תפריט תחזית פורום כניסה
הצטרפותחברים
רביעי, 22.05.2019
י"ז אייר התשע"ט
סיזונט - דף הבית אודות כתבות ומאמרים גלרית תמונות סיזונפדיה תנאים והגבלות הצטרפות צור קשר
חדשות ועדכונים:

איי חום עירוני

את המאמר הבא שיכתב וערך ערן חדד!! אין להעתיק ללא רשות!!

אי החום העירוני היא תופעה שמתבטאת בגרדינט טמפרטורה שהולך וגדל במעבר משולי העיר אל מרכזה. מבחינה מספרית כמותית "אי החום העירוני" מבוטא כהפרש בין טמפרטורת המרחב הכפרי הפתוח לבין טמפרטורת העיר. יש להבחין בין "אי חום" שקשור לטמפרטורת האוויר (מה שהאדם חש), שבולט בשעות היום, לבין "אי חום" שקשור לטמפרטורת פני הקרקע (המשטח) שבולט בלילות חורף יציבים עם שמיים בהירים ורוח חלשה וללא אילוץ סינופטי חזק.

היווצרות "איי חום עירוניים" מאפיינת את המחצית השניה של המאה ה - 20 בכל הערים הגדולות והצפופות בעולם - שנגחאי, טוקיו, ווישנגטון, לוס אנג´לס, בולטימור, לונדון, תל-אביב, אטלנטה, מכסיקו סיטי וכו´.

תופעת אי החום העירוני נחקרה לראשונה באופן יסודי במחקרו של Chandler בלונדו במאי 1959. מרכז העיר לונדון היה חם ב 8-7 מ"צ ביחס למרחב הכפרי הפתוח. הלחות היחסית במרכז העיר היתה נמוכה יותר מזו שנמדדה במרחב הכפרי הפתוח הסובב את העיר (יחס הפוך בין טמפרטרוה לבין לחות יחסית). ההבדלים הללו נמדדו למרות שמדובר על מרחב הומוגני מבחינה טופוגרפית (אזור מישורי).

אי החום לא חייב להיות במרכז הגיאוגרפי של העיר ומיקומו מושפע מאופי העיר. אי החום ימוקם באזור בעל צפיפות בניה רבה ופעילות אנתרופוגנית (אנושית) רבה. לפעמים דווקא במרכז הגיאוגרפי של העיר יש פארק (שטח פתוח) ולכן אי החום יכול להיות ממוקם באזור אחר במרחב העירוני.

הגורמים העיקריים שתורמים להיווצרותו של "אי החום העירוני":

1. פליטת חום אנתרופוגני - פעילות תעשייתית, תנועת כלי רכב, צריכת אנרגיה למזגנים ולהסקה ביתית, תחנות כוח. כל הפעולות הללו כרוכות בייצור ובפליטת חום, אשר נאגר ומאוחסן בשעות היום בתוך מסת הבטון והאספלט בעיר, ומשתחרר בשעות הלילה בהיעדר אילוץ סינופטי (כלומר שאין רוח חזקה). מרכיב החום האנתרופוגני תלוי בגודל האוכלוסייה ומשקף את חיי החברה והכלכלה, את רמת החיים ואת הפעילות המסחרית והאנשוית בעיר.

2. חומרי הבניה העירוניים - ריבוי משטחי אספלט ומבני בטון בעלי קיבולת חום גבוהה. חומרים אלו אוגרים חום בשעות היום ופולטים אותו בשעות הלילה וע"י כך ממתנים את שיעור ההתקררות הקרינתית של העיר בלילה. העיר מתקררת בשעות הערב-לילה לאט יותר ובשיעור קטן יותר בהשוואה לשטח כפרי פתוח.

3. אלבדו (שיעור החזרת הקרינה) נמוך בעיר - כתוצאה מריבוי משטחים כהים במרחב העירוני (אספלט). האלבדו הנמוך בעיר נובע גם מהמורפולוגיה העירונית - כלומר ממבנה העיר שמכיל "מלכודות קרינה" (מכונות גם בשם "קניונים עירוניים") - בין מבנים סמוכים זה לזה וברחובות צרים. בתוך ה"קניונים" הללו נלכדת ונאגרת חלק מקרינת השמש. האוויר ב"קניון" מתחמם גם מקרינה ישירה וחלה שבירת זוית של קרני השמש והקרנים השבורות המוחזרות נקלטות שוב ע"י קירות המבנים.

4. צפיפות בניה גדולה ומסה גדולה של שטח בנוי - כתוצאה מכך הערך של "מקדם ראיית השמיים" - SVF - sky view factor - נמוך יותר בעיר מאשר במרחב הכפרי הפתוח. ערך נמוך של SVF מעיד על אלבדו עירוני נמוך (ראה סעיף 2) ולכן הפרש הטמפרטורה בין המרחב הכפרי לבין העיר יהיה גדול יותר, כלומר "אי חום" עירוני חזק.

5. צמחיה מעטה בעיר ומיעוט מקורות מים לאידוי - כמעט ולא מתקיים תהליך של המרת קרינת שמש לחום כמוס. רוב קרינת השמש נתורגמת בעיר לחום מוחשי ולטמפרטורות גבוהות יותר. היחס בין חום מחושי לבין חום כמוס מכונה "יחס בוהן" - ויחס זה בעיר גדול יותר מאשר במרחב הכפרי הפתוח ותמיד בעל ערך חיובי, כלומר תמיד החום המוחשי בעיר גבוה מהחום הכמוס.

6. זיהום אוויר גבוה מעל שטחים אורבניים - ריכוז גבוה של פחמן דו חמצני , תחמוצות חנקן, גופרית דו חמצנית ואירוסולים (חלקיקי פיח), אשר בולעים קרינה ארוכת גל (שמוחזרת מפני הקרקע, קרינה אינפרא אדומה). כלומר העיר מאבדת פחות קרינה ארוכת גל ונוצר מעין "אפקט חממהעירוני" שתורם לכך שהעיר היא אלמנט חם יותר ביחס לסביבתה. מיעוט הצמחיה תורם לכך שבאוויר מעל העיר יש ריכוז גבוה של פחמן דו חמצני.

7. הגדלת החיספוס של פני הקרקע העירונית - כתוצאה מריבוי מבנים. לכן זרימת האוויר איטית יותר (למעט מקרים מקומיים של הגברת הרוח באזורי "יניקת" אוויר מאחורי מבנים גבוהים). פוטנציאל האוירור של אזורים אורבניים צפופים נפגע וזה תורם להצטברות חום באותם אזורים, ובהם נאתר את "אי החום העירוני". העירבוליות נחלשת ולכן יש פחות פיזור ופחות הסעה של חום מוחשי.

* עוצמתו של "אי החום העירוני" אינה מושפעת מגודל השטח האורבני אלא מגודל האוכלוסייה וממידת הצפיפות של המבנים. לכן, גם בעיר המשתרעת על שטח קטן אך בעלת אוכלוסייה רבה וצפיפות מבנים רבה עשוי להתפתח אי חום עירוני. גודל האוכלוסייה זה פרמטר מאוד חשוב "שמקפל" בתוכו מספר רב של גורמים שתורמים להיווצרות "אי החום". אוכלוסייה רבה משמעותה מסה גדולה יותר של מבנים, צפיפות בניה רבה יותר, צריכת אנרגיה רבה יותר, ופליטה רבה יותר של חום אנתרופוגני ממזגנים וממכוניות.
ככל שהעיר בעלת אוכלוסייה רבה יותר כך אי החום העירוני שלה צפוי להיות גדול וחזק יותר ותידרש רוח חזקה יותר כדי לבטל ולהעלים אותו.

* ההשפעה הבולטת ביותר של שטח עירוני צפוף היא בהעלאת טמפרטורת המינימום בלילה (כתוצאה מ"אי החום"), ולכן משרע (הפרש) הטמפרטורה היממתי של העיר קטן יותר מזה של שטח פתוח.

** השפעות סביבתיות-כלכליות-ביולוגיות-מטאורולגיות של "אי החום העירוני":

1. פריחה מוקדמת של עצים ופרחים בעיר ועונת גידול ארוכה יותר.

2. הכבדת עומס החום באזורים קרובים לים (שבהם יש לחות רבה) או באזורים עם אקלים חם (באזור הטרופי והסובטרופי). כלומר הגדלת אי הנוחות האקלימית.

3. הפחתת הצורך בחימום בחורף, אבל הגדלת הצורך במיזוג אוויר בקיץ - ולכן הגדלת צריכת האנרגיה בקיץ. צורך רב במיזוג אוויר מגדיל את ההוצאות הכספיות של הציבור על אנרגיה, ומגדיל את רמת זיהום האוויר - יותר שריפה של דלקים פוסיליים (נפט, פחם) בתחנות כוח לצורך ייצור אנרגיה. תרומה להיווצרות "אפקט חממה עירוני". נוצר סינדרום של עומס חום כב דמלווה ברמה גבוהה של זיהום אוויר.

4. חשש להחמרת תופעת ה"ערפיח" בקיץ - מחקר בלוס אנג´לס מצא שעד לטמפרטרורה של 70 מעלות פרנהייט ריכוז הערפיח נמוך מסף הסטנדרט הלאומי, אולם על כל עליה של 1 מעלת פרנהייט ההסתברות לערפיח עולה ב 3%.

5. בליה ושחיקה מואצת של חומרי בניה והגדלת הליקויים במדרכות - העמידות של משטחים מרוצפים ושל מדרכות פוחתת ככל שהטמפרטרוה עולה, בשל הגדלת הדחיסות של החומרים בחום גבוה.

6. ירידה בשכיחות אירועי קיפאון בחורף - פחות שלג בעיר. לדוגמא בטוקיו ובלונדון. צמצום תקופת הקיפאון ב 3-2 שבועות ביחס לשטח הכפרי. יש לכך היבט חיובי באזורים קרים בקווי רוחב גבוהים (פחות צורך בהסקה בחורף, פחות שיבוש החיים, פחות תאונות, פחות פגיעה בקולטי שמש ובצינורות מים).

7. הגדלת כמות המשקעים (יותר אירועי ברד וסופות רעמים מעננות ערמתית) במורד הרוח היוצאת משטח עירוני - העיר תורמת חום (אנרגיה), קונבקציה וגרעיני התעבות (אירוסולים) שמסייעים ליצירת טיפות גשם גדולות בענן. העיר תורמת להגדלת אי היציבות של גוש האוויר העובר מעליה. עם זאת, יש לציין שמחקר אחר העלה את הסברה שדווקא ריבוי אירוסולים מעל לעיר יתרום להיווצרות עננות שכבתית בעלת טיפונות קטנות והמשמעות היא הפחתת כמות הגשם.

8. יותר אירועי ערפל בחורף, וגם משך הערפל בעיר ארוך יותר בשל ריבוי האירוסולים.

9. הפחתת מהירות הרוח בממוצע שנתי בעיר ב 30%-20%, והגדלת שכיחות מקרי ה"שקט" (רוח חלשה מאוד של פחות מ 5 קשר) ב 5% עד 20%. העליה בשכיחות מקרי השקט מאוד משמעותית - יותר זיהום אוויר, פחות איורור, פחות פיזור והסעה של חום מוחשי, הצטברות חום באזורים מסוימים בעיר והגדלת "אי החום העירוני".

10. הלחות היחסית הממוצעת בעיר פוחתת, כתוצאה מעליית הטמפרטרוה, אולם עומס החום לא פוחת בהרבה - משום שלמרות שהלחות יורדת, הטמפרטורה עולה.

11. סיכוי קטן ביותר להיווצרות אינברסיה קרינתית קרקעית מעל לעיר - בניגוד לשטח הכפרי הפתוח ששם יכולה בלילות חורף בהירים ויציבים להתפתח אינברסיה קרקעית, הרי שהעיר חמה יותר בשל "אי החום העירוני" ולכן בסיס האינברסיה הקרקעית של השטח הפתוח מועתק בעיר כלפי מעלה. בשכבה התחתונה בעיר (בניגוד לשטח כפרי פתוח9 יש בלילה מפל טמפרטרוה חיובי ולא אינברסיה, ויש לכך אפקט חיובי, שמעודד עירבוליות תרמלית ומיהול ופיזור מזהמים בנפח גדול יותר.

פתרונות אפשריים / אסטרטגיות מניעה וצמצום:

1. "ייעור העיר" - הגברת השימוש בצמחיה - ע"י כך ניתן להקטין את "יחס בוהן" - החום הכמוס בעיר יגדל והחום המוחשי יקטן. הצמחיה תיצור צל על קירות מבנים ותתרום לשיפור הנוחות האקלימית בעיר כולה ובתוך המבנים (משום שפחות קרינה תיקלט ע"י קירות המבנים החיצוניים), וע"י כך תצמצם את הצורך במיזוג אוויר. ניתן להשיג חיסכון באנרגיה. הצמחיה תתרום גם להפחתת זיהום אוויר בעיר ולהקטנת "אפקט החממה העירוני". התרומה של הצמחיה להורדת הטמפרטרוה בעיר ("אפקט אואזיס") גדולה יותר מתוספת הלחות על ידה, ולכן הגברת הצמחיה במרחב העירוני תסייע להפחתת עומס החום.
יש להעדיף נטיעה של עצים "רחבי נוף" שיתרמו להצללה של המשטחים מתחתם ולהורדת הטמפרטורה של המשטחים. עצים גבוהים ורחבי נוף עדיפים על משטחי דשא.

* "אפקט אואזיס" - שינוי התנאים המיקרואקלימיים באזור עם צמחיה - הורדת הטמפרטרוה והעלאת הלחות היחסית. חלק גדול יותר מקרינת השמש מתורגם לחום כמוס ופחות לחום מוחשי.

2. ריבוי במזרקות ובמים זורמים בעיר - יתרמו גם כן לשיפור "יחס בוהן". עם זאת, יש לציין שגופי מים רבים יותר בעיר לא יפחיתו את עומס החום בעיר בניגוד לצמחיה, משום שתורמת הלחות על ידם תהיה רבה ומשמעותי יותר מהורדת הטמפרטורה, וזה יכול להוות בעיה בערי חוף, דוגמת תל אביב.

3. העדפה לצבעים בהירים (לבנים) כדי להגדיל את האלבדו העירוני. מגרשי חניה לא חיבים להיות צבועים בצבע כהה. משטחים בהירים, המכונים"משטחים קרים" בעיר יכולים להוריד את הטמפרטורה הסביבתית ולהפחית את הסיכוי ל"ערפיח", וגם ישפרו את העמידות של אותם משטחים (פחות שחיקה ופחות ליקויים).

4. הימנוע מיצירת "מלכודות קרינה" - ע"י הקטנת צפיפות הבניה וע"י יצירת שטחים פתוחים בין המבנים (לדוגמא העדפה לגורדי שחקים שביניהם שטחים פתוחים). ע"י כך ניתן יהיה להגדיל את ערכו של SVF ולהפחית את הפרש הטמפרטורה שבין המרחב הכפרי הפתוח לבין העיר. צפיפות נמוכה של מבנים תתרום גם להגדלת פוטנציאל האיורור בעיר ולפיזור מזהמים וחום מוחשי.

5. תיכנון עירוני שינצל את "אי החום העירוני" לצורכי איורור - בלילות חורף יציבים ללא אילוץ סינופטי נוצר הפרש לחצים (תרמי) בין מרכז העיר החם, שבו לחץ נמוך יותר, לבין שולי העיר הקרים יותר שבהם לחץ גבוה יותר. יכולה להתפתח זרימת אוויר משולי העיר אל מרכזה - מנגנון דמוי בריזה, שמכונה "בריזה עירונית". אם מתכננים את העיר נכון ומאפשרים פרוזדורי זרימה חופשיים של אוויר משולי העיר אל מרכזה אז ניתן יהיה לנצל את "הבריזה העירוני" לצורך איורור ולצורך פיזור חום מוחשי ומזהמים.

6. צמצום מקורות החום האנתרופוגני - לדוגמא הגברת שימוש בתחבורה ציבורית ופחות כלי רכב פרטיים.

7. שימוש בגינות בגגות - גם תרומה אסטטית וגם הגברת הבידוד של הדירה / הבניין - פחות חימום ביום ופחות קירור בלילה וע"י כך חיסכון בצריכת אנרגיה (ופחות פליטת חום ממזגנים).

* כבישים הם המרכיב החם ביותר בעיר בשעות היום ובשעות הלילה. יש הבדל בין רחובות ראשיים לרחובות משניים - הרחובות הראשיים חמים יותר בשל שני גורמים עיקריים:
א. בכביש ראשי עומס תנועה רב יותר ולכן אלבדו שלהם קטן יותר.
ב. בכביש משני יותר הצללה מקירות מבנים משום שהוא צר יותר.

* צמתים חמים יותר מאשר כבישים בשל נזילות שמן מכוניות וחיכוך רב יותר של צמיגים בצומת - ולכן שיעור אלבדו של הצומת קטן יותר.

** לסיום, יש לציין כי במרחב העירוני יכולים להתהוות גם "איי קור" בשעות היום - מנגנון הפוך לזה של אי חום. ב"אי קור| טמפרטרות המשטח / הקרקע בעיר נמוכה יותר -אזורים שנתונים כל היום להצללה ע"י עצים או ברחוב צר / "קניון" עירוני, או באזורים עם קיבולת חום נמוכה ואזורים בעלי מוליכות תרמית גבוהה.

ע ר ן חדד - סיזנט. אין להעתיק או לעשות בו שימוש ללא רשות!!

המאמר הנ"ל מבוסס על חומר מתוך ספרו של OKE 1987 ועל מאמר של ד"ר הדס סערוני מאוניברסיטת ת"א.

נעשה באהבה ע"י © כל הזכויות שמורות 2019 
ההודעה נשלחה בהצלחה!
נציגנו ישובו אליכם בהקדם, תודה