Влияние снежного покрова на городскую световую климатическую среду в высоких широтах северо-востока Китая

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8725 (2023) Цитировать эту статью

346 Доступов

Подробности о метриках

Светоклиматическая среда (ЛКЭ) оказывает существенное влияние на здоровье человека, поведенческие характеристики, безопасность жизни и имущества из-за высокого альбедо снега на напочвенном типе, что, в свою очередь, влияет на региональный климат и социально-экономическое развитие. но были найдены менее релевантные исследования. В этом исследовании влияние снега на уровень освещенности в дневное и ночное время было количественно оценено с использованием сравнительных полевых наблюдений и контролируемых экспериментов в камерах с искусственным климатом в сочетании с дисперсионным анализом и подгонкой модели. Результаты исследования показали, что существует значительная разница между наличием и отсутствием снега как при дневном, так и при ночном уровне освещенности. В дневное время уровень освещенности на земле со снегом в 5,68 раза выше, чем без снега, что составляет улучшение на 12 711,06 люкс. Ночью при лунном свете ночная освещенность со снегом и без снега составляет 0,213 люкс и 0,01 люкс соответственно. При отсутствии луны снег не оказывает существенного влияния на уровень освещенности. Кроме того, наблюдаются существенные различия в интенсивности LCE при разной высоте снежного покрова, плотности снега и загрязнении черным углеродом (ЧУ). При одинаковой интенсивности фонового освещения интенсивность LCE существенно меняется с увеличением глубины и плотности снега и загрязнения ЧУ. Результаты показывают количественное воздействие снега на LCE, обеспечивая научную поддержку регионального использования энергии естественного света, здоровья и безопасности человека, управления городской окружающей средой и экономического развития.

Световой климат (LCE) относится к естественным условиям наружного естественного освещения, что является общим термином для метеорологии изменений или вариаций естественного освещения1. Под влиянием траектории движения Солнца, местного освещения и климатических характеристик LCE демонстрирует непрерывные изменения в зависимости от различных условий. пространственные и временные периоды, что отражается на изменении значений освещенности2. Снег обладает высокой отражающей способностью солнечного света, а снег отражает больше, чем все виды земного покрова2. Отражательная способность свежего снега и плотного сухого снега достигает 86–95%, что в три-четыре раза превышает альбедо поверхности пастбищ и в два-три раза выше, чем у лесного покрова3,4,5. В высокогорных ледниковых районах высокая отражательная способность снега приводит к раздражению сетчатки людей, не носящих солнцезащитные очки, ярким светом, что может вызвать легкую боль в глазах или временную слепоту – явление, известное в медицине как «снежная слепота»6,7. . Естественный свет тесно связан со здоровьем человека8,9,10,11. Розенталь впервые предположил в 1984 году, что недостаток естественного света может вызвать ряд проблем в организме, типичным примером которых является сезонное аффективное расстройство (САР)12. На биоритмы человека влияет свет, который контролирует секрецию мелатонина шишковидной железой, что, в свою очередь, влияет на сон и настроение13,14. Освещенность и распределение спектральной мощности в значительной степени влияют на секрецию мелатонина15. Если жилые помещения в течение длительного времени подвергаются воздействию такого сильного отражающего света, это может повлиять на нормальный сон и качество жизни людей, а также может вызвать различные заболевания, такие как потеря зрения, потеря памяти и высокая заболеваемость катарактой16. ,17. Из-за наличия снега в континентальные зимы в средних широтах средняя отражательная способность может превышать 60%18,19. Снежный покров высоких широт играет важную роль в LCE из-за его сильного отражения20,21,22. Из-за наличия снежного покрова о количественных исследованиях воздействия LCE не сообщалось.

В последнее время для экономии энергии потребители стали уделять больше внимания использованию энергии естественного света, и каждая крупная индустриальная страна вложила определенный объем исследований23,24,25. За последние три десятилетия многие ученые использовали математические методы для создания моделей светоотдачи в реальном времени для изучения взаимосвязи между наружной освещенностью и солнечной радиацией с использованием фактических данных измерений26,27, включая фотометрическую теорию Ламберта28, модель распределения освещенности для всей облачности и ясности. sky29, модель средней промежуточной освещенности неба, модели облачного неба, модель освещенности неба BRE30, модель случайного распределения освещенности облачного неба Треньцы31, полная климатическая модель Переса32, модель освещенности неба Норио Игавы33 и модель освещенности неба Киттлера34,35,36. Ученые использовали данные измерений Пекинской обсерватории LCE для создания соответствующей базы данных LCE на основе данных об освещенности и для установки масштабируемых модулей данных37,38. Кроме того, некоторые ученые обсудили методы расчета, методы проектирования, художественную обработку и меры по энергосбережению для естественного и искусственного светового климата, а также светового климата, световых проемов, светового дизайна и методов расчета света39,40. Хотя ученые провели исследования с разных точек зрения по расчетам и проектированию светового климата, снег оказывает значительное влияние на освещенность из-за его сильного отражательного эффекта от коротковолнового излучения41,42, но до сих пор отсутствуют соответствующие количественные исследования.