W miastach na całym świecie drzewa są często sadzone aby pomóc kontrolować temperaturę i złagodzić skutki „miejska wyspa ciepła”. Ale chociaż drzewa zostały nazwane „klimatyzatory natury”, w praktyce naukowcy często mają trudności z wykazaniem ich właściwości chłodzących.

Najbardziej oczywistym sposobem pomiaru efektu chłodzenia drzew byłoby porównanie temperatury powietrza w parkach z temperaturą na pobliskich ulicach. Ale ta metoda często się pojawia rozczarowujące wyniki: nawet w dużych, zielonych parkach temperatura powietrza w ciągu dnia jest zwykle o mniej niż 1°C niższa niż na dusznych ulicach, aw nocy temperatura w parkach może być nawet wyższa.

Aby wyjaśnić tę sprzeczność, musimy jaśniej pomyśleć o fizyce przepływów ciepła w naszych miastach i skali pomiarów, które wykonujemy.

Ciemne dni

Teoretycznie drzewa mogą pomóc zapewnić chłodzenie na dwa sposoby: zapewniając cień i poprzez proces znany jako ewapotranspiracja. Lokalnie drzewa zapewniają większość efektu chłodzenia poprzez zacienienie. To, jak ciepło się czujemy, zależy w mniejszym stopniu od lokalnej temperatury powietrza, a bardziej od tego, ile promieniowania elektromagnetycznego emitujemy i pochłaniamy w naszym otoczeniu. Baldachim drzewa działa jak parasol, zasłaniając do 90 proc promieniowania słonecznego i zwiększenie ilości ciepła, które tracimy do otoczenia poprzez ochładzanie gruntu pod nami.

Cień chłodzi ziemię. Roland Ennos, Autor pod warunkiem

Ogólnie rzecz biorąc, cień zapewniany przez drzewa może obniżyć naszą fizjologicznie równoważną temperaturę (czyli to, jak ciepło odczuwamy w naszym otoczeniu) o ok. siedem i 15°C, w zależności od naszej szerokości geograficznej. Nic więc dziwnego, że w środku lata ludzie tłoczą się w rozkosznym chłodzie cienia londyńskich parków, paryskich bulwarów i śródziemnomorskich placów.

Drzewa mogą również ochładzać budynki – zwłaszcza posadzone od wschodu lub zachodu – ponieważ ich cień zapobiega przenikaniu promieniowania słonecznego przez okna lub nagrzewaniu ścian zewnętrznych. Eksperymentalny badania i badania modelowe w USA wykazały, że cień drzew może obniżyć koszty klimatyzacji domów jednorodzinnych o 20% do 30%.

Ale klimatyzacja jest bardziej powszechna w niektórych miejscach niż w innych: na przykład podczas gdy trzy z czterech Australijskie gospodarstwa domowe mają klimatyzatory, są one znacznie mniej powszechne w Europie Północnej, przez co tamtejsza ludność jest bardziej narażona na szkody miejskiego upału. Podczas europejskiej fali upałów w 2003 r Odnotowano 70,000 XNUMX kolejnych zgonów, w porównaniu z równoważnymi okresami ochłodzenia. Pilnie potrzebujemy więcej badań, aby dowiedzieć się, ile cienia drzew może ochłodzić domy szeregowe i bloki mieszkalne, w których mieszka tak wielu mniej zamożnych ludzi.

Pokonanie upału

Drzewa można również wykorzystać do rozwiązania większego problemu: miejskiej wyspy ciepła. W okresach spokojnej, słonecznej pogody temperatura powietrza w miastach można podnieść wyższa niż w okolicznych terenach wiejskich nawet o 7°C, zwłaszcza w nocy. W miastach twarde, ciemne asfalty i ceglane powierzchnie pochłaniają prawie całe krótkofalowe promieniowanie słoneczne, podgrzewać między 40°C a 60°C i magazynowanie energii, która jest następnie uwalniana do powietrza podczas ciszy nocnej, kiedy może zostać uwięziona w wąskich ulicznych kanionach.

Ewapotranspiracja w akcji. Roland Ennos, Autor pod warunkiem

Drzewa miejskie mogą przeciwdziałać temu procesowi, przechwytując promieniowanie, zanim dotrze ono do ziemi, i wykorzystując energię do ewapotranspiracji. Ewapotranspiracja występuje, gdy promienie słoneczne uderzają w korony drzew, powodując odparowanie wody z liści. To je ochładza – tak jak pocenie się chłodzi naszą skórę – zmniejszając w ten sposób ilość energii pozostałej do ogrzania powietrza.

Skutki ewapotranspiracji można określić ilościowo na dwa sposoby. Po pierwsze, możesz zmierzyć temperaturę korony drzewa, czyli tzw zwykle dużo chłodniej niż zabudowane powierzchnie – tylko 2°C do 3°C powyżej temperatury powietrza. Niestety, tak naprawdę nie możemy twierdzić, że ta różnica temperatur jest dowodem wydajności chłodzenia; liście byłyby chłodniejsze niż zabudowane powierzchnie, nawet gdyby nie traciły wody, ponieważ są skuteczniej chłodzone przez wodę konwekcja.

Lepszą metodą jest bezpośrednie obliczenie efektu chłodzenia drzewa, mierząc, ile wody traci. Możesz to zrobić, mierząc przepływ soków w górę pnia lub utratę wody z pojedynczych liści. Metody te pokazują, że korony drzew mogą skierować ponad 60% docierającego promieniowania na ewapotranspirację. Nawet niewielka (4 m wysokości) grusza Callery – gatunek powszechnie sadzony w północnej Europie – może zapewnić ok 6kW chłodzenia: odpowiednik dwóch małych jednostek klimatyzacyjnych.

Ale jest pewien haczyk: drzewa zapewniają ten efekt chłodzenia tylko wtedy, gdy dobrze rosną. Mierząc utratę wody z poszczególnych liści, pokazaliśmy że rzadsze, wolniej rosnące śliwki i jabłonie krabowe zapewniały tylko jedną czwartą efektu chłodzenia gruszek Callery. Co więcej, efektywność drzew może zostać znacznie zmniejszona, jeśli warunki wzrostu są złe. Odkryliśmy, że transpiracja gruszek Callery może zostać zmniejszona pięciokrotnie, jeśli korzenie rosną w ubitej lub słabo napowietrzonej glebie. Potrzebnych jest znacznie więcej badań dotyczących względnej wydajności dużych i małych drzew, niezależnie od tego, czy sadzi się je na ulicach, czy w parkach.

Ostatnią trudnością w określeniu mocy chłodzenia drzew jest określenie, o ile ewapotranspiracja danego drzewa faktycznie obniży temperaturę powietrza. Jak to często bywa w nauce, potrzebne jest podejście oparte na modelowaniu, przy współpracy fizyków, inżynierów i biologów. Musimy umieścić realistyczne drzewa w szczegółowych regionalnych modelach klimatu, które mogą naśladować złożone codzienne ruchy powietrza i energii przez miasto. Tylko wtedy możemy określić regionalne korzyści płynące z miejskiego lasu i opracować sposób wykorzystania drzew, aby nasze miasta były chłodniejszymi i przyjemniejszymi miejscami do życia.

O autorze

Roland Ennos, profesor biomechaniki, University of Hull. Interesuje się sposobami interakcji organizmów ze światem fizycznym, szczególnie ich inżynierią strukturalną. Badał konstrukcję mechaniczną skrzydeł owadów i systemów korzeniowych roślin oraz mechaniczną obronę traw, ale ostatnio szczególnie zafascynował się drewnem.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon