خورشيد، كه تنها منبع گرمائي خارج كره زمين است، تابش خود را به صورت پرتوهاي كوتاه‌موج مرئي و پرتوهاي فرابنفش UV به سوي زمين گسيل مي‌كند. از پرتوهاي رسيده حدود 25% توسط جو جدب شده و 25% توسط سطوح فوقاني ابرها به سوي فضا بازتابش مي‌شوند. بقيه اين پرتوها در زمين جذب شده و سطح آن را گرم مي‌كند. زمين مقدار قابل توجهي از انرژي دريافت شده از خورشيد را به فضا تشعشع مي‌كند. اما از آنجاييكه زمين از خورشيد بسيار سردتر است، بنابراين انرژي دوباره گسيل شده به فضا هم به مراتب ضعيف‌تر است. مطابق قانون استفان-بولتزمن، اين پرتوها به صورت فروسرخ(گرمايش)، تشعشع مي‌شوند.

گازهاي گلخانه‌اي همچون بخارآب، دي‌اكسيدكربن، متان و اكسيدهاي نيتروژن پرتوهاي فروسرخ تشعشع شده از سطح زمين را فراچنگ مي‌آورند. جو زمين همانند شيشه‌هاي گلخانه عمل مي‌كند، اجازه مي‌دهد كه پرتوهاي با طول موج كوتاه وارد شوند اما جلوي خروج پرتوهاي با طول موج بلند را مي‌گيرد. اين روند موجب افزايش دماي جو مي‌شود كه اثر گلخانه‌اي ناميده مي‌شود. جو باعث مي‌شود كه دماي كنوني زمين (با ميانگين 15 درجه سانتيگراد) 33 درجه گرمتر از حالت بدون جو باشد. براي نمونه در كره ماه كه جو وجود ندارد، ميانگين دمائي سطح آن 18 درجه سانتيگراد با اختلاف درجه بيشينه و كمينه بسيار زياد است.

عوامل تاثيرگذار بر اقليم

آب و هواي كره زمين، هنگامي‌كه انرژي ذخيره شده در سيستم اقليمي تغيير كند، دگرگون مي‌شود. مهمترين تغيير هنگامي رخ مي‌دهد كه تعادل انرژي كلي ميان انرژي وارد شده از سوي خورشيد و گرماي خارج شده از زمين برهم بخورد. براي نگهداري اين تعادل چند راهكار (مكانيزم) طبيعي، براي نمونه افت‌وخيز مدار زمين، دگرگوني در چرخه اقيانوس‌ها و تغيير تركيب جو زمين، در كارند. در دوران كنوني تغيير تركيب جو زمين نه با عوامل طبيعي بلكه به وسيله آلودگي‌هاي حاصل از فعاليت‌هاي صنعتي بشر تغيير يافته، كه از همه فراگيرتر گازهاي گلخانه‌اي و هواويزها (ذرات معلق در هوا) هستند. دانشمندان در مورد تعادل جهاني انرژي هشدار مي‌دهند كه در نهايت باعث برهم خوردن مكانيزم تغيير اقليم مي‌گردد. اين فرآيند را Climate Forcing  ناميده‌اند. تغيير در اقليم، تغيير در ميزان آلاينده ها، به ويژه ازن و دي اكسيد گوگرد در نقاط خاص، را به دنبال دارد.

گاز ازن در سطح زمين

ازن چيست؟

ازن يك مولكول اكسيژن است كه به جاي دو اتم O سه اتم O دارد. تشكيل اين گاز در استراتوسفر، در اثر فرايند تابش پرتوهاي خورسيدي بر روي مولكول اكسيژن در روند تجزيه به وسيله نور (Photolysis) تشكيل مي‌شود. در اثر پرتو فرابنفش، مولكول O2 مي‌شكند و بنيان آن با مولكول ديگر اكسيژن تركيب شده، مولكول ازن را وجود مي‌آورد. ازن به طور طبيعي به وسيله فرايندهايي مشتمل بر اكسيژن، نيتروژن، كلر، برم و هيدروژن از بين مي‌رود.

گاز ازن و پديده جزيره گرمايي شهر تهران

افزايش ازن در سطح زمين براي تندرستي انسان بسيار زيان‌آور است و به ويژه به دستگاه تنفسي و بينايي آسيب مي‌رساند. علاوه بر آن، از آنجاييكه ازن به سادگي با مولكول‌هاي ديگر تركيب مي‌شود و آنها را اكسيداز مي‌كند، به شدت به بافت‌هاي زنده گياهان و جانوران آسيب مي‌رساند. ازن سطح زمين يك آلاينده كليدي است كه به‌ويژه در روزهاي بدون ابر تابستان در شهرهاي بزرگ سراسرجهان وجود دارد و ايجاد و افزايش آن، با اثر پديده جزيره گرمائي شهر، پيوندي تنگاتنگ و ناگسستني دارد.

در نمودار شماره 3 ميزان ازن اندازه‌گيري شده در ايستگاه پرديسان، شهر تهران، در سال 1999 نشان داده شده است. در منحني برازش داده شده از اين داده‌ها،(Interpolation)، به خوبي ارتباط تنگاتنگ، افزايش ميزان ازن سطح زمين با گرماي محيط، پديده جزيره گرمائي شهر تهران، به چشم مي‌خورد

آيا ميتوان شهرها را خنك كرد

 

تابستان‌هاي شهري پيوسته گرم‌تر و گرم‌تر مي‌شوند. داده‌هاي گردآوري شده در ساليان اخير نشان مي‌دهد كه دماي انبوه ساختمان‌ها و خيابان‌ها، بسيار بيشتر از زماني است كه آن مناطق سرشار از كشتزار و باغ بوده است. افزايش دما موجب مصرف بيشتر انرژي براي خنك شدن و در نتيجه هدر دادن بيشتر سرمايه است.

كاشت درختان مناسب و افزايش سپيدايي[1]،كاربرد رنگ روشن در شهرسازي، ساده‌ترين روش جهت خنك كردن سطح شهرهاست. كاشت درختان سايه‌دار به عنوان نخستين، ساده‌ترين، تميزترين و زيباترين راه‌حل اين روند است. سپيدايي بيشتر ساختارهاي شهري باعث افزايش بازتابش نور خورشيد شده و مي‌تواند دماي ساختمان را پايين آورد. ]1[

مردم از زمان‌هاي گذشته، مي‌دانستند كه شهرها از محيط پيرامونشان گرم‌ترند. اكنون با ريشه‌كني فضاهاي سبز و مصرف بيشتر سوخت‌هاي فسيلي، اين گرما به اندازه خطرناكي افزايش يافته است. در منطقه‌اي با انبوه گياهان سرسبز، بيشتر انرژي خورشيدي صرف روند سوخت‌وساز مي‌شود. گياه همچنين با رهاسازي رطوبت موجود در اندام‌هاي خود، باعث خنك شدن هوا مي‌شود.

در شهرها اسفالت، آجر و بتون جايگزين گياهان شده‌اند. اين سطوح توانايي بازتابش كمتري دارند و بنابرابن انرژي خورشيدي را جذب و نگه‌داري مي‌كنند. شكل دره‌مانند شهرها با ساختمان‌هاي بلند، باعث خروج گرماي كمتري به سوي آسمان مي‌شود. اين گرما به وضوح در شب‌هاي تابستان به چشم مي‌خورد و گرماي مناطق شهري بسيار بيشتر از مناطق پيراموني آن است.

گرماي شهر باعث بالا رفتن آلودگي نيز مي‌شود و آلودگي ايجاد شده به ويژه در ذرات فلز، باعث افزايش اثر پديده جزيره گرمايي خواهد شد. گرماي بيشتر سرعت افزايش روند ايجاد گاز ازن در سطح زمين را بالا برده و در شب لايه آلوده‌اي بر روي شهر حاكم مي‌شود.

در اثر گسترش ساختمان‌ها و صنايع، درختان بيشتري قرباني مي‌شوند، به‌طوريكه جايگزين كردن آنها بسيار مشكل خواهد بود. براي ايجاد تعادل با قطع هر درخت كهن‌سال، بايد دست‌كم پنج نهال در شرايط مناسب كاشته شود، كاري كه در عمل غيرممكن است.

در جدول شماره 1 خواص تابشي سطوح طبيعي و در جدول شماره 2 ضريب نفوذ گرما به درون خاك درج شده است.

 

درخت ترفندي براي خنك نمودن هوا

يكي از ساده‌ترين و ارزان‌ترين راه‌هاي مقابله با اثر جزيره گرمايي، كاشت درختان و ديگر گياهان است. گياهان، به ويژه درختان، با ايجاد سايه در روي سطح زمين، به طور مستقيم، و با رها سازي رطوبت در جو و افزايش آب در هوا، به طور غير مستقيم، باعث خنكي شهر مي‌شوند. خنكي مناطق مسكوني در تابستان يعني صرفه‌جويي در هزينه‌هاي گوناگون، و اين به غير از سودمندي‌هاي ديگري است كه درختان باعث آن هستند. ايجاد زيست‌گاه براي جانداران گوناگون، پيش‌گيري از آلودگي‌هاي صوتي با جلوگيري از حركت امواج صوت، نگهداري و جلوگيري از فرسايش خاك توسط ريشه، گرفتن ضربه ناشي از بارش به ويژه رگبارها و درنتيجه ممانعت از فرسايش خاك، جذب آلاينده‌هاي گوناگون از هوا و ... است. با كاشت علمي درختان مناسب، تا 40% در اثر سايه درختان و 30% به دليل افزايش رطوبت، كاهش اثر پديده جزيره گرمايي را به دنبال دارد. و اين جداي از تميزي، زيبايي و طراوتي است كه با انبوه درختان به دست مي‌آيد.

باغ هاي معلق تهران[2] (طرح سقف‌هاي سبز)

 

با الگوبرداري از طرح باغ‌هاي معلق بابل كه حدود 2700 سال پيش توسط مهندسان و انديش‌ورزان ايراني طراحي و ساخته شده است، مي‌توان با اجراي طرح سقف‌هاي سبز، نزديك به يك پنجم سطح شهر تهران را به فضاي سبز تبديل كرد. همانگونه كه از نام اين طرح برمي‌آيد، با اجراي تدابير و طرح‌هاي مناسب، سقف خانه‌ها را با درختچه‌هايي كه در خاك تا ژرفاي كمي ريشه مي‌دوانند به فضاي سبز، جداي از پديده جزيره گرمايي و آلودگي‌هاي ناشي از آن تبديل كرد.

ساختمانهاي آجري

در ساختمان‌هاي آجري گرماي ويژه بسيار نزديك به خاك و در ساختمان‌هاي سيماني و بتوني گرماي ويژه نزديك به فلز است. در برابر تغيير و دگرگوني دما، اولي پايدارتر و دومي بسيار ناپايدار است. در ساختمان‌هاي سيماني حتي گنجشك و چلچله خانه نمي‌سازند و از آنها مي‌گريزند. اما در ساختمان‌هاي آجري تهران و شهرستان‌ها اين مورد بسيار ديده مي‌شود. بهتر است كه انسان در ساختمان‌هاي آجري (3 سانتي)، كه زاييده سه‌هزار سال بررسي، مطالعه و پژوهش معماران و انديشمندان ايراني است زندگي كند.

سودجستن از ساختمان‌هاي آجري، با بررسي و در نظر داشتن كليه عوامل مهندسي، به ويژه ايمني و زلزله، جداي پيش‌گيري از برخي مسائل رواني كه به دليل زندگي در ساختار بتوني به وجود مي‌آيد و خود جاي بررسي و بحث بسيار دارد، به دليل كاهش اثر پديده جزيره گرمايي، باعث صرفه جويي در مصرف انرژي و كاهش بسياري از هزينه‌هاي جاري كشور خواهد شد. همچنين عليق‌بندي گرمايشي ساختمان‌ها و استفاده از شيشه‌هاي دوجداره علاوه بر جلوگيري از ورود آلودگي‌هاي صوتي و هواويزها، كمك بزرگي در جهت كاهش اثر پديده جزيره گرمايي شهر تهران خواهد شد.

خودرو سرد

افزوده شدن هر خودرو به محيط شهري يعني اضافه شدن يك منبع آلاينده و گرما به جزيره گرمائي شهر. اينك با توجه به تعداد هنگفت خودروها در شهر تهران، مي‌توان گفت كه يكي از منابع مهم ايجاد و تقويت پديده جزيره گرمايي شهر تهران، خودروهاي موجود در آن هستند. هرچه خودرو گرماي كمتري به هوا گسيل كند، تاثير كمتري بر افزايش پديده جزيره گرمائي شهر تهران خواهد داشت. ساده‌ترين راه كاهش ايجاد گرما، همانا سودجستن از رنگ‌هاي روشن به جاي رنگ‌هاي تيره در خودرو است. با اتخاذ تدابير و ترفندهاي مهندسي در ساخت خودرو بايد رهاسازي گرمائي آن را به كمترين حالت ممكن رسانيد تا در حجم زياد خودرو بتوانيم كاهشي در پديده جزيره گرمائي داشته باشيم. ايجاد و گسترش شبكه ترابري عمومي مي‌تواند مهمترين راه كاهش اين پديده از ديدگاه خودرو باشد.

رهيافت (نتيجه‌گيري)

 

هرچند كه تاثير پديده جزيره گرمايي در بسياري از شهرها فراگير شده است، اين اثر با توجه به عوارض زمينه، اقليم و گسترش عمودي و افقي شهر متفاوت مي‌گردد. مقدار پتانسيل انرژي گرمائي كه توسط ساختمان‌ها گردآوري مي‌شود، به شرايط گوناگوني بستگي دارد. براي يافتن راه‌حل بهتري براي آن بايد مساله را هم بهتر درك كرد. كم كردن دما در جزيره گرمائي، به معناي پيش‌گيري از هدر رفتن سرمايه، ذخيره سازي انرژي و پول و جلوگيري از آلودگي هوا و آثار زيان‌بار آن و در نهايت تندرستي و سلامت جسمي، روحي و رواني جامعه است. براي رسيدن به اين هدف به موارد زير نيازمنديم:

  1. اشتراك مساعي مابين سازمان‌هاي كنترل كننده شهر و سازمان محيط زيست.
  2. كار گروهي صنايع، سياستمداران و كنترل كيفيت محيط زيست.
  3. گردآوري و تحليل پيوسته و بايسته داده‌هاي مورد نظر، به ويژه در نيمرخ قائم شهر.
  4. گردآوري اطلاعات موردنياز شهرها و روش‌مندي اندازه گيري آنها.
  5. دسته بندي مناطق گوناگون شهري از نظر ساختارهاي موجود.
  6. تخمين مناطق داراي بيشترين و كمترين بازتابش، بيشترين و كمترين ميزان جذب پرتوهاي خورشيدي، و ... .
  7. مشخص نمودن سازمان‌هايي كه بايد متولي كاهش دما باشند و شرح وظايف هركدام.
  8. برتري سياست‌ها و برنامه‌ها و همچنين ارزيابي كمترين بها براي كاهش دماي شهر
  9. بررسي تاثير واكنش‌هاي گياهان و جو در محيط شهري.
  10. بررسي انتقال تلاطم و روند پراكندگي در محيط‌هاي شهري و پيرامون ساختمان‌ها.
  11. كيفيت هواي مناطق مسكوني، تجزيه و تحليل شيميايي و مدل سازي تركيبات هوا.
  12. اندازه‌گيري دگرگوني‌ها و بررسي فن‌آوري‌ها در محيط‌هاي مسكوني.
  13. بررسي و مطالعه سيستم باد و چرخه هواي شهري.
  14. بررسي انرژي و تعادل آب در شهرها.
  15. بررسي و مطالعه آثار درازمدت جزيره گرمايي و دماي ثبت شده در دوره‌هاي طولاني مدت.
  16. اندازه‌گيري و بررسي متغيرهاي هواشناختي در لايه مرزي_سياره‌اي شهر.
  17. امواج گرمائي و زيست_هواشناسي شهري.
  18. اثر شهرها در گرمايش كره زمين.
  19. تعادل كربن و تركيبات آن در هواي شهر.
  20. اقليم‌شناسي شهري، ساختماني و جاده‌اي
  21. توفان‌هاي شهري و ديگر آثار شهر بر روي آب و هوا.

 

 

پيشنهادها و طرح‌واره‌ها

 

1.     رسم روزانه نيمرخ قائم دما درون لايه مرزي_سياره‌اي PBL[3] . (نگاره‌هاي 4 و 5).

2.     اندازه‌گيري و بررسي روزانه رودبادهاي لايه پايين LLJ[4].

3.     برپايي بالن‌هاي ثابت و نصب حسگرها در ارتفاعات مشخص براي استخراج داده‌هاي مورد نظر.

4.     از  اسفالت روشن به جاي اسفالت تيره رنگ سود جست.

5.     سقف و حتي نماي ساختمان‌ها به رنگ روشن باشد، به همراه.عايق‌بندي گرمايشي ساختمان و استفاده از شيشه‌هاي دوجداره.

6.     فضاي سبز به هر اندازه و در هر جاي ممكن، به ويژه كمربند شهرها در جهت باد غالب، افزايش يابد.

7.     طرح سقف‌هاي سبز، باغ‌هاي معلق تهران، ‌به اجرا درآيد.

8.     دالانه‌هاي مداربسته آب‌رو در سطح شهر ايجاد شود.

9.     از آجر به جاي بتون با كليه عوامل مهندسي سود جست.

10. طرح خودرو سرد، مورد بررسي و پژوهش قرار گيرد.

11. ايجاد رشته زيست-هواشناسي در دانشگاه و پژوهشكده‌اي به همين نام براي بررسي و مطالعات مربوط.

12. ايجاد سازمان متولي كاهش دما در شهرها.

مطالعات اخیر نشان می دهد که، افزایش 10 درصدی پارک های شهری، باعث کاهش دما به اندازه ی 7 درجه فارنهایت خواهد گردید. پوشش های گیاهی و پارک ها، اثر جزیره حرارتی شهر ی را که مربوط به فشردگی ساختمان ها و پوشش سطحی آسفالت خیابان ها می شود، جبران می کنند.

 

 

      یک قطعه کوچکی از پارک ها و گیاهان سبز می تواند به کاهش دما در محدوده های شهری کمک کند و گرما و عطش تابستان ها را که نتیجه ی گرمای جهانی است و ساکنان شهری با آن روبرو هستند را کاهش دهد.