Проблемы оптимизации городской среды и разработка концепции ее оценки привлекает все большее внимание ученых и практиков. Современный процесс урбанизации представляет собой мощный экологический фактор, сопровождающийся образованием природных экосистем, в том числе и экосистемы человека. Усиление техногенной нагрузки на организм человека приводит к возрастанию степени опасности негативных изменений городского климата, порождает широкий комплекс экологических проблем жизнедеятельности людей в условиях крупных промышленных центрах и требует комплексного анализа взаимосвязи известных абиотических факторов и антропогенных условий с состоянием здоровья человека.
Исследования биоклимата проведены для южного Предбайкалья. В этом регионе проживает большая часть населения области и сосредоточены ее крупнейшие промышленные, сельскохозяйственные и горнодобывающие центры. В результате жизнедеятельности человека происходят прямые изменения свойств абиотической среды, так и обратные: трансформированная среда оказывает влияние на тепловое состояние человека, его адаптационные механизмы. При оценке биоклимата Верхнего Приангарья учтены прямые и обратные связи.
Оценено тепловое состояние человека, основанное на методе теплового баланса, предложенного В.И. Русановым. Метод теплового баланса является разновидностью первого начала термодинамики, согласно которому процесс теплообразования человека непосредственно связан с механизмами теплообмена в атмосфере.
На основе ежедневных метеорологических данных за 35-летний период (1965–1999 гг.) для 6 городов Предбайкалья рассчитаны вероятности классов погоды момента. Материалы представлены в виде графиков годового хода классов погоды момента и суточного хода классов погоды для центральных месяцев сезона года. Объем первичной исходной информации составил более 6*106 единиц.
Выявлен биотический потенциал человека: способность выдерживать неблагоприятные погодные условия. На основе метода теплового баланса человека оценены метеорологические параметры, оказывающие максимальную нагрузку на терморегуляцию организма человека. Выделены оптимальные погодные условия жизнедеятельности человека в течение всего года.
В классификации выделено 13 классов погоды в зависимости от степени влияния метеорологических условий на организм человека. Как уже указывалось каждый класс погоды имеет название и соответствующую характеристику теплоощущения. В холодный период года (ноябрь–март) в связи с установлением азиатского антициклона на тепловое состояние человека оказывает преобладающее влияние суровая погода (X класс). Ее повторяемость в замкнутых котловинах составляет 60 %, а в продуваемых ветром речных долинах Предбайкалья – 48 %. Суровая погода чаще всего отмечается в дневные часы суток, а в утренние и ночные часы преобладает (40–65 %) очень суровая погода (XI класс). В летний период (июнь–август) климатические условия жизнедеятельности человека определяются в дневные и ночные часы погодой II, III, IV классов, повторяемость этих погод в прогреваемых долинах и котловинах составляет 7 % случаев. Причем теплая (II класс) и комфортная (III класс) погода главным образом малооблачная, а прохладная — облачная. В июле в утренние и дневные часы в связи с развитием слоистой и конвективной облачности повторяемость облачной погоды (45–60%) более чем в ночные и вечерние (30–35 %) часы. Переходные сезоны года характеризуются большим разнообразием классов погоды (с III по ХIII класс), их четко выраженным суточным ходом с преобладанием в дневные часы прохладной (13 %) и резко холодной (30 %)погоды. В утренние, вечерние и ночные часы наблюдается погода с отрицательной температурой воздуха (VIII в IX классы).
Проведенный в работе анализ структуры погоды момента позволил оценить метеорологические условия, формирующие тот или иной класс погоды, В работе приведена рассчитанная структура классов погоды момента (центральные месяцы года) для некоторых пунктов юга Восточной Сибири. Обнаружено, что в течение года теплообмен человека с окружающей средой осуществляется в основном за счет конвекции и излучения.
Для жизнедеятельности человека важно оценить погоду двух типов: благоприятную и дискомфортную. Под благоприятной погодой мы понимаем теплую (II класс) и комфортную (III класс) погоду, а дискомфортной – очень суровую (XI класс) и крайне суровую (ХII класс) погоду при отрицательной температуре воздуха, а также жаркую сухую (Х класс), жаркую влажную (VII класс) погоду и погоду со скоростью ветра более 15 м/с (ХII класс) при положительной температуре воздуха. Непрерывная продолжительность этих типов погод, в среднем равна 1–2 дням, реже – 3–4. В отдельные годы продолжительность благоприятной и дискомфортной погоды достигает 10 дней. Это наблюдается при формировании у поверхности земли области высокого давления. Повторяемость и продолжительность благоприятных и дискомфортных погодных условий при отрицательной и положительной температурах воздуха определяют режим труда человека. Для изучаемой территории нами построены карты распределения благоприятной и дискомфортной погоды.
Наиболее часто благоприятная погода формируется на территории Приангарья, число дней с такой погодой за теплый период достигает 50-ти. На Северном и Среднем Байкале продолжительность благоприятной погоды составляет 17–20 дней, а в котловинах Забайкалья – 40–50 дней. Летом ограничения в режиме труда на открытом воздухе (дискомфортная погода) связаны в основном с жаркой сухой погодой. Однако встречается она довольно редко (1 раз в 3–5 лет) и обычно в послеполуденные часы (14–16 час.). В таких условиях даже в состоянии покоя в организме человека наблюдается избыток тепла и в любой одежде отмечается дискомфорт от перегрева.
При дискомфортной погоде возможности работы на открытом воздухе ограничены. Так, при условной температуре воздуха от –30° до –45° рабочий день должен сокращаться и предоставляться перерыв дня обогрева через каждый час работа на открытом воздухе. В целом с ноября по март требуется около 20 дней с перерывом для обогрева, в восточных районах это число возрастает до 30–36 дней. Наибольшее число сокращенных рабочих дней приходится на январь (13 ч) и изменяется в среднем от 9 дней на западе до 17 на востоке рассматриваемого региона. В утренние и вечерние часы число сокращенных рабочих дней в январе увеличивается в среднем на 3–5. С ноября по март среднее число нерабочих дней (условная температура воздуха в 13 ч. ниже –45°) составляет 1–2.
Тепловое состояние человека оценивалось через классы погоды момента [1]. При положительной температуре воздуха определялась величина дефицита (избытка) тепла (март–ноябрь) у незащищенного одеждой и находящегося в состоянии покоя человека (±Q кВт/ м2). Теперь перейдем к характеристике теплового состояния человека и рассмотрим различные виды погоды момента, используя классификацию погоды. При отрицательной температуре воздуха оценивалась суровость погоды (по величине условной температуры воздуха, Ту, град), оказывающая влияние на человека (декабрь–февраль), одетого в соответствии о погодой и выполняющего легкую работу. Расчета средних месячных величин комплексных показателей (±Q и Ту) проведены через повторяемость классов погоды момента по методу взвешенных вариаций, теплоизоляции одежды — по уравнениям связи (в единицах КЛО) [1]. Для самого холодного (январь) и теплого (июль) месяцев года построены карта распределения дефицита тепла и условной температуры воздуха. Изолинии дефицита тепла (через 0,1 кВт/м2) и условной температуры воздуха (через 2° С проведены с учетом статистической надежности средней величины по критерию Стьюдента [7]. В июле (13 ч.) минимальные значения дефицита тепла наблюдаются в западных и южных районах Предбайкалья и в отдельных котловинах и речных долинах.
Рассчитаны составляющие теплового баланса тела человека. Энергетический баланс теплообмена представлен для стандартной модели человека, общепринятой в биоклиматологии. Исследованы вероятностные изменения теплового состояния человека и построены карты дефицита (или избытка) тепла в организме человека. Оценены изменения теплоизоляционных свойств одежды человека в течение всего года.
Показаны основные направления рекреационной деятельности в пригородных зонах и возможности современной туристической деятельности и сервисных услуг.
В результате проведенных исследований нами создана статистическая модель «Теплообмен человека в условиях городской среды». Модель связывает метеорологические параметры с уровнем термодинамического состояния человека в разные сезоны года. Для поддержания комфортного состояния человека в условиях города в модели учитывается микроклиматические особенности города, которые можно изменять в зависимости от архитектурно-планировочной структуры города. В модели рассматриваются некоторые рекомендации по планированию и расположению зданий городской застройки с точки зрения климата.
Т.А. Липатова