пара (г), содержащегося в 1 м3 воздуха), определяемая в теплое полугодие на большей части территорий городов, расположенных в умеренной климатической зоне, снижается. В холодное время года абсолютная влажность в черте города, наоборот, — выше, чем за городом. Это объясняется повышенной температурой воздуха в городе, и как следствие, повышением испарения снежного покрова, а также техногенной эмиссией водяного пара в процессе сжигания топлива.

Имеющиеся факты говорят о том, что в большинстве случаев относительная влажность в черте городов ниже, чем в пригородных районах. В первую очередь это касается случаев с высокими и очень высокими значениями относительной влажности. Среднее понижение относительной влажности в центральных частях городов находится в тесной связи с контрастом температуры «город—пригород» и может составлять 5—10 %. Годовой лод относительной влажности на п/н Москвы показывает, что относительная влажность во всех случаях летом ниже, чем зимой, а на периферии и за городом — выше, чем в центре.

Образование туманов имеет целый ряд физических причин. По генетической классификации выделяют туманы испарения, охлаждения, туманы смешения и туманы восхождения. Для большинства городов умеренной зоны, расположенных на равнинах, наиболее характерны туманы охлаждения, которые подразделяются на адвективные и радиационные. Адвективные туманы возникают при адвекции теплых воздушных масс на холодную подстилающую поверхность, что приводит к охлаждению воздуха и конденсациц влаги. Эти туманы наблюдаются в специфических синоптических ситуациях (теплые сектора циклонов) и максимальную повторяемость имеют в холодное полугодие. Продолжительность таких туманов может составлять от нескольких часов до суток и более. Радиационные туманы связаны с понижениями температуры в ее суточном ходе, чаще всего наблюдаются в теплое полугодие при спокойной ясной погоде в вечерние и утренние часы.

Повторяемость и продолжительность туманов в естественных условиях определяется ходом температуры, количеством влаги в атмосфере, атмосферными процессами и рельефом местности. В городских условиях эта связь осложняется еще несколькими факторами антропогенного характера, прежде всего — «островом тепла», антропогенной эмиссией водяного пара и наличием в воздухе ядер конденсации. Последние играют роль и в формировании облачности и выпадении осадков на территории городов. Степень влияния этих факторов на туманообразование различна и не имеет достаточно точной оценки.

За счет «острова тепла» к центру города повторяемость (число дней с туманами) и продолжительность туманов уменьшается. В Москве среднее число дней с туманами за год на п/н Балчуг составляет 16, на ВДНХ — 18, а в МГУ и ТСХА — 28 и 26 соответственно. Отношение всех отмеченных случаев туманов на п/н ТСХА и Балчуг для различных сезонов составляет: зима — 1,17, весна — 1,63, лето — 3,3, осень — 1,83. Приведенные данные характеризуют лишь общую закономерность. Характеристики туманов на территории городов и пригородов могут сильно изменяться в зависимости от наблюдающихся и предшествовавших погодных условий, состояния подстилающей поверхности и многих других факторов.

Загрязнения атмосферного воздуха городов влияют на тума- нообразование. Известно, что конденсация влаги на некоторых гигроскопических аэрозолях происходит уже при относительной влажности 75 %, в то время как в обычных условиях этот процесс требует 100 % влажности. Сухие туманы в городах образуются в 2—5 раз чаще, чем в его окрестностях.

Опасность туманов для городских условий заключается в том, что капли тумана растворяют находящиеся к атмосфере загрязняющие вещества, которые, взаимодействуя друг с другом и солнечной радиацией, способны образовывать химические соединения, более сложные и опасные для здоровья населения и растений, чем исходные загрязнители атмосферного воздуха (например, S03 + Н20 -gt; H2S04).

Своеобразие формирования облачности над городом и последующих осадков (по сравнению с аналогичной по остальным параметрам незастроенной территорией) определяется двумя антропогенными факторами: 1) более развитой конвекцией и 2) огромным количеством выбрасываемых в атмосферу гигроскопических ядер конденсации. Первый из этих факторов играет главную роль летом, стимулируя образование внутримассовых кучевых и кучево-дождевых облаков. Присутствие в воздухе ядер конденсации антропогенного происхождения настолько стимулирует процесс осадкообразования в возникающих облаках, что с подветренной стороны может даже наблюдаться заметное (на 2—3 мкм) уменьшение диаметров облачных и дождевых капель, т. е. образование облаков и дождя над городом «опережает» естественное развитие событий.

Второй фактор доминирует над первым зимой, способствуя более быстрой конденсации влаги в слоях, характеризуемых инверсией температуры, поскольку зимой влаги в городском воздухе больше, чем в сельской местности.

Для обоих сезонов отмечается увеличение осадков с наветренной стороны городов. Это явление имеет «псевдоорографическое» происхождение, когда приходящие воздушные массы вынуждены подниматься над городом, натекая на более шероховатую подстилающую поверхность, над которой, к тому же, развита собственная конвекция. Таким образом, образуется как бы местный атмосферный фронт, разделяющий городской, более теплый и влажный, воздух и воздушную массу, натекающую на город за счет атмосферной циркуляции. В результате этого процесса происходит выпадение осадков со стороны адвекции на территорию города.

В Москве приведенные выше закономерности выражены достаточно ярко. Увеличение осадков в городе наблюдается по всем их характеристикам, начиная с продолжительности и заканчивая обеспеченностью экстремальных значений. Например, средняя продолжительность осадков (час/мес.) в центре города, п/н Балчуг, превышает продолжительность осадков на территории ТСХА как в целом за год, так и в любой месяц года без исключения.

Пыль, выбрасываемая в атмосферу городами, насыщена веществами, способствующими образованию облаков и выпадению осадков. Измерения показывают, что концентрация этих веществ в атмосфере городов в 10-100 раз выше, чем в сельской местности. Так, в штате Вашингтон (США), в районе сосредоточения предприятий бумажной промышленности, выпадение осадков увеличилось за последние 40 лет на 30 %.

Загрязнение атмосферы городов проявляется и за их пределами. В пригородах, например, часто наблюдаются снегопады и дожди, которые вызваны городским смогом. Зона поглощения солнечных лучей дымом в 50 раз больше площади самих городов.

С точки зрения прямых экологических последствий влияния городов на осадки, следует отметить, что осадки как высокой интенсивности, так и их отсутствие, не оказывают такого значительного, как того можно было бы ожидать, влияния на экологическую обстановку. Это связано с тем, что сверхнормативные осадки отводятся городскими сетями ливневой канализации, а засушливость отдельных периодов компенсируется утечками и испарениями из водонесущих коммуникаций.

Косвенно осадки влияют на экологическое состояние территории города путем очищения атмосферы от аэрозолей при выпадении осадков. Дождевые капли «захватывают» с собой частицы пыли или капельно-жидкие аэрозоли, растворяют часть газообразных примесей, осаждая их и тем самым очищая атмосферный воздух. Следует, однако, иметь в виду, что при этом опасному загрязнению могут подвергаться поверхностные воды и зеленые насаждения.

Частая повторяемость неблагоприятных погодных условий, способствующих скоплению примесей в приземном слое атмосферы, указывает на высокий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА). На территории России выделяются области низкого ПЗА — побережье морей Северного Ледовитого океана; зоны умеренного ПЗА — Западная Сибирь и большая часть ЕТС; зона повышенного ПЗА — Северный Кавказ, побережье дальневосточных морей; область высокого ПЗА — Урал и территория между реками Енисеем и Леной; зону очень высокого (опасного) ПЗА — бассейн реки Колыма, Забайкалье, южные границы азиатской части России.

По указанным выше причинам городской воздух практически утратил свою биологическую ценность и по существу превратился в искусственный. Он существенно отличается от воздуха природной среды не только перенасыщенностью токсичными веществами, но и проницаемостью для солнечных лучей, количеством осадков, температурой, относительной влажностью, скоростью ветра и т. д. (табл. 3.12).

Таблица 3.12

Разница в климатических условиях крупного города и его окрестностей (по Б. Тибору, 1980 г.)

§ 6. Парниковый эффект и тенденции

в изменении глобального климата

Парниковый эффект: причины и последствия. Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере и изменение теплового баланса.

Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое (инфракрасное) излучение нагретой поверхности Земли обратно в Космос. В результате еще более повышается ее температура, изменяются погода и климат.

Основным парниковым газом является диоксид углерода. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 66 %. К другим парниковым газам относятся метан (около 18 %), оксиды азота (примерно 3-5 %), а также озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (остальное). Всего известно около 30 парниковых газов, их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю С02 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота — 165, а для фреона — 11000.

Начиная с середины XIX века содержание С02 в атмосфере менялось следующим образом (число молекул С02 на миллион молекул воздуха): 1859 г. — 265 — 290; 1958 г. — 313; 1978 г. — 330; 1990 г. — 350, т. е. увеличилось на 12 — 15 %.

Главным антропогенным источником поступления С02 в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 т углерода на одного жителя планеты; по прогнозам, в первой половине XXI века суммарный выброс достигнет 10 млрд т. Согласно Ю. В. Новикову (1998 г.), доля некоторых государств в глобальном выбросе С02 такова: США — 22 %, Россия и Китай — по 11 %, Германия и Япония — по 5 %, остальные страны — около 46 %.

Из-за проявления парникового эффекта, как считают некоторые ученые, среднегодовая температура на Земле повысилась на 0,3-0,6 °С. В настоящее время увеличение концентрации С02 в атмосфере происходит примерно со скоростью 0,3—0,5 % относ.

в год, метана на 1 %, оксидов азота — на 0,2 %. По различным оценкам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1-3,5 °С.

Следует отметить, что многие ученые не склонны придавать парниковым газам приоритет в глобальном потеплении. Они считают (А. М. Никаноров, Т. А. Хоружая, 2001 г.), что предстоящее потепление (если оправдаются прогнозы) будет происходить в результате комбинации естественных температурных трендов (тенденций) и парникового эффекта.

Тенденции в изменении глобального климата. За период с 1860 г. (началом первых инструментальных замеров приземной температуры воздуха) по 1998 г. прирост температуры на Земле составил около 0,8 °С (В. Осипов, 2000 г.).

Одной из наиболее серьезных опасностей, с которой может в результате этого столкнуться человек, является повышение уровня Мирового океана в связи с таянием ледовых покровов в Гренландии и высокогорных ледников. За последние сто лет ушедшего века сток с ледников возрос на 200—250 км3, что составляет около 40 % увеличения водной массы океана в XX веке.

Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается в перспективе как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом: При повышении уровня океана на 1,5-2 м под затопление попадает около 5 млн км2 земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов вглубь материков могут привести к социальными потрясениями и даже военным конфликтам. Потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы. Другими исключительно важными последствиями потепления климата явится повышение температуры многолетнемерзлых пород и деградация криолитозоны, что особо актуально для нашей страны: 60 % ее территории относится к криолитозоне, а площадь вечномерзлых почв составляет около 2 млн км2. Среди

последних многие тысячи км2 занимают почвы, содержащие на небольшой глубине замерзшие кристаллогидраты метана. Повышение их температуры приведет к испарению больших количеств метана — одного из самых опасных парниковых газов. Возникнет замкнутый круг. Наблюдения свидетельствуют о том, что температура воздуха за последние 30-35 лет на севере Европейской части России повысилась на 0,6-0,8 °С, севере Западной Сибири — до 1,6 °С, в Якутии — до 1,4 °С. По данным геокриологов, в условиях Западной Сибири повышение температуры многолетнемерзлых пород на глубине 10 м к 2020 г. составит около 1 °С, а к 2050 г. — 1,5—2 °С. Это вызовет перемещение границы сплошной мерзлоты на север к 2020 г. на 50-80 км, а к 2050 г. — на 150-200 км.

Повышение температуры пород криолитозоны и ее деградация приведут к интенсификации таких опасных процессов, как термокарст, опускание территории в результате вытаивания льдов, термоабразии, развитию оползней, сплывов, наледеобра- зованию и др. Изменение климата несомненно окажет негативное влияние на здоровье людей из-за усиления теплового стресса в южных районах, и распространения многих видов заболеваний, так как повышение температуры создает более благоприятные условия для развития отдельных патогенных микроорганизмов.

Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979 г.) заявить, что «Конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».

Согласно расчетам, уровень океана будет подниматься в начале XXI века в 5-10 раз быстрее, чем в истекшем столетии. Максимальная величина подъема уровня океана ожидается около 60 см, а минимальная — 5 см.

По некоторым прогнозам (М. И. Будыко и др., 1978 г.), в 20-х гг. XXI века количество осадков на Кавказе и в Средней Азии возрастет на 75 и 100-150 мм, средняя температура января увеличится на 7—8 °С, а температуры июля останутся без изменений. Однако рост осадков и потепление примерно уравновесят друг друга, так что в этих областях, как, по-видимому, в других горных районах умеренных широт Евразии, первый этап предстоящего потепления — в ближайшие 50 лет — не будет сопровождаться нежелательными явлениями.

Напротив, в высоких широтах будущие изменения климата проявятся довольно резко. Островные ледниковые покровы на Земле Франца-Иосифа и Новой Земле будут ежегодно получать 1000 и 1300 мм осадков. За год здесь будет стаивать около 5-7 м льда, вследствие чего ледовые покровы исчезнут полностью за несколько десятилетий. Сходная судьба ожидает, по-видимому, и другие ледники Арктики. Скорость снижения поверхности Гренландского ледникового щита будет меньше и составит 0,5- 0,7 м в год, тем не менее это вызовет прирост массы океана на 1000 км3 в год. Уже появились подтверждения этих прогнозов: в 2006 г. зафиксирована гигантская трещина в ледовом панцире Арктики.

Особенно значительными будут изменения в Западной Антарктиде. Возможен внезапный катастрофический распад Западно- Антарктического ледникового щита, что связывают с неустойчивостью его строения. В Восточной Антарктиде в первой четверти XXI века баланс массы ледникового щита не испытает заметных изменений. Исключением будут северные шельфовые ледники Антарктиды доступные для вторжения теплого воздуха с моря. Их распад представляется неизбежным.

В целом, по приблизительным оценкам (В. М. Котляков, 1997 г.), скорость повышения уровня океана в 20-х гг. XXI века превысит 0,5 см в год.

Общественное производство людей неизбежно влияет на климат. Уже древние земледельцы, сводя лес и распахивая землю, изменяли температуру и влажность воздуха и влагосодержание грунта, а следовательно, испарение. Современное полезащитное лесоразведение уменьшает скорость ветров и нисходящие движения воздуха, сокращает непроизводительное испарение, задерживает снег и этим повышает влажность нижних слоев атмосферы и почво-грунтов. При осушении болот уменьшается влажность, повышается температура. Водохранилища, наоборот, увеличивают количество воды в грунте и пара в тропосфере. Они аккумулируют тепло, уменьшают годовую и суточную амплитуду температуры. В этом же направлении действует искусственное орошение. Конечно, эти мероприятия не вносят существенных изменений в планетарные процессы тропосферы, они влияют на местный климат и микроклимат.

Тем не менее, климат густо населенных территорий за историческое время изменился. В частности, изменился речной сток.

Еще недавно самым дождливым местом в мире считался один из районов в штате Мегхаллая, на северо-западе Индии. Здесь в предгорьях Гималаев, на высоте 1313 метров над уровнем моря располагается небольшое селение Чирапунджи. Ежегодно над ним выпадало до 9150 мм осадков. В последнее время климат в Чирапунджи стремительно меняется. Обильные осадки теперь стали выпадать лишь в течение трех-четырех месяцев в году. Остальное время года дождей нет. Весь дождевой сток происходит в течение двух месяцев в конце периода муссонов, после чего влага в почве не сохраняется и наступает засуха.

Интенсивная вырубка лесов в некоторых районах Земли привела к эрозии, исчезновению плодородного слоя почвы, к превращению ранее зеленых массивов в пустыню. Отсутствие растительности в засушливых местах способствует подъему в атмосферу больших масс пыли, поглощающей значительную часть солнечной энергии.

Основная причина стремительно развивающегося опустынивания — чрезмерная вырубка лесов и расширение площади сельскохозяйственных посевов на горных склонах вместо естественной растительности.

Океаны и моря занимают 71 % земной поверхности. Они «обеспечивают» 90 % водяного пара, содержащегося в атмосфере. К сожалению, водные пространства все больше загрязняются (главным образом углеводородами), поэтому загрязнение Мирового океана может в будущем серьезно повлиять на тепловой баланс Земли. Известно, что тончайшая, молекулярная пленка нефти уменьшает испарение на 60 %. В результате усиливается нагрев водной поверхности. Массы воздуха, соприкасающиеся с загрязненными зонами, станут более горячими, уменьшится их насыщенность водяными парами. Следовательно, над континентами будет выпадать меньше осадков. Перепад между высокой температурой загрязненной поверхности и более низкими температурами соседних чистых зон приведет к образованию в атмосфере воздушных течений, способствующих возникновению грозовых облаков, а в тропических морях — зарождению циклонов.

По данным ученых СССР и США, потепление, наблюдавшееся с конца XIX в. до 40-х годов XX в., сменилось похолоданием, длившимся 20 лет. За ним последовало потепление, продолжающееся до настоящего времени. Аналогичные изменения температуры происходили и в Южном полушарии.

Потепление тропосферы в минувшее десятилетие сопровождалось похолоданием стратосферы. Это имеет важное значение для выяснения физического механизма современного изменения климата. Парниковый эффект в атмосфере увеличивает концентрацию С02, рост ее повышает разность температуры между низкими и высокими слоями атмосферы, что согласуется с предположением о существенном влиянии роста содержания диоксида углерода на климат наших дней.

Влияние аэрозолей на характеристики атмосферы. Важнейший экологический эффект, связанный с влиянием на прозрачность атмосферы, ее световой и энергетический режим, климат в целом, вызывают аэрозоли — твердые или жидкие атмосферные частицы, обладающие малыми скоростями осаждения.

Аэрозоли подразделяются на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размеры жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной (размер частиц более 50 мкм), среднедисперсной (50-10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5- 3,0 мкм), грубодисперсный туман (3—10 мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Следует отметить, что аэрозоли чаще всего полидиспер- сные, т. е. содержат частицы различного размера.

Ряд газов, в том числе диоксид серы и оксиды азота, в результате реакций с кислородом, водяным паром и другими частицами образуют вещества, которые переходят в твердое или жидкое состояние, поэтому аэрозоли разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом их превращений в атмосфере.

Нижние, более всего загрязненные слои воздуха содержат минеральную пыль, продуты горения, вулканическую пыль, семена, споры и пыльцу растений, а также мельчайшие частицы морской соли, попадающие в воздух при разбрызгивании морской воды прибоем. Соль и некоторые другие взвешенные частицы, например продукты горения, играют роль ядер конденсации водяного пара в воздухе.

Пыль городов, индустриальных центров и районов содержит много частиц различного происхождения — в ней встечаются кварц, полевой шпат, асбест, кальций, свинец, гипс, сажа, продукты испарения резиновых автошин и многое другое. В районах с большим числом промышленных предприятий в аэрозолях находят более 20 элементов, в т. ч. токсичных (сурьма, мышьяк, свинец и др.).

В верхнюю атмосферу проникает также космическая пыль, в том числе и образующаяся при сгорании метеоритов. Подсчитано, что за год на Землю падают десятки млн т космической пыли. В целом в атмосфере планеты постоянно находится около 250 млн т пыли.

Большое количество аэрозолей поступает в атмосферу с выбросами вулканов. Так, извержение вулкана Эль-Чичон (март 1982 г.) сопровождалось выбросом более 10 млн т , пепла, покрывшего территорию четырех штатов Мексики, и сернистых газов. Образовавшееся облако пыли и газов стало «наматываться» на земной шар по спирали, одновременно расползаясь по ширине. Облако находилось на высоте примерно 21 км и простиралось на 20 тыс. км — от Мексики до Аравийского полуострова. Через полгода оно наблюдалось уже в умеренных широтах, через год накрыло «шапкой» все Северное полушарие. С помощью космической техники было установлено, что эта «шапка» находилась на высоте 30 км, и ее максимальная плотность приходилась на экваториальные широты. Под действием ультрафиолетовых и космических лучей газы превратились в серную кислоту, точнее — в аэрозоль, состоящий из мельчайших (размером в несколько десятых микрометра) капель. Капельки, отражая солнечные лучи, препятствовали возникновению «парникового эффекта». По мнению ученых, последствия извержения сказывались на климате планеты в течение трех лет.

На прозрачность атмосферы и величину солнечной радиации огромное влияние оказывает антропогенная деятельность, особенно горнодобывающая промышленность, теплоэнергетика. В частности, массовые взрывы на карьерах являются крупными источниками пыли. Так, на Криворожском железорудном бассейне производили взрывы мощностью 500-700 т взрывчатых веществ. При этом масса взрываемых пород достигала 2 млн т, а объем пылегазового облака — 15-20 млн м3. Установлено (Д. С. Орлов и др., 2002 г.), что в 80-е годы в Рурском и Верхнесилезском бассейнах на каждый гектар площади ежедневно выпадало 2-5 т пыли; интенсивность солнечного свечения в Рейн-Вестфалии (Германия) уменьшалась на 20 %, а в Катовицах (Польша) — на 50 %.

Запыленность атмосферы увеличивает и облачность. К примеру, в Париже за последние 30—35 лет число пасмурных и туманных дней увеличилось более чем в 5 раз.

Частицы пыли, покрывая обширные снежные и ледовые пространства, снижают их отражательную способность (альбедо). Это очень существенный факт, так как влияние на тепловой баланс Земли постоянного снежного покрова в полярных областях и земного снежного покрова в северной части Северного полушария очень велико.

Накоплены статистические данные, которые позволяют объективно оценить вклад материков и отдельных групп стран в глобальное загрязнение атмосферы различными соединениями (табл. 3.13). Видно, что их подавляющая часть приходится на промышленно развитые страны Северной Америки и Европы (около 70 %) и, в меньшей степени, Азии.

Таблица 3.13

Количественная оценка (млн т/год) выбросов в атмосферу загрязняющих веществ

Выбросы взвешенных частиц с середины 50-х годов XX века возросли настолько, что средняя температура на нашей планете несколько понизилась, так как резкое увеличение запыленности атмосферы привело к уменьшению поглощения солнечной радиации поверхностью Земли. Количество поступающей в атмосферу пыли, образующейся вследствие сжигания топлива и различных технологических процессов, составляет до 10 % (по другим данным — до 20 %) от общего количества выбрасываемых в атмосферу твердых частиц. При этом большая часть атмосферных аэрозолей остается в тропосфере и 80 % из них — на высоте не более 1 км. Продолжительность их пребывания в атмосфере зависит от размеров частиц и обычно ограничивается тремя днями на высоте до 1 км и тридцатью днями в верхних слоях атмосферы.

Большое количество аэрозолей выбрасывают в воздух двигатели самолетов и ракетных систем. Причем они насыщают те слои атмосферы, изменения в которых наиболее сильно сказываются на погоде. По данным Национального центра США по изучению атмосферных явлений, две ракеты-носителя на твердом топливе космического аппарата «Шаттл» выбрасывают в верхние слои атмосферы около 300 т оксида алюминия. Это вещество, способное вдвое увеличить количество кристаллов льда в перистых облаках, усиливает отражение солнечных лучей.

Образование туманных полос, переходящих иногда в перистые облака, — видимый результат полетов самолетов. Из-за воздушного сообщения во многих районах даже летом трудно увидеть чистое синее небо. Полагают, что подобные атмосферные образования привели к увеличению на 5-10 % перистого облачного покрова над Северной Америкой, Северной Атлантикой и Западной Европой. Они создают дополнительное препятствие на пути солнечного излучения, поэтому их влияние на климат Земли нельзя не учитывать.

Основная опасность глобального загрязнения атмосферы пылью заключается в том, что возрастает запыленность приземного слоя, достигающая в урбанизированных районах 40-400 мкг/м3. Многочисленными наблюдениями установлено, что концентрация аэрозолей в воздухе непрерывно увеличивается (на 10 % в год), и годовое «производство» пыли человеком вскоре может сравняться по объему с естественным образованием пылевых масс. И если сегодня она оказывает в основном местное влияние на погоду (микроклимат городов), то в будущем это влияние может распространиться на всю планету.

Вышеизложенное заставляет более осторожно увязывать тенденции потепления глобального климата с увеличением поступления в атмосферу парниковых газов и прежде всего диоксида углерода. Тем более, что, согласно правилу Ле Шателье-Брауна, внешнее воздействие на экологическую систему, находящуюся в состоянии равновесия, способствуют усилению в ней таких процессов, которые стремятся нейтрализовать указанное воздействие и вновь вернуть экосистему в равновесное состояние. Вполне возможно ожидать помимо увеличения антропогенного загрязнения атмосферы аэрозолями и повышения уровня природного, что будет тормозить процесс разогревания поверхности Земли. Одно не вызывает сомнений: возникновение и расширение «островов тепла» на урбанизированных территориях вносит все более заметный вклад в этот крайне опасный для человечества процесс.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ Охарактеризуйте газовый состав атмосферы. Перечислите газы постоянного и переменного состава. Какие антропогенные источники загрязнения атмосферного воздуха городов являются основными? А в вашем родном городе? Каков уровень химического загрязнения воздуха городов России? Какова тенденция изменения загрязненности воздуха? Что является конечным этапом химического превращения в атмосфере диоксида серы и оксидов азота — крупнейших загрязнителей атмосферы? Какие газы оказывают многостороннее отрицательное воздействие на состояние атмосферы? В чем состоит глобальная опасность фреонов? Где наиболее часто появление озоновых «дыр»? Что такое климат? Уместно ли понятие «климат городов»? Охарактеризуйте влияние загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, на ее прозрачность. Что такое альбедо? Что такое «остров тепла»? Какова роль хозяйственной деятельности в их возникновении? Как влияют городские постройки на формирование поля скорости ветра? Что такое «сельский бриз»? Чем определяется повторяемость и продолжительность туманов в городах? Чем определяется формирование облачности над городом? Имеется ли связь между парниковым эффектом и тенденциями в изменении глобального климата? Охарактеризуйте влияние аэрозолей на характеристики атмосферы. Может ли потепление климата способствовать увеличению количества аэрозолей в атмосферном воздухе и тем самым (из-за снижения прозрачности последнего) ослабить проявление парникового эффекта?