Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Введение

С учетом возможных последствий изменения климата в РФ последнее время активно формируется система из Национального, отраслевых, региональных и корпоративных планов адаптации. В конце 2023 г. был утвержден Региональный план адаптации Санкт-Петербурга к изменениям климата. Одним из приоритетных мероприятий является развитие водно-зеленого каркаса. Важное место отводится увеличению площади особо охраняемых природных территорий, зон рекреационного назначения, зон охраны объектов природного и культурного наследия и зеленого фонда города в целом.

Санкт-Петербург занимает территорию около 1,4 тыс. км2, на которой проживает приблизительно 6 млн чел.: 5,3 млн из них находятся непосредственно в городе, а 0,77 млн – в городах-спутниках. Плотность населения составляет порядка 4000 человек на км2. Значительная часть населения агломерации (87 %) проживает на территории, составляющей лишь 16 % ее общей площади. Согласно прогнозам градостроительного развития города, к 2040 г. население увеличится до 6,5 млн чел. [1]. На фоне высоких темпов жилищного строительства и автомобилизации населения из всего спектра экологических проблем современного города, требующих решений, озеленение городской территории занимает одно из главных мест. Известно, что зеленые насаждения в современных городах играют важную роль при создании комфортной среды обитания, например снижают уровень загрязнения воздуха и эффект от городского острова тепла [2].

Впервые научный интерес к изучению озелененных территорий на микроклимат сформировался в Ленинграде в начале второй половины XX в. Например, было зафиксировано в околополуденные часы, что летом при ясной тихой погоде наблюдаются наибольшие различия температуры воздуха в зеленых насаждениях и в застройке [3]. Обычно выделяют следующие факторы воздействия зеленых насаждений на микроклимат урбанизированных территорий: радиационный баланс, скорость ветра, температурный режим, аэрозольный состав и влажность приземного слоя воздуха. В работах разных авторов неоднократно выделялись как мезоклиматические различия между городом и пригородом или между крупными районами населенного пункта, так и микроклиматические различия метеорологических величин.

Цель данного исследования заключалась в пространственно-временной оценке динамики зеленых насаждений на основе данных дистанционного зондирования.

Материалы и методы исследования

Работа выполнена на основе многоспектральных изображений спутника Landsat 7 и Landsat 8 за 2002 и 2018 гг. (рис. 1), характеристики сцен представлены в таблице. Даты спутниковых сцен выбирались с учетом данных о погоде за летний период и распределения температур в первую половину вегетационного периода. Наиболее показательными были снимки от 11 июля 2002 г. и 31 июля 2018 г. Анализ пространственного распределения озелененных территорий Санкт-Петербурга и внутригородских районов проводился с использованием системы для автоматизированных геонаучных анализов SAGA GIS и геоинформационной системы QGIS.

а) б)

Рис. 1. Спутниковые снимки Landsat за (а) 2002 и (б) 2018 гг.

Характеристика спутниковых сцен Landsat за 2002 и 2018 гг.

Оценка динамики зеленых насаждений выполнена на основе простого количественного показателя, предложенного Дж. Роузом и др. в 1973 г., – нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI) [4]:

,

где NIR – отражение в ближней инфракрасной области спектра, RED – отражение в красной области спектра. Различные типы поверхностей выделялись на основе градаций индекса NDVI [2]: высокая степень развития растительности (состояние хорошее) – 0,49–1; средняя (удовлетворительное состояние) – 0,38–0,48; низкая (угнетенное состояние) – 0,30–0,37; очень низкая (открытые почвы) – 0,18–0,29; сильно угнетенное состояние или искусственные материалы от -0,24 до 0,17 и менее -0,24 – водные объекты.

Результаты исследования и их обсуждение

В последние годы изменение климата рассматривается как один из ведущих факторов, оказывающих влияние на здоровье населения. Это происходит как напрямую через увеличение количества дней с экстремальными температурами, наводнениями, штормами и т.д., так и косвенно, через воздействие экологических или социально-экономических факторов (например, сокращение объемов качественной питьевой воды, повышение уровня загрязнения атмосферного воздуха и др.). По различным оценкам увеличение средней температуры в период с 1971 по 2000 г. составляет примерно 5,4°С. К концу XXI в. по сравнению с указанным периодом для нескольких сценариев выбросов парниковых газов увеличение средней температуры поверхности воздуха составит 2,8°С для сценария B1 и 4°С для сценариев A1B и A2, увеличение осадков для периода с 1981 по 2010 г. предполагается на 228 мм для B1, 244 мм для A1B и 262 мм для A2 [5]. На фоне возможных климатических изменений для Санкт-Петербурга прогнозируется увеличение повторяемости, интенсивности и продолжительности опасных метеорологических явлений, таких как продолжительная жара (положительные аномалии на 7°С и более, продолжительностью в течение 5 суток и более) и сильная жара (максимальная температура воздуха +35°С и выше любой продолжительностью). В региональном плане адаптации Санкт-Петербурга выделены следующие климатические риски различного уровня опасности (рис. 2) [6].

Значительную роль в снижении климатических рисков или уровня опасностей может сыграть озеленение городской территории, при этом следует учитывать не только наличие, но и качество зеленых насаждений. В планировочной структуре городов принято выделять три класса насаждений: общего, ограниченного и специального пользования. Считается, что влияние зеленых насаждений на климатические риски определяется их площадью и плотностью.

Рис. 2. Классификация климатических рисков по уровням опасности для Санкт-Петербурга

Насаждения с сомкнутыми кронами (плотность 0,9–1) оказывают наибольшее воздействие на микроклиматический режим, меньшее влияние – с ажурными (плотность 0,8–0,7) и наиболее слабое – со сквозными (полнота не более 0,6). По различным оценкам температура в насаждениях с сомкнутыми и ажурными кронами ниже на 2–2,5°C и на 1,5°C, соответственно, чем на неозелененных улицах, а при сквозных насаждениях различия не превышают 1,5°C. В зеленых насаждениях также выше относительная влажность, а скорость ветра понижена, комфортные условия в Санкт-Петербурге формируются в зеленых массивах площадью 5–8 га [4]. Для городов умеренного пояса по числу реализуемых экологических услуг преимущество следует отдавать городским лесам, при этом следует учитывать не только размерность, тип, но и локализацию относительно речных бассейнов, различных функциональных зон и кварталов с различной плотностью застройки [7].

Площадь различных поверхностей для всех районов Санкт-Петербурга и города в целом рассчитывалась по приведенной ранее классификации NDVI. На первом этапе была вычислена относительная площадь поверхностей для каждой административной единицы, далее для удобства анализа значения NDVI объединялись на два класса: от 0,3 до 1 – поверхности, покрытые растительностью независимо от состояния и от -0,24 до 0,17 – искусственные материалы. Результаты обработки данных представлены на рис. 3 и 4.

В среднем для Санкт-Петербурга в 2018 г. характерна следующая картина: на долю площади поверхностей с растительным покровом приходится 62 %, искусственные поверхности занимают 29 % от площади города. Наблюдается увеличение площади последней категории объектов на 8 % по сравнению с 2002 г. на фоне сокращения доли категории «средняя степень развития растительности» на 3 %, «высокая степень развития растительности» на 5 %. По данным за 2018 г. в восьми районах доля площади искусственных поверхностей превышает 50 %. Наиболее неблагоприятная ситуация наблюдается в исторических районах – Адмиралтейском, Василеостровском, Петроградском и Центральном. При этом сохраняется общая тенденция на увеличение площади искусственных покрытий по сравнению с 2002 г. во всех районах города на фоне снижения площади озелененных территорий. Наиболее благоприятная ситуация наблюдается в Курортном, Петродворцовом и Пушкинском районах, где расположены основные городские особо охраняемые природные территории и памятники природного и культурного наследия. Значительное сокращение относительной площади (%) поверхностей с растительностью (NDVI > 0,3) наблюдается в Колпинском, Красносельском, Калининском и Приморском районах.

Рис. 3. Распределение относительной площади (%) искусственных поверхностей по различным районам Санкт-Петербурга за 2002 и 2018 гг. (NDVI)

Рис. 4. Распределение относительной площади (%) поверхностей с растительностью по различным районам Санкт-Петербурга за 2002 и 2018 гг. (NDVI > 0,3)

Во многом данная ситуация связана с активной жилищной застройкой и развитием улично-дорожной сети (УДС). Например, наиболее высокая плотность УДС характерна для Адмиралтейского – 7,3, Центрального – 7,1 и Петроградского района – 6,3 км/км2 [8]. Для пригородных районов (Курортный, Пушкинский, Колпинский) характерна низкая плотность УДС из-за менее плотной застройки, состоящей из отдельных жилых образований, соединенных сетью дорог, а для периферийных районов города, граничащих с крупными промышленными территориями, средняя плотность УДС – от 3,1 до 5 км/км2. К таким районам относятся Калининский, Кировский, Красносельский, Красногвардейский, Московский, Выборгский и Невский.

Учитывая микроклиматические характеристики Санкт-Петербурга, сценарии влияния глобального потепления, на фоне сокращения зеленых зон и зафиксированных трендов в изменении температурного и влажностного режимов следует ожидать увеличения интенсивности и продолжительности климатических рисков весьма опасного уровня.

Высокая степень развития растительности зафиксирована в районах, расположенных на границе с Ленинградской областью. Несмотря на то, что вертикальная застройка города способствует экономии земельных участков, это приводит к резкому снижению обеспечения населения зелеными пространствами в подавляющем большинстве жилых районов. Следует увеличивать площадь охраняемых парков, резервировать незастроенные участки, постановив в качестве цели, чтобы не менее 90 % жителей имели доступ к общественным зеленым зонам (включая парки, сады, школьные дворы, территории жилых комплексов) в пределах 300 м от дома – эталон, используемый ведущими европейскими городами. Рассмотреть возможность создания зеленых зон на бывших промышленных территориях. При реализации проектов по благоустройству территории активно внедрять различные элементы зеленой инфраструктуры, такие как сады дождя, проницаемые покрытия, зеленые улицы, и крыши, создание интерактивной карты проектов зеленой инфраструктуры Санкт-Петербурга.

Важно отметить, что климатические условия Санкт-Петербурга, такие как высокая влажность, режим ветра, световой режим, могут оказывать отрицательное влияние на формирование и поддержание зеленого каркаса города. В мегаполисе в среднем бывает 62 солнечных дня в году, при этом различные негативные факторы (смог, пыль, дым, различные примеси в воздухе) могут изменять световой и тепловой режим в приземном слое, существенно изменяя микроклиматические характеристики.

Повышение культуры ведения садово-паркового хозяйства городскими службами и привлечение местных жителей к работам по благоустройству будет способствовать сохранению существующих зеленых насаждений. Перечисленные меры должны способствовать устойчивому развитию Санкт-Петербургской агломерации в сочетании с возможными климатическими изменениями.

Заключение

Распределение озелененных территорий в пределах административных границ Санкт-Петербурга по результатам анализа спутниковых снимков за 2002 и 2018 гг. крайне неоднородно. В период с 2002 по 2018 г. в Санкт-Петербурге наблюдалось сверхбыстрое возведение многоэтажных зданий, что привело к резкому увеличению численности и плотности населения, созданию новой городской инфраструктуры. К опасным климатическим рискам для Санкт-Петербурга относят продолжительную жару, сильную жару, ураганы, смерчи и сильный ветер. Учитывая микроклиматические характеристики Санкт-Петербурга, сценарии влияния глобального потепления, на фоне сокращения зеленых зон и зафиксированных трендов в изменении температурного и влажностного режимов следует ожидать увеличения интенсивности и продолжительности климатических рисков весьма опасного уровня.