REPRESENTATIVENESS OF AMBIENT TEMPERATURE DATA IN URBAN AREA

Випуск 268. Том 280 УДК 53.087.44 Боженко А. Л., ведущий специалист кафедры качества, стандартизации и техногенно-экологической безопасности, Черноморский национальный университет им. Петра Могилы, г. Николаев, Украина Зюляев Д. Д., аспирант кафедры экологии и природопользования, Черноморский национальный университет им. Петра Могилы, г. Николаев, Украина Кубов В. И., канд. техн. наук, доцент, Черноморский национальный университет им. Петра Могилы, г. Николаев, Украина РЕПРЕЗЕНТАТИВНОСТЬ ЗНАЧЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ Дан анализ репрезентетивности данных по вариациям температуры, полученных в городских условиях (г. Николаев). На экспериментальном комплексе ЧГУ им. Петра Могилы проведены измерения температуры датчиками, которые расположены в разных условиях. Установлено, что даже самые затенённые датчики на территории ЧГУ показывают иную температуру, чем метеостанция за городом. Дана оценка степени влияния способа размещения термометра на значение измеренной температуры. Сформулированы критерии выбора значения температуры внешней среды по результатам измерения. температур в нескольких точках. Ключевые слова: репрезентативность данных; температура; городская окружающая среда. Постановка проблемы. Измерение температуры важно по разным причинам. На кратковременных интервалах оно даёт информацию о погоде в повседневной жизни, на долгосрочных интервалах обеспечивает мониторинг температурных особенностей данной географической точки, что используется в метеорологии, климатологии, экологии и т. д. Немаловажную роль температура внешнего воздуха играет для определения условий отопления, что приобрело особую актуальность в условиях экономии энергоресурсов. Воздух атмосферы пропускает солнечные лучи к земной поверхности, однако именно он этими лучами не прогревается. Нагревается Солнцем земная поверхность, а потом от нее воздух. По-этому, чем дальше от земной поверхности, тем становится холоднее. В городе, при обилии нагревающихся поверхностей на разных этажах (плюс теплотрассы, транспорт и прочее), прогрев воздуха приобретает своеобразный характер, а учесть все факторы очень сложно. На метеорологических станциях для получения точных температур воздуха термометр помещают в специальной будке с решётчатыми стенками, которую устанавливают на высоте 2 м от земли. Это позволяет воздуху свободно проникать в нее, вместе решетки защищают термометр от попадания солнечных лучей. Показатели термометра записывают каждые 3 часа. Дополнительные необходимые условия: ровная площадка естественной земли (или газона) размером 26 × 26 м, отсутствие загораживающих объектов, домов, деревьев и высоких кустарников в радиусе 200–300 м и т. д. [1]. В городе выполнение этих условий затруднительно, хотя пользоваться данными близлежащих метеостанций тоже не представляется выходом из ситуации. Спутниковые наблюдения тоже не годятся, поскольку наблюдать за городской температурой они могут только через определенные интервалы времени. Анализ первоисточников. Проблему измерения ветра и температуры, как на загородной метеостанции, может решить размещение автоматических датчиков на самой высокой башне или подобном объекте. Например, в Москве такие датчики расположены на Останкинской башне [2]. Другое дело, что не во всех городах есть подобные сооружения, исключением не является и г. Николаев. Кроме того, уже упоминалось, что температура на такой башне будет отличаться от реальной температуры во многих уголках города на высоте человеческого роста. Даже официальными наставлениями гидрометслужбы, допускаются отклонения по температуре в различных точках населенного пункта в 2 °С, а в крупных мегаполисах – до 5 °С. В условиях крупного города разница температуры измеренная в разных районах города в условиях отсутствия интенсивного переноса воздушных масс (антициклон, штиль) может достигать и больших величин. Так, например, в Новосибирске, где в городе и в ближайших окрестностях находится 5–6 постоянно действующих государствен15 Наукові праці. Техногенна безпека. Радіобіологія ных метеорологических станций, можно наблюдать разницу в измерениях ими температуры в одно и тоже время, более чем в 10 °С. За городом, где как правило и расположены метеостанции, температура тоже может существенно отличаться от «городской» на 5, а то и 10 °С, в зависимости от других погодных условий. Например, разница на городских и пригородных станциях России в ночное время достигает 5–7 °. Таким образом разницу в 2–5 °С между различными станциями и датчиками можно считать нормальной и в какой-то мере приемлемой [1]. Кроме того, для многих городов характерно наличие зон с температурой, постоянно более высокой, чем в околицах, что называется «эффектом теплового острова» [6]. В США описанную проблему решили, создав Citizen Weather Observer Program, которая предполагает мониторинг не только температуры, но и некоторых других метеорологических характеристик частными метеостанциями разного типа, которые граждане устанавливают в подконтрольных им местах и самостоятельно обслуживают. Для калибровки таких измеритульных приборов предлагается сверка своих данных с данными официальной метеослужбы США, представленными на сайте программы. Туда же после калибровки соучастник закачивает свои данные, что позволяет создавать намного более детализированные карты погоды на наблюдаемой территории, чем это могут обеспечить только официальные мониторинговые посты, финансируемые из государственного бюджета. Подобный метод подходит для всех стран, и в нашем исследовании измерительные приборы тоже калибровались по данным местной метеостанции и регулярно сверяются с ней [3]. Группа исследователей из Urban Center for Computation and Data при Университете Чикаго разработала проект «Array of Things«. В режиме реального времени тысячи сенсоров будут собирать данные о городской среде, в том числе, температуру. Сенсоры расположены на электрических столбах на высоте примерно в два раза выше человеческого роста, что решает проблему вандализма. [4]. Конечно, непродолжительность измерений и отсутствие информации о приборах и их установке сводит ценность наблюдений практически к нулю, однако в работе [5] показано, что с помощью процедуры приведения коротких рядов к длинным по станциям-аналогам возможно восстановление сезонных и среднегодовых температур (в городе Мурманске удалось восстановить температурные ряды за период 1802–1934 гг). Это позволяет значительно удлинить существующий ряд и более эффективно проанализировать его. Цель статьи. Цель данной статьи – проанализировать репрезентетивность (соответствие характеристик выборки характеристикам генеральной совокупности в целом) данных по вариациям температуры, полученных в городских условиях, оценить степень влияния способа размещения термометра на значение измеренной температуры, сформулировать критерии выбора значения температуры внешней среды по результатам измерения температур в нескольких точках. При этом стоит оговорить, что географическое расположение ЧГУ им. Петра Могилы не предполагает наличи (...truncated)