جزایر گرمایی شهری

دلایل پیدایش جزایر گرمایی شهری

یک کلان شهر آب و هوای مخصوص خود را می‌سازد، که آن هم مشکلات خاص خود را در پی خواهد داشت. بررسی‌های ماهواره‌ای نشان می‌دهد که تمامی شهرهای بزرگ روی زمین، به دلیل از بین بردن رستنی‌ها و گیاهان و جایگزینی آن‌ها با مصالح، به ویژه مصالح تیره رنگِ ساختمانی، دچار چنین مشکلی شده‌اند. در طول روز مواد تیره ساختمانی، گرما را جذب می‌کنند و تا ساعت‌ها پس از غروب آفتاب آن را نگاه می‌دارند. هنگامی که سطح زمین از انبوه رستنی‌ها و گیاهان سبز پوشیده شده یا خاک آن مرطوب باشد، گرمای جذب شده با تبخیر آب گیاهان به سرعت جایگزین می‌گردد و گیاهان از طریق برگ‌ها، آب خود را از دست می‌دهند که این موضوع منجر به خنک شدن هوا می‌گردد.
در واقع انرژی ورودی خورشیدی موجب تبخیر آب گیاهان و خاک، در مناطق غیرشهری می‌شود. این گرمای نهان تبخیر، موجب تغییر حالت آب از مایع به بخار می‌گردد. این روند، دمای مناطق غیر مسکونی را افزایش نمی‌دهد، اما شهرها برخلاف مناطق غیر شهری، خاک و گیاه کمتر دارند. در نتیجه مقدار زیادی از انرژی ورودی خورشید، مستقیم موجب گرمای خیابان‌ها و ساختمان‌ها گردیده، این روند موجب افزایش سریعتر دمای هوای شهرها می‌شود. کمبود گیاه معمولاً خود موجب بروز مشکلات دیگری نیز از جمله افزایش سطح آلاینده‌های گوناگون در هوای شهر، هدر رفتن آب و سرانجام از دست رفتن آب بارندگی‌ها، افزایش آلودگی صوتی، افزایش مشکلات روانی و غیره می‌شود.
در طی شب، گرمای ذخیره شده در خیابان‌ها و ساختمان‌ها به آهستگی به هوا منعکس می‌شود که این موضوع روند کاهش دما را کند می‌کند. ساختمان‌های بلندتر، گرمای بیشتری را در خود ذخیره کرده و روند خنک شدن هوا را کندتر می‌کنند. در طی فصل تابستان، در کنار فرایند جذب پرتو فرابنفش و انعکاس اشعه مادون قرمز، در هر منطقه، سقف ساختمان‌ها، خیابان‌ها و سطوح تیره رنگ، گرما را جذب نموده و آن را در هوا منتشر می‌کنند. با توجه به اینکه اغلب سقف‌ها تیره‌رنگ هستند و این سطوح تیره‌رنگ حدود نیمی از مساحت شهرها را در بر می‌گیرد و گرمای گسیل شده از سوی خورشید را جذب کرده در خود نگاه می‌دارند. این پدیده باعث افزایش دمای مناطق مسکونی از ۲ تا ۱۵ درجه سانتیگراد شده و به نام پدیده جزیره گرمایی شناخته می‌شود. این گرما نه تنها باعث افزایش مصرف انرژی برای خنک کردن ساختمان‌ها و افزایش سرانه بار مالی به ویژه در ماه‌های گرم سال و در مناطق مرکزی شهرها می‌شود، بلکه باعث ایجاد آلودگی در جو از جمله تولید گاز اُزن و افزایش ترکیبات زیان بار گوگردی و دیگر آلاینده‌های آسیب‌رسان در سطح زمین می‌شود.

جزیره گرمایی در سطوح شهری

این نوع جزیره گرمایی توسط افزایش دما در سطوح شهری نظیر ساختمان‌ها، جاده‌ها، کف سازی‌ها، فضاهای باز، حجم‌ها آبی و پوشش‌های گیاهی ایجاد می‌شود. در واقع در این نوع جزایرگرمایی، با اندازه‌گیری اشعه مادون قرمز منتشر شده توسط سطوح می‌توان مناطق داغ شهری را شناسایی کرد.

جزیره گرمایی در لایه تاج پوش شهر

این نوع جزیره گرمایی در لایه تاج پوش یا لایه هوای نزدیک به خط آسمان شهر شکل می‌گیرد. لایه تاج پوش در حقیقت جایی است که ما در آن زندگی می‌کنیم. در واقع، این محدوده لایه هوایی است که از سطح زمین تا سطح بالایی درختان و ساختمان‌ها وجود دارد. در مطالعات مربوط به جزایر گرمایی، دمای هوای لایه تاج پوش معمولاً در ارتفاع مردم یا در حدود ۱٫۵ تا ۳ متر بالاتر از سطح زمین در نظر گرفته می‌شود.

جزیره گرمایی در لایه مرزی

این نوع جزیره گرمایی در لایه مرزی هوا تشکیل می‌شود. لایه مرزی در بالای لایه تاج پوش قرارگرفته (در ارتفاع ۲۰۰۰ متری) و معمولاً ضخامت این لایه از ۱۰۰۰–۱۰۰ متر متغیر است.

اثرات جزایر گرمایی شهری

بالا رفتن دما در اثر جزیره گرمایی تأثیراتی بر محیط زندگی و کیفیت جوامع می‌گذارد

افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلودگی هوا

خورشید، که تنها منبع گرمائی خارج کره زمین است، تابش خود را به صورت پرتوهای نور مرئی و پرتوهای فرابنفش با طول موج‌های کوتاه به سوی زمین گسیل می‌کند. از پرتوهای رسیده حدود ۲۵٪ توسط جو جذب شده و ۲۵٪ توسط سطوح فوقانی ابرها به سوی فضا بازتابش می‌شوند. بقیه این پرتوها در زمین جذب شده و سطح آن را گرم می‌کند. زمین مقدار قابل توجهی از انرژی دریافت شده از خورشید را به فضا تشعشع می‌کند. این پرتوها به صورت اشعه مادون قرمز منعکس می‌شوند.
گازهای گلخانه‌ای همچون بخارآب، دی‌اکسیدکربن، متان و اکسیدهای نیتروژن پرتوهای مادون قرمز تشعشع شده از سطح زمین را جذب می‌نمایند. جو زمین همانند شیشه‌های گلخانه عمل می‌کند، اجازه می‌دهد که پرتوهای با طول موج کوتاه وارد شوند اما جلوی خروج پرتوهای با طول موج بلند را می‌گیرد. این روند موجب افزایش دمای جو می‌شود که اثر گلخانه‌ای نامیده می‌شود. افزایش ازن در سطح زمین برای تندرستی انسان بسیار زیان‌آور است و به ویژه به دستگاه تنفسی و بینایی آسیب می‌رساند. علاوه بر آن، از آنجاییکه ازن به سادگی با مولکول‌های دیگر ترکیب می‌شود و آن‌ها را اکسیداز می‌کند، به شدت به بافت‌های زنده گیاهان و جانوران آسیب می‌رساند. ازن سطح زمین یک آلاینده کلیدی است که به ویژه در روزهای بدون ابر تابستان در شهرهای بزرگ سراسرجهان وجود دارد و ایجاد و افزایش آن، با اثر پدیده جزیره گرمائی شهر، پیوندی تنگاتنگ و ناگسستنی دارد.
گذشته از تأثیر بر دما، جزایر گرمایی می‌توانند تأثیرات فرعی بر هواشناسی محلی نیز داشته باشند، شامل تغییر الگوی بادهای محلی، گسترش ایجاد ابرها و مه، رطوبت و میزان بارش. از دیگر اثرات سوء جزایر گرمایی می‌توان به مسائل زیر اشاره نمود:

افزایش مصرف انرژی

دمای بالاتر در تابستان، افزایش تقاضای انرژی برای سرمایش را به همراه دارد و منجر به ایجاد فشار بر شبکهٔ برق در مدت اوج مصرف برق می‌شود. اثر جزایر گرمایی ۵ الی ۱۰ درصد از اوج تقاضای برق برای سرمایش ساختمان‌ها در شهرها را بر عهده دارد.

افزایش انتشار هوای آلوده و گازهای گلخانه‌ای

افزایش تقاضای انرژی عموماً باعث افزایش انتشارات آلودگی هوا و گازهای گلخانه‌ای از کارخانه‌های تولید برق می‌شوند.

تهدید سلامتی

جزایرگرمایی می‌توانند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم بر سلامتی و رفاه اجتماعی شهروندان تأثیرگذارند. روزها و شب‌های گرمتر به همراه آلودگی هوا، می‌توانند باعث ایجاد ناراحتی‌های عمومی، مشکلات تنفسی، خستگی، گرمازدگی و مرگ و میرهای ناشی از گرما شود. تنها در آمریکا به‌طور متوسط سالانه ۱۰۰۰ نفر بر اثر شدت گرما از بین می‌روند.

کاهش کیفیت آب

سطوح گرم و سطوح بام گرمای اضافی را به سیل آب‌ها منتقل می‌کنند که به لوله‌های زهکشی می‌روند و دمای آب را بالا می‌برند و این آب به نهرها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و برکه‌ها می‌ریزد. تغییرات سریع گرما می‌تواند زیست‌بوم آبزیان را به خطر اندازد.

افزایش درختان و پوشش گیاهی

کاشت درختان سایه‌دار به عنوان نخستین، ساده‌ترین و زیباترین راه‌حل است. اکنون با ریشه‌کنی فضاهای سبز و مصرف بیشتر سوخت‌های فسیلی، این گرما به اندازه خطرناکی افزایش یافته‌است. در منطقه‌ای با انبوه گیاهان سرسبز، بیشتر انرژی خورشیدی صرف روند سوخت‌وساز می‌شود. گیاه همچنین با رهاسازی رطوبت موجود در اندام‌های خود، باعث خنک شدن هوا می‌شود. در شهرها آسفالت، آجر و بتن جایگزین گیاهان شده‌اند. این سطوح توانایی بازتابش کمتری دارند و بنابراین انرژی خورشیدی را جذب و نگه‌داری می‌کنند. شکل دره مانند شهرها با ساختمان‌های بلند، باعث خروج گرمای کمتری به سوی آسمان می‌شود. این گرما به وضوح در شب‌های تابستان به چشم می‌خورد و گرمای مناطق شهری بسیار بیشتر از مناطق پیرامون آن است. گیاهان، به ویژه درختان، با ایجاد سایه در روی سطح زمین، به‌طور مستقیم، و با رهاسازی رطوبت در جو و افزایش آب در هوا، به‌طور غیر مستقیم، باعث خنکی شهر می‌شوند.
پیش‌گیری از آلودگی‌های صوتی با جلوگیری از حرکت امواج صوت، نگهداری و جلوگیری از فرسایش خاک توسط ریشه، گرفتن ضربه ناشی از بارش به ویژه رگبارها و در نتیجه ممانعت از فرسایش خاک، جذب آلاینده‌های گوناگون از هوا و غیره از دیگر فواید کاشت درختان است. با کاشت علمی درختان مناسب، تا ۴۰٪ در اثر سایه درختان و ۳۰٪ به دلیل افزایش رطوبت، کاهش اثر پدیده جزیره گرمایی را به دنبال دارد؛ و این جدای از تمیزی، زیبایی و طراوتی است که با انبوه درختان به دست می‌آید.

بام سبز

بام‌ها، جاذب انرژی و گرمای خورشیدی بوده و یکی ازعوامل تأثیرگذار درظهور پدیده جزایرگرمایی تلقی می‌شود در واقع یکی از راهکارهای مقابله با جزیره گرمایی، بام‌های سبز شهری است که با رهاسازی رطوبت در جو و افزایش آب درهوا بطورغیرمستقیم باعث خنکی شهر می‌شوند کاشت علمی درختان مناسب، تا % ۰۴ در اثر سایه درختان و % ۳۰٪ به دلیل افزایش رطوبت، کاهش اثر دیده جزیره گرمایی را به دنبال دارد بام‌های سبز شهری به انواع یکی ازرویکردهای مؤثرمواجه با جزایرحرارتی شهری در کلانشهرهای بزرگ کشور به منظور صرفه جویی انرژی، بهبود منافع زیست‌محیطی و زیبایی‌شناسی و کاهش آلاینده‌های شهری می‌باشد.

نصب سقفهای سرد (بازتابنده)

در یک منطقه شهری حدود ۲۵٪ سطوح را سقف‌ها تشکیل می‌دهند. حدود ۹۰٪ این سقف‌ها تیره رنگ می‌باشند. بسیاری از سقف‌های موجود فقط ۱۰ تا ۲۰٪ نور خورشید را منعکس می‌کنند و مقدار بیشتری از تابش را جذب نموده وارد بنا می‌کند. دمای سقف تیره می‌تواند از ۵۰ درجه تا ۸۰ درجه بالا رود، در نتیجه: تقاضای بیشتر برق در زمان اوج مصرف برای وسایل سرمایشی، افزایش هزینه‌های مصرف انرژی، کاهش آسایش ساکنان، افزایش آلودگی هوا در اثر جزیره گرمایی شهری و تسریع فرسایش مصالح سقف و ازدیاد پسماندهایی جامد را به همراه دارد.
سقف سرد گرمای خورشید را به جای آن که به داخل ساختمان انتقال دهد، آن را به فضا بازتاب می‌نماید و دمای داخل را ثابت نگه می‌دارد. مبنای مطالعات در این زمینه بر پایه «برنامه جهان سرد» می‌باشد، که توسط گروه جزیره گرمایی در اتحادیه فناوری‌های انرژی محیطی در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشگاه کالیفرنیا در سال ۱۹۸۰ طرح‌ریزی شده‌است. در دهه ۱۹۹۰ ساخت انواع محصولات در رابطه با سقف سرد در حوزه مسکونی، صنعتی و تجاری رونق گرفت. در سال ۲۰۰۱ به شرکت‌ها و محصولات مرتبط با سقف سرد نشان‌ها ی مختلفی اعطا شد و از همان سال این گزینه جزء شاخص‌های دریافت نشان LEED شد. همچنین برخی کشورها مانند آمریکا برای تشویق مردم به افرادی که تمایل به تغییر سقف خود دارند اعتبار مالی اختصاص دادند. از آن زمان تاکنون انواع پروژه‌های تحقیقاتی و آزمایشگاهی به منظور رسیدن به هدف اصلی که همان کاهش اثرات جزایر گرمایی می‌باشد، انجام گرفته‌است.

کفسازی سرد (بازتابنده)

کف‌ها در شهر عبارتند از به کار بردن مصالح و ساخت سطوحی بر روی زمین طبیعی. مانند انواع محوطه‌های پارکینگها، پیاده‌روها، محوطه ورودی ساختمان‌ها، کف‌های انسان ساخت در پارک‌ها، خیابان‌ها و جاده‌ها و کلیه سطوح رفت‌وآمد مثل کوچه‌ها. این سطوح معمولاً با مصالح سخت و تیره مانند آسفالت و بتن ساخته می‌شوند؛ بنابراین مقدار معتنابهی گرمابه دلیل تابش آفتاب جذب می‌کنند مانند کسی که در برابر تابش آفتاب لباس تیره بر تن داشته باشد. سطوح تیره در یک روز گرم تابستان در حدود ۴۰ درجه گرمتر از سطوحی می‌شوند که از مصالح سفید و بازتابنده ساخته شده‌اند. برای داشتن سطوح سرد در کف‌ها باید از مصالح با دو ویژگی خاصی استفاده نمود؛ مصالح نفوذپذیر و دارای البیدوی (انعکاس) بالا. استفاده از مصالح بازیافت پذیر در سطوح شهری نیز می‌تواند اثرات مطلوبی بر کاهش پس ماندهای ناشی از تولید داشته باشد.

خودرو سرد

افزوده شدن هر خودرو به محیط شهری یعنی اضافه شدن یک منبع آلاینده و گرما به جزیره گرمائی شهر. اینک با توجه به تعداد هنگفت خودروها در کلان شهرها، می‌توان گفت که یکی از منابع مهم ایجاد و تقویت پدیده جزیره گرمایی شهرها، خودروهای موجود در آن هستند. هرچه خودرو گرمای کمتری به هوا گسیل کند، تأثیر کمتری بر افزایش پدیده جزیره گرمائی شهری خواهد داشت. ساده‌ترین راه کاهش ایجاد گرما، سودجستن از رنگ‌های روشن به جای رنگ‌های تیره در خودرو است. با اتخاذ تدابیر و ترفندهای مهندسی در ساخت خودرو باید رهاسازی گرمائی آن را به کمترین حالت ممکن رسانید تا در حجم زیاد خودرو بتوانیم کاهشی در پدیده جزیره گرمائی داشته باشیم. ایجاد و گسترش شبکه ترابری عمومی می‌تواند مهم‌ترین راه کاهش این پدیده از دیدگاه خودرو باشد.