At bringe varmen ud af byen

Varmebølger stiger på verdensplan - og det inkluderer Schweiz. Især byer lider som følge heraf:temperaturforskellen mellem by og landskab kan udgøre flere grader. En ny vandtunnel ved Empa kan medvirke til at lette disse byvarmeøer i fremtiden - for eksempel ved at byer sikrer lavere temperaturer lokalt gennem vegetation, vandoverflader og lysere materialer og skabe plads til vind for at lufte byer bedre.

April 2018 viste temperaturer i Schweiz, der normalt er mere almindelige i maj - og i maj mindede vejret allerede om midsommer. Dette er ikke længere en undtagelse. År efter år bliver varmerekorderne slået. Byer lider meget mere af hedebølgerne end det omkringliggende landskab:temperaturforskellene mellem byzoner og de omkringliggende grønne områder kan være så høje som flere grader.

Fænomenet er kendt som byvarmeøer. Der er flere årsager til temperaturforskellene:De mørke overflader på fortove og hustage absorberer mere sollys i løbet af dagen - og bevarer det bedre. Yderligere varme genereres i byen af ​​trafik og industri. Desuden, der er normalt mangel på vegetation, der kan reducere temperaturen ved fordampning. Og bygningerne med tæt afstand blokerer vinden, som kunne bringe køligere omgivelsesluft.

Hvordan kan vinden føre varme ud af byen?

Varmen er ikke kun ubehagelig, men har også alvorlige virkninger:Energiforbruget til køling stiger, ozonniveauerne på jordoverfladen stiger, og temperaturerne fører til yderligere sygdomme og endda dødsfald. Og flere og flere mennesker påvirkes:Over halvdelen af ​​verdens befolkning bor i dag i byområder. I 2030, denne procentdel forventes at stige til to tredjedele. Byer og forskningsgrupper rundt om i verden arbejder på måder at lindre denne by -varmeø -effekt. Særlig opmærksomhed rettes mod vinden:den kan sprede varmen fra byerne, bringe køligere luft fra omgivende søer og skove og derudover afkøle overfladerne ved konvektion. Under hedebølger med lidt vind, opdriftseffekten spiller en vigtig rolle:når varm luft stiger over byen, køligere luft kan strømme op under. Ud over, områder med køligere luft kan oprettes:F.eks. parker med vegetation, lettere overflader, der absorberer mindre solstråling eller overflader, hvor vand fordamper - f.eks. kunstige søer eller våde materialer. Vinden kan distribuere denne køligere luft i områder, hvor varmeø -effekten ikke kan bekæmpes lokalt.

For at vinden kan sprede varmen fra byerne, imidlertid, byen skal bygges på en sådan måde, at luftmasser relativt let kan flyde rundt om bygningerne. Imidlertid, dette er alt andet end trivielt:der er endnu ikke blevet undersøgt nok om, hvordan bystrukturer påvirker lokale vindforhold. For at optimere byer på en sådan måde, at de effektivt kan forhindre varmeøerne, man skal først forstå, hvad der præcist sker:Hvordan flyder og hvirvler vinden på bygninger og over opvarmede veje? Og hvordan ændrer dette temperaturfordelingen?

Et spørgsmål om skala

At besvare disse spørgsmål er formålet med den nye vandtunnel ved Empa, som officielt blev indviet i dag. Men hvorfor skal der en vandtunnel til bedre at forstå vindbevægelser? Det er et spørgsmål om skalering:Da modellerne af bystrukturer kun er en brøkdel af størrelsen på rigtige bygninger og veje, vand opfører sig nøjagtigt som vind i en rigtig by ved passende strømningshastigheder. Vandtunnelen har to klare fordele i forhold til en vindtunnel, som også er velegnet til at studere vindstrømme i byer:På den ene side, mindre modeller kan bruges, dvs. et større område af byen kan undersøges. På den anden side, strømningsfeltet og temperaturfordelingen i vandet kan måles samtidigt.

Dette gøres med et lasermålesystem:forskergruppen blander små partikler og et fluorescerende farvestof i vandet. Partiklerne belyses med en pulserende laserstråle udvidet til et plan. Under sådan en laserpuls, et kamera tager to billeder hurtigt efter hinanden. Målesystemet kan nu evaluere, hvor langt og i hvilken retning partiklerne har bevæget sig mellem de to billeder og bestemme strømningshastigheder og strømningsretninger. Takket være det fluorescerende farvestof, forskerne kan bestemme temperaturfordelingen:Det absorberer grønt laserlys og udsender lys af en anden farve - jo varmere vand, jo klarere lys. Et andet kamera, som filtrerer det grønne laserlys ud, registrerer den udsendte lysfordeling.

Bestemmelsen af ​​de kølige og varme strømningsstrukturer giver forskere mulighed for at få ny indsigt i, hvordan varme kan fjernes fra byer. Disse resultater kan hjælpe planlæggere, architects and governments in the future to develop cities so that life in urban areas remains bearable even during increasing heat waves.