Mestská klíma | Monitorovanie počasia v reálnom čase
Moderný systém monitorovania mestskej klímy pre inteligentné mestá
„Mestá by sa mali stavať na vidieku. Je tam lepšia kvalita vzduchu.“ – Henry Monnier (1799 – 1877)
Ľudia pozorovali rozdiely v kvalite ovzdušia medzi mestom a jeho okolím už v 19. storočí. Mesto ma iné podnebie, tzv. mestskú klímu, ktorá sa od okolitých oblastí líši teplotou, vetrom, vlhkosťou a ďalšími meteorologickými faktormi. Vzhľadom na zmenu klímy sa tieto rozdiely v dnešnej dobe ešte viac prehlbujú.
Nový systém monitorovania mestskej klímy od meteoblue umožňuje mestám rozvíjať dostupnú infraštruktúru na presné meranie, predpovedanie a modelovanie mestskej klímy za menej ako rok. Vytvára sa tak spoľahlivý zdroj informácií pre mestské plánovanie, rozhodujúce orgány a občanov.
Tento systém sa vo Švajčiarsku testuje od roku 2019, v roku 2020 prešiel rýchlym vývojom v spolupráci s univerzitami a ďalšími partnerskými mestami a dnes je komerčne dostupný pre ďalšie mestá.
Švajčiarske mestá Bazilej a Zürich už systém monitorovania mestskej klímy zaviedli:
Tento projekt získal financovanie z „Programu výskumu a inovácií Horizont 2020“ Európskej únie na základe dohody o grante 101004112.
Naše mestá s teplotnými mapami
Čo je dôležité pri monitorovaní mestskej klímy? Aké výhody to mestu prináša?
Viac než polovica svetovej populácie žije v mestských oblastiach a toto číslo sa neustále zvyšuje. Rastúci počet ľudí v mestách si vyžaduje viac životného priestoru a infraštruktúry. S rastúcou hustotou infraštruktúry rastie aj pravdepodobnosť ďalšieho zvyšovania lokálnej teploty, čo si môže vyžadovať zmiernenie aj v mestách, kde to doposiaľ nebolo potrebné. Systematické, podrobné a zmysluplné monitorovanie mestskej klímy tvorí základ pre udržanie a zlepšovanie kvality života prostredníctvom vhodných opatrení a mestského plánovania. Miestne úrady môžu vďaka prístupu k informáciám o mestskej klíme poskytovať efektívnejšie služby v oblasti riadenia dopravy, správy ciest a výstavby, vodného hospodárstva a podobne. Posúdenia rizík pre teplo, zrážky, vietor a iné faktory môžu byť užitočné pre mestské plánovanie, organizátorov podujatí a poisťovne.
Zmena klímy je skutočný problém a konať musíme hneď. Systém monitorovania mestskej klímy od meteoblue umožňuje mestám riešiť nasledujúce otázky:
Správa vĺn horúčav
Mestské tepelné ostrovy
Výstrahy pred povodňami a krupobitím
Znečistenie vzduchu
Scenáre zmeny podnebia
Scenáre urbanizmu
Sledovanie v reálnom čase
Funkcie
Vysoká precíznosť
Nepretržité overovanie našich modelov mestskej klímy vykazuje modelovú chybovosť pod 1 °C pri teplotách vypočítaných medzi meteorologickými stanicami. Naša 24-hodinová predpoveď teploty vzduchu má presnosť ± 1,2 °C, vďaka čomu poskytuje najpresnejšiu možnú predpoveď.
Vysoké rozlíšenie
Naše modely mestskej klímy, ktoré majú horizontálne rozlíšenie 10 m a počítajú celú mikroúrovňovú premenlivosť teploty vzduchu a rýchlosť prúdenia vetra, prinášajú informácie o počasí priamo k vašim dverám.
Umelá inteligencia
Systém monitorovania mestskej klímy od meteoblue pomocou vlastnej umelej inteligencie kombinuje miestne meteorologické merania so satelitnými údajmi a numerickými predpovednými modelmi s cieľom vytvárať presné údaje s minimom senzorov a čo najúspornejším spôsobom.
Rôzne meteorologické faktory
Ponúkame merania rôznych meteorologických faktorov (teplota vzduchu, pomerná vlhkosť vzduchu, zrážky) a poskytujeme modely rýchlosti a smeru vetra s vysokým priestorovým rozlíšením pre širokú škálu aplikácií.
Jednoduchý prechod od histórie k predpovedi
Ponúkame historické údaje, aktualizácie v reálnom čase a 7-dňovú predpoveď pre akúkoľvek lokalitu v rámci mesta. Okrem toho pomocou predpokladov vývoja klímy odhadujeme teplotu vzduchu a zrážky pre rôzne budúce obdobia (napr. až do roku 2050) pri rôznych scenároch vyžarovania tepla.
Rôzne rozhrania
Naše produkty sú k dispozícii cez API, FTP server, web a mobilnú aplikáciu, čo umožňuje jednoduchý prístup plug-and-play pre širokú škálu aplikácií.
Prístup plug&play pre moderné mestá
Moderná sieť merania s vysokým rozlíšením
Prvým krokom vo vývoji systému mestskej klímy je inštalácia siete meteorologických senzorov (teplota vzduchu, pomerná vlhkosť vzduchu, zrážky atď.) v meste. V meteoblue sme vyvinuli niekoľko nástrojov, ktoré nájdu najlepšie miesta na ich umiestnenie v rámci mesta a priľahlých oblastiach. Po inštalácii senzorov sa meteorologické údaje môžu získavať v reálnom čase cez API, web, FTP server alebo mobilnú aplikáciu. Pri meteorologických údajov sa kontroluje kvalita a opravujú sa chyby týkajúce sa napr. meraní žiarenia. Sieť senzorov je kľúčom k poskytovaniu spoľahlivých informácií pre zavádzanie opatrení na zmierňovanie klimatickej zmeny v meste.
Mapovanie miestnych klimatických zón v ktoromkoľvek meste na svete
Služba meteoblue poskytuje mapy lokálnych klimatických zón pre ktorékoľvek mesto na svete. Mapa klimatickej zóny je vygenerovaná zo satelitných snímok s horizontálnym rozlíšením 10 m. Informácie o lokálnej klimatickej zóne tvoria základ pre umiestenie senzorov, štatistickú analýzu a validáciu a zlepšovanie modelov.
Modelovanie meteorologických faktorov v malom rozsahu
meteoblue pri výpočtoch vytvára v mestách malé oblasti meteorologických faktorov s horizontálnym rozlíšením 10 m pre každý krok merania v trvaní 15 minút. Modely mestskej klímy od služby meteoblue interpolujú lokality medzi miestami so senzormi pomocou špeciálnych metód, ktoré berú do úvahy údaje zo satelitov a digitálne modely povrchu a výšky. Teplota vzduchu, úhrn zrážok, rýchlosť a smer vetra sa vyhodnocujú pre ktorékoľvek miesto v rámci mesta a prinášajú tak údaje o počasí pre všetkých. Na základe malej oblasti s určitou teplotou vzduchu je možné zistiť, kde sa nachádzajú mestské tepelné ostrovy, ako aj to, kadiaľ prúdi chladný vzduch. Okrem toho môže mesto na základe údajov o zrážkach vo vysokom rozlíšení vydávať výstrahy pre povodne a krupobitie. Miera znečistenia ovzdušia sa vyhodnocuje automaticky pomocou miestnych zdrojov o znečistení ovzdušia v kombinácii s trojdimenzionálnym výpočtom poľa vetra.
Tento projekt získal financovanie z „Programu výskumu a inovácií Horizont 2020“ Európskej únie na základe dohody o grante 101094070.
Veľká výpočtová sila vysokovýkonného počítačového klastra služby meteoblue
Služba meteoblue prepočítava modely mestskej klímy s veľmi citlivým horizontálnym rozlíšením 0,5 m (viď „sky view factor“ napravo). Faktor viditeľnosti oblohy (Sky view factor) vyjadruje pomer oblohy viditeľnej z ktoréhokoľvek bodu na zemskom povrchu. V uličných kaňonoch a oblastiach pokrytých stromami je tento faktor nízky, kým na otvorených priestranstvách a budov je vysoký. Modelové výpočty vyžadujú pomerne veľkú výpočtovú silu. Historické údaje, nowcasting, predpoveď na 7 dní, ako aj klimatické predpovede sa vypočítavajú pre akékoľvek miesto v meste a ukladajú do klastra služby meteoblue.
Vysoká presnosť modelov mestskej klímy
Modely mestskej klímy od meteoblue dosahujú pri metóde priestorovej interpolácie presnosť ± 1 °C a miera chybovosti sa pri použití viacerých staníc znižuje. Dokážeme vypočítať, koľko staníc je potrebných na dosiahnutie požadovanej presnosti modelových údajov. Vychádzajúcich z našich existujúcich overení sa dá pri predpovedi teploty vzduchu na 24 hodín očakávať presnosť ± 1,2 °C.
Otázky a odpovede
Čo je to mestská klíma?
Mestská klíma je definovaná ako „miestna klíma, ktorá sa v dôsledku mestského rozvoja líši od klímy v priľahlých vidieckych oblastiach“. To znamená, že teplota vzduchu, úhrn zrážok, koncentrácia znečisťujúcich látok v ovzduší a rýchlosť vetra sú častokrát iné ako v okolitých oblastiach. Teplota medzi mestom a jeho okolím sa môže v noci líšiť až o 10 °C. Mesto preukázateľné ovplyvňuje aj intenzitu zrážok a polia vetra.
Prečo sa mestá zohrievajú, ale až tak neochladzujú?
Mestá sú charakteristické husto zastavanými oblasťami a nepriepustnými povrchmi. To vedie k vyšším teplotám vzduchu a znižovaniu rýchlosti vetra. Budovy a ulice v sebe počas dňa zadržiavajú energiu slnečného žiarenia, ktorú potom v noci uvoľňujú v podobe tepla. Rýchlosť vetra, a teda aj ventilácia mesta, je často znižovaná budovami. Vegetácia ako mestské stromy či trávnaté plochy, ktorá by poskytla tieň a schladenie prostredníctvom odparovania, je zriedkavá alebo nie je prítomná vôbec.
Aké sú dôsledky?
Vlny horúčav ohrozujú predovšetkým starších a chorých ľudí, pretože kardiovaskulárne ochorenia zvyšujú riziko smrti z prehriatia. S rastúcimi teplotami sa zvyšuje aj počet silných dažďov v mestách, ktoré spôsobujú vznik záplav. Tie majú v mestách oveľa vážnejšie dôsledky ako na rozľahlom vidieku kvôli tomu, že nepriepustné povrchy v mestách zvyšujú odtok dažďovej vody a zabraňujú jej vsakovaniu do zeme. Kanalizačný systém dokáže poňať len obmedzené množstvo dažďovej vody a v prípade intenzívnych zrážok sa môže preplniť a vyliať. Zvýšená pravdepodobnosť intenzívnych zrážok a krupobitia si môže vyžadovať dodatočné poistenie vzhľadom na obrovské škody, ktoré môže mesto utrpieť.
Ako lepšie predpovedať mestskú klímu a jej účinky?
Prvým krokom k lepšiemu pochopeniu mestskej klímy a tomu, ako sa v budúcnosti môže zmeniť, je inštalácia siete moderných senzorov na vhodných miestach v meste. Tieto senzory merajú a ukladajú hodinové údaje o teplote vzduchu, zrážkach a ďalších premenných. Na základe týchto údajov potom špeciálne modely mestskej klímy vyplnia medzery medzi meraniami a vygenerujú komplexný systém s informáciami o klíme pre dané mesto. Tento systém potom zmapuje a posúdi riziká, ako aj predpovede, výstrahy a scenáre plánovania. Informácie zo systému môžu byť užitočné pre občanov a rozhodovacie orgány a môžu pomôcť pri tvorbe plánov na zlepšenie mestskej klímy.
Partneri
Vedeckí partneri
Meteorologické senzory
Partner v Zürichu
Partner v Bazileji
Partner v Tallinne
