В городах по всему миру деревья часто сажают чтобы помочь контролировать температуру и смягчить последствия «городской остров тепла». Но пока деревья называлисьприродные кондиционерыНа практике ученым часто трудно продемонстрировать свои охлаждающие свойства.

Наиболее очевидный способ измерить охлаждающий эффект деревьев - сравнить температуру воздуха в парках с температурой на близлежащих улицах. Но этот метод часто приходит с неутешительные результатыдаже в больших, покрытых листвой парках температура воздуха днем ​​обычно ниже, чем на 1 ° C, чем на душных улицах, а ночью температура в парках может быть на самом деле выше.

Чтобы объяснить это противоречие, нам нужно более четко подумать о физике тепловых потоков в наших городах и о масштабах измерений, которые мы проводим.

Тенистые дни

Теоретически, деревья могут помочь обеспечить охлаждение двумя способами: путем обеспечения тени и посредством процесса, известного как суммарное испарение. Локально деревья обеспечивают большую часть своего охлаждающего эффекта путем затенения. Насколько тепло мы чувствуем на самом деле, зависит не столько от локальной температуры воздуха, сколько от того, сколько электромагнитного излучения мы излучаем и поглощаем из нашего окружения. Навес дерева действует как зонтик, блокируя до 90% солнечной радиации и увеличивая количество тепла, которое мы теряем для нашего окружения, охлаждая землю под нами.

Тень охлаждает землю. Роланд Эннос, Автор условии

В общем, тень, обеспечиваемая деревьями, может снизить нашу физиологически эквивалентную температуру (то есть, насколько теплым мы чувствуем окружающую среду) между семь и 15 ° Cв зависимости от нашей широты. Поэтому неудивительно, что в разгар лета люди толпятся в восхитительной прохладе тени лондонских парков, парижских бульваров и средиземноморских площадей.

Деревья также могут охлаждать здания - особенно при посадке на востоке или западе - так как их тень препятствует проникновению солнечного излучения в окна или нагреванию внешних стен. экспериментальный исследования и модельные исследования в США показали, что тень от деревьев может снизить расходы на кондиционирование отдельно стоящих домов на 20% до 30%.

Но в некоторых местах кондиционирование воздуха чаще, чем в других: например, в то время как три из четырех В австралийских семьях есть кондиционеры, они гораздо реже встречаются в Северной Европе, что делает население там более уязвимым для вреда городской жары. Во время европейской волны тепла 2003 были 70,000 зарегистрировано больше смертейпо сравнению с эквивалентными прохладными периодами. Нам срочно нужны дополнительные исследования, чтобы выяснить, сколько тени от деревьев может охладить террасные дома и многоквартирные дома, где живет так много менее обеспеченных людей.

Победить тепло

Деревья также могут быть использованы для решения более крупной проблемы: городской остров тепла. В периоды спокойной солнечной погоды температура воздуха в городах можно поднять выше, чем в окрестностях, до 7 ° C, особенно ночью. В городах твердые темные асфальтовые и кирпичные поверхности поглощают почти все поступающие коротковолновые излучения солнца, нагревание между 40 ° C и 60 ° C, и накапливая энергию, которая затем высвобождается в воздух в течение ночи, когда она может быть захвачена в узких уличных каньонах.

Эвапотранспирация в действии. Роланд Эннос, Автор условии

Городские деревья могут противостоять этому процессу, перехватывая излучение до того, как оно достигнет земли, и используя энергию для суммарного испарения. Эвапотранспирация происходит, когда солнечные лучи попадают на полог деревьев, вызывая испарение воды с листьев. Это охлаждает их - так же, как потоотделение охлаждает нашу кожу - тем самым уменьшая количество энергии, оставшейся, чтобы нагреть воздух.

Эффект эвапотранспирации можно количественно определить двумя способами. Во-первых, вы можете измерить температуру навеса дерева, который как правило, намного круче чем построенные поверхности - только 2 ° C до 3 ° C выше температуры воздуха. К сожалению, мы не можем утверждать, что эта разница температур свидетельствует о холодопроизводительности; листья будут холоднее, чем встроенные поверхности, даже если они не теряют воду, потому что они охлаждаются более эффективно конвекцией.

Лучшим методом является непосредственный расчет охлаждающего эффекта дерева путем измерения количества воды, которое оно теряет. Вы можете сделать это путем измерения потока сока вверх по стволу или потери воды из отдельных листьев. Эти методы показывают, что навесы деревьев могут отклонять более 60% поступающей радиации на суммарное испарение. Даже небольшое (высотой 4m) грушевое дерево Callery - распространенный вид в Северной Европе - может обеспечить около 6kW охлаждения: эквивалент двух небольших кондиционеров.

Но есть одна загвоздка: деревья обеспечивают этот охлаждающий эффект только тогда, когда они хорошо растут. Измеряя потерю воды из отдельных листьев, мы показали эти редкие, медленно растущие яблони с крабами и крабом обеспечивали только четверть охлаждающего эффекта груш Callery. Более того, эффективность деревьев может быть значительно снижена, если условия выращивания плохие. Мы обнаружили, что транспирация груш Callery может быть уменьшена в пять раз, если корни растут через уплотненную или плохо аэрированную почву. Требуется гораздо больше исследований относительной эффективности больших и маленьких деревьев, независимо от того, высажены ли они на улицах или в парках.

Последняя трудность в определении охлаждающей способности деревьев состоит в том, чтобы определить, насколько эвапотранспирация данного дерева фактически снизит температуру воздуха. Как это часто бывает в науке, нужен модельный подход, когда физики, инженеры и биологи работают вместе. Нам необходимо поместить реалистичные деревья в подробные модели регионального климата, которые могут имитировать сложные ежедневные перемещения воздуха и энергии по городу. Только тогда мы сможем определить региональные преимущества городского леса и решить, как использовать деревья, чтобы сделать наши города более прохладными и приятными для жизни.

Об авторе

Роланд Эннос, профессор биомеханики, Университет Халла. Он интересуется тем, как организмы взаимодействуют с физическим миром, особенно их структурной инженерией. Он исследовал механическую конструкцию крыльев насекомых и корневых систем растений, а также механическую защиту трав, но в последнее время особенно увлекся древесиной.

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon