У містах по всьому світу дерева є часто саджають щоб контролювати температуру та зменшувати вплив "міський острів тепла”. Але поки дерева називали "кондиціонери природи", На практиці, вченим часто виникають труднощі демонструвати свої охолоджуючі властивості.

Найбільш очевидним способом вимірювання ефекту охолодження дерев було б порівняння температури повітря в парках з тією, що на сусідніх вулицях. Але цей метод часто придумують невтішні результати: навіть у великих паркових листях денна температура повітря зазвичай нижча за 1 ° C, ніж на задушливих вулицях, а вночі температура в парках насправді може бути вищою.

Щоб пояснити це протиріччя, нам потрібно чіткіше подумати про фізику теплових потоків у наших містах та масштаб вимірювань, які ми проводимо.

Тінисті дні

Теоретично дерева можуть допомогти забезпечити охолодження двома способами: надаючи тінь і через процес, відомий як евапотранспірація. Місцево, дерева забезпечують більшу частину свого охолоджуючого ефекту за допомогою затінення. Наскільки тепло ми відчуваємо насправді, менше залежить від місцевої температури повітря, а більше від того, скільки електромагнітного випромінювання ми випромінюємо та поглинаємо з нашого оточення. Навіс дерева діє як парасоль, блокуючи його до 90% сонячного випромінювання та збільшення кількості тепла, яке ми втрачаємо для оточення, охолоджуючи землю під нами.

Тінь охолоджує землю. Роланд Еннос, Автор надано

Все, тінь, яку надають дерева, може знижувати нашу фізіологічно еквівалентну температуру (тобто наскільки теплим ми відчуваємо наше оточення) між сім і 15 ° C, залежно від нашої широти. Тож не дивно, що в розпал літа люди кидаються на смачну прохолоду тіні, яку забезпечують лондонські парки, паризькі бульвари та середземноморські площі.

Дерева також можуть охолоджувати будівлі - особливо, коли їх садять на схід чи захід - оскільки їх відтінок не дозволяє сонячній радіації проникати у вікна або нагрівати зовнішні стіни. Експериментальний дослідження та моделювання досліджень в США показали, що тінь з дерев може знизити витрати на кондиціонування будинків, що знаходяться в будинку, на 20% до 30%.

Але кондиціонування в деяких місцях частіше, ніж в інших: наприклад, поки три з чотирьох В австралійських домогосподарствах є кондиціонер, вони набагато рідше зустрічаються в Північній Європі, що робить населення там більш вразливим до шкоди міської спеки. Під час європейської теплової хвилі 2003 відбулися На 70,000 зафіксовано більше смертей, порівняно з еквівалентними прохолодними періодами. Нам потрібно терміново провести більше досліджень, щоб з’ясувати, скільки тіні від дерев може охолодити терасові будинки та багатоквартирні будинки, де живе стільки менш заможних людей.

Збиття тепла

Дерева також можуть бути використані для вирішення більшої проблеми: міський острів тепла. У періоди спокійної, сонячної погоди, температура повітря міст можна підняти вище за навколишню сільську місцевість до 7 ° C, особливо вночі. У містах тверді темні асфальтові та цегляні поверхні поглинають майже все надходить від сонця короткохвильове випромінювання, підігрівати між 40 ° C і 60 ° C, і зберігання енергії, яка потім виділяється у повітря протягом ночі, коли вона може опинитися в пастці у вузьких вуличних каньйонах.

Евапотранспірація в дії. Роланд Еннос, Автор надано

Міські дерева можуть протистояти цьому процесу, перехоплюючи випромінювання ще до того, як воно потрапить у землю, та використовуючи енергію для випаровування. Евапотранспірація виникає, коли сонячні промені потрапляють на балдахін дерев, внаслідок чого вода випаровується з листя. Це охолоджує їх - так само, як пітливість охолоджує нашу шкіру - тим самим зменшуючи кількість енергії, що залишається для прогріву повітря.

Ефекти евапотранспірації можна кількісно оцінити двома способами. По-перше, ви можете виміряти температуру навісу дерева, яка є як правило, набагато прохолодніше ніж побудовані поверхні - лише від 2 ° C до 3 ° C вище температури повітря. На жаль, ми не можемо реально стверджувати, що ця різниця температур є свідченням потужності охолодження; листя було б прохолодніше, ніж побудовані поверхні, навіть якщо б вони не втрачали воду, оскільки вони більш ефективно охолоджуються конвекція.

Кращий метод - це обчислити ефект охолодження дерева безпосередньо, вимірявши, скільки води воно втрачає. Це можна зробити, вимірявши потік соку вгору по його стовбуру або втрату води з одиночного листя. Ці методи показують, що деревні навіси можуть перенаправляти понад 60% надходить випромінювання на випаровування. Навіть невелике (4m високе) грушеве дерево груші - поширений вид у Північній Європі - може забезпечити довкола 6kW охолодження: еквівалент двох невеликих кондиціонерних установок.

Але є улов: дерева забезпечують цей охолоджуючий ефект лише тоді, коли вони добре ростуть. Вимірюючи втрати води з окремих листя, ми показали що більш рідкісні, повільно зростаючі сливи та краби яблунь забезпечували лише чверть охолоджуючого ефекту груш Калерії. Більше того, ефективність дерев може бути значно знижена, якщо умови вирощування погані. Ми виявили, що транспірація груш Калера може бути зменшена в п’ять разів, якби коріння росли через ущільнений або погано провітрюваний ґрунт. Набагато більше досліджень потрібно щодо відносної продуктивності великих та малих дерев, незалежно від того, посаджені вони на вулицях чи в парках.

Однією останньою складністю при розробці потужності охолодження дерев є визначення того, наскільки випаропередача даного дерева фактично знизить температуру повітря. Як це часто в науці, потрібен підхід моделювання, коли разом працюють фізики, інженери та біологи. Нам потрібно поставити реалістичні дерева в детальні регіональні кліматичні моделі, які можуть імітувати складні щоденні руху повітря та енергії через місто. Тільки тоді ми можемо визначити регіональні переваги міського лісу та розробити, як використовувати дерева, щоб зробити наші міста прохолоднішими та приємнішими місцями для проживання.

про автора

Роланд Еннос, професор біомеханіки Університету Галла. Його цікавлять способи взаємодії організмів з фізичним світом, зокрема їх конструкція. Він досліджував механічну конструкцію крил комах та кореневих систем рослин та механічний захист трав, але останнім часом особливо захоплюється деревиною.

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon