VPLYV VEGETÁCIE NA POVRCHOVÚ TEPLOTU V PODMIENKACH MESTA NITRA Soňa Keresztesová, Monika Strelková, Zdenka Rózová Katedra ekológie a environmentalistiky, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre skeresztesova@ukf.sk, monika.strelkova@ukf.sk, zrozova@ukf.sk Abstract The temperature differences between the open landscape and the urbanized landscape are rising with increasing urbanisation. This phenomenon causes formation of so called heat islands that are negatively affecting the microclimatic conditions and the human comfort. The aim of this paper is to demonstrate the influence of vegetation on the surface temperature of different surfaces in the conditions of the town Nitra. For comparison, 4 areas with different ratio of vegetation and paved surfaces were selected and regularly monitored during the period from March till November 2012. The areas were monitored monthly always at the same time for one week in month at 7 am, 2 pm and 9 pm or at 8 am, 3 pm and 10 pm of European summer time. As a result, at the observed areas remarkable differences in surface temperatures were approved as well as in between the temperatures of the surface materials depending on the quantity and the quality of the vegetation. Key words: surface, temperature, microclimate, paved surface, vegetation Úvod a cieľ Vegetácia má v urbanizovanom prostredí neodmysliteľne svoje miesto. Nie je len estetickým doplnkom architektonických objektov, ale plní aj množstvo úloh a stáva sa tak funkčným objektom mestského prostredia. Funkciami vegetácie sa zaoberali mnohí autori, ktorí definovali celý rad funkcií vegetácie: Young, Longcore (2000) definovali ekologickú, pôdoochrannú, ale aj spoločenskú či psychologickú funkciu vegetácie. Lisický (1 1) okrem iných funkcií vegetácie definoval jej pôdoochrannú funkciu. Supuka (1 2) sa taktiež zaoberal pojmom aj klasifikáciou zelene vegetácie. Jeden z mnohých benefitov vegetácie v urbanizovanom prostredí, je mikroklimatická funkcia, ktorou sa zaoberali viacerí autori (Kolařík, 2003; Jasenka, 2011; Reháčková, Pauditšová, 2006). Vegetácia má citeľný prínos najmä v letnom období, keď poskytuje tieň, tlmí teplotné výkyvy medzi dňom a nocou, evapotranspiráciou zvyšuje vlhkosť vzduchu. Vplyv vegetácie na mikroklímu je síce výraznejší v tropických podmienkach, kde ako uvádzajú autori Spangenberg, Shinzato, Johanson, 94
Duarte (200 ) môže byť rozdiel medzi teplotami jednotlivých povrchov v blízkosti s výsadbou zelene a spevnenými plochami bez vegetácie až 12 C. V našich klimatických podmienkach autori uvádzajú síce menšie, no preukázateľné rozdiely medzi teplotou ovzdušia ulíc so stromami a bez stromov 0,5 C (Grunow, 1 32) alebo až 2,1 C (Reháčková, Pauditšová, 2006). Lapin a kol. (1 87) zistili výrazné amplitúdy v klimatických charakteristikách medzi stredom mesta Bratislava a jeho okolím (Záhorská Bystrica, letisko). Podľa Lapina teplotné rozdiely v priemere dosahujú 2,5 3,0 C a boli dosiahnuté medzi 13 19 hodinou. Našim cieľom bolo definovať mikroklimatickú funkciu vegetácie v podmienkach mesta Nitra. Konkrétne sme chceli definovať, ako sa vplyv vegetácie prejavuje v jednotlivých ročných obdobiach (jar, leto, jeseň), keď stav olistenia poskytnutým tieňom priamo ovplyvňuje teploty sledovaných povrchov. Taktiež nás zaujímalo ako sa povrchové teploty menia v závislosti od pomeru vegetácie a spevnených plôch. Materiál a metódy (teoreticko-metodické východiská) Povrchová teplota bola sledovaná na štyroch lokalitách v meste Nitra v mesiacoch marec november 2012. Skúmané plochy boli o výmere 50 x 50 m, lokality boli zvolené pre rozdielne podmienky a to s ohľadom na kvantitu a distribúciu zelene na týchto plochách. Plochy Mestský park s percentuálnym zastúpením zelene k zastavanej ploche 90 100 %, a Študentský domov s percentuálnym podielom vegetácie 70 90 % boli zvolené ako plochy s vyšším podielom zelene. Na týchto plochách sa nachádzajú vegetačné prvky vo všetkých vrstvách etáže s rôznou textúrou aj štruktúrou. Tieto plochy boli porovnávané s plochami OC Mlyny (kde je percentuálne zastúpenie zelene iba 0 30 %) a Agroinštitút (percentuálny podiel zelene tvorí 30 70 %) s odlišnými podmienkami tvorenými prevažne spevnenou plochou a vyššou hustotou výstavby v okolí sledovaných plôch. Sledované plochy boli pravidelne monitorované počas jedného týždňa začínajúceho vždy druhým pondelkom v mesiaci v rovnakom čase o 7:00, 14:00 a 21:00 hodine zimného času resp. o 8:00, 15:00 a 22:00 hod letného času. Zaznamenávali sa údaje o teplote sledovaných povrchov vždy na rovnakých bodoch sublokalitách (bod č. 1 trávnatý povrch, č. 2 prechod medzi trávnatým povrchom a porastom, č. 3 porast, č. 4 prechod medzi porastom a spevnenou plochou, č. 5 spevnená plocha, č. 6 prechod medzi spevnenou a trávnatou plochou, č. 7 bod vo vzdialenosti 2 m od budovy) na lokalitách, v opakovaní záznamu 20x, ktoré boli následne spriemerované. Údaje sa zaznamenávali dvoma rôznymi prístrojmi zaznamenávajúcimi povrchové teploty - na lokalitách OC Mlyny a Park (mestský park) boli zaznamenávané dotykovým IR teplomerom Testo 8 5 a na lokalitách Agroinštitút a študentský domov boli merané prístrojom VELOCICALC ( 565) TSI. Namerané údaje sme analyzovali pomocou štatistických metód, použitá bola dvojfaktorová analýza rozptylu s interakciami s opakovaním, ktorá bola realizovaná v programe STATISTICA. 95
Výsledky Na základe nameraných údajov z terénu sme hodnoty povrchových teplôt štatisticky spracovali. Pre analýzu výsledkov sme použili Tukeyho HSD test, kde sme definovali rozdiely v priemerných povrchových teplotách sledovaných lokalít za obdobie jar, leto, jeseň 2012. Ako jediná odlišná lokalita z hľadiska priemernej povrchovej teploty sa za sledované obdobie prejavila lokalita Park. Táto bola výrazne najchladnejšia s priemernou teplotou 15,7 C. Ostatné lokality mali za sledované obdobie približne rovnaké priemerné povrchové teploty lokalita Internát s nameranou priemernou hodnotou 16,60 C, lokalita OC Mlyny s hodnotu 16,77 C, lokalita Agroinštitút s najvyššou nameranou priemernou hodnotou 17,02 C. Na základe tabuľky (Tabuľka 1) možno konštatovať, že na ploche s najvyšším zastúpením zelene Park sa prejavil ochladzujúci a stabilizačný efekt vegetácie. Tabuľka 1: Priemerné povrchové teploty vybraných lokalít za sledované obdobie Lokalita Ts ( C) 1 2 Park 15,79987 **** Študentský domov 16,60976 **** OC Mlyny 16,77048 **** Agroinštitút 17,02660 **** Priemerná teplota povrchov mala v jednotlivých ročných obdobiach na sledovaných lokalitách mierne odlišný priebeh. Na jar bola najvyššia priemerná teplota povrchov (ΔTs) nameraná na lokalite Agroinštitút, kde ΔTs = 12,70 C a najnižšia na lokalite OC Mlyny s hodnotou ΔTs = 11,70 C. V lete bola teplota povrchov najnižšia na lokalite Park, ΔTs = 21, 7 C a najvyššia na lokalite Agroinštitút, ΔTs = 23,86 C. V jeseni bola priemerná teplota povrchov najvyššia na lokalite OC Mlyny, ΔTs = 1,30 C a najnižšia na lokalite Park, ΔTs = 12,73 C. Z hľadiska pomeru spevnenej a nespevnenej plochy s vyšším počtom vegetačných prvkov sa nám potvrdilo, že na jar, na ploche OC Mlyny, kde je vysoký podiel spevnených plôch boli namerané najnižšie povrchové teploty. Materiály vyskytujúce sa na tejto ploche sú prevažne spevneného charakteru. Vyznačujú sa vysokou hustotou materiálu a tým malým obsahom vody, čím dochádza k relatívne slabému odrážaniu tepla a jeho akumulácií. Tento jav spôsobuje, že v období s dlhodobo nízkymi teplotami si spevnené povrchy udržiavajú relatívne nízku teplotu. Naopak, pri priamom slnečnom žiarení ako aj pri vysokých teplotách vzduchu dochádza k akumulácií tepla a prehrievaniu materiálov. Avšak pri porovnaní plôch s najvyšším pomerom spevnených plôch a plôch s najvyšším pomerom vegetácie, sa so zvyšujúcou teplotou vzduchu spevnené povrchy rýchlejšie prehrievajú. Plocha OC Mlyny bola v priebehu leta výrazne teplejšia ako plocha Park, kde je vysoký pomer vegetačných prvkov, ktoré vytvárajú tieň a na ochladzovanie vzduchu pôsobia aj transpiračnou 96
schopnosťou vegetácie. V lete bol nameraný rozdiel priemerných teplôt vzduchu spomínaných lokalít až 1,67 C, na jeseň bol tento rozdiel 1,56 C (Obr. 1). Obrázok 1: Priemerné teploty povrchov na pozorovaných lokalitách za sledované obdobie Ako sme aj očakávali, najvýraznejšie rozdiely v priemerných teplotách jednotlivých povrchov sa prejavili v lete, keď sa spevnené materiály výrazne prehrievajú a tak je vplyv vegetácie na ochladzovanie povrchov najvýraznejší. Preto uvádzame len tie najzaujímavejšie hodnoty našich meraní. Konfrontovali sme najvyššie namerané teploty povrchov (7 sublokalít) na všetkých skúmaných lokalitách. Na každej lokalite bola vyselektovaná najvyššia nameraná povrchová teplota z pomedzi všetkých sublokalít. Táto hodnota bola porovnávaná s najnižšou nameranou hodnotou teploty povrchu danej lokality v daný deň. Na lokalite OC Mlyny bola za sledované obdobie nameraná najvyššia hodnota teploty povrchu Ts = 5,1 C dňa. 7. 2012 na sublokalite 2 m od budovy o 1 :00 hod. Najnižšia teplota povrchu v tomto čase v rámci lokality bola nameraná na sublokalite porast, Ts = 32, C. Rozdiel nameraných hodnôt predstavuje 12,7 C. Na lokalite Park bola dňa 10. 7. 2012 o 1 :00 hod nameraná najvyššia hodnota teploty povrchu Ts = 8,7 C na sublokalite spevnená plocha. Najnižšia hodnota bola nameraná na sublokalite prechodu porastu a spevnenej plochy Ts = 27,1 C. Porovnaním bolo zistené, že rozdiel medzi sublokalitami lokality Park bol 21,6 C. Rozdiel medzi jednotlivými sublokalitami je paradoxne najvyšší na ploche, kde sme očakávali vyrovnanejšie hodnoty teplôt sledovaných povrchov vzhľadom na vysokú hustotu vegetácie. Avšak rozdiely 97
povrchových teplôt medzi sublokalitami vyplývajú z faktu, že sublokalita spevnená plocha bola zámerne zvolená tak, aby sa nenachádzala pod korunami stromov, ale bola viac exponovaná slnečnému žiareniu a aby sa tak výraznejšie prejavili teplotné rozdiely medzi sublokalitami v dosahu a mimo dosahu vegetácie. Na lokalite Agroinštitút bola dňa 17. 6. 2012 o 1 :00 hod najvyššia nameraná hodnota teploty povrchu Ts = 6,71 C na sublokalite vzdialenej 2m od budovy. Najnižšia nameraná teplota povrchu bola zaznamenaná na sublokalite porast a to Ts = 26, C. Rozdiel týchto hodnôt teplôt povrchu bol 18 C. Na lokalite študentský domov bolo dňa. 7. 2012 o 1 :00 hod najvyššou zaznamenanou teplotou povrchu Ts = 50,2 C na prechodnej sublokalite porastu a trávy. Najnižšia hodnota bola zaznamenaná na prechodnej sublokalite porast spevnená Ts = 32, C. Rozdiel medzi teplotami povrchov predstavuje 17,8 C. Diskusia a záver Skúmali sme teploty rôznych povrchov (sublokalít) na štyroch zvolených lokalitách, kde sa najvyššie hodnoty povrchovej teploty prejavili tak ako sme aj očakávali. Najvyššie hodnoty povrchových teplôt boli na sublokalitách umiestnených na spevnených plochách (2 m od budovy, spevnená plocha) prípadne v ich tesnej blízkosti. Len v jednom prípade sa zaznamenaná najvyššia hodnota neprejavila na spevnenej ploche, ale na sublokalite porast tráva, čo si vysvetľujeme tým, že za určitých okolností má aj tráva schopnosť sa prehrievať a dosiahnuť podobné povrchové teploty ako spevnené povrchy, najmä keď je pôda dlhodobo vysušená. K podobnému zisteniu prišli aj Reháčková, Pauditšová (2006), ktoré zaznamenali koreláciu výsledkov meraní povrchovej teploty trávnika s asfaltovým povrchom. Ako najchladnejšie sublokality sa prejavili sublokality v blízkosti porastov (prechodná sublokalita porast - spevnená), či priamo v poraste. Podobne ako konštatujú Reháčková, Pauditšová (2006), že nielen charakter krajinnej pokrývky, ale aj štruktúra porastov má významný vplyv na mikroklímu a rôznym podielom ovplyvňuje celkový ochladzovací efekt. Aj nám sa prejavil vplyv vegetácie na teploty povrchov ako aj na celkovú mikroklímu. Tento vplyv vegetácie na ochladzovanie povrchov bol najvýraznejší v letnom období, keď rozdiely priemerných povrchových teplôt jednotlivých skúmaných povrchov v rámci sledovaných lokalít dosahovali od 12,7 C až po 21,6 C. Podobný rozdiel v priemerných povrchových teplotách sledovaných materiálov preukázali aj Spangenberg a kol. (200 ), ktorí v prostredí programu ENVI-met simulovali prostredie uličného ťahu so zeleňou a bez zelene a zistili tam rozdiel v povrchových teplotách viac ako 12 C. Výsledky prezentované v tomto príspevku jasne preukazujú potenciál vegetácie zlepšovať mikroklimatické podmienky urbanizovaného prostredia. Vhodnou štruktúrou, kvantitou a kvalitou vegetácie je taktiež možné stlmiť efekt 98
tepelných ostrovov a znížiť tak rozdiely v teplotách medzi urbanizovanou a otvorenou krajinou. Poďakovanie: Príspevok vznikol vďaka podpore v rámci operačného programu Výskum a vývoj pre projekt: Environmentálne aspekty urbanizovaného prostredia, ITMS: 26220220110, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Literatúra GRUNOW, J. 1932. Temperatur Messfahrt in Berlin am 12. August 1932, Meteorologische Zeithschrift, Braunschweig, 49, 12, p. 481 482. JASENKA, M. 2011. Vplyv mestského prostredia na biologické procesy drevinovej vegetácie. Nitra: SPU v Nitre, 13 s. Dizertačná práca KOLAŘÍK, J. a kol. 2003. Péče o dreviny rostoucí mimo les-i. ČSOP Vlašim, 261 s. LAPIN, a kol. 1 87. Príspevok k mezoklíme Bratislavy. Meteorologické zprávy, 0, č. 5. s. 138 142. LISICKÝ, M., J. 1 1. Ochrana prírody. STU a KEAKE SAV, Banská Štiavnica, 167 s. REHÁČKOVÁ, T., PAUDITŠOVÁ, E. 2006. Vegetácia v urbánnom prostredí. Cicero s.r.o., Bratislava, 132 s. SUPUKA, J. 1992. Obsah a klasifikácia urbánnej vegetácie, explikácia pojmu zeleň. In: Klasifikácia rastlín a rastlinných spoločenstiev. Zvolen: LF-FEE-TU Zvolen, s. 26-33. SPANGENBERG, J., SHINZATO, P., JOHANSSON, E., DUARTE, D. 2009. The Impact of Urban Vegetation on Microclimate in Hot Humid São Paulo In: PLEA2007 - The 24th Conference on Passive and Low Energy Architecture, Singapore, 22-24 November 2007) YOUNG, T., LONGCORE, T. 2000. Creating community greenspace: handbook for developing sustainable open spaces in central citie. California league of conservation Voters Education Fund, Los Angeles, CA, 108 pp 99