Исследование острова тепла Якутска в летний период по данным термических микродатчиков

В настоящей работе описываются результаты микроклиматического эксперимента по изучению термической структуры города Якутска с помощью самостоятельной развернутой сети термических датчиков TZONE. C ее помощью город и ближайшие пригороды были охвачены измерительной инфраструктурой, состоящей из 18 единиц датчиков на двухмесячный срок во второй половине лета 2024 г. В результате полученные данные однозначно указывают на образование в Якутске летней температурной аномалии, которая может быть классифицирована как «летний остров тепла», интенсивность которой в ночные часы (диагностический признак острова тепла) достигает 2,5–3,6°C. Среднее же значение острова тепла для всего летнего периода может быть оценено в пределах 1,3–1,6°C. Также отмечается значительная неоднородность в суточном ходе температуры внутри города и в фоновой зоне, что, скорее всего, связано с различиями в режиме нагрева приземного слоя воздуха вследствие дифференцированного прихода прямой солнечной радиации (большая открытость «фоновых» площадок солнечным лучам). 

1. Варенцов М.И., Константинов П.И., Самсонов Т.Е. и др. Изучение феномена городского острова тепла в условиях полярной ночи с помощью экспериментальных измерений и дистанционного зондирования на примере Норильска // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 329–337.

2. Константинов П., Куканова А. Городские острова тепла в РФ: главные характеристики и проблемы изучения: сб. тезисов Международной конференции и школы молодых ученых по измерениям, моделированию и информационным системам для моделирования окружающей среды «ENVIROMIS-2014». Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 2014. С. 162–164.

3. Республика Саха (Якутия) в цифрах: Краткий стат. сборник / Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Республике Саха (Якутия). Якутск, 2025. 150 с.

4. Стрелецкий Д.А., Шикломанов Н.И., Гребенец В.И. Изменение несущей способности мерзлых грунтов в связи с потеплением климата на севере Западной Сибири // Криосфера Земли. 2012. Т. 16. № 1. С. 22–32.

5. Стручкова Г.П., Крупнова Т.Г., Ракова О.В. и др. Определение тепловых аномалий г. Якутск по результатам дешифрирования спутниковых данных // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023. Т. 28. № 3. С. 415–424, DOI: 10.31242/2618-9712-2023-28-3-415-424.

6. Швер Ц.А., Изюменко С.А. Климат Якутска. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 246 с.

7. AMAP. Arctic Monitoring and Assessment Programme climate change update 2019: An update to key findings of snow, water, ice and permafrost in the Arctic (SWIPA), Oslo, Norway, 2019, р. 12.

8. Asa P.S., Zemba A.A. Assessing temperature warming and cooling rates using simple statistical analysis: The case study of Jalingo metropolis, Journal of the Bulgarian Geographical Society, 2023, vol. 49, p. 43–51, DOI: 10.3897/jbgs.e110454.

9. Baklanov A., Burzynski J., Christen A. et al. The urban surface energy budget and mixing height in European cities: data, models and challenges for urban meteorology and air quality, Final Report of Working Group 2, 2004, p. 234.

10. Benz S., Bayer P., Goettsche F. et al. Linking surface urban heat islands with groundwater temperatures, Environmental science & technology, 2016, vol. 50(1), p. 70–78, DOI: 10.1021/acs.est.5b03672.

11. Bowling S., Benson C. Study of the subarctic heat island at Fairbanks, Alaska, Environmental Protection Agency, EPA-600/4-78-027, Washington, D.C., 1978, р. 150.

12. Biskaborn B.K., Smith S.L., Noetzli J. et al. Permafrost is warming at a global scale, Nature communications, 2019, vol. 10, no. 1, p. 264, DOI: 10.1038/s41467-018-08240-4.

13. Davy R., Chen L., Hanna E. Arctic amplification metrics, ArXiv preprint arXiv:1810.03885, 2018, DOI: 10.48550/ arXiv.1810.03885

14. Esau I., Miles V. Warmer urban climates for development of green spaces in northern Siberian cities, Geography, Environment, Sustainability, 2016, vol. 9, no. 4, p. 48–62, DOI: 10.24057/2071-9388-2016-9-4-17-23.

15. Esau I., Miles V., Varentsov M. et al. Spatial structure and temporal variability of a surface urban heat island in cold continental climate, Theoretical and Applied Climatology, 2019, vol. 137, p. 2513–2528, DOI: 10.1007/s00704-018-02754-z.

16. Fan Y., Li Y., Yin S. Non-uniform ground-level wind patterns in a heat dome over a uniformly heated non-circular city, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, vol. 124, p. 233–246, DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.03.069.

17. Ganbat G., Han J.Y., Ryu Y.H. et al. Characteristics of the urban heat island in a high-altitude metropolitan city, Ulaanbaatar, Mongolia, Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 2013, vol. 49, no. 4, p. 535–541, DOI: 10.1007/s13143-013-0047-5.

18. Harsch M.A., Hulme P.E., McGlone M.S. et al. Are treelines advancing? A global meta-analysis of treeline response to climate warming, Ecology letters, 2009, vol. 12, no. 10, p. 1040–1049, DOI: 10.1111/j.1461-0248.2009.01355.x.

19. Hinkel K.M., Nelson F.E., Klene A.E. et al. The urban heat island in winter at Barrow, Alaska, International Journal of Climatology, 2003, vol. 23, p. 1889, DOI: 10.1002/joc.971.

20. Hjort J., Suomi J., Käyhkö J. Extreme urban – rural temperatures in the coastal city of Turku, Finland: Quantification and visualization based on a generalized additive model, Science of the Total Environment, 2016, vol. 569, p. 507– 517, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.06.136.

21. Hjort J., Karjalainen O., Aalto J. et al. Degrading permafrost puts Arctic infrastructure at risk by mid-century, Nature communications, 2018, vol. 9, no. 1, p. 5147, DOI: 10.1038/s41467-018-07557-4.

22. Hubbart J., Link T., Campbell C. et al. Evaluation of a lowcost temperature measurement system for environmental applications, Hydrological Processes: an International Journal, 2005, vol. 19, no. 7, p. 1517–1523, DOI: 10.1002/hyp.5861.

23. IPCC, Special Report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2019.

24. Järvi L., Hannuniemi H., Hussein T. et al. The urban measurement station SMEAR III: Continuous monitoring of air pollution and surface-atmosphere interactions in Helsinki, Finland, Boreal environment research, 2009, vol. 14, p. 86–109.

25. Kinnard C., Zdanowicz C., Fisher D. et al. Reconstructed changes in Arctic Sea ice over the past 1,450 years, Nature, 2011, vol. 479, no. 7374, p. 509–512, DOI: 10.1038/nature10581.

26. Konstantinov P., Baklanov A., Varentsov M. et al. Experimental urban heat island research of four biggest polar cities in Northern Hemisphere, European Geosciences Union General Assembly, 2014, vol. 16, p. 1.

27. Konstantinov P., Varentsov M., Esau I. A high-density urban temperature network deployed in several cities of Eurasian Arctic, Environmental Research Letters, 2018, vol. 13, no. 7, p. 075007, DOI: 10.1088/1748-9326/aacb84.

28. Lappalainen H., Kerminen V., Petaja T. et al. Pan-Eurasian Experiment (PEEX): Towards holistic understanding of the feedbacks and interactions in the land-atmosphereocean-society continuum in the Northern Eurasian region, Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 2016, p. 1–107, DOI: 10.5194/acp-16-14421-2016.

29. Lokoshchenko M.A., Korneva I.A. Underground urban heat island below Moscow city, Urban Climate, 2015, vol. 13, p. 1–13, DOI: 10.1016/j.uclim.2015.04.002.

30. Magee N., Curtis J., Wendler G. The urban heat island effect at Fairbanks, Alaska, Theoretical and applied climatology, 1999, vol. 64, no. 1, p. 39–47, DOI: 10.1007/ s007040050109.

31. Miles V., Esau I. Seasonal and spatial characteristics of Urban Heat Islands in Northern West Siberian cities, Remote sensing, 2017, vol. 9, no. 10, p. 989, DOI: 10.3390/rs9100989.

32. Mishra V., Ganguly A., Nijssen B. et al. Changes in observed climate extremes in global urban areas, Environmental Research Letters, 2015, vol. 10, no. 2, p. 024005, DOI: 10.1088/1748-9326/10/2/024005.

33. Oke T. The energetic basis of the urban heat island, Quarterly journal of the royal meteorological society, 1982, vol. 108, no. 455, p. 1–24, DOI: 10.1002/qj.49710845502.

34. Oke T., Mills G., Christen A. et al. Urban Climates, Cambridge University Press, 2017, р. 525, DOI: 10.1017/9781139016476.

35. Peng S., Piao S., Ciais P. et al. Surface urban heat island across 419 global big cities, Environmental science and technology, 2012, vol. 46, no. 2, p. 696–703, DOI: 10.1021/es2030438.

36. Piringer M., Joffre S., Baklanov A. et al. The surface energy balance and the mixing height in urban areas-activities and recommendations of COST-Action 715, BoundaryLayer Meteorology, 2007, vol. 124, no. 1, p. 3–24, DOI: 10.1007/s10546-007-9170-0,2007.

37. Semenova A.A., Konstantinov, P.I., Varentsov, M.I. et al. Modeling the dynamics of comfort thermal conditions in Arctic cities under regional climate change, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 386, no. 1, p. 012017, DOI: 10.1088/1755-1315/386/1/012017.

38. Sitch S., McGuire A., Kimball J. et al. Assessing the carbon balance of circumpolar Arctic tundra using remote sensing and process modeling, Ecological applications, 2007, vol. 17, no. 1, p. 213–234, DOI: 10.1890/1051-0761(2007)017[0213:ATCBOC]2.0.CO;2.

39. Shiklomanov N.I., Streletskiy D.A., Swales T.W. et al. Climate change and stability of urban infrastructure in Russian permafrost regions: prognostic assessment based on GCM climate projections, Geographical review, 2016, vol. 107, no. 1, p. 125–142, DOI: 10.1111/gere.12214.

40. Steinecke K. Urban climatological studies in the Reykjavık subarctic environment, Iceland, Atmospheric environment, 1999, vol. 33, iss. 24, p. 4157–4162, DOI: 10.1016/S1352-2310(99)00158-2.

41. Stewart I., Oke T. Local climate zones for urban temperature studies, Bulletin of the American Meteorological Society, 2012, vol. 93, no. 12, p. 1879–1900, DOI: 10.1175/BAMS-D-11-00019.1.

42. Varentsov M., Konstantinov P., Baklanov A. et al. Anthropogenic and natural drivers of a strong winter urban heat island in a typical Arctic city, Atmospheric Chemistry and Physics, 2018, vol. 18, no. 23, p. 17573–17587, DOI: 10.5194/acp-18-17573-2018.

43. Voogt J., Oke T. Thermal remote sensing of urban climates, Remote sensing of environment, 2003, vol. 86, no. 3, p. 370–384, DOI: 10.1016/S0034-4257(03)00079-8.

44. Wienert U., Kuttler W. The dependence of the urban heat island intensity on latitude – A statistical approach, Meteorologische Zeitschrift, 2005, vol. 14, no. 5, p. 677–686, DOI: 10.1127/0941-2948/2005/0069.

45. Wouters H., De Ridder K., Poelmans L. et al. Heat stress increase under climate change twice as large in cities as in rural areas: A study for a densely populated midlatitude maritime region, Geophysical Research Letters, 2017, vol. 44, no. 17, p. 8997–9007, DOI: 10.1002/2017GL074889.

46. Zhao L., Lee X., Smith R. et al. Strong contributions of local background climate to urban heat islands, Nature, 2014, vol. 511, no. 7508, p. 216–219, DOI: 10.1038/nature13462.

47. Zhou D., Xiao J., Bonafoni S. et al. Satellite remote sensing of surface urban heat islands: Progress, challenges, and perspectives, Remote Sensing, 2018, vol. 11, no. 1, p. 48, DOI: 10.3390/rs11010048.

48. Электронный ресурс

49. Климатические нормы Якутска. URL: https://meteoinfo. ru/climatcities (дата обращения 01.11.2024).