COBSAR - Climate Orographic Barrier System for Areas of Recreation.
Проект универсальной модели искусственного ландшафтно-рекреационного комплекса с оптимизированным климатом.
Универсальная модель оптимизации климата это новая уникальная методика автора позволяющая использовать закономерности физических процессов и особенности климатообразующих факторов в целях проектирования новых ландшафтно-рекреационных комплексов с улучшенным климатом.
Универсальная модель оптимизации климата представляет собой проекцию круга на земную поверхность с вписанной в него полуокружностью орографического барьера, меняющей экспозицию, замкнутость, внутреннюю крутизну и свойства поверхности склонов в зависимости от исходных условий и требуемого результата и создающей необходимые изменения климата на полосе суши между ним и линией водоема, являющимся главным рекреационным объектом.
Универсальная модель оптимизации климата работает с различной степенью эффективности для любых регионов и масштабов от микрорельефа до планетарных размеров. Универсальная модель может быть использована как на собственном приусадебном участке или частном острове так и, например, в рамках государственных программ по улучшению микроклимата и туристской привлекательности огромных территорий на засушливых бедлендах. Особенностью модели является универсальная методика искусственной орографической полуокружности, размеры, форма и положение которой, рассчитываются в зависимости от исходных климатических условий, а также от требуемых изменений. Тема искусственного ландшафта не является абсолютно новой и имеет богатый исторический паттерн, однако в плане сознательного использования орографического эффекта для влияния на климат небольших территорий, данное исследование претендуют на уникальность, и требует особого внимания к открывающимся возможностям.
Универсальная модель оптимизации микроклимата это будущая основа развития внутреннего туризма для большинства стран и прорыв в сфере отдыха.
Универсальная модель имитирует естественное происхождение и естественные процессы и поэтому не нуждается в поддержании порядка и продолжает самостоятельно обеспечивать задуманный климат, однако для стимулирования отдельных процессов, временно может использоваться внешняя энергия.
Для улучшения микроклимата в целях рекреации могут понадобиться изменения в различных параметрах и направлениях в зависимости от изначальных условий. В большинстве случаев требуется повысить среднюю температуру воздуха и воды для удлинения рекреационного периода и повышения температурной привлекательности рекреационного комплекса в летний период. Однако, в жарких странах, возможно, наоборот необходимо снизить летнюю температуру, а где то просто избавиться от пронизывающего круглогодичного ветра. Преимуществом универсальной модели оптимизации микроклимата является её многофункциональность: она работает в обоих направлениях, усиливает нагрев с одной стороны и охлаждает воздух с другой, повышает влажность в одних своих секторах и понижает в других, глушит ветер во внутренней части и, иногда, усиливает его с наружной стороны. В зависимости от ориентации орографического полукруга, наклона поверхностей, ландшафта и наличия водных объектов можно регулировать желаемые изменения в большинстве микроклиматических характеристик. Несмотря на множество дополнительных способов регулирования, в основном эффективность изменений будет зависеть от размера комплекса и относительной высоты орографического полукруга.
Для всех ландшафтно-рекреационных комплексов с оптимизированным климатом, направленным на повышение температур в приземном слое воздуха, основной рекреационной зоной предполагается пляжная линия (прибрежное полукольцо), а основным рекреационным объектом представляется центральный водоем. При этом остаются возможности для активного использования орографического барьера как имитации гор, поверхности водоема и возможных островов, а также территории с внешней стороны орографического полукольца, находящиеся в более прохладном по сравнению с центром микроклимате. Инфраструктура во многом зависит от размеров и основной идеи проекта, которая может колебаться от имитации диких условий до реализации элитного сервиса с элементами аквапарка и технически контролируемой температурой воды и воздуха.
Географический ареал применения модели в первую очередь привязан к климатическим поясам и типам исходного климата. По степени эффективности оптимизации автор выделяет 4 категории территорий:
Максимальная эффективность: южная часть умеренного пояса северного полушария с континентальным и резко-континентальным климатом, сухие субтропики (в том числе средиземноморского типа) и сухой тропический климат.
Умеренная эффективность: остальная часть умеренных поясов за исключением территорий с морским и океаническим типом климата, влажные субтропики, муссонные субтропики, некоторые предгорья.
Слабая эффективность: морской и океанический тип климата умеренных поясов, влажный тропический климат. Плоскогорья, низкогорья, межгорные пространства.
Несущественная эффективность: экваториальный, субэкваториальные, арктический, субарктический, антарктический, субантарктический климатические пояса. Среднегорья, высокогорья.
Как уже было упомянуто главный принцип универсальной модели оптимизации климата это орографический барьер с его ветрозащитным эффектом. Именно отсутствие ветра способно максимально влиять на эффективную температуру (индекс характеризующий эффект воздействия на человека комплекса метеоэлементов через единственный показатель). Так даже двухметровый барьер, закрывающий от ветра способен увеличить эффективную температуру на 10 и более градусов. Так, например, при температуре +18°C и ветре 20 м/с вполне можно замерзнуть и заболеть, а при такой же температуре, но солнечном небе и полном штиле можно комфортно загорать много часов.
Второй по значимости эффект – повышение инсоляции за счет оптимального угла наклона внутренних склонов орографического полукольца и использования темных поверхностей (идеально при имитации вулканических склонов).
Третий эффект - стабилизация амплитуды температур и накопление тепла водоемом, расположенным по центру комплекса.
Все остальные процессы, являются дополнительными и в той или иной мере связанны с первыми тремя.
Экспозиция орографического полукольца
Итак, для создания барьерного эффекта нам достаточно провести прямую стену, однако ветер имеет свойство меняться даже в течение суток, поэтому барьер в форме полукольца будет максимально эффективен. Середина полукольца должна быть направлена в сторону преобладающих ветров в течении рекреационного периода и возможно быть самой высокой. Однако экспозиция полукольца также сильно зависит от положения солнца и необходимо найти компромисс между этими двумя факторами.
Крутизна склонов орографического барьера
Для достижения максимального эффекта нагрева склонов, угол падения солнечных лучей должен быть максимально приближен к 90°. Оптимальным вариантом для расчета наклона будет выбор 2 дат внутри рекреационного периода между днём летнего солнцестояния и крайними датами.
Высота и протяженность орографического барьера
Можно рекомендовать высоты орографического барьера в соотношении 1/10 от диаметра рекреационного комплекса, как наиболее приемлемые для территорий средних масштабов. Предполагается, что наиболее эффективно изменения микроклимата будут ощущаться в рекреационных комплексах диаметром более 3 километров и высотой барьера более 300 метров соответственно. Например, если подобный комплекс построить под Хельсинки, в солнечные летние дни он будет давать среднюю температуру в своем центре сравнимую с температурой в центральной Франции. Высота гребня по мере удаления от середины орографического полукольца к краям, постепенно снижается, однако имеет смысл не возводить одну высшую точку ровно на середине полукольца, а сохранить единую максимальную высоту на протяжении примерно половины протяженности полукольца. Важно также предусмотреть эстетическую составляющую и проработать отдельные хребты, вершины и долины для создания иллюзии естественности.
Степень замкнутости орографического барьера
В основе универсальной модели оптимизации микроклимата лежит орографический барьер в форме правильной полуокружности, однако в зависимости от условий и заданных требований, он может быть сокращен до ¼ периметра круга или продолжен до полного замыкания. Сокращение дуги барьера может быть оправдано экономией строительного материала при отсутствии необходимости повышения инсоляции или преобладания ветра строго одного направления. В суровых условиях и при часто меняющихся направлениях ветров в течение рекреационного периода, орографический барьер может иметь форму замкнутого круга, при этом ближайшая к экватору сторона барьера должна быть значительно ниже остальных и иметь более пологие склоны для того чтобы не препятствовать попаданию солнечных лучей во внутреннюю часть комплекса.
Расположение и конфигурация центрального водоема
Размер водоема напрямую зависит от возможностей и диаметра комплекса. Конечно, наибольший эффект даст заполнение от половины до 2/3 внутренней чаши комплекса. При заполнении водоемом более 2/3 внутреннего пространства и отсутствия орографических барьеров с одной из сторон на температуру водоема начнут оказывать влияние внешние погодные факторы, поэтому открытую сторону лучше оставить для вспомогательных территорий, в том числе для искусственных нагревателей. При невозможности заполнить большое внутреннее пространство водой, в первую очередь заполняется территория у подножия возвышенностей в виде узкого озера, реки или череды бассейнов так, чтобы между водой и подножием склонов оставалась полоса суши шириной не более чем высота ближайшего гребня барьера (лучше меньше).
При создании крупного водоема стоит уделить внимание глубинам. Однозначно, основная часть прилегающая к рекреационному подножию склонов должна быть мелководной и быстро прогреваться, возможно также создание искусственных островков и отмелей для придачи аттрактивности побережью, бухт и заливов. Основная глубоководная часть водоема может располагаться ровно по центру или ближе к внешнему краю. Также, логично сделать западный край водоема более глубоким (для северного полушария), чтобы утром на пляжах первых согретых солнцем вода была теплее, чем на остывших за ночь мелководьях. При значительном размере водоема, дополнительным плюсом будет наличие множества мелководных бухт защищенных от ветра с разных сторон отвесными выступами пород.
Несмотря на общие принципы функционирования универсальной модели для любых размеров, степень детализации внутреннего рельефа будет значительно различаться. Условно можно разделить комплексы с оптимизированным микроклиматом на 4 категории:
- Мелкие (в основном для индивидуального использования) размером до 100 метров в диаметре и/или с высотой орографического барьера до 10 метров.
- Среднего размера, с диаметром территории от 100 метров до 1 километра и/или высотой орографического барьера от 10 до 100 метров.
- Крупные комплексы, с диаметром от 1 до 10 километров и/или высотой орографического полукольца от 100 метров до 1 километра.
-Мега комплексы более 10 километров в диаметре и/или высотой барьера более одного километра.
Среди условий для выбора территории для организации нового ландшафтно-рекреационного комплекса с оптимизированным микроклиматом следует выделить физико-географические, социально-экономические и экологические. Под физико-географическими условиями подразумевается совокупность исходных естественных параметров позволяющих судить об эффективности предстоящих изменений.
Эффективность оптимизации микроклимата тем выше, чем ярче выражена континентальность исходного климата и чем сильнее выражена сезонность. Практически невозможно повлиять на микроклимат во влажном экваториальном климате и в холодных территориях за полярным кругом. В постоянно холодном или постоянно жарком климате, затраты на организацию комплексов по методике универсальной модели оптимизации микроклимата не оправдаются теми незначительными изменения которые возможно будут достигнуты. Также сложно повлиять на микроклимат во влажном океаническом климате со слабо выраженной сезонностью с постоянными туманами и пасмурным небом, либо придется возводить неоправданно грандиозные орографические барьеры.
Экологическими условиями выбора территории является категорическое избегание не только охраняемых природных территорий, но и любых потенциально уязвимых экосистем. Подобные рекреационные объекты наоборот призваны реабилитировать потерянные в результате антропогенного воздействия экосистемы и создавать новые зеленые оазисы на опустыненных и обезлесенных территориях.
Последовательность расчетов при проектировании рекреационных комплексов по универсальной модели оптимизации климата:
1. Анализ исходных условий и возможностей
2. Выбор периода рекреации, для которого будет оптимизироваться климат (микро, местный, мезо).
3. Определение экспозиции орографического полукольца и соответственно положения его геометрической середины.
4. Вычисление оптимальной продолжительности максимальной высоты барьера (по умолчанию 25% окружности или 90°).
5. Определение степени замкнутости орографического барьера. При полностью или почти замкнутом барьере прорабатывается форма нисходящей долины для выноса местного холодного воздуха, но закрытая для внешних ветров.
6. Рассчитывается оптимальная крутизна склонов для середины орографического барьера и среднее положение для рекреационного периода точек напротив солнца, только поднявшегося до 8° и опустившегося до 8°, для которых крутизна максимальна и составляет 82-90 градусов. Точки с одинаковыми изогипсами для верхней части круга и боковых частей равномерно соединяются до получения вогнутой циркообразной формы рельефа вокруг водоема. Необходимость полностью отвесных склонов у основания находится путем компромисса между ветрозащитной функцией и максимальной инсоляцией с учетом масштаба комплекса и экспозиции конкретной части склона.
7. Устанавливается размер и положение водоема, проектируется рельеф дна.
8. Формируются сопкообразные вершины и связанные с ними понижения в виде долин и каньонов, максимально направленных перпендикулярно преобладающим направлениям ветров и выполняющим функцию ливневой канализации и активаторов перемешивания слоев водоема. При высотах барьера до 1000 метров формирование сопок и вершин на максимальной высоте не рекомендуется во избежание образования эффекта боры. Добавляются второстепенные формы рельефа для украшения побережья и внешних сторон барьера.
9. Проектирование пространственного и видового размещения растительности (от растений свойственных более теплым регионам, размещаемых по центру в самом теплом месте рекреационной зоны до наиболее хладостойких и влаголюбивых на внешних склонах и подножиях барьера).
10. Проектирование объектов и линий инфраструктуры.
11. При необходимости добавление в проект дополнительных объектов погодной инженерии и механизмов влияния на температуры комплекса.
12. Представляется количественный и качественный прогноз изменений.
Преимущества использования универсальной модели оптимизации климата очевидны практически для любой страны имеющей засушливые или среднеувлажненные территории. Новые рекреационные комплексы, построенные по универсальной модели способны дать дополнительный импульс развитию внутреннего и въездного туризма и разнообразить рекреационную активность местности.
Проект создания универсальной модели оптимизации микроклимата для целей рекреации в данной работе является лишь прорывной креативной идеей, основой нового направления в науке, создающего обширное поле деятельности в изучении нового вектора – климатического туризма. Климатические (микроклиматические) экологические тропы, метеорологические аттракционы и осознанные микроклиматические прогулки, это все то, чем может обогатить данная методика современную рекреационную географию. Важно понимать, что для полноценного формирования универсальной методики требуется работа множества специалистов – экологов, климатологов, экономистов, дизайнеров, программистов, картографов и многих других. Данная работа требует совершенствования не посильного одному человеку и даже одной группе исследователей. Автор надеется, что международное научное сообщество по достоинству и с энтузиазмом воспримет возможности, открывающиеся при разработке универсальной модели оптимизации климата.
В век современной компьютеризации невозможно представить, чтобы все детальные расчеты при создании проектов по универсальной модели велись вручную. Создание компьютерной программы, позволяющей автоматизировать процесс поиска территорий, необходимые качественные и количественные изменения, высчитывающей эффект оптимизации в зависимости от масштабов и методов должно стать первоочередной задачей дальнейшего продвижения данной научной работы. Однако, несмотря на точность и быстроту вычислений при помощи компьютера, подобная работа всегда оставляет место методу экспертного подхода и творчеству и позволяет получить эстетическое удовлетворение от процесса созидания прекрасного. Тем более если это созидание происходит в масштабах планеты и сможет стать культурным наследием и подарком для будущих поколений.
Поддержать развитие канала и связанных проектов можно любой суммой по ссылке: https://sobe.ru/na/beach_analytics
Список литературы
1. Allen S., Mc Quade M. Landform Building: architecture’s new terrain. Princetown University School. Lars Müller ed. 2011. 480 p.
2. Алисов Б.П., Полтараус Б.В. Климатология. Издание второе. Москва. Издательство Московского университета. 1974
3. Берлянд М.Е. Предсказание и регулирование теплового режима приземного слоя атмосферы. ГИМИЗ. Ленинград. 1956.
4. Bolonkin, A.A. and R.B. Cathcart, Inflatable ‘Evergreen’ Dome Settlements for Earth’s Polar Regions. Clean. Techn. Environ. Policy. DOI 10.1007/s10098.006-0073.4
5. Claire Portal. La montagne artificielle : une nouvelle forme artialisée de la nature? Journal of Alpine Research. Revue de géographie alpine [En ligne], 105-2. 2017, mis en ligne le 20 juin 2017, consulté le 29 mai 2020. Available at: http://journals.openedition.org/rga/3672; DOI https://doi.org/10.4000/rga.3672,
6. Debarbieux B. Les figures de la montagne dans le projet urbanistique (1870-2010) in Les carnets du paysage. V. 22. 2012. pp. 173-203.
7. Dennis Fernandopullé, Climatic Characteristics of the Canary Islands. Monographiae Biologicae book series (MOBI, volume 30), pp 185-206
8. Kearney, M. R., Isaac, A. P., & Porter, W. P. (2014). Microclim: Global estimates of hourly microclimate based on long‐term monthly climate averages. Scientific Data 1. 140006.
9. Kearney, M. R. (2018b). MicroclimOz – A microclimate data set for Australia, with example applications. Austral Ecology, 44(3), pp. 534–544.
10. Levy, O., Buckley, L. B., Keitt, T. H., & Angilletta, M. J. (2016). A dynamically downscaled projection of past and future microclimates. Ecology 97(7). 1888–1888.
11. Lucien Y. Bronicki, Gad Assaf. Method of and means for weather modification. Patent. Application US06/174,931 events 1980-08-04 Application filed by Geophysical Engineering Co.
12. Maclean, I. M. D., Mosedale, J. R., & Bennie, J. J. (2019). Microclima: An R package for modelling meso‐ and microclimate. Methods in Ecology and Evolution, 10(2), pp. 280–290.
13. Markus Reindel. Montañas en el desierto: la arquitectura monumental de la costa norte del Peru como reflejo de Cambios sociales de las civilizaciones prehispanicas. Schweizerische-Amerikanisten Gesellschaft Bulletin 63. 1999. pp. 137-148
14. Marzol Jaén, María Victoria, Máyer Suárez, Pablo. Algunas reflexiones acerca del clima de las Islas Canarias. Nimbus: Revista de climatología, meteorología y paisaje (29). 2012, pp. 399-416
15. Netra R. Regmi, Eric V. McDonald, Craig Rasmussen. Hillslope response under variable microclimate. Earth Surface Processes and Landforms. 10.1002/esp.4686. 44, 13, (2615-2627). (2019).
16. Сапожникова С.А. Микроклимат и местный климат. Гидрометеорологическое издание. Ленинград. 1950.
17. Wei Yang, Yaolin Lin , and Chun-Qing Li (2018). Effects of Landscape Design on Urban Microclimate and Thermal Comfort in Tropical Climate. Advances in Meteorology. Volume 2018.
Поддержать развитие канала и связанных проектов можно любой суммой по ссылке: https://sobe.ru/na/beach_analytics