Анализ вклада антропогенного фактора в формирование «острова тепла» города Апатиты по данным дистанционного зондирования и регионального климатического моделирования

Природа микроклиматических особенностей города Апатиты, расположенного в Заполярье (в Мурманской области), в последние годы стала предметом научной дискуссии. Экспериментальные измерения, проведенные в январе-феврале 2014 и 2015 гг., установили, что в условиях ясной и холодной погоды в центре города наблюдаются существенно более высокие температуры, чем на метеостанции «Апатитовая», расположенной в нескольких километрах от города (Константинов и др., 2015). Максимальные значения разности температур достигали более чем 10 °С, что сопоставимо с типичными максимальными значениями интенсивности городского «острова тепла» крупных мегаполисов. Значимость такого «открытия» обусловлена тем, что климатология «островов тепла» городов, расположенных в высоких широтах, до недавнего времени оставалась практически неизученной. При том сама возможность их возникновения в условиях крайне низкой инсоляции или даже ее полного отсутствия вызывала вопросы, т.к. одним из основных факторов, обуславливающих формирование эффекта «острова тепла» считается более эффективное поглощение городом солнечной радиации. Однако наблюдаемые в Апатитах микроклиматические особенности можно также объяснить особенностями рельефа - положением города на холме, а метеостанции «Апатитовая» - у его подножья, где в условиях устойчивой стратификации атмосферы может скапливаться холодный воздух (Демин и др., 2016).
Для более детального понимания генезиса термической аномалии города Апатиты были использовано три независимых подхода: 1) анализ данных новых, более продолжительных экспериментальных измерений; 2) анализ данных о температуре подстилающей поверхности, полученной из космических снимков в инфракрасном диапазоне системы MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) со спутников TERRA и AQUA; 3) детализированное региональное климатическое моделирование использованием модели атмосферы COSMO-CLM (Bohm et al., 2006 ) с параметризацией городского полога TERRA_URB (Wouters et al., 2016; Варенцов и др., 2017). В результате установлено, что данные контактных измерений хорошо согласуются с данными дистанционного зондирования. При этом оба типа данных подтверждают, что холмистый рельеф зимой, в условиях преобладания устойчивой стратификации атмосферы, обусловливает формирование хорошо выраженных микроклиматических различий, превращая каждый холм в обособленный «остров тепла». Однако, холм, на котором расположен город, оказывается значительно теплее других территорий, расположенных на тех же высотах. Разность температуры между городом и «фоновыми» территориями, расположенными в схожих ландшафтных и орографических условиях, составляет 1-1.5 °С в среднем за зиму, с характерными максимами до 5 °С. Это составляет примерно 50% как от средних за зиму и максимальных значений разности температуры между центром города и метеостанцией «Апатитовая» (примерно 2 и 10 °С соответственно). Схожие значения получаются, если сравнить результаты регионального климатического моделирования для центра города, полученные с включенной и выключенной параметризацией городского полога.
Все это позволяет считать наблюдаемые термические различия между городом и метеостанцией «Апатитовая» примерно в равных долях обусловленными влиянием рельефа и антропогенного «острова тепла», средняя интенсивность которого составляет 1-1.5 °С, а максимальная – примерно 5 °С. Такая оценка хорошо согласуется с результатами для города Норильска (Варенцов и др., 2014), а также с предварительными результатами данных экспериментальных измерений в городах, расположенных в условиях равнинного рельефа на севере Западной Сибири (Надыме, Салехарде и Новом Уренгое), проведенных зимой 2016-2017 гг. Поэтому она может в первом приближении использоваться как оценка зимних значений интенсивности «островов тепла» городов Арктической зоны РФ с населением 50-100 тысяч человек.