The model of “heat island” of urbanized territories and its transformation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The issue of the formation of a “heat island”, characterized by active thermal and aerodynamic characteristics in the air zone of the urban surface layer of the atmosphere of the “heat island” is considered. The study of the thermal regime of the city, based on local climatic and environmental data, is the most urgent task in the formation and transformation of the “urban heat island”. The conditions of a comfortable human stay in cities located in southern latitudes are inextricably linked with radiation exposure under the influence of solar radiation, which are aggravated by the influence of the “heat island”. Compilation of a model of transformational changes in the air dome of the “heat island”, as well as the dependence of transformation on various types of morphotypes of the active surface of urban infrastructure is the main objective of this study.Methods and materials. Based on the generalization of a number of results of meteorological, climatic, microclimatic and thermophysical studies, a software package was developed to study the process of formation and transformation of the “heat island”. The data was used in the form of satellite images from the Landsat-8 spacecraft with a TIRS sensor.Results. The analysis of the results of theoretical studies and calculations of the formation and transformation of the thermal envelope of an urban area using computer modelling showed the dependence of the qualitative and quantitative thermodynamic and aerodynamic characteristics of the “heat island” and the turbulence coefficient. It is established that the turbulence coefficient directly affects the transformation of the dome of the “heat island” in the direction of movement of the main wind flow. At the same time, the higher the coefficient, the more dynamic the transformation of the dome along the length X and height Z.Conclusions. The developed methodology of qualitative and quantitative assessment of the heat and wind regime of the urban “heat island” model and its transformation allows preliminary forecasting and assessment of the temperature field of the thermal air envelope of the urban environment. A model of transformational changes in the air dome of the “heat island” with various morphotypes of the active surface of the urban infrastructure is compiled.

About the authors

A. I. Giyazov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: adham52@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2471-5065
SPIN-code: 9800-5187

O. N. Sokolskaya

Kuban State Technological University (KubSTU)

Email: ons33@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4089-3598
SPIN-code: 6999-4101

References

  1. Oke T.R. City size and the urban heat island // Atmospheric Environment (1967). 1973. Vol. 7. Issue 8. Pp. 769–779. doi: 10.1016/0004-6981(73)90140-6
  2. Bosma C., Hein L. The climate and land use change nexus: implications for designing adaptation and conservation investment strategies in Sub-Saharan Africa // Sustainable Development. 2023. Vol. 31. Issue 5. Pp. 3811–3830. doi: 10.1002/sd.2627
  3. Baykara M. An assessment of long-term urban heat island impact on Istanbul’s climate // International Journal of Environment and Geoinformatics. 2023. Vol. 10. Issue 2. Pp. 40–47. doi: 10.30897/ijegeo.1230381
  4. Huang K., Leng J., Xu Y., Li X., Cai M., Wang R. et al. Facilitating urban climate forecasts in rapidly urbanizing regions with land-use change modeling // Urban Climate. 2021. Vol. 36. P. 100806. doi: 10.1016/j.uclim.2021.100806
  5. Rao P., Tassinari P., Torreggiani D. Exploring the land-use urban heat island nexus under climate change conditions using machine learning approach: a spatio-temporal analysis of remotely sensed data // Heliyon. 2023. Vol. 9. Issue 8. P. e18423. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e18423
  6. Miner M.J., Taylor R.A., Jones C., Phelan P.E. Efficiency, economics, and the urban heat island // Environment and Urbanization. 2017. Vol. 29. Issue 1. Pp. 183–194. doi: 10.1177/0956247816655676
  7. Degerli B.C., Cetin M. Evaluation of UTFVI index effect on climate change in terms of urbanization // Environmental Science and Pollution Research. 2023. Vol. 30. Issue 30. Pp. 75273–75280. doi: 10.1007/s11356-023-27613-x
  8. Giannaros C., Agathangelidis I., Papavasileiou G., Galanaki E., Kotroni V., Lagouvardos K. et al. The extreme heat wave of July–August 2021 in the Athens urban area (Greece): Atmospheric and human-biometeorological analysis exploiting ultra-high resolution numerical modeling and the local climate zone framework // Science of The Total Environment. 2023. Vol. 857. P. 159300. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.159300
  9. Данилина Н.В., Власов Д.Н. «Здоровый» город как базовая концепция территориального развития // Экология урбанизированных территорий. 2020. № 2. С. 112–119. doi: 10.24411/1816-1863-2020-12112. EDN KDYVWS.
  10. Алексеева Л.И., Горлач И.А., Кислов А.В. Вертикальная структура и сезонные особенности «острова тепла» и распределения влажности над Москвой по спутниковым данным // Метеорология и гидрология. 2019. № 8. С. 107–118. EDN EEYWIE.
  11. Гиясов А., Сокольская О.Н. Формирование городской застройки с учетом экологических факторов атмосферной среды в жарких маловетреных и штилевых климатических условиях : монография. Краснодар : ПринтТерра, 2016. 140 с. EDN WLTSOP.
  12. Ле М.Т., Бакаева Н.В. Формирование средо-защитных объектов городской среды для условий жаркого и влажного климата // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 9. С. 52–59. doi: 10.33622/0869-7019.2021.09.52-59. EDN GROODL.
  13. Матвеев Л.Т., Матвеев Ю.Л. Формирование и особенности «острова тепла» в большом городе // Доклады Академии наук. 2000. Т. 370. № 2. С. 249–252. EDN YNRFIR.
  14. Мохов И.И. Связь интенсивности «острова тепла» города с его размерами и количеством населения // Доклады Академии наук. 2009. Т. 427. № 4. С. 530–533. EDN KPTVAT.
  15. Бакаева Н.В., Черняева И.В. Алгоритм оценки градостроительной деятельности на основе принципов биосферной совместимости // Градостроительство и архитектура. 2019. Т. 9. № 2 (35). С. 5–14. doi: 10.17673/Vestnik.2019.02.1. EDN TAIUHV.
  16. Кузнецова И.Н., Брусова Н.Е., Нахаев М.И. Городской «остров тепла» в Москве: определение, границы, изменчивость // Метеорология и гидрология. 2017. № 5. С. 49–61. EDN YNWCKX.
  17. Демин В.И. О роли антропогенных и естественных факторов в оценке городского «острова тепла» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 25–33. doi: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-25-33. EDN QKMWZD.
  18. Оленьков В.Д., Бирюков А.Д., Сухоруков В.А. Использование данных дистанционного зондирования земли для построения карты городского «острова тепла» // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования Российской академии архитектуры и строительных наук по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2019 году : сб. науч. тр. РААСН. 2020. С. 286–294. EDN JYFGGF.
  19. Балдина Е.А., Константинов П., Грищенко М., Варенцов М. Исследование городских «островов тепла» с помощью данных дистанционного зондирования в инфракрасном тепловом диапазоне // Земля из космоса: наиболее эффективные решения. 2015. № S. С. 38–42. EDN UIQLYF.
  20. Faurie C., Varghese B.M., Liu J., Bi P. Association between high temperature and heatwaves with heat-related illnesses : a systematic review and meta-analysis // Science of The Total Environment. 2022. Vol. 852. P. 158332. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.158332
  21. Cecilia A., Casasanta G., Petenko I., Conidi A., Argentini S. Measuring the urban heat island of Rome through a dense weather station network and remote sensing imperviousness data // Urban Climate. 2023. Vol. 47. P. 101355. doi: 10.1016/j.uclim.2022.101355
  22. Erdem Okumus D., Terzi F. Evaluating the role of urban fabric on surface urban heat island: the case of Istanbul // Sustainable Cities and Society. 2021. Vol. 73. P. 103128. doi: 10.1016/j.scs.2021.103128
  23. Meili N., Paschalis A., Manoli G., Fatichi S. Diurnal and seasonal patterns of global urban dry islands // Environmental Research Letters. 2022. Vol. 17. Issue 5. P. 054044. doi: 10.1088/1748-9326/ac68f8
  24. Исаков С.В., Шкляев В.А. Определение суммарного влияния антропогенноизменных поверхностей на возникновение эффекта «городского острова тепла» с использованием геоинформационных систем // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. № 1 (162). С. 178–182. EDN RWUDXJ.
  25. Chander G., Markham B.L., Helder D.L. Summary of current radiometric calibration coefficients for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI sensors // Remote Sensing of Environment. 2009. Vol. 113. Issue 5. Pp. 893–903. doi: 10.1016/j.rse.2009.01.007
  26. Khorrami B., Heidarlou H.B., Feizizadeh B. Evaluation of the environmental impacts of urbanization from the viewpoint of increased skin temperatures: a case study from Istanbul, Turkey // Applied Geomatics. 2021. Vol. 13. Issue 3. Pp. 311–324. doi: 10.1007/s12518-020-00350-3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».