О проекте

Вход на сайт

Поиск

Каждый из нас как минимум раз задавался вопросом, прослушав очередной выпуск прогноза погоды: «А что же, все-таки, мне надеть?» И это понятно – одна и та же температура воздуха будет по-разному ощущаться в зависимости от влажности воздуха, скорости ветра, да и собственно нашего занятия на открытом воздухе. Бежать кросс всегда жарче, нежели проверять электронную почту в тени деревьев. Совокупность метеорологических показателей в том или ином сочетании и формирует климатическую комфортность – то есть ощущение того, насколько жарко или холодно ощущает себя человек в окружающей среде.

С потеплением климата, которое сейчас весьма активно проявляется и на территории России, пришла и другая напасть – «тепловые волны». А население России очень легко подвергается термическому стрессу – ведь генетически мы, все-таки, больше северные жители.

Таким образом, для комфортного проживания населения появляется новая проблема: оценка и прогнозирования термического воздействия окружающей среды на человеческий организм в летний период. Особенно важно оценивать термический комфорт именно в городах – с одной стороны там проживает большее количество населения, а с другой – в городах летом жарче, нежели в пригородах, из-за хорошо известного климатологам явления – городского острова тепла.

 

Как мы это оценивали

С развитием метеорологии появляются новые способы и методы оценивать комфортность нахождения человека в различных климатических условиях. Однако единой методики оценки климатической комфортности в России пока нет. Более того, все отечественные индексы комфортности главным образом «холодовые» – то есть говорят нам о том, при каком сочетании метеопараметров мы замерзнем. Это и понятно: традиционно индексы комфортности использовались для планирования работ в суровых районах, к примеру, Крайнего Севера.

Одним из наиболее современных зарубежных способов оценки климатической комфортности в летний период является расчет физиологически-эквивалентной температуры (Physiological Equivalent Temperature или PET, Matzarakis et.al, 1999). Он широко применяется в странах континентальной Европы, особенно в Германии. Такой расчет производится с помощью модели теплового баланса организма человека и может учитывать личностные параметры – рост, вес, пол, возраст, физическая активность и характер одежды. Традиционно PET определяют как температуру воздуха, при которой для обычных комнатных условий тепловой баланс человеческого тела остается неизменным со значениями температуры внутренних органов и температуры кожи для данной ситуации. То есть, проще говоря, вся совокупность метеорологических параметров приводится к одному – температуре, которую бы ощущал человек, находясь в комнате при привычных условиях.

За «обычные комнатные» условия принимают:

  • отсутствие прямых солнечных лучей;
  • скорость ветра – 0,1 м/с;
  • парциальное давление водяного пара в воздухе – 12 гПа.

То есть спокойную и уютную обстановку.

Кстати, это абсолютно не означает, что данный индекс не применяется для открытых пространств – наоборот, именно с его помощью человек может сопоставить ощущения на открытом воздухе с привычными ему комнатными условиями.

 

Как мы это считали

В современных биометеорологических исследованиях, проводимых как за рубежом, так и в России, используется модель RayMan (Matzarakis, Rutz 2005). Данная модель широко применяется в работах, посвященных оценке комфортности для туризма. Особенно удобно применение этой модели или программного обеспечения, как называют его создатели, в исследованиях, проводимых в условиях города. Модель RayMan учитывает расположение близлежащих к точке строений и подходит для использования на локальном и региональном уровнях. Производится расчет температуры излучения, средних радиационных потоков и биометеорологических индексов в конкретной точке в конкретный момент времени. Вообще, модель RayMan позволяет рассчитать радиационные потоки, влияние облачности и различных элементов городского ландшафта на потоки коротковолновой радиации, тем самым позволяя рассчитать температуру излучения, являющейся летом основным метеорологическим фактором, влияющим на уравнение энергетического баланса человека, т.е. потерю или приобретение человеческим телом тепла. Общий вид диалогового окна приведен на рис.1.

Рис. 1 Интерфейс программного обеспечения RayMan.

Минимальным набором входных данных для модели являются: дата, время, широта и долгота рассматриваемой точки, её высота над уровнем моря, номер действующего на данной территории часового пояса, температура воздуха, относительная влажность воздуха, скорость ветра, балл облачности.

Охватить всю территорию России можно только проведя унифицированный расчет по максимальному количеству городов, для которых доступны климатологические данные. До сих пор существовали лишь единичные расчеты для отдельных городов и регионов, например, Москвы. Поэтому в рамках проекта впервые для территории России мы разработали и реализовали пакетный расчет характеристик комфортности.

Однако здесь возникают и сложности: для пакетного расчета комфортности наибольшие требования предъявляются к качеству входных метеорологических данных: при малейшем отклонении от стандарта в работе диагностической модели Rayman просто наступит сбой, который остановит расчет при столкновении с первым же ошибочно оформленном входном параметре. Остальные данные (например, температура поверхности почвы) не являются критичными – их наличие способно увеличить точность расчета итоговых показателей комфортности, но без них пакетный расчет не остановится.

В качестве источника открытых метеорологических данных был выбран портал «Расписание Погоды» : http://rp5.ru. Это не избавило от основной проблемы организации подобного пакетного расчета – зависимости от качества исходных метеорологических данных. Данные «Расписания Погоды» предоставляются «as is», несмотря на строгую структуру, формат записи может порой сильно отличаться от канонического, что затрудняет его автоматическую обработку (возможной причиной является перекодировка метеоданных, непосредственно приходящих из сети АКСОПРИ (автоматизированного комплекса получения метеоинформации) в форматы .xls и .csv). Данное утверждение справедливо как для данных наблюдений в аэропортах (METAR), так и для наблюдений на метеорологических станциях (WMO). Поскольку формат данных неодинаков, все вспомогательные утилиты были написаны в двух экземплярах: для формата METAR и WMO.

В итоге для получения средних значений для каждого города была реализована следующая технологическая цепочка решений (рис 2):

Рис 2. Технологическая цепочка получения осредненных по времени показателей комфортности из открытых метеорологических данных. Блоки синего цвета написаны на языке Visual Basic (макрос Excel), фиолетового – на языке Fortran 95, зеленым отмечена непосредственно диагностическая модель Rayman Pro. Среднее вычислительное время расчета цепочки для пятилетнего ряда данных – 15 мин.

Для расчета показателей комфортности в летний период в городах России мы выбрали 2010-2014 годы с наиболее полными открытыми метеорологическими данными. Всего проанализировано 368 летних дней (период с 01 июня по 31 августа) для 133 городов с населением свыше 100 тыс. человек. Полученные первичные значения для каждого дня в дальнейшем были осреднены за весь период.

 

Что мы получили

На нашей карте комфортности мы демонстрируем средние дневные условия термического комфорта для городов России при условии летней формы одежды (шорты и футболка). То есть, карта показывает, насколько комфортно будет вашему организму, если летом вы решитесь прогуляться в дневное время в выбранном вами городе, будучи одетым по-летнему. Это сделано впервые для такого количества городов, при этом соблюдены общепринятые для данной методологии градации степени комфорта (табл. 1).

Таблица 1. Соответствие значений индекса PET ощущениям человека. Данные градации теплоощущений и классов физиологического воздействия применимы для среднестатистического европейского мужчины (рост 175 см, вес 75 кг, возраст 35 лет)

Индекс PET (оС) Теплоощущение человека Класс физиологического воздействия
-∞ - 4 крайне холодно экстремальный холодовой стресс
4 - 8 очень холодно сильный холодовой стресс
8 - 13 холодно умеренный холодовой стресс
13 - 18 прохладно слабый холодовой стресс
18 - 23 комфортно отсутствие теплового воздействия
23 - 29 умеренно тепло легкое тепловое воздействие
29 - 35 тепло умеренное тепловое воздействие
35 - 41 жарко сильное тепловое воздействие
41 - +∞ очень жарко экстремальное тепловое воздействие

И действительно, в Махачкале вам будет в общем случае жарко, в Москве – умеренно тепло, в Санкт-Петербурге комфортно, а в Архангельске – прохладно. В Анадыре же будет холодно, и, скорее всего, придется переодеться.

Летом жара одинаково ощущается (умеренно тепло) как в резко континентальном климате (Улан-Удэ), так и в муссонном (Владивосток). Традиционно холодно в арктических городах (Мурманск, Воркута) и тепло в Южном федеральном округе (Астрахань, Элиста, Таганрог).

Порой города, расположенные практически рядом, но обладающие разным характером застройки могут попадать по результатам летних расчетов в разные градации теплового комфорта. Это наглядно подтверждает тот факт, что в конечном итоге грамотное планирование может сделать комфортной среду в летний период даже в жарких южных городах.

 

Ссылки

  1. Matzarakis A, Mayer H, Iziomon MG (1999) Applications of a universal thermal index: physiological equivalent temperature. Int J Biometeorol 43:76–84
  2. Matzarakis A, Rutz F (2005) Application of RayMan for tourism and climate investigations. Ann Meteorol 41(2):631–636