Солнечный свет в 3D-городах: показывает, как дата, местоположение, погода и структура города влияют на солнечный свет, используя облачный покров и 3D-данные. Кредит: Nature Cities (2024). DOI: 10.1038/s44284-024-00120-x
Солнечный свет играет решающую роль в общественном здоровье, влияя на синтез витамина D и психологическое благополучие. Недостаточное воздействие солнечного света связано с различными неблагоприятными последствиями для здоровья, такими как сердечно-сосудистые заболевания, метаболический синдром, депрессия и психические расстройства.
Идеальный солнечный свет, или базовый уровень, представляет собой максимальное количество солнечного света, которое регион мог бы получать ежегодно при отсутствии облачного покрова или городских построек, приблизительно 4460 часов. Городская застройка, особенно небоскребы, может блокировать естественный солнечный свет, уменьшая воздействие до 90% в высотных городах, таких как Гонконг.
Этот недостаток солнечного света способствует возникновению проблем со здоровьем, таких как дефицит витамина D и близорукость, особенно среди детей и пожилых людей. Быстрый рост высотных зданий с 1970-х годов усугубил проблему, подчеркнув необходимость городского планирования, которое обеспечивает достаточное количество солнечного света для жителей.
Недавно исследователи из HKU разработали структуру для оценки продолжительности солнечного света в городах, выявив существенное сокращение доступного солнечного света из-за облачного покрова и трехмерных городских структур. Результаты были опубликованы в Nature Cities, подчеркивая необходимость комплексных подходов к городскому планированию, которые подчеркивают достаточный доступ к солнечному свету.
Существующие исследования часто упускают из виду детали того, как трехмерные городские структуры и облачный покров вместе влияют на доступность солнечного света.
Исследовательская группа синтезировала набор данных дистанционного зондирования и моделей на основе процессов, связанных с городскими застроенными территориями, наблюдениями за облаками, параметрами городской структуры и климатическими условиями, — представляя собой «цифрового близнеца» городской среды, — чтобы оценить динамику солнечного света в 1353 городах США в 2020 году.
Применив эту структуру к 1353 городам США, результаты показывают значительное сокращение на 2896 часов (121 день) доступного солнечного света в 2020 году, при этом облачный покров составляет 2448 часов (102 дня), а городские структуры способствуют потере 448 часов (19 дней).
Ежегодные карты солнечного света для 1353 городов США в 2020 году: a) Продолжительность дня: продолжительность солнечного света от восхода до заката. b) Естественный солнечный свет: фактический солнечный свет из-за облачного покрова. c) Городской солнечный свет: солнечный свет над застроенными территориями. d) Уменьшение солнечного света в застроенных территориях: разница между естественным и городским солнечным светом из-за трехмерных городских структур. Кредит: Nature Cities (2024). DOI: 10.1038/s44284-024-00120-x
Результаты общенациональных исследований показывают, что облачный покров и городские структуры значительно сокращают годовые часы солнечного сияния. Только облачный покров объясняет 55%-ное сокращение солнечного света, что означает 102 дня потери солнечного света в год. Городские структуры вносят дополнительный вклад в сокращение примерно на 19 дней в год.
Примечательно, что влияние облачного покрова более выражено в северо-восточных регионах (таких как Мэн и Нью-Йорк) и северо-западных регионах (таких как Вашингтон), где годовые часы солнечного сияния сокращаются с 4460 до 1500. Кроме того, влияние городского затенения демонстрирует отчетливые географические различия, с более серьезными закономерностями в прибрежных городах.
Профессор Бин Чен, главный исследователь проекта и доцент кафедры ландшафтной архитектуры в Гонконгском университете, сказал: «Это исследование выросло из нашего более раннего исследования, опубликованного в 2023 году в журнале Nature, посвященного оптимизации городской тени с использованием цифровых двойников и направленного на изучение взаимодействия между природой и трехмерными городскими структурами, которые ограничивают доступ солнечного света».
Профессор Чен подчеркнул два важных вклада этого исследования и сказал: «Разработанная концептуальная модель позволяет нам учитывать различные факторы, включая широту, облачность, сезонные изменения и городские структуры, в продолжительности солнечного света».
«Это имеет решающее значение для охвата сложного взаимодействия между географическими, климатическими и структурными элементами, которые влияют на воздействие солнечного света в густонаселенных городских районах. Еще одним ключевым выводом является то, что совокупное воздействие этих факторов приводит к общему ежегодному сокращению 2896 солнечных часов, что эквивалентно 121 дню».
«С наблюдаемыми тенденциями увеличения облачности и урбанизации потеря солнечного света, вероятно, ухудшится». Профессор Чэнь отметил, что исследование подчеркивает настоятельную необходимость в междисциплинарных стратегиях городского планирования, которые отдают приоритет адекватному доступу к естественному солнечному свету.
«Быстрая урбанизация и рост высотных зданий имеют глубокие последствия как для управления энергией, так и для общественного здравоохранения. Потеря солнечного света может усугубить потребность в энергии и увеличить выбросы углерода, особенно в более холодных регионах и в более холодное время года. Нам нужны локализованные правила, чтобы обеспечить справедливый доступ к солнечному свету в районах с высокой плотностью населения», — сказал профессор Чэнь Линь, заведующий кафедрой финансов, заместитель вице-президента HKU.
Дополнительная информация: Шэнбяо У и др., Взаимодействие облачного покрова и трехмерных городских структур сокращает доступ человека к солнечному свету, Nature Cities (2024). DOI: 10.1038/s44284-024-00120-x
Информация о журнале: Природа Города, Природа
Предоставлено Университетом Гонконга
