Города особенно уязвимы к тепловому стрессу из-за того, что застроенные и плотно застроенные территории имеют тенденцию накапливать тепло. Более частые и интенсивные волны жары становятся растущей проблемой для общественного здравоохранения и городской инфраструктуры.
Новая модель на основе глубокого обучения
Новая модель, разработанная Университетом Фрайбурга и Технологическим институтом Карлсруэ (KIT), рассчитывает с высоким разрешением и в течение длительных периодов времени, как будет развиваться тепловой стресс на каждом квадратном метре города в будущем. Модель, [опубликованная](https://doi.org/10.1016/j.uclim.2025.102564) в журнале Urban Climate, помогает городам в их усилиях по адаптации к [изменению климата](https://phys.org/tags/climate+change/) и стимулирует климатически ориентированное городское планирование.
Исследователи использовали город Фрайбург для [исследования](https://phys.org/tags/case+study/). Система глубокого обучения объединяет геоданные, такие как высота зданий и структура растительности, с [прогнозами погоды](https://phys.org/tags/weather+forecasts/) или данными климатических проекций, такими как температура воздуха и радиация. Модель подходит для прогнозирования различных климатических сценариев: от климата с пониженным потеплением из-за эффективных мер по защите климата до значительно более тёплого климата из-за очень высоких выбросов парниковых газов.
Результаты моделирования
Используя модель глубокого обучения, исследователи смоделировали будущий городской климат во Фрайбурге на период с 2070 по 2099 год на основе трёх сценариев. В наиболее пессимистическом сценарии возможно до 307 часов в год с сильным тепловым стрессом более 32 °C («воспринимаемая» температура в течение дня). В эталонный период с 1990 по 2019 год их было всего 135 часов в год.
Количество часов с очень сильным тепловым стрессом более 38 °C («воспринимаемая» температура) может увеличиться в 10 раз: 71 час в год в период с 2070 по 2099 год по сравнению с семью часами в год в эталонный период. Для сравнения, в сценарии с наименьшим потеплением количество часов с сильным тепловым стрессом увеличивается до 149 в год. В этом сценарии количество часов с очень сильным тепловым стрессом составляет 12.
Влияние теплового стресса в городе
«Факторы, такие как плотность застройки, растительность и циркуляция воздуха, определяют, останется ли район сравнительно прохладным или тепло будет накапливаться», — объясняет доктор Фердинанд Бригель, ведущий автор исследования и постдокторский исследователь в Институте метеорологии и климатических исследований KIT.
Цель исследования — измерить тепловой стресс, влияющий на репрезентативные [городские районы](https://phys.org/tags/urban+areas/) во Фрайбурге, то есть [промышленную зону](https://phys.org/tags/industrial+zone/), жилой район со старыми деревьями и исторический центр города со зданиями средней этажности и скудной растительностью. Результаты показывают, что количество тепловых часов увеличивается, особенно в промышленных зонах, из-за множества заасфальтированных поверхностей и небольшого затенения.
«Плотно застроенные районы со [старыми деревьями](https://phys.org/tags/old+trees/) создают тень в течение дня, так что количество тепловых часов увеличивается умеренно. Однако ночью такая структура зданий и деревьев замедляет процесс охлаждения, и тепло сохраняется», — говорит Бригель.
«С помощью нашей модели глубокого обучения мы можем анализировать развитие тепла практически в масштабе района», — говорит профессор Андреас Кристен, заведующий кафедрой экологической метеорологии во Фрайбургском университете. «Поскольку каждый город имеет свою застройку, озеленение и [географическое положение](https://phys.org/tags/geographical+location/), и, следовательно, индивидуальную структуру, крайне важно рассчитать [тепловой стресс](https://phys.org/tags/heat+stress/) как можно более детально. Это единственный способ разработать индивидуальные меры, которые могут эффективно защитить жителей от экстремальной жары».
После проверки и адаптации к конкретным условиям модель можно настроить и использовать для любого другого города.
Предоставлено [Технологическим институтом Карлсруэ](https://phys.org/partners/karlsruhe-institute-of-technology/)