در این کار، جزیره گرمای شهری (UHI)با استفاده از متغیرهای ترمودینامیکی محافظه‌کار مشاهده شده توسط ایستگاه‌های آب و هوای سطحی در منطقه شهری پورتو (اپورتو) در پرتغال، تحت شرایط آدیاباتیک در سطح مورد بررسی قرار می‌گیرد. این شرایط معمولاً وجود دارند و با ایجاد یک لایه مخلوط در لایه مرزی همرفتی روزانه (CBL) همراه هستند، که لایه باقیمانده در اواخر بعد از ظهر حالت اولیه را برای توسعه UHI شبانه تعریف می‌کند. هر دو ساختار مکانی و تغییرات زمانی دمای پتانسیل و رطوبت خاص، در طول ساعات و روزهای سال، از نقطه نظر آماری در نظر گرفته شد، که منجر به اقلیم شناسی ساعتی شد. جزئیات تکامل ساعتی متغیرهای هواشناسی در سطح اوپورتو ارائه و مورد بحث قرار گرفته است.درجه سانتیگراد در طول سال، که با شیب های حرارتی افقی همراه است که می تواند گردش های متوسط مانند نسیم های دریایی-خشکی، شهری و دره-کوهستان را کنترل و راه اندازی کند.
کلید واژه ها
منطقه شهری پورتو (اپورتو) اقلیم شناسی ، توسعه جزیره گرمایی شهری ، لایه مرزی شهری ، گردش های جوی بین مقیاس
1. مقدمه
جمعیت کل جهان در چند دهه اخیر به طور قابل توجهی افزایش یافته است [ 1 ]. به عنوان مثال، جمعیت شهری اروپا معادل 72 درصد یا حدود 18 درصد از جمعیت شهری جهان است. سناریوی 2030 حاکی از افزایش جمعیت شهری به 78 درصد و کاهش به 11 درصد جمعیت روستایی است. در نهایت، در سناریوی تغییرات اقلیمی، مسکن جمعیت شهری بیشتر به فرصت‌های شغلی، خدمات، زیرساخت‌ها و تحرک وابسته خواهد بود.
مناطق شهری دارای بودجه‌های انرژی و آب ویژه‌ای هستند که به اثرات جزیره گرمایی شهری (UHI) مانند رطوبت ویژه کمتر، دمای هوای بالاتر و بارندگی مرتبط است، به طوری که برخی از ویژگی‌های مقیاس متوسط برای درک گردش جوی در شهرها بسیار مهم هستند [ 2 ].
جزیره گرمای شهری همچنین باعث مصرف بیشتر آب و انرژی الکتریکی و خطرات زیرساختی و بهداشتی بیشتری می شود، به ویژه در ارتباط با وقوع امواج گرمایی مانند آنچه در سال 2003 در اروپا رخ داد. در واقع، تنوع آب و هوای محلی در شهرها و تغییرات جهانی نیازمند مطالعات چند رشته‌ای در مسکن‌های شهری و برنامه زمانی کاری فراتر از افزایش اقدامات سبزسازی شهری برای کاهش اثرات ناخواسته جزیره گرمایی شهری است [ 3 ].
اوپورتو دارای 1.7 میلیون نفر در مساحت 1883 کیلومتر مربع است . 888 نفر کیلومتر 2 . شهر پورتو یک مرکز شهری بزرگ با یکی از بالاترین تراکم جمعیت در اروپا با 6400 نفر در کیلومتر مربع است . حدود 264 هزار نفر در یک منطقه شهری در دامنه شمالی و فلات 41 کیلومتر مربعی در دره رودخانه دورو با بالاترین ارتفاع آن در 155 متر از سطح دریا زندگی می کنند [ 4 ] .
برخی از مطالعات قبلی برای پورتو سیتی و پرتغال جنوبی [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] بر توزیع بارندگی و تنوع ناشی از بادهای سطحی، دمای سطح دریا (SST) در امتداد سواحل پرتغال جنوبی متمرکز بودند. نوسان اقیانوس اطلس شمالی (NAO) و طبقه بندی زیست اقلیمی آن [ 10 ] [ 11 ]. نوسانات ال نینو-جنوبی (ENSO) و NAO به عنوان بازیگران در تنوع آب و هوایی شبه جزیره ایبری مورد مطالعه قرار گرفته اند [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ].
موج گرما در اروپا از جمله پرتغال مکرر است. رابطه بین گردش اتمسفر، دمای سطح دریا (SST)، بارش، و رویدادهای موج گرما در اروپای غربی، و همچنین تأثیر دمای بسیار بالا بر میزان مرگ و میر روزانه در لیسبون و مادرید [ 17 ] [ 18 ] بررسی شده است. یک سیستم نظارت هشدار دیده بان برای نظارت بر امواج گرما با اثرات بالقوه بر عوارض و مرگ و میر، و یک رویکرد جدید برای بهبود کمیت کردن اثرات امواج گرما بر میزان مرگ و میر ساخته و به روز شد [ 19 ] [ 20 ].
ویژگی های اصلی جزیره گرمایی شهری لیسبون با استفاده از رگرسیون چندگانه گام به گام مورد مطالعه قرار گرفته و مقدار اختلاف 2.5 درجه سانتی گراد [ 21 ] به دست آمده است. تحقیقات دیگری تفاوت دما را تا 7 درجه سانتیگراد به دلیل جزیره گرمایی شهری اوپورتو پیدا کرده است [ 22 ]. علاوه بر این، چرخه روزانه آلاینده های هوا و غلظت CO، O 3 ، NOx و PM10 نیز برای Oporto [ 23 ] انجام شده است.
مطالعات کمی در مورد جزیره گرمای شهری اوپورتو منتشر شده است. برخی از تحقیقات اشاره می کنند که جزیره گرمایی شهری اوپورتو با توسعه یک لایه مرزی شهری (UBL) در یک منطقه آب و هوایی معتدل مرتبط است. بر اساس فرضیه، سلول گردشی تولید شده توسط جزیره گرمایی شهری اوپورتو را می توان تحت شرایط مساعد با سلول گردشی نسیم دریا-زمین (SB) جفت کرد. جفت شدن گردش گردش جزیره گرمایی شهری Oporto با گردش SB می تواند در غیاب جریان های سینوپتیک شدیدتر (به عنوان مثال ، فشار خارجی)، مانند جریان های ناشی از حرکت جبهه های سرد و گرم رخ دهد.
تعامل بین جزیره گرمایی شهری اوپورتو و گردش‌های SB ممکن است با شکل‌گیری طوفان‌ها بر روی محله‌های شهری یا محله‌ها مرتبط باشد. این‌ها جنبه‌های نظری هستند که می‌توانند با تجزیه و تحلیل داده‌ها مانند آنچه در این کار ارائه شده، بهتر مورد بررسی قرار گیرند. مشاهدات و تحقیقات از این نوع تکرار UHI برای منطقه شهری سائوپائولو (MASP) و منطقه شهری ریودوژانیرو (MARJ) [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] وجود دارد.
نکته قابل توجه این است که حداکثر شدت جزیره حرارتی شهری MASP و MARJ به ترتیب در بعد از ظهر و صبح رخ می دهد، بنابراین در فاز با دوره بیشترین گرم شدن سطوح توسط شار چگالی تابش خورشیدی [ 27 ]]. مشاهده می شود که حداکثر جزیره گرمایی شهری MASP تقریباً همزمان با ورود نسیم دریا رخ می دهد که هوای نسبتاً مرطوب با دمای پایین تر را به همراه می آورد که بر روی همشهری شهری MASP از جنوب شرقی به شمال غربی پیشروی می کند و با بازخورد مطلوب به توسعه طوفان های توسعه عمودی بیشتر بر روی شهر، به طوری که باران شدیدی بر شهر می بارد و نه بر روی منابع آبی که در کوه های شمال شهرک واقع شده اند. به طور طبیعی، این پیامدهایی برای در دسترس بودن باران برای شارژ مجدد منابع آب دارد که می‌تواند منجر به خطر کمبود آب آشامیدنی در سال‌های خشک‌تر (مانند 2014) و فرآیندهای فرسایش شود [ 28 ] [ 29 ].
کار رصدی و مدلسازی عددی با مدل‌های مقیاس متوسط برای شبیه‌سازی طوفان نشان می‌دهد که این تکرارها به اندازه‌ای شدید هستند که حرکت عمودی درون طوفان‌ها را تشدید کنند، بنابراین طوفان‌های شدید، همراه با تگرگ و بارش شدید [ 30 ] [ 31 ] ایجاد می‌کنند.
علاوه بر دمای بالاتر شهری مرتبط با جزیره گرمای شهری اوپورتو، شاخه پایین سلول گردشی کم عمق نسیم دریا که هوای مرطوب را به منطقه شهری منتقل می کند، می تواند شرایط لازم برای توسعه طوفان های شدیدتر را تقویت کند (به عنوان مثال ، از یک دیدگاه نظری). برای تایید این فرضیه ها، مطالعات جزیره گرمایی شهری اوپورتو مورد نیاز است.
به ارتباط بررسی اثرات جزیره گرمایی شهری اوپورتو، با توجه به افزایش شهرنشینی، از دست دادن بالقوه آسایش حرارتی و محیطی، بدتر شدن خطرات مرتبط با امواج گرمایی اضافه شده به دمای بالاتر سطح شهری و افزایش فراوانی طوفان های شدید در شرایط افزایش گرمایش سطح. بنابراین، نیاز به بررسی مخاطرات آب‌وهواشناسی مرتبط با گرمایش جهانی کنونی و آینده به دلیل تغییرات آب و هوایی (مرتبط با انتشار انسانی گازهای گلخانه‌ای) بلکه به دلیل تغییرات زمین‌های سطحی نیز وجود دارد. شهرنشینی قادر است تعادل انرژی و آب های سطحی را اصلاح کند [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]36 ].
به این ترتیب، انجام تحقیقات سیستماتیک در جزیره گرمایی شهری اوپورتو می تواند به درک بهتر سینماتیک و دینامیک خود جزیره گرمایی شهری و روابط متقابل آن با شکل گیری طوفان های شدید، در دسترس بودن آب محلی و منطقه ای، مدیریت آب و هواشناسی منجر شود. خطرات و اپیدمی ها، به ویژه آنهایی که با درجه حرارت بالا مانند بیماری عفونی دنگی، آلودگی هوا، بستری شدن در بیمارستان و مرگ و میر مرتبط هستند. این موضوعات توسط تحقیقات مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته اند، به عنوان مثال، [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ].
در این کار، جزیره گرمایی شهری اوپورتو با استفاده از دمای پتانسیل هوا و رطوبت ویژه هوا در شرایط خشک و آدیاباتیک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. پایگاه داده ایستگاه‌های هواشناسی خودکار (AWS) برای توصیف ریز اقلیم شهری اوپورتو استفاده می‌شود.
نیاز به بررسی چرخه‌های آب و هوای روزانه در اوپورتو از این واقعیت ناشی می‌شود که فعل و انفعالات پیچیده در جزیره گرمای شهری اوپورتو اغلب ناشی از برهم‌کنش‌های بین فرآیندهای آب و هوایی میان مقیاس و سینوپتیک است. تجزیه و تحلیل مشترک چرخه های روزانه و فصلی متغیرهای جوی توجه فزاینده ای را در ادبیات به خود جلب کرده است، زیرا داده های فراوانی نمونه برداری بالاتر ( به عنوان مثال ، مقیاس متوسط) در دسترس قرار گرفته است [ 40 ]]. هدف اصلی تحقیق این کار نشان دادن اهمیت تغییرات روزانه و فصلی در درک تکامل متغیرهای محافظه‌کار ترمودینامیکی در طول تکامل جزیره گرمایی شهری اوپورتو است، و نشان دادن تکرار بین نسیم دریا-زمین و سلول‌های نسیم شهری مرتبط با توسعه جزیره گرمایی شهری اوپورتو در مقیاس های روزانه و فصلی.
2. روش شناسی و داده ها
2.1. متغیرهای ترمودینامیکی محافظه کارانه
ترمودینامیک متغیرهای محافظه کار تحت شرایط آدیاباتیک (برای هوای خشک) اعمال شده در این کار با استفاده از ترمودینامیکی اتمسفر شناخته شده [ 41 ] [ 42 ] محاسبه شد.
2.2. تعادل آب سطحی Sazonal Oporto
بر اساس طبقه بندی اقلیمی کوپن-گیگر (KGCC)، اوپورتو دارای آب و هوای نیمه گرمسیری Csb، تابستان خشک یا مدیترانه است [ 42 ]. این نمونه برای نواحی قاره غربی بین عرض های جغرافیایی 30 درجه و 45 درجه شمالی است [ 43 ] [ 44 ].
میانگین ماهانه دمای T در (˚C) و بارندگی P در (میلی متر) برای شهر پورتو-PT، به دست آمده از اندازه گیری در دوره 1971-2000 [ 45 ] در شکل 1 نشان داده شده است. دمای هوا در تابستان بین 10 تا 22 درجه سانتیگراد و در زمستان بین 0 تا 18 درجه سانتیگراد متغیر است. در تابستان تجمع بارندگی کمتر از 40 میلی متر و در زمستان تا 200 میلی متر افزایش می یابد.
اوپورتو به دلیل غلبه سیستم پرفشار نیمه گرمسیری تابستانی گرم و خشک دارد. Oporto در سواحل شمالی پرتغال واقع شده است، به عنوان سطح اقیانوس اطلس تحت تاثیر جریان های سرد، مرتبط با فراوانی وقوع مه.
شکل 1 . تکامل میانگین ماهانه دما (˚C) و بارندگی (mm) برای Porto-PT، به ترتیب با خطوط پیوسته و چین‌دار نشان داده شده است. منبع داده: [ 45 ].
میانگین ماهانه تراز آب سطحی (SWB) [ 46 ] [ 47 ] را می توان به صورت نوشتاری
P – S – E – Q = 0P−S−E−Q=0(1)
که در آن P نرخ بارندگی است. S ~ 0.05 P نرخ تقریبی نفوذ مسئول ذخیره سازی زمین است، E ~ 0.167 ETP تبخیر واقعی بدست آمده را به عنوان تابعی از تبخیر و تعرق بالقوه (ETP) نشان می دهد و Q رواناب سطحی است در اینجا این شارها در واحدهای (mm) بیان می شوند. ماه −1 ).
میانگین ماهانه اجزای بودجه آب سطحی برای اوپورتو در شکل 2 ارائه شده است. میزان بارندگی (P) و رواناب سطحی (Q) تقریباً یکسان است زیرا سطح شهر اوپورتو به دلیل سطح سنگفرش و مقدار کمی سطح پوشش گیاهی در خاک لخت می‌تواند به عنوان سطحی غیرقابل نفوذ در نظر گرفته شود. تبخیر در طول ماه های گرم و خشک تابستان بیشتر است، که با ورود نسیم دریا به اقیانوس اطلس تعدیل می شود.
2.3. داده های آب و هوای منطقه و سطح مطالعه
منطقه مورد مطالعه در مرکز-شمال پرتغال شامل شهر پورتو و بخش‌هایی از همشهری‌های آویرو و ویزئو می‌شود. موقعیت جغرافیایی شبکه ایستگاه های هواشناسی سطحی (AWS) توسط ستاره های سفید در شکل 3 نشان داده شده است. داده‌های موجود بین سال‌های 1996-2009 با تمرکز داده‌ها از آینه Wunderground [ 48 ] به‌دست آمدند که برای به دست آوردن متغیرها در ستون‌ها و زمان نمونه در ردیف‌ها مجدداً قالب‌بندی شدند.
فایل به دست آمده برای هر ایستگاه ساختار مشابهی را ارائه می دهد که در تجزیه و تحلیل و مقایسه به کار رفته است. داده‌های جفت نشده حذف شدند و از میانگین‌های حسابی و انحرافات استاندارد برای نادیده گرفتن داده‌ها استفاده شد.
شکل 2 . تکامل ماهانه میانگین تعادل آب سطحی برای Oporto-PT. کلید مقادیر برآورد شده را نشان می دهد: تبخیر و تعرق بالقوه (EPT)، بارش (P)، در دسترس بودن آب بالقوه (P-Ept)، رواناب سطحی (Q)، و تبخیر و تعرق واقعی (E). تجزیه و تحلیل: این کار.
شکل 3 . منطقه OPorto (نماد مربع در سمت چپ شکل) و محل ایستگاه های هواشناسی در این منطقه که با اعداد و ستاره ها نشان داده شده است (در سمت راست شکل). کلید: (1) براگا؛ (2) Trofa; (3) Montes Burgos; (4) پدراس روبراس؛ (5) فرودگاه بین المللی LPPR. (6) مزرعه نمازخانه (براگا)؛ (7) Leça da Palmeira; (8) Leça da Palmeira (ساردوال)؛ (9) Guimarães; (10) آرادا (اوار).
انحرافات بزرگ از میانگین ( یعنی انحرافات بزرگتر از دو انحراف استاندارد). با پیروی از معادلات پیشنهاد شده توسط بولتون [ 41 ]، توسعه متغیرهای ترمودینامیکی محافظه کارانه، برای هر روز در سال و ساعت در روز، می تواند به دست آید و مقادیر ساعتی محاسبه شود.
3. نتایج
3.1. UHI و گردش اتمسفر حرارتی
تجزیه و تحلیل رخدادهای خرد اقلیم Oporto با بخش های زمانی متغیرهای محافظه کار برای شرایط آدیاباتیک در طول سال و ساعت از روز انجام شد.
LPPR AWS به عنوان یک ایستگاه مرجع استفاده شد زیرا کامل ترین مجموعه داده را ارائه می دهد. این ایستگاه نزدیک فرودگاه بین‌المللی فرانسیسکو سا کارنیرو (طول جغرافیایی 41˚13’47.89″ شمالی؛ عرض جغرافیایی 8˚40’47.90″ W) در ارتفاع 64 متری (AMSL) است. تجزیه و تحلیل متغیرها برای ایستگاه LPPR در زیر بخش حاضر نشان داده شده است. تجزیه و تحلیل آماری بر اساس فیلدهای انحراف در زیر بخش زیر ارائه شده است.
دمای هوای سطحی ویژگی‌های مشابه دمای بالقوه را نشان می‌دهد ( شکل 4 (الف)). از آنجایی که فشار هوای سطح کمی بیشتر از فشار هوای مرجع (p 0 ) است، دمای پتانسیل کمی کمتر از دمای هوای مربوطه است. تغییرات دمایی بالقوه در طول تابستان با چرخه های تابش خورشیدی مطابقت دارد (شکل نشان داده نشده است)، با تغییر بین 7 درجه سانتیگراد تا 12 درجه سانتیگراد در زمستان و 20 درجه سانتیگراد تا 25 درجه سانتیگراد در تابستان.
فشار هوای سطحی، با حداکثر در طول زمستان (1020 – 1023 hPa) و تقریباً ثابت در بقیه سال (1015 – 1018 hPa) ( شکل 4 (ب)). سیستم های پرفشار ناشی از توده های هوای سرد در زمستان می توانند سطح زمین را سریعتر از سطح آب اقیانوس خنک کنند. گرم شدن سریع سطح در تابستان باعث کاهش فشار هوای سطحی مطابق با صعود هوای گرم و ایجاد همگرایی سطحی جریان هوا می شود. از سوی دیگر، در شرایط خشک، بارندگی همرفتی مکرر نیست، اما زمانی که یک سیستم کم فشار در مرکز ایسلند جنوبی وجود داشته باشد، بارش می تواند رخ دهد.
رطوبت ویژه از 5 گرم در کیلوگرم در زمستان تا 12 گرم در کیلوگرم در تابستان متغیر است ( شکل 4 (ج)). بنابراین، این تغییر در محتوای بخار آب سطحی مسئول تغییرات مشاهده شده دمای نقطه شبنم است. رطوبت نسبی (HR) ( شکل 4 (د)) در تابستان در شب بیشتر است (96%) که عمدتاً به دلیل کاهش دمای هوا است. از طرف دیگر، RH نسبتاً کمتر (60٪) در طول بعد از ظهر است. دمای هوا در بعدازظهرها و عصرها به مقداری نزدیک به دمای نقطه شبنم کاهش می یابد. وارونگی حرارتی سطح می تواند یک لایه پایدار ( به عنوان مثال ، لایه مرزی پایدار) مرتبط با شرایط مه تولید کند.
دمای پتانسیل معادل یک نوسان فصلی قوی را از 20 درجه سانتیگراد در زمستان تا 60 درجه سانتیگراد در تابستان نشان می دهد ( شکل 4 (ه)). نشانه تابستان های گرم و خشک و زمستان های بارانی است. Oporto HR و دمای پتانسیل معادل مرتبط ( θe ) ، یک متغیر محافظه کار تحت شرایط شبه آدیاباتیک، در Oporto برای هر دو شرایط آدیاباتیک و اشباع همبسته هستند. مقادیر بالای θ e نشان می دهد که بسته هوا واقعاً باید بیشتر صعود کند تا به شرایط اشباع برسد ( یعنی به دلیل خنک شدن آدیاباتیک). HR سطح حداکثر است
(الف)
(ب)
(ج)
(د)
(ه)
(و)
شکل 4 . چرخه فصلی و روزانه متغیرهای هواشناسی اندازه گیری شده برای اوپورتو از سال 1996 تا 2009: (الف) دمای بالقوه θ (˚C). (ب) فشار هوای سطحی P (hPa). (ج) رطوبت خاص q (g·kg -1 ). (د) رطوبت نسبی HR (%). (ه) دمای پتانسیل معادل θ e (˚C)؛ (f) و سطح تراکم LCL (m) را بالا ببرید.
در بعدازظهر مرداد (60%) که حاکی از افزایش فراوانی بارندگی همرفتی در این ماه است.
تکامل سطح تراکم بالابر (LCL) در اوپورتو نسبت معکوس با HR در شکل 4 (f) ارائه شده است. اواخر بعدازظهر ارتفاعی بین 450 متر و 650 متر و در شب بین 100 متر تا 200 متر نشان می دهد. تغییرات به عنوان توسعه روزانه لایه مرزی اتمسفر است، با ویژگی یک لایه مرزی همرفتی (CBL) در طول روز و پایدار (SL) در طول شب. تابش خورشیدی زیاد در اوایل بعد از ظهر ارتفاع لایه مخلوط را در CBL افزایش می دهد. بنابراین، آشفتگی لایه مرزی در مخلوط کردن بخار آب از سطح به لایه اختلاط کارآمد است. در عین حال، هوای نسبتاً خنک و خشک را از اتمسفر آزاد به داخل CBL تولید می کند و ارتفاع LCL را افزایش می دهد.
میدان باد یک ویژگی عمده را نشان می دهد که نسیم دریا-خشکی است که با فصول سال و وجود زمین های شیب دار از غرب به شرق تعدیل می شود ( شکل 5).). در ماه‌های زمستان نسیم خشکی در صبح‌ها و شب‌ها همراه با گرادیان حرارتی همراه با سیگنال منفی از شرق به غرب است. در تابستان، و به ویژه در بعدازظهرها، گردش نسیم دریا-خشکی مشاهده می‌شود که سپس با بازگشت گرادیان حرارتی، که اکنون مثبت است، از شرق به غرب همراه است. این شیب مثبت به دلیل جفت شدن گردش نسیم دریا-زمین با گردش دره-کوه افزایش می یابد، زیرا این آخرین می تواند با باروکلینیکی زمین شیبدار در مقیاس بینایی همراه باشد که از غرب به شرق بالا می رود. گرادیان دما احتمالاً با تفاوت در ظرفیت حرارتی سطوح مرتبط است.
جهت باد نیز تحت تأثیر جهت گیری خط ساحلی SW-NE قرار دارد. یک فاز تقریبا ثابت از گردش نسیم دریا، از صبح ( یعنی 1100 LT) تا پایان بعد از ظهر، با تشدید سرعت باد مشاهده می شود، که احتمالاً نتیجه افزایش دمای سطح، به ویژه بین ماه مارس و اکتبر شدت گردش مستقیم متناسب با مدول گرادیان حرارتی افقی است که دلالت بر آن دارد.
شکل 5 . اقلیم شناسی چرخه فصلی و روزانه سرعت باد بردار سطحی برای اوپورتو بین سال‌های 1996 و 2009. رنگ‌ها سرعت باد (m·s -1 ) و بردارها، جهت افقی باد را نشان می‌دهند.
حداکثر سرعت باد 3 m·s -1 از شمال غربی در بعد از ظهر و 1.5 m·s -1 SE در شب.
3.2. تغییرپذیری زمانی UHI OPorto
در این بخش، تغییرات مکانی متغیرهای محافظه‌کار با مقایسه سری‌های زمانی شبکه AWS در OPorto، یعنی میدان‌های بالقوه دما و رطوبت نسبی، تحلیل می‌شوند. نتایج برای همه AWS مقایسه شده است. سایت‌های AWS با استفاده از میانگین سالانه دمای پتانسیل ( شکل 4 ) و همبستگی متقابل بین هر ایستگاه و ایستگاه LPPR با اقلیم‌های خرد که به دلیل تغییرات کاربری سطحی (مثلاً شهری به منطقه روستایی) متمایز شده‌اند، جدا شدند. ).
معیارهای تبعیض با وقوع همزمان ||< θ > – < θ LPPR >|| تعریف شد. > 2˚C و R2 > 0.95، که در آن < θ > میانگین سالانه دمای پتانسیل است، برای هر ایستگاه هواشناسی در شبکه، R2 ضریب تعیین و < θLPPR > مقدار مربوطه برای مرجع است. ایستگاه LPPR ( جدول 1 ). شبکه AWS فقط به دو گروه ایستگاه تقسیم شد: گروه G 1 = {LPPR، 2، 3، 4، 7، و 8} و گروه G 2 = {1، 6، 9، و 10}. شکل 6میانگین چرخه های روزانه را برای هر AWS نشان می دهد. حداکثر دمای پتانسیل در گروه G 2 (گروه G 1 ) در بعدازظهرها 22 درجه سانتیگراد (18 درجه سانتیگراد) است.
ایستگاه‌های G2 دامنه‌های حرارتی بیشتری دارند، زیرا در داخل بیشتر قرار دارند، جایی که پارامتر نمای آسمان بزرگتر است، که باعث افزایش شار تابشی ورودی موج کوتاه در طول روز و همچنین خروجی تابش امواج بلند حرارتی در طول شب، تحت شرایط می‌شود. آسمان صاف ( یعنی در مقایسه با سایه ها و به دام انداختن تابش امواج بلند در دره های شهری). تفاوت های 90 دقیقه ای فاز موج حرارتی گروه های G 1 و G 2 مشاهده شد که احتمالاً به دلیل فاصله زیاد تا ساحل گروه G 2 است.
شکل 7 چرخه های فصلی و روزانه θ (ستون چپ) و HR را نشان می دهد
جدول 1 . میانگین دمای پتانسیل < θ > در (˚C) برای هر یک از ایستگاه ها، میانگین اختلاف حرارتی ||< θ > − < θ LPPR >|| در (˚C)، و ضریب تعیین (R 2 ) در مورد ایستگاه مرجع (LPPR).
(ستون سمت راست). دو فصل کاملاً مشخص مشهود است: یکی نسبتاً گرم بین ژوئن و سپتامبر و یک فصل سرد و بارانی بین دسامبر و فوریه. رطوبت نسبی در تابستان به 60% (ایستگاه هواشناسی G 1 ) و 35 % (برای ایستگاه G 2 ) در بعدازظهرها کاهش می یابد. نتایج نشان می دهد که دامنه HR در بهار (مارس تا می) بیشتر از پاییز (اکتبر تا نوامبر) است.
شکل 6 . تکامل روزانه میانگین دمای پتانسیل θ (˚C) بین سال‌های 1996 و 2009 به عنوان تابعی از ساعت، برای هر AWS، همانطور که در برچسب‌ها نشان داده شده است.
(الف)
(ب)
(ج)
(د)
(ه)
(و)
شکل 7 . میانگین چرخه های روزانه (محور x) و فصلی (محور y) دمای پتانسیل (ستون سمت چپ) و رطوبت نسبی (ستون سمت راست) برای گروه AWS G 1 (a, b) و گروه G 2 (c, d) . تفاوت بین گروه ها (G 1 – G 2 ) در (e, f) نشان داده شده است.
چرخه روزانه دمای پتانسیل θ توسط شار چگالی تشعشعی خالص (Rn ) که معمولاً به عنوان منبع اصلی گرما در سطح عمل می کند مجبور می شود. مشاهدات اجزای تعادل تشعشع سطحی در داده های موجود در دسترس نیست. دامنه حرارتی برای G 1 به 4 درجه سانتیگراد و برای G 2 به 12 درجه سانتیگراد می رسد . به نظر می رسد دامنه و فاز چرخه روزانه θ توسط جهت NW-SE گردش نسیم دریا-خشکی در سطح مشروط شود. رطوبت نسبی در شب مقادیر بیشتری را نشان می دهد و در نزدیکی 1500 LT به حداقل خود کاهش می یابد. تغییرات روزانه HR در G2 به طور سیستماتیک بیشتر از گروه G1 است و برای G 45 ٪ است.1 و 20 درصد برای G 2 .
UHI معمولاً با در نظر گرفتن الف) توزیع فضایی دمای هوا در داخل و خارج از منطقه شهری، یا ب) با استفاده از تنها دو ایستگاه هواشناسی مشخص، یکی برای هر پوشش زمین محاسبه می شود. با این حال، سه سطح مشخص در اوپورتو وجود دارد: 1) سطح دریا، 2) سطح شهری، و 3) سطح روستایی. از سوی دیگر، UHI Oporto نیز تحت تأثیر این توزیع فضایی شارهای حرارتی حساس سطحی (H) قرار می‌گیرد.
از نظر تئوری، توزیع ناهمگون H می تواند UHI را به شکل گنبدی بر روی شهر ایجاد کند. در نتیجه، گردش نسیم شهری را می توان شکل داد و با سایر گردش های میان مقیاس موجود در آنجا جفت کرد. بنابراین، دینامیک گردش می تواند با فرآیند ترمودینامیکی مرتبط باشد. نسیم دریا هوای نسبتاً متراکم، مرطوب و سرد دریایی را روی سطح زمین می آورد، در ابتدا گرم و خشک است، θ را کاهش می دهد و HR را در G1 افزایش می دهد.
وجود یک گرادیان حرارتی افقی بین گروه ها بر اساس تکامل روزانه میانگین دمای پتانسیل θ (˚C) برای هر AWS تجزیه و تحلیل می شود. در 0400 LT، گرادیان حرارتی از G 2 تا G 1 است، با حداکثر شدت 2˚C در 40 کیلومتر از آوریل تا اوت و کمتر در ماه های دیگر. تفاوت منابع انسانی اندک است اما در ماه جولای 10٪ است. در طول بعدازظهرها (1500 LT)، ساختار θ 7 درجه سانتیگراد کوچکتر و HR 25٪ بیشتر است. بنابراین، G 1 سردتر است. در بعدازظهرها، اوپورتو آسایش حرارتی بهتری نسبت به مناطق داخلی دارد، اما مانند آنچه در سال 2003 مشاهده شد، در معرض طلسم‌های گرمای شدید قرار می‌گیرد.
توزیع فضایی دمای پتانسیل را می توان با گرادیان های افقی حرارتی مرتبط دانست. در بعدازظهرهای زمستان، شیب منفی تقریباً -20 درجه سانتیگراد در 100 کیلومتر مشاهده می شود که با SST بزرگتر در مورد دمای سطح قاره مرتبط است. اواخر بهار و در تابستان ( یعنی از آوریل تا آگوست)، درست قبل از طلوع خورشید (0400 LT)، یک گرادیان مثبت تقریباً 5 درجه سانتیگراد در 100 کیلومتر وجود دارد که با حضور UHI شبانه Oporto و همچنین یک SST کوچکتر
4. نتیجه گیری
ویژگی‌های اصلی جزیره گرمایی شهری اوپورتو با دمای بالقوه و رطوبت نسبی که بین سال‌های 1996 و 2009 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است مشخص شد. تغییر دما از 6 تا 10 درجه سانتیگراد شرایط مه در صبح های تابستان مشاهده شد. باد غالب در شب ها و صبح های زمستان از سمت جنوب شرقی و در بعدازظهرهای تابستان از سمت شمال غربی است. حداکثر سرعت باد 3 m·s -1 است و مربوط به گردش نسیم محلی دریا است. اختلاف دمای بالقوه به 17 درجه سانتیگراد رسید که به اثرات منابع توده هوا مربوط می شود. دو گرادیان حرارتی اصلی در طول سال یافت شد، اولین شیب حرارتی از شرق به غرب با حدود 0.2 درجه سانتی گراد کیلومتر -1در بعدازظهرهای تابستان، و دومی از غرب به شرق با دمای 0.05 درجه سانتی گراد کیلومتر -1 در 0400 LT بین آوریل و آگوست. تجزیه و تحلیل ارتباط هر دو چرخه روزانه و فصلی متغیرهای ترمودینامیکی را برای درک بهتر اقلیم‌های کوچک اوپورتو نشان داده است. بنابراین، نتایج ارائه شده اهمیت تغییرات روزانه و فصلی را در درک رفتار لایه مرزی شهری اوپورتو در ارتباط با کنتراست حرارتی و رطوبتی بین دریا-خشکی، توسعه سلول‌های گردش نسیم و جزیره گرمایی شهری اوپورتو در هر دو روز و مقیاس های فصلی
بدون دیدگاه