В 2022-2024 годах в рамках проекта РНФ № 22-77-10018 «Изучение теплового поля подземной среды мегаполиса в условиях меняющегося климата по геотермическим данным» сотрудники Института геофизики УрО РАН провели исследования подземного городского острова тепла Екатеринбурга на основе годового цикла температурных измерений в наблюдательных скважинах города и окрестностей. Местоположение скважин и данные термометрии представлены на интерактивной карте.
Для сопоставления полученной картины пространственного распределения подземных температур с характеристиками городской среды была составлена карта локальных климатических зон Екатеринбурга. Анализ показал, что подземный остров тепла гораздо более изменчив в сравнении с локальными климатическими зонами, и в значительной степени определяется локальными факторами – положением скважины по отношению к отдельному зданию, типом городского покрытия над скважиной, близостью к водоему и пр., то есть, характеристиками участка поверхности, меньшего по размерам, чем локальная климатическая зона.
Карта локальных климатических зон Екатеринбурга и местоположение скважин (интерактивные метки, информация доступна по нажатию)
Красный – здания выше 10-ти этажей; строительные материалы – бетон, сталь, камень, стекло; земельный покров в основном заасфальтирован; оранжевый – здания средней этажности (3–9 этажей); каменные, кирпичные, плиточные и бетонный строительные материалы; земельный покров в основном заасфальтирован; желтый – открытая планировка малоэтажных домов (1–3 этажа); строительные материалы – дерево, кирпич, камень, плитка, бетон; обилие вопопроницаемого наземного покрова (низкие растения, кустарники, редкие деревья); серый – малоэтажные и среднеэтажные промышленные сооружения (башни, резервуары, трубы); металлические, стальные и бетонные строительные материалы; мало или нет деревьев; земельный покров в основном замощён или утрамбован; темно-зеленый – ландшафт с густым лесом из лиственных и/или вечнозеленых деревьев; наземный покров водопроницаемый; функция зоны – естественный лес, выращивание деревьев или городской парк; салатовый – открытое расположение кустарников и низкорослых деревьев; водопроницаемый почвенный покров; функция зоны – природные или сельскохозяйственные территории; синий – открытые водоемы.
|
Фоновые температуры на участках за пределами Екатеринбурга (Дегтярск, пос. Гагарский, Верхняя Сысерть) на глубине 20 м составляет 5.5 ºС (стандартное отклонение – 0.12 ºС). Температуры подземной среды Екатеринбурга превышают фоновые (рис. 1, 2). Наиболее высокие температуры (выше 10 °C на глубине 20 м) наблюдаются в скважинах, расположенных вблизи зданий или непосредственно в них. Тепловое поле подземной среды под зданиями и рядом с ними характеризуется отрицательным геотермическим градиентом (-0.13 – -0.05 К/м) и положительной аномалией среднегодовой температуры (до 7 К – на глубине 10 м, до 3.5 К – на 50 м) относительно фоновых значений. Величина температурной аномалии и глубина ее проникновения зависят от размера здания и времени его эксплуатации. На температуру земной поверхности вне зданий влияют теплотрассы и подводящие коммуникации, контрастные тепловые свойства покрывающих поверхностей, искажение самими зданиями естественной инсоляции (области тени с северной стороны и дополнительная отраженная радиация с южной стороны здания). На открытых городских пространствах вдали от зданий наблюдаются умеренные аномалии (подземные температуры от 6 до 10 °C), связанные с городским климатом, и небольшие (10–20 К/км) положительные или отрицательные температурные градиенты. Фоновые (менее 6°C) температуры наблюдались во всех скважинах, расположенных на окраинах и в лесопарковых зонах. Аномальное температурное поле города можно выразить и в терминах теплосодержания (Таблица). Наиболее значительные изменения теплосодержания в интервале 10–50 м связаны с утечками тепла из подвалов зданий (23–46) × 107 Дж/м2. Однако такое, на первый взгляд, значительное количество тепла составляет лишь сотые доли процента тепловой энергии, израсходованной на отопление. Скважины с умеренно аномальными (<10°С) температурами на глубине 20 м в том же интервале накопили около 27 × 107 Дж/м2, а скважины с фоновыми температурами – не более 5 × 107 Дж/м2 – исключительно за счет глобального потепления. |
Рисунок 1. Вертикальное распределение среднегодовых температур в скважинах, пробуренных в г. Екатеринбург и окрестностях
Рисунок 2. Аномалии среднегодовой температуры на глубине 20 м в Екатеринбурге |
Таблица. Изменение теплосодержания пород, ×107 Дж/м2 (для габбро ρ = 2980 кг/м3, С = 720 Дж/(кг К))
|
Скважина |
Интервал, м |
||||
|
0–10 |
10– 20 |
20–50 |
10–50 |
50–200 |
|
|
Теор. климат – В.Дуброво |
4.2 |
3.6 |
6.4 |
10.0 |
5.0 |
|
Теор. климат – Екатеринбург |
5.7 |
5.0 |
9.3 |
14.3 |
7.4 |
|
ВС-180 |
1.0 |
1.6 |
2.6 |
0.9 |
|
|
ИГФ-280 |
7.6 |
15.2 |
22.8 |
6.1 |
|
|
ИГФ-60 |
1.7 |
3.7 |
5.4 |
||
|
2015 |
8.8 |
1.6 |
2.8 |
4.4 |
|
|
1286 |
17.7 |
14.7 |
31.4 |
46.1 |
|
|
1281 |
17.5 |
11.4 |
20.2 |
31.6 |
|
|
Усредненная термограмма по скв. 1432, 1434, 11, 1280 |
7.4 |
20.0 |
27.4 |
||
Более подробную информацию о результатах исследования Вы можете найти в работах:
- Демежко Д.Ю., Горностаева А.А., Хацкевич Б.Д., Вдовин А.Г., Факаева Н.Р. Подземный городской остров тепла Екатеринбурга // Литосфера. 2024. Т. 24 № 3. С. 566–581. https://doi.org/10.24930/2500-302X-2024-24-3-566-581
- Горностаева А.А., Демежко Д.Ю., Хацкевич Б.Д., Вдовин А.Г., Факаева Н.Р. Влияние зданий на подземное тепловое поле г. Екатеринбург // Геофизические процессы и биосфера. 2024. Т. 23, № 2. С. 12–24. https://doi.org/10.21455/GPB2024.2-2
-
Переводная версия: A.A. Gornostaeva, D.Yu. Demezhko, B.D. Khatskevich, A.G. Vdovin, N.R. Fakaeva Influence of Buildings on the Subsurface Thermal Field of the City of Yekaterinburg // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2024, V. 60, No. 8. P. 884–895. DOI: 10.1134/S0001433824701299