danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-2-134-143dan-1121Research ArticleНАУКИ О ЗЕМЛЕEARTH SCIENCESМетеорологическое моделирование городских «островов тепла» на территории Беларуси в условиях современного глобального потепленияMeteorological modeling of urban “heat islands” on the territory of Belarus under modern global warmingЛысенкоС. А.LysenkoS. A.

Лысенко Сергей Александрович – д-р физ.-мат. наук,профессор, директор

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, Минск

Lysenko Sergey A. – D. Sc. (Physical and Mathematical), Professor, Director

10, F. Skorina Str., 220076, Minsk

lysenko.nature@gmail.comЗайкоП. О.ZaikoP. O.

Зайко Полина Олеговна – науч. сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, Минск

Zaiko Polina O. – Researcher

10, F. Skorina Str., 220076, Minsk

nature@ecology.basnet.byИнститут природопользования Национальной академии наук БеларусиInstitute for Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus202307052023672134143Copyright © Лысенко С.А., Зайко П.О., 20232023Лысенко С.А., Зайко П.О.Lysenko S.A., Zaiko P.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1121

Представлены количественные оценки интенсивностей городских «островов тепла» на территории Беларуси и их изменений в результате глобального потепления. На основе мезомасштабного численного моделирования метеорологических условий в городах оценены потенциальные возможности улучшения городского микроклимата за счет увеличения площади лесопарковых зон города. Показано, что в летний период областные центры Беларуси в среднем теплее окружающих их пригородных районов на 2–3 °С днем и на 1,2–2,3 °С ночью. За период, прошедший с начала текущего столетия, областные центры Беларуси потеплели в среднем на 1,1–2,2 °С для дневного и на 1,3–1,9 °С для ночного времени суток. Максимальный рост дневных и ночных температур в городах Беларуси составил соответственно 3,1–6,0 и 2,4–4,4 °С. На примере г. Гомель показано, что замена промышленных кластеров города лесопарковыми зонами способствует понижению температуры воздуха в пределах 2 °С и более чем в 2 раза повышает среднюю для города эвапостранспирацию. В дневное время суток отмечается усиление северо-западного ветра в городе и его окрестностях, что способствует улучшению городской вентиляции. В ночные часы озеленение города делает приземный слой атмосферы менее устойчивым, что сопровождается активизацией локальных циркуляционных ячеек, посредством которых происходит выравнивание температуры и удельной влажности в городе и пригороде. 

The article presents a quantitative estimation of intensity of urban “heat islands” in Belarus and their changes as a result of global warming. The potential opportunities for improving the urban microclimate by increasing the area of forest park zones in the city have been evaluated using mesoscale numerical simulation of meteorological conditions in cities. It is shown that in summer, Belarusian regional centers are warmer than suburban areas within 2–3 °С during the day and within 1.2–2.3 °С at night. Over the period that has passed since the beginning of this century, the regional cities have warmed by an average of 1.1–2.2 °C during the day and 1.3–1.9 °C at night. The maximum increase in daytime and nighttime temperatures in Belarusian cities has amounted within 3.1–6.0 and 2.4–4.4 °С, respectively. It is shown that replacing industrial clusters with forest park zones decreases the air temperature in the city within 2 °C and more than 2 times in evapotranspiration in the city of Homel. In the daytime, the northwest wind increases in the city and its suburb and this improves urban ventilation. At night, the afforestation of the city makes the surface layer of the atmosphere less stable, which is accompanied by the activation of local circulation cells, through which the temperature and specific humidity in the city and the suburb are smoothed. 

глобальное потеплениегородской «остров тепла»адаптациядистанционное зондирование Землиметеорологическое моделированиеclimate warmingurban “heat island”adaptationremote sensingmeteorological modelingReferencesМоделирование городского острова тепла в период экстремальных морозов в Москве в январе 2017 г. / В. П. Юшков [и др.] // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2019. – Т. 55, № 5. – С. 13–31. https://doi.org/10.31857/ S0002-351555513-31Yushkov V. P., Kurbatova M. M., Varentsov M. I., Lezina E. A., Kurbatov G. A., Miller E. A., Repina I. A., Artamonov A. Yu., Kallistratova M. A. Modeling of the heat island in the period extreme frost in Moscow in January 2017. Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Physics of the atmosphere and ocean], 2019, vol. 55, no. 5, pp. 13–31 (in Russian). https://doi.org/10.31857/S0002-351555513-31Global multi-model projections of local urban climates / L. Zhao [et al.] // Nat. Clim. Change. – 2021. – Vol. 11, N 2. – P. 152–157. https://doi.org/10.1038/s41558-020-00958-8Zhao L., Oleson K., Bou-Zeid E., Krayenhoff E. S., Bray A., Zhu Q., Zheng Z., Chen C., Oppenheimer M. Global multi-model projections of local urban climates. Nature Climate Change, 2021, vol. 11, no. 2, pp. 152–157. https://doi. org/10.1038/s41558-020-00958-8Ревич, Б. А. Особенности воздействия волн холода и жары на смертность в городах с резко-континентальным климатом / Б. А. Ревич, Д. А. Шапошников // Сибирское медицинское обозрение. – 2017. – № 2. – С. 84–90. https://doi. org/10.20333/2500136-2017-2-84-90Revich B. A., Shaposhnikov D. A. Influence features of cold and heat waves to the population mortality – the city with sharply continental climate. Sibirskoe Medicinskoe Obozrenie = Siberian Medical Review, 2017, no. 2, pp. 84–90 (in Russian). https://doi.org/10.20333/2500136-2017-2-84-90Изучение феномена городского острова тепла в условиях полярной ночи с помощью экспериментальных измерений и дистанционного зондирования на примере Норильска / М. И. Варенцов [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2014. – Т. 11, № 4. – С. 329–337.Varentsov M. I., Konstantinov P. I., Samsonov T. E., Repina I. A. Investigation of urban heat island phenomenon during the polar night with application of experimental measurements and remote sensing for Norilsk city. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa = Current problems of remote sensing of the Earth from space, 2014, vol. 11, no. 4, pp. 329–337 (in Russian).Зайко, П. О. Ассимиляция метеорологических данных в мезомасштабную численную модель WRF-ARW в Республике Беларусь / П. О. Зайко // Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal). – 2020. – № 3 (55). – C. 4–12.Zaiko P. O. Assimilation of meteorological data in the WRF-ARW mesoscale model in the Republic of Belarus. Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe = Eastern European Scientific Journal, 2020, vol. 55, no. 3, pp. 4–12 (in Russian).Validation of Collection 6 MODIS land surface temperature product using in situ measurements / S.-B. Duan [et al.] // Remote Sens. Environ. – 2019. – Vol. 225. – P. 16–29. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.02.020Duan S.-B., Li Z.-L., Li H., Göttsche F.-M., Wu H., Zhao W., Leng P., Zhang X., Coll C. Validation of collection 6 MODIS land surface temperature product using in situ measurements. Remote Sensing of Environment, 2019, vol. 225, pp. 16–29. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.02.020A description of the Advanced Research WRF. Version 3 / W. C. Skamarock [et al.]. – Boulder, 2008. – 113 p.Skamaroсk W. C., Klemp J. B., Dudhia J., Gill D. O., Barker D., Duda M. G., Huang X.-Y., Wang W., Powers J. G. A Description of the Advanced Research WRF. Version 3. Boulder, 2008. 113 p.Kusaka, H. Coupling a single-layer urban canopy model with a simple atmospheric model: impact on urban heat island simulation for an idealized case / H. Kusaka, F. Kimura // J. Meteorol. Soc. Jpn. – 2004. – Vol. 82, N 1. – P. 67–80. https://doi. org/10.2151/jmsj.82.67Kusaka H., Kimura F. Coupling a single-layer urban canopy model with a simple atmospheric model: impact on urban heat island simulation for an idealized case. Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II, 2004, vol. 82, no. 1, pp. 67–80. https://doi.org/10.2151/jmsj.82.67Coupled WRF/Unified Noah/Urban-Canopy Modelling System / M. Tewari [et al.]. – Boulder, 2007. – 22 p.Tewari M., Chen F., Kusaka H., Miao S. Coupled WRF/Unified Noah/Urban-Canopy Modeling System. Boulder, 2007. 22 p.WUDAPT, an efficient land use producing data tool for mesoscale models? Integration of urban LCZ in WRF over Madrid / O. Brousse [et al.] // Urban Clim. – 2016. – Vol. 17. – P. 116–134. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2016.04.001Brousse O., Martilli A., Foley M., Mills G., Bechtel B. WUDAPT, an efficient land use producing data tool for mesoscale models? Integration of urban LCZ in WRF over Madrid. Urban Climate, 2016, vol. 17, pp. 116–134. https://doi. org/10.1016/j.uclim.2016.04.001WUDAPT: Facilitating Advanced Urban Canopy Modeling for Weather Climate and Air Quality Applications [Electronic Resource] / J. Ching [et al.] // 94th American Meterological Society Annual Meeting, 2–6 February 2014, Georgia, USA. – Georgia, 2014. – Available at: https://pure.iiasa.ac.at/id/eprint/11169/.Ching J., Mills G., Fedemma J., Oleson K., See L., Stewart I., Bechtel B., Chen F., Wang X., Neophytou M., Hanna A. WUDAPT: Facilitating Advanced Urban Canopy Modeling for Weather, Climate and Air Quality Applications. 94th Annual Meeting of the American Meteorological Society, February 2–6, 2014, Georgia, USA. USA, 2014. Available at: https://pure. iiasa.ac.at/id/eprint/11169/.Vahmani, P. High-resolution land surface modeling utilizing remote sensing parameters and the Noah UCM: a case study in the Los Angeles Basin / P. Vahmani, T. S. Hogue // Hydrol. Earth Syst. Sci. – 2014. – Vol. 18, N 12. – P. 4791–4806. https://doi.org/10.5194/hess-18-4791-2014Vahmani P., Hogue T. S. High-resolution land surface modeling utilizing remote sensing parameters and the Noah UCM: a case study in the Los Angeles basin. Hydrology and Earth System Sciences, 2014, vol. 18, no. 12, pp. 4791–4806. https://doi.org/10.5194/hess-18-4791-2014Impacts of the decadal urbanization on thermally induced circulations in Eastern China / M. Li [et al.] // J. Appl. Meteorol. Climatol. – 2015. – Vol. 54, N 2. – P. 259–282. https://doi.org/10.1175/jamc-d-14-0176.1Li M., Mao Z., Song Y., Liu M., Huang X. Impacts of the Decadal Urbanization on Thermally Induced Circulations in Eastern China. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2015, vol. 54, no. 2, pp. 259–282. https://doi.org/10.1175/ jamc-d-14-0176.1Лысенко, С. А. Оценки влияния подстилающей поверхности на точность численного прогноза температуры воздуха на территории Беларуси с использованием модели WRF / С. А. Лысенко, П. О. Зайко // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. – 2021. – № 4 (382). – С. 50–68. https://doi.org/10.37162/2618-9631-2021-4-50-68Lysenko S. A., Zaiko P. O. Estimates of the Earth surface influence on the accuracy of numerical prediction of air temperature in Belarus using the WRF model. Gydrometeorologicheskye issledovaniya i prognozy = Hydrometeorological research and forecasting, 2021, no. 4, pp. 50–68 (in Russian). https://doi.org/10.37162/2618-9631-2021-4-50-68Stewart, I. Local Climate Zones for Urban Temperature Studies / I. D. Stewart, T. R. Oke // Bull. Am. Meteorol. Soc. – 2012. – Vol. 93, N 12. – P. 1879–1900. https://doi.org/10.1175/bams-d-11-00019.1Stewart I. D., Oke T. R. Local Climate Zones for Urban Temperature Studies. Bulletin of the American Meteorological Society, 2012, vol. 93, no. 12, pp. 1879–1900. https://doi.org/10.1175/bams-d-11-00019.1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.