Miasta, w których żyjemy, generują mnóstwo ciepła, a postępujące zmiany klimatu jeszcze dokładają do pieca. Wraz z rosnącą częstością fal upałów zjawisko stwarza zatem rosnące z roku na rok zagrożenie dla zdrowia i życia mieszkańców. O tym, czym są miejskie wyspy ciepła, jak powstają i co można zrobić, by je łagodzić, opowiada dr hab. Ewa Łupikasza, prof. UŚ, dyrektorka Instytutu Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego.

Dr hab. Ewa Łupikasza, prof. UŚ

Instynktownie każdy pewnie domyśla się, czym jest miejska wyspa ciepła, ale warto będzie wskazać jej charakterystyczne cechy i wyjaśnić, czy zjawisko to wynika ze zmian klimatu.

Miejska wyspa ciepła jest skutkiem ingerencji człowieka w środowisko, ale nie wynika ona ze współczesnych zmian klimatu. Niezależnie od warunków klimatycznych miasto zawsze będzie cieplejsze, ponieważ pochłania większą ilość energii słonecznej, którą następnie oddaje w postaci energii cieplnej. Miasto jest ponadto źródłem sztucznego ciepła powstającego podczas aktywności mieszkańców. Kiedy spojrzymy na mapę rozkładu temperatury jakiegoś większego obszaru, to miasta wyglądają dosłownie jak wyspy ciepła. Miasto bardzo różni się od terenów podmiejskich i pozamiejskich – jest w nim dużo betonu, sztucznych materiałów o bardzo niskim albo stosunkowo niskim albedo (współczynniku odbicia informującym o tym, ile energii słonecznej dana powierzchnia odbija). Istotna jest też wielkość miasta oraz gęstość zabudowy. Im bardziej zwarta zabudowa, tym intensywniejsza jest miejska wyspa ciepła, a w miarę oddalania się od centrum miasta, gdzie sztuczne powierzchnie zaczynają się przeplatać z roślinnością, jej intensywność maleje. Znaczenie ma również liczba ludności i gęstość zaludnienia. Zjawisko potęgują poza tym określone warunki meteorologiczne, zwłaszcza jeżeli mamy słoneczny dzień, a do tego jest bezwietrznie – wtedy nasilenie miejskiej wyspy ciepła wzrasta. Jest ona mocno odczuwalna w nocy, gdy wszystkie nagrzane w ciągu dnia materiały bardzo silnie oddają ciepło.

Sama się przekonałam, że podczas upałów często nawet w nocy otwarcie okna niewiele pomaga. Niektórzy jednak upatrują w wysokich temperaturach pewnych zalet. Czy mają ku temu powody?

Część badaczy ocenia ją jako zjawisko nawet pozytywne w niektórych sytuacjach – przykładowo okres wegetacyjny jest rzeczywiście w mieście wydłużony, a fakt, że w zimie miasto pozostaje cieplejsze, zmniejsza zapotrzebowanie na ogrzewanie mieszkania, zalega również mniej śniegu. Zjawisko stanowi jednak duże zagrożenie dla życia człowieka, gdy pojawiają się fale upałów. Ponieważ w mieście temperatura jest wyższa aniżeli w obszarach otaczających, staje się jeszcze bardziej uciążliwa dla mieszkańców. W dobie współczesnych zmian klimatu fale upałów pojawiają się częściej i są bardziej intensywne. Stanowią szczególne niebezpieczeństwo dla dzieci, osób chorych i starszych. Każdego roku notuje się znaczącą liczbę zgonów spowodowanych występowaniem fal upałów. W czasopiśmie „Nature Medicine” w 2022 roku opublikowano informację, że w Europie aż ponad 60 tys. osób straciło życie na skutek fal upałów. Górnośląsko-Zagłębiowską Metropolię (GZM) zamieszkuje starzejące się społeczeństwo, więc nasilanie się zjawiska powoduje, iż jest to poważny problem również w naszym regionie.

Czy metropolia przejawia jakieś szczególne cechy pod kątem występowania wyspy ciepła?

Analizujemy ją wspólnie z doktorantką mgr Aleksandrą Renc w Instytucie Nauk o Ziemi. Zdecydowałyśmy się na takie badania, ponieważ struktura metropolii jest bardzo charakterystyczna z połączonymi, sąsiadującymi ze sobą miejscowościami. Praktycznie nie występują tutaj typowe strefy podmiejskie. Przemieszczając się w obrębie GZM, w zasadzie nie spostrzegamy, kiedy zaczyna się jedno miasto, a kończy drugie. Analiza wyspy ciepła w obrębie administracyjnych miast nie oddawałaby chyba istoty problemu, stąd skoncentrowałyśmy się na obszarze całej metropolii. Nasza wyspa ciepła ma strukturę archipelagu, czyli kilku wysp. Najbardziej permanentne wyspy archipelagu obejmują centra Katowic, Sosnowca, Bytomia i Gliwic. W tych miejscach wyspa ciepła jest najbardziej trwała. Najintensywniejsze części wyspy ciepła pojawiają się w obszarach przemysłowych i w obrębie centrów handlowych.

W wielu miejscach zauważyć można kurtyny wodne stawiane podczas największych upałów, ale to chyba niewystarczający sposób na ochłodzenie całego miasta?

Kurtyny są całkiem dobrym rozwiązaniem. Oczywiście doraźnym, ale bardzo pomocnym dla osób, które muszą funkcjonować w mieście np. podczas fali upałów. Wiadomo też, że roślinność i jej wkomponowanie w strukturę miasta to czynnik łagodzący. Nie powinno się zatem wycinać drzew, a dodatkowo powinno się organizować trawniki. Warto dodać, że jeśli mówimy o miejskiej wyspie ciepła, to pojawia się również pojęcie wyspy chłodu albo miejskiej wyspy chłodu, czyli właśnie obszaru roślinności występującej w mieście. Dobrze, gdy są to większe powierzchnie, jak np. chorzowski Park Śląski, ale równie cenna jest roślinność, którą wprowadzamy w sztuczny sposób do miasta. To także różnego rodzaju zbiorniki z wodą, m.in. w postaci fontann czy oczek wodnych. Obserwowane nawet na zdjęciach satelitarnych mają znacząco niższą temperaturę. Wynika to z zachodzącego na tych terenach procesu parowania, w czasie którego dochodzi do wychładzania. Innymi zalecanymi sposobami łagodzenia skutków wyspy ciepła mogą być np. zielone dachy czy też pokrywanie powierzchni budynków materiałami charakteryzującymi się dużym odbiciem energii słonecznej. Warto również tworzyć obszary zacienione.

Rozkład wyspy ciepła (SHI) i chłodu (SCI) w GZM, temperatura powierzchni gruntu ze zdjęć satelitarnych | źródło: Renc A., Łupikasza E., Błaszczyk M., 2022. Spatial structure of the surface heat and cold islands in summer based on Landsat 8 imagery in southern Poland. Ecological Indicators 142, 109181, https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109181.

Na miejską wyspę ciepła wpływa też jeszcze jeden istotny element, a mianowicie emisja sztucznego ciepła na skutek funkcjonowania człowieka i poprzez wykorzystywanie różnego rodzaju maszyn. Kiedy przy wysokich temperaturach używamy klimatyzacji, nasze mieszkania są chłodzone, ale ciepło, które przy tej okazji powstaje, wydobywa się na zewnątrz. Kiedy spojrzymy na zdjęcia różnych budynków w podczerwieni, widać, jak dużo dodatkowej energii wydobywa się chociażby z bloków, które zamieszkujemy. Korzystamy z transportu miejskiego czy prywatnego, więc gdy się przemieszczamy, również oddajemy do atmosfery duże ilości ciepła. Wyspa ciepła w znacznym stopniu wpływa też na tereny otaczające miasto – w końcu to nie jest struktura zamknięta w szklanej bańce. Przykładowo temperatura w mieście powoduje, że także woda, która krąży w systemie miejskim, ma podwyższoną temperaturę. Ta przedostaje się do gruntu, przenika dalej i oddziałuje na środowisko, wpływając negatywnie na bioróżnorodność.

Wspomniała Pani Profesor o zdjęciach satelitarnych. Jak bada się miejską wyspę ciepła, jakie dane są wykorzystywane do analizy zjawiska?

Podstawą wszelkich badań klimatu i pogody są pomiary meteorologiczne, które mogą pochodzić z różnych źródeł. W przypadku klimatu miasta korzysta się z danych zbieranych m.in. przez tzw. automatyczne stacje pogody wyposażone w różne czujniki i mierzące podstawowe elementy meteorologiczne, w tym temperaturę powietrza. Ważna jest lokalizacja stacji – miasto jest bardzo zróżnicowane pod względem struktury. Obecnie bardzo często badania klimatu miasta prowadzone są również na podstawie zdjęć satelitarnych, pozwalających na analizę temperatury powierzchni gruntu, a ta bardzo silnie zależy od organizacji samego miasta, lokalizacji stref śródmieścia, terenów podmiejskich czy też występującej w nim roślinności. Znaczny wpływ na pomiary mają obszary rolne występujące w obrębie miasta i na terenach podmiejskich. Temperatura powierzchni gruntu przed żniwami, czyli gdy rośliny jeszcze znajdują się na polu, widocznie różni się od tej po żniwach – wówczas jest ona bardzo wysoka, czasami zdarza się, że może być nawet wyższa aniżeli w mieście.

Czy to oznacza, że zasadniczo miasta zazwyczaj są dużo cieplejsze od okalających je obszarów?

Można tak powiedzieć. Oczywiście muszą być odpowiednie do tego warunki, bo gdy wstępują silne wiatry, miejska wyspa ciepła zanika. Jej natężenie i występowanie zależą też od lokalizacji miasta w strefie klimatycznej. To, czy wyspa występuje w danym momencie, czy nie, zależy od warunków meteorologicznych, samej pogody. Jeśli jest wysokie zachmurzenie i silny wiatr, to zjawisko może wcale nie być widoczne, nie musi się ujawnić. Bywa, że różnica pomiędzy temperaturą odnotowywaną w mieście a poza nim może sięgać 5 stopni Celsjusza. W literaturze podaje się nawet, że w niektórych miastach na świecie było to aż 10 stopni. Najczęściej są to jednak 2–4 stopnie różnicy.

W literaturze science fiction nierzadko poruszany jest wątek zmian klimatu zagrażających ludzkości. W wydanej już w 1964 roku książce Trzy stygmaty Palmera Eldritcha Philip K. Dick przewidywał drastyczne skutki globalnego ocieplenia dla mieszkańców miast, choć nie był przecież naukowcem. W jego historii praktycznie niemożliwe jest przebywanie poza domem w ciągu dnia z powodu zbyt wysokich temperatur, a dla osłony organizmu konieczne jest zakładanie specjalnych kombinezonów ochronnych. Dick był fatalistą czy prorokiem?

Nie czuję się upoważniona, żeby wybiegać tak daleko w przyszłość, dostrzegam natomiast, że podejmowanie działań na rzecz klimatu nie idzie nam najlepiej ani najskuteczniej. Pomimo że zmiany klimatu są czymś, o czym rozmawia się bardzo intensywnie od lat, średnia temperatura Ziemi nadal rośnie. Co więcej, wydaje się, że wciąż jeszcze spotkać można osoby, które w ogóle kwestionują zmiany klimatu. To, co może się wydarzyć w następnych dekadach, pokazują nam modele klimatu tworzone przez interdyscyplinarne zespoły naukowców. Fizycy atmosfery starają się przewidywać, jaki będzie klimat w przyszłości, i tworzą takie scenariusze nawet na 2100 rok. Jeżeli kogoś dziwi, że wybiegamy tak daleko w przyszłość, chcę zaznaczyć, że rozmawiamy tutaj o klimacie, a nie pogodzie. Kiedy mówimy o samych warunkach klimatycznych, a nie o zmianach klimatu, musimy dysponować danymi z około 30 lat – to są wytyczne Światowej Organizacji Meteorologicznej. Z kolei gdy mówimy o zmianach klimatu, w grę wchodzą dziesiątki, a nawet setki lat. Tworzone przez naukowców modele i scenariusze klimatu pokazują nam, co się wydarzy, jeżeli zostaną zachowane pewne określone warunki wejściowe, np. funkcjonowanie społeczeństwa – czy będzie zorientowane na ochronę środowiska, czy nie. W zależności od tego, jakie kroki będziemy podejmować (lub nie) na rzecz klimatu i środowiska, w którym żyjemy, te scenariusze mogą się istotnie od siebie różnić.

Niestety, nawet naszym politykom zdarza się deprecjonować wyniki badań prowadzonych przez klimatologów…

Tymczasem modele klimatyczne są tworzone na podstawie znajomości procesów, które zachodzą obecnie w środowisku. Znana nam jest zależność pomiędzy koncentracją dwutlenku węgla w atmosferze a temperaturą powietrza odkryta bardzo dawno temu, bo w 1896 roku, przez szwedzkiego fizyka i chemika Svantego Augusta Arrheniusa. Zajmował się klimatem i próbował wyjaśnić, dlaczego w historii Ziemi pojawiały się okresy glacjałów i interglacjałów, czyli dlaczego w przeszłości mieliśmy do czynienia z okresami ochłodzenia i ocieplenia. Ocenił, że gdyby koncentracja dwutlenku węgla spadła o 50% w stosunku do tej, jaką odnotowano w momencie, kiedy żył (z około 300 ppm do 150 ppm), należałoby się spodziewać spadku temperatury atmosfery, którą oszacował na około 5–4 stopni Celsjusza. Należy dodać, że w swoich obliczeniach uwzględnił również wpływ pary wodnej i albedo obszarów polarnych. Dzisiaj szacuje się, że różnica globalnej temperatury pomiędzy okresami zlodowacenia a ocieplenia wynosiła właśnie ok. 5 stopni Celsjusza. Arrheniusowi nikt wtedy nie uwierzył. Został zignorowany i dopiero w okolicach 1970 roku powrócono do jego prac, gdy zauważono niepokojące zmiany klimatu. Dziś dysponujemy komputerami i programami, za pomocą których w sposób matematyczny zapisujemy funkcjonowanie środowiska i mamy możliwość tworzenia prawdopodobnych scenariuszy dla klimatu Ziemi w przyszłości. Wszystko przed nami – w zależności od tego, jaką ścieżkę wybierzemy, możemy mierzyć się z różnymi problemami.

Wielu zaczyna wątpić, czy jeszcze zdążymy umknąć przed katastrofą klimatyczną i czy jest sens w pojedynkę podejmować jakiekolwiek starania.

Jeżeli tylko jeden człowiek będzie myślał, że jest w stanie coś zmienić, będzie trudno, ale jeśli każdy z nas pomyśli, że ma moc, by wpływać na środowisko, to przecież możemy to zrobić. Proszę sobie wyobrazić, że wszyscy w Katowicach podejmą decyzję, że przez tydzień korzystają wyłącznie ze środków transportu miejskiego, a najlepiej (jeśli pozwalają zdrowie i inne okoliczności) przesiądą się na rowery. Czy to nie wpłynie na ilość emitowanej energii? Jeżeli tych ludzi będzie dużo i wszyscy zmienimy sposób naszego myślenia, to jak najbardziej, nawet najdrobniejsze działania niewymagające od nas wiele wysiłku na pewno przełożą się na naszą przyszłość. Ważna jest w tym wszystkim rola edukacji. Obecnie najgorszy jest chyba niski poziom świadomości, co się aktualnie dzieje. Podstawowym działaniem mogącym mieć długoterminową korzyść jest edukowanie młodych ludzi. Trudno rzeczywiście zmienić podejście dorosłych, zwłaszcza jeśli mają silnie ukształtowane poglądy, więc długofalowe działania powinny być skierowane przede wszystkim na edukację młodzieży. Wierzę, że odpowiednio sformułowana i przekazana wiedza przyniosłaby efekty.

Dziękuję za rozmowę.