ما هي الجزر الحرارية
الجزر الحرارية الحضرية أو الجزيرة الحرارة الحضرية (يو إتش آي) هي منطقة حضرية أو مدينة كبرى أكثر دفئًا من المناطق الريفية المحيطة بها بسبب الأنشطة البشرية
تكوين الجزر الحرارية
ينتج عن التوسّع العمراني في المدن ما يُصاحبه أيضاً زيادة كبيرة في النشاط البشري، انباعثات حرارية وملوّثات هوائية، تؤثرعلى الخصائص المناخية للمدن، فمن أبرز الظواهر المناخية التي تُسبب ذلك هو تكوَّن الجُزر الحرارية. والجُزر الحرارية: هي مصطلح مناخي نقوم بإطلاقه على ارتفاع درجات حرارة المدن الكبيرة، كذلك المدن الصناعية بشكل أكبر من المناطق المحيطة بها. وتحدث ظاهرة الجُزر الحرارية؛ بسبب حدوث التنمية الحضرية التي يقوم بها الإنسان في المدن واستخدامه للطاقة، التي من الممكن أن يتم الزيادة في مُعدّلات حرارة هوائها يكون بين (2-6) درجات مئوية. عوامل تشكل الجزر الحرارية: إن الزيادة في النشاط العمراني في المدن الحديثة، يؤدي إلى التأثير على مناخها المحلي بشكل ملحوظ جداً. وتعتمد درجة تأثير المدينة في مناخها على عدّة عوامل من أهمها: 1- نمط استخدام الأرض: عن طريق إنشاء الإنسان للمباني والطرق بمواد الإسمنتية والإسفلت، حيث تتميز بقدرتها الكبيرة على امتصاص درجة الحرارة واستعماله المتزايد لمصادر الطاقة، كما يقوم أيضاً بالتقليل من مساحة الغطاء النباتي في المدن وساهم في تكوّن الجُزر الحرارية فيها. 2- تلوّث الهواء: يحدث بسبب ازدحام المدن من خلال وسائل النقل، التي ينبعث من خلالها كميات كبيرة من الغازات الضارّة؛ مثل ثاني أكسيد الكربون الذي يقوم بامتصاص بعض الأشعة الحرارية، التي تنعكس من سطح الأرض والاحتفاظ بها؛ ممّا يتسبب في زيادة درجات الحرارة في المدن. 3- الخصائص الطبوغرافية والمسطحات المائية: حيث تشكّل الجُزر الحرارية في مناطق الأودية والمنقبات بشكل أكبر بكثير من المناطق المرتفعة. ويعود ذلك إلى حركة الهواء فيها، حيث تتكوّن الجُزر الحرارية أيضاً في المدن ذات المناطق السهلية الواقعة في الأحواض الطبوغرافية، حيث تقوم حركة الرياح بإعاقتها. وينطبق هذا على مدينة عمان، بينما المدن التي تقع على السفوح الجبلية والمنحدرات، لا تسمح أبداً بتكون الجزر الحرارية فيها. وكذلك المدن التي تجري فيها الأنهار أو التي تقع على السواحل، تنخفض فيها درجات الحرارة ولا تتكوّن فيها الجُزر الحرارية مقارنة مع غيرها من المدن الداخلية. 4- حجم المدينة وكثافة البناء: يوجد علاقة طردية بين حجم المدينة ونمو الجزرالحرارية، فكلّما تم اتساع المدينة مع مرور الوقت وازدادت أعداد سكانها زاد نمو الجزيرة الحرارية فيها، حيث أن زيادة كثافة الأنشطة البشرية، البناء، ارتفاع عدد المباني وتزاحمها وضيق الشوارع في المدينة، يؤدي الى البطء بعملية التخلّص من الطاقة الحرارية، الذي بدوره يعمل على زيادة درجات الحرارة فيها بشكل واضح وتكوّن الجُزر الحرارية. وإن الحدائق والمناطق المزروعة في المدينة تساهم في تبريد درجة حرارتها السطحية؛ ممّا ينعكس على تبريد الهواء فيها، شعورالإنسان بالراحة والنسيم العليل. والمناطق ذات المباني الكثيفه غالباً ما تؤدي الى رفع درجة حرارة الهواء فيها.
آثار الجزر الحرارية
ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية
يسيطر اللون الداكن على عدد كبير من ناطحات السحاب والبنايات بصفة عامة في المدن الكبيرة والمزدحمة، وهذا السبب هو عامل مهم في حدوث ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية لأن اللون الداكن يمتص كمية كبيرة من أشعة الشمس ومن ثم يحولها إلى الطاقة الحرارية، وكذلك الرصيف الأسمنتي يخزن كمية كبيرة من الأشعة مما يزيد الحرارة في المنطقة المحيطة، هذا بالإضافة إلى بعض العوامل الأخرى مثل زيادة المركبات وعدد مختلف من الأجهزة مثل أجهزة التكييف التي تخرج كم من الحرارة لنجد في النهاية تراكم من الطاقة الحرارية التي تزيد درجة الحرارة في تلك المناطق وفي العادة تزيد الظاهرة بشكل ملحوظ في وسط المدينة في العواصم والمدن الكبرى مثلما في نيو يورك وطوكيو والقاهرة.
التأثير الاقتصادي
في حالة ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية فإن هناك آثار مباشرة تتعلق بالاقتصاد في ظل غياب شبه تام من الدولة، فمثلاً زيادة درجة الحرارة في المدن المزدحمة والمليئة بناطحات السحاب الداكنة يجعل الناس مضطرين إلى استخدام مكيفات الهواء بدرجة أكبر، ومن المعروف أن كمية الطاقة التي تستهلكها المكيفات هي ضخمة بالمقارنة مع أجهزة كثيرة أخرى، وزيادة الاستهلاك لا يعني زيادة الإنفاق المالي فقط بل يعني زيادة كمية التلوث، وإذا كنت لا تظن أن الخسائر الاقتصادية يمكن أن تكون فادحة مثلما نعرض أمامك فإننا سنعطيك أمثلة بناء على دراسات علمية دقيقة.
فقد ورد في كتاب “استخدام الطاقة” للعالم شينج-هيه تشانج الصادر في سنة 2000 أن ظاهرة الجزر الحرارية الحضارة تكلف ما يقرب من مئة مليون دولار أمريكي في السنة الواحدة بسبب استهلاك الطاقة في مدينة لوس أنجيليس أي أن الرقم سيتضاعف أكثر من مرة إذا شملنا المدن الأخرى في ولاية كاليفورنيا التي هي بدورها ولاية واحدة فقط من ضمن خمسين ولاية.
ومؤخرًا بدأت الأصوات تعلو من جانب العلماء الذين يحذرون المسئولين من الأخطار المحتملة لكل ما يتعلق بالظاهرة وقضية تغير المناخ بصفة عامة والتأثيرات البيئية الخطيرة التي قد تحدث للإنسان والبيئة مع مرور الوقت وحتى الخسائر المادية الفادحة والخلل الذي سيحدث في البيئة من حولنا.
آلية تشكل الجزر الحرارية
الجزر الحرارية الحضرية أو الجزيرة الحرارة الحضرية (يو إتش آي) هي منطقة حضرية أو مدينة كبرى أكثر دفئًا من المناطق الريفية المحيطة بها بسبب الأنشطة البشرية المتمركزة فيها. يكون الفرق في درجة الحرارة ليلًا أكبر منه خلال النهار، ويظهر بوضوح أكبر عندما تكون الرياح ضعيفة. تتجلى الجزر الحرارية الحضرية بوضوح أكبر خلال الصيف والشتاء. يُعد تعديل سطح الأرض السبب الرئيسي لحدوث تأثير الجزر الحرارية الحضرية. تُعتبر الحرارة المهدرة الناتجة عن استخدام الطاقة مساهمًا ثانويًا في تأثير الجزر الحرارية الأرضية. يميل المركز السكاني خلال نموه إلى توسيع منطقته وزيادة متوسط درجة الحرارة فيه. يُمكن استخدام مصطلح جزيرة حرارية أيضًا للتعبير عن هذه الظاهرة؛ يمكن استخدام مصطلح الجزر الحرارية الحضرية للإشارة إلى أي منطقة أسخن نسبيًا من المناطق المحيطة بها، ولكنها تشير عمومًا إلى المناطق ذات التدخل البشري.
يزداد معدل الهطولات المطرية الشهرية مع انخفاض الرياح في المدن، ويرجع ذلك جزئيًا إلى تأثير الجزر الحرارية الحضرية. تطيل الزيادات الحرارية داخل المراكز الحضرية مواسم الزراعة، وتقلل من حدوث الأعاصير القمعية الضعيفة. تقلل الجزر الحرارية الحضرية من جودة الهواء بسبب زيادة إنتاجها الملوثات مثل الأوزون، وتقلل من جودة المياه أيضًا، إذ تتدفق المياه الدافئة إلى مجاري المنطقة المائية ما يجهد أنظمتها البيئية.
لا تمتلك جميع المدن جزيرة حرارية حضرية مميزة، إذ تعتمد خصائص الجزر الحرارية الحضرية بشدة على الخلفية المناخية للمنطقة التي تقع فيها المدينة. يمكن التخفيف من تأثير الجزر الحرارية الحضرية من خلال استخدام الأسقف الخضراء والأسطح ذات الألوان الفاتحة (الأسقف الباردة) في المناطق الحضرية، والتي تعكس ضوء الشمس أكثر وتمتص كميات أقل من الحرارة.
أُثيرت بعض المخاوف بشأن مساهمة الجزر الحرارية الحضرية المحتملة في ظاهرة الاحتباس الحراري؛ رغم عدم اكتشاف الخطوط البحثية أي تأثير مهم للجزر الحرارية الحضرية على المناخ، فقد خلصت دراسات أخرى إلى إمكانية تأثير الجزر الحرارية بشكل غير قابل للقياس على الظواهر المناخية على النطاق العالمي.
حلول لمشكلة الجزر الحرارية
زراعة الكم الأكبر من الأشجار عبر استراتيجية بيئية موجهة في محيط التجمعات السكنية الكبيرة.
زراعة النباتات على أسطح البنايات التي يمكن أن تخزن قدر كبير من الحرارة. مع العلم بأن هذا الحل لن يكون مؤثراً إلا إذا تم على نطاق كبير ويجب أن يكون من خلال دراسة دقيقة لكافة المتغيرات البيئية، فنحن لا نرى إلا مبنى واحد يحتوي على سطح نباتي من بين عدد كبير من المباني مما يعني أن تأثيره قد يكون غير ملحوظ من الأساس ويجب تدخل المسئولين ليصدروا القوانين التي تلزم أصحاب البنايات خاصةً الضخمة منها بزرع النباتات على الأسطح.
طلاء الأسطح باللون الأبيض الذي يساعد على الحد من ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية .
صفات الجزيرة الحرارية
هناك عدة أسباب لحدوث ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية (يو إتش آي)؛ فمثلًا، تمتص الأسطح المظلمة الإشعاع الشمسي بشكل كبير، ما يتسبب في زيادة درجة حرارة التجمعات الحضرية للطرق والمباني خلال النهار بشكل أكبر من الضواحي والمناطق الريفية؛ تمتلك المواد التي يشيع استخدامها في المناطق الحضرية للأرصفة والأسقف -مثل الخرسانة والأسفلت- جملة خصائص حرارية مختلفة اختلافًا كبيرًا عن خصائص المواد المستعملة في المناطق الريفية المحيطة (بما في ذلك الحرارة النوعية والناقلية الحرارية) والخواص الإشعاعية السطحية (الوضاءة والانبعاثية). يؤدي هذا الاختلاف إلى تغيير ميزانية طاقة الأرض في المناطق الحضرية، ما يؤدي في كثير من الأحيان إلى ارتفاع درجات الحرارة بشكل أكبر من المناطق الريفية المحيطة بها. السبب الرئيسي الآخر لهذه الظاهرة هو نقص النتح التبخري (من خلال نقص الغطاء النباتي على سبيل المثال) في المناطق الحضرية. وجدت مصلحة الغابات الأمريكية في عام 2018 أن مدن الولايات المتحدة الأمريكية تفقد 36 مليون شجرة كل عام. مع انخفاض كمية النباتات، تفقد المدن أيضًا الظل وتأثير التبريد التبخيري للأشجار.
تُعتبر الآثار الهندسية من الأسباب الأخرى لظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. توفر المباني الشاهقة في العديد من المناطق الحضرية أسطحًا متعددة لعكس أشعة الشمس وامتصاصها، ما يزيد من كفاءة تسخين المناطق الحضرية؛ يُسمى هذا «تأثير الوادي الحضري». هناك تأثير آخر للمباني هو حجب الرياح، الأمر الذي يمنع التبريد بواسطة ظاهرة الحمل الحراري، ويمنع أيضًا تبديد الملوثات. تساهم الحرارة الهائلة الناتجة عن السيارات وتكييف الهواء والصناعة وغيرها من المصادر في نشوء ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية أيضًا. يمكن لمستويات التلوث العالية في المناطق الحضرية أن تزيد نسبة ظهور الجزر الحرارية الحضرية أيضًا، إذ يمكن للعديد من أشكال التلوث تغيير الخصائص الإشعاعية للغلاف الجوي. لا ترفع الجزر الحرارية الحضرية درجات الحرارة في المناطق الحضرية فقط، بل تزيد أيضًا من تركيز الأوزون، وذلك لأن الأوزون من الغازات الدفيئة التي يتسارع تكوينها مع زيادة درجة الحرارة.
تُظهر بعض المدن تأثير الجزيرة الحرارية بشكل أكبر ليلًا. موسميًا، تظهر الجزر الحرارية الحضرية صيفًا وشتاءً. يصل الفرق المعتاد في درجات الحرارة بين وسط المدينة والحقول المحيطة إلى عدة درجات. كثيرًا ما يُذكر الفرق في درجة الحرارة بين مدينة داخلية ما وضواحيها المحيطة بها في تقارير الطقس، فمثلًا: «68 درجة فهرنهايت (20 درجة مئوية) في وسط المدينة، و64 درجة فهرنهايت (18 درجة مئوية) في الضواحي». «يمكن أن يزداد الدفء في المدن التي يسكنها مليون شخص أو أكثر عن المناطق المحيطة بها بمتوسط درجات من 1.8 إلى 4.5 درجة فهرنهايت (1.0-3.0 درجة مئوية)». في المساء، يمكن أن يصل الفرق إلى 22 درجة فهرنهايت (12 درجة مئوية).
يمكن تعريف الجزر الحرارية الحضرية بأنها إما فارق درجة حرارة الهواء (الجزر الحرارية الحضرية المقببة) أو فارق درجة حرارة السطح (الجزر الحرارية الحضرية السطحية) بين المناطق الحضرية والمناطق الريفية. يُظهر هذان التعريفان تقلبات نهارية وموسمية مختلفة قليلًا، بالإضافة إلى أن مسبباتهما مختلفة.
مستقبل الجزر الحرارية
العلماء يرون أن تأثير الجزر الحرارية الحضرية يمكن أن يرفع درجة الحرارة في المدن عدة درجات مقارنة مع الأشياء الأخرى المحيطة، وهذا يؤثر بدوره على صحة الإنسان لأن المجتمعات الحضرية تفاقم تأثير الحرارة في التغيرات المناخية.
استنادا على دراسة أجريت ، الجزر الحرارية الحضرية يمكن أن تسبب احتباس حراري أكبر في بعض المدن زيادة على ذلك الاحتباس الذي سببه التغيرات المناخية. الدراسة ترى أن أثر الجزر الحرارية الحضرية سوف يكون في عام 2050 مساويا لأثر نصف التغيرات المناخية في الاحتباس الحراري .
على سبيل المثال، المدينة التي تعاني من 2 درجة مئوية من الاحتباس حراري بسبب التغيرات المناخية، فسوف يعني ذلك درجة حرارة إضافية من الاحتباس بسبب هذه الجزر. في بعض المواقع، كما تقترح هذه الدراسة، التأثير يمكن أن يصل للضعف في أثره على الاحتباس الحراري.
أثر الجزر الحرارية يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار وتوضع له مشاريع فعلية واستراتيجيات للحد منه أثناء معالجة مشكلة الاحتباس الحراري لأنه جزء لا يتجزأ منها. هناك دراسة أخرى أجريت في عام 2017 قيمت الأخطار الاقتصادية بسبب الاحتباس الحراري، وجدت أن التأثيرات الإضافية للجزر الحضرية يمكن أن تسبب خسارات اقتصادية تضاف إلى تلك المتوقعة من التغيرات المناخية.
الجزيرة الحرارية لمدينة بغداد
لتحميل الملف اضغط هنا
الجزر الحرارية PDF
لتحميل الملف اضغط هنا
