เขียนโดย LUCA ROZÁLIA SZÁRAZ
วันที่ 1 พฤศจิกายน 2014
แปลและเรียบเรียงโดย ปิโยรส ปานยงค์
อ้างอิง https://www.researchgate.net/publication/273448097
(ต่อจากวันอังคาร)
ผลลัพธ์จากการทบทวนวรรณกรรม
สภาพภูมิอากาศในเมืองมีลักษณะเฉพาะตัวเป็นผลมาจากสิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์ พื้นผิวส่วนใหญ่ทำจากวัสดุสังเคราะห์ที่มีความสามารถในการดูดซับน้ำที่ไม่เหมือนกับวัสดุตามธรรมชาติในชนบท ลักษณะทางภูมิศาสตร์ คุณภาพ และขนาดของพื้นผิวเทียมจึงส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศในพื้นที่นั้นๆ นอกจากนี้สภาพภูมิอากาศในเมืองยังได้รับอิทธิพลจากความขาดแคลนต้นไม้และพืชและกิจกรรมต่างๆของมนุษย์เช่นการใช้เครื่องทำความอุ่นหรือเครื่องปรับอากาศ เมืองในซีกโลกเหนือมีอุณหภูมิสูงขึ้นประมาณ 2°C ได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์น้อยลง 12% มีเมฆมากขึ้น 8% มีฝนมากขึ้น 14% มีหิมะตกมากขึ้น 10% และมีพายุมากขึ้น 15% โดยเฉลี่ยทั้งปีเมื่อเทียบกับพื้นที่ชนบท
ชั้นบรรยากาศโลกเหนือชุมชนเมือง (Planetary Boundary Layer หรือ PBL)
เมื่อสภาพพื้นผิววัสดุสังเคราะห์และภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงไป PBL ก็เปลี่ยนไปเช่นเดียวกัน โครงสร้างของ PBL ถูกควบคุมโดยคุณสมบัติทางกายภาพที่หลากหลายของพื้นผิววัสดุเทียมและสภาพความหนาแน่นและภูมิประเทศของเมือง ทำให้เกิดลักษณะพิเศษของ PBL ขึ้น กล่าวคือเกิดชั้นบรรยากาศที่อยู่ภายใต้ PBL หรือที่เรียกว่าชั้นบรรยากาศเหนือชุมชนเมือง (Urban Boundary Layer หรือ UBL) ตามภาพประกอบ
ลักษณะของ UBL ถูกกำหนดโดยลมแปรปรวนที่ก่อตัวขึ้นจากความขรุขระของพื้นผิวเมืองประกอบกับรังสีความร้อนคลื่นยาวที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวของวัสดุสังเคราะห์ ชั้นล่างสุดของ UBL เรียกว่า Urban Canopy Layer (UCL) ที่อยู่ระหว่างพื้นและยอดอาคาร การแลกเปลี่ยนความร้อนและการไหลของอากาศในชั้น UCL นั้นแตกต่างกันไปตามพื้นที่ ขึ้นอยู่กับลักษณะและกระบวนการที่ปลีกย่อยของแต่ละพื้นที่ อย่างเช่น Urban Canyon (UC) ที่เป็น UCL ประเภทหนึ่งซึ่งเกิดขึ้นในเมืองที่มีตึกสูงขึ้นติดๆกันตามสองฟากถนน ทำให้การแลกเปลี่ยนความร้อนและการไหลของอากาศในชั้น UCL นั้นเป็นไปตามทิศทางแนวราบเป็นส่วนมาก
ชั้นถัดไปเป็นชั้นย่อยที่อากาศแปรปรวนมาก ตัวแปรที่สำคัญในชั้นนี้มิใช่ความสูงหรือการไล่ระดับอุณหภูมิแนวตั้งในพื้นผิวสังเคราะห์ แต่เป็นระยะห่างระหว่างวัสดุในแนวราบ ในชั้นย่อยนี้มักเกิดลมที่พัดแรงในแนวตั้ง ลมแปรปรวน และการพาความร้อนในเมืองที่เกิดจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันมากในแต่ละตำแหน่ง ส่วนความสำคัญของความขรุขระของพื้นผิวสังเคราะห์ที่แตกต่างกันนั้นลดลงในชั้นนี้เนื่องจากการผสมผสานกันของลมแปรปรวนจากแหล่งต่างๆ ในชั้นย่อยนี้ การไหลของอากาศและความร้อนขึ้นอยู่กับผลกระทบสะสมของพื้นที่เมืองส่วนใหญ่ ดังนั้นระดับความสูงที่เกิดลมแปรปรวนจึงคงที่
ชั้นที่เหลือของ UBL ขึ้นไปคือชั้นผสมหรือ Urban Mixed Layer (UML) อาคารและถนนจุดใดจุดหนึ่งไม่ค่อยส่งผลต่อโครงสร้างและการไหลของ UML นัก แต่จะขึ้นอยู่กับวัสดุและกิจกรรมเมืองในระดับกลาง เนื่องจากความเร็วลมต่ำทำให้ UML อาจเกิดขึ้นเหนือพื้นที่ชนบทที่อยู่ใต้ลมห่างออกไปจากเมืองนับร้อยกิโลเมตรก็ได้ ดังนั้นจึงมักเรียกชั้นบรรยากาศนี้ว่า Urban Plume
ความแตกต่างระหว่างสภาพอากาศในชุมชนเมืองและสภาพอากาศของตัวเมืองทั้งหมดถูกกำหนดจากปฏิสัมพันธ์และกระบวนการทางกายภาพระหว่างพื้นผิวสังเคราะห์และชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือพื้นผิวนั้นๆ
การไหลและแลกเปลี่ยนความร้อนในเมือง
แหล่งพลังงานหลักของระบบภูมิอากาศโลกได้แก่ดวงอาทิตย์ รังสีจากดวงอาทิตย์แผ่มาถึงชั้นบรรยากาศและผ่านมาสู่ผิวโลก บางส่วนถูกดูดซับไว้ในอากาศ บางส่วนกระจัดกระจายไปทั่วทุกทิศทาง รังสีที่กระจัดกระจายนี้เรียกว่า Diffuse และส่วนที่ไม่กระจัดกระจายเรียกว่า Direct Solar Radiation หรือรังสีจากดวงอาทิตย์ที่กระทบผิวโลกโดยตรง
เมื่อรังสีจากดวงอาทิตย์ที่กระทบผิวโลกบางส่วนจะถูกดูดซับไว้ในขณะที่บางส่วนถูกสะท้อนกลับไปในชั้นบรรยากาศ ปริมาณรังสีที่ตกถึงผิวโลกขึ้นอยู่กับปริมาณเมฆที่ปกคลุมพื้นที่ มลภาวะทางอากาศ และร่มเงาของวัตถุต่างๆ โดยปริมาณเมฆที่ปกคลุมพื้นที่เป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดต่อระดับอุณหภูมิที่ผิวโลกและมีผลตรงข้ามกันในช่วงเวลากลางวันและกลางคืน ในเวลากลางวัน รังสีจากดวงอาทิตย์บางส่วนจะถูกดูดซับและบางส่วนถูกสะท้อนกลับไปในชั้นบรรยากาศโดยเมฆ ดังนั้นพื้นผิวโลกไม่สามารถดูดซับรังสีคลื่นยาวได้มากหากไม่มีเมฆช่วยปกคลุม ส่วนในเวลากลางคืน เมฆจะดูดซับรังสีคลื่นยาวที่คายออกจากพื้นดินและเก็บความร้อนไว้กับชั้นบรรยากาศที่เหนือพื้นผิวโลก
ปริมาณรังสีคลื่นสั้นที่กระทบผิวโลกในพื้นที่เมืองจะน้อยกว่าปริมาณที่ตกบนพื้นที่ชนบทอยู่ราว 2–10% ทำให้เกิดมลภาวะสะสมในเมือง เนื่องจากละอองก๊าซที่มีมลภาวะสะสมอยู่มากจะมีขนาดใหญ่และสีมืดทึบกว่าอนุภาคอื่นๆในบรรยากาศทำให้แสงอาทิตย์ส่องกระทบผิวโลกได้น้อยลง อีกเหตุผลหนึ่งได้แก่พื้นผิวสามารถสะท้อนรังสีได้ในปริมาณที่น้อยกว่าเพราะว่าพื้นผิวเมืองส่วนใหญ่มีค่า Albedo ต่ำกว่าพื้นผิวในชนบทและพื้นที่สีเขียวมาก (Albedo เป็นอัตราส่วนเปรียบเทียบค่าการสะท้อนแสงของพื้นผิว กับ ปริมาณรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบ มักแสดงด้วยตัวเลขทศนิยมระหว่าง 0 – 1 กล่าวคือ วัตถุที่มีการดูดกลืนรังสีอย่างสมบูรณ์ ไม่มีการสะท้อนรังสีกลับคืนเลยจะมี Albedo = 0 ส่วนวัตถุที่มีการสะท้อนแสง 100% และไม่มีการดูดกลืนรังสีเลยมี Albedo = 1)
(อ่านต่อวันเสาร์)