Igor Žiberna

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https://doi.org/10.62409/czn.280

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ČZN, zvezek 3-4, 2024

Mesta zaradi spremenjene rabe tal, energijske in masne bilance ter antropogenih virov energije predstavljajo poseben ekosistem, v katerem danes živi že 55 % svetovnega in kar 74 % evropskega prebivalstva. Eden od najizrazitejših načinov manifestiranja specifičnega mestnega ekosistema je oblikovanje mestnega podnebja, še posebej pa mestnega toplotnega otoka, za katerega so značilne višje temperature zraka in površja v mestih v primerjavi z okolico. V pogojih globalnega segrevanja se zlasti v mestih povečuje pogostost vročinskih valov, ki znižujejo kakovost bivalnega okolja. Empirično je dokazano, da vsako gručasto naselje z nad 1000 prebivalci že oblikuje prepoznaven toplotni otok. Na začetku leta 2024 je v Sloveniji v 240 naseljih z nad 1000 prebivalcev živelo kar 56,8 % prebivalstva. Večina prebivalcev Slovenije je torej tako ali drugače pod vplivom višjih temperatur zaradi segre- vanja v gručastih naseljih. Poletni meseci z vse pogostejšimi vročinskimi valovi postajajo tudi v manjših naseljih vzrok za toplotno obremenitev in tako vplivajo na zdravje in pro- duktivnost prebivalstva. Bolj ogroženi so starejši in otroci, bolniki s srčno-žilnimi obolenji in obolenji dihal, diabetiki, bolniki z obolenjem ledvic, bolniki z duševnimi motnjami in nepokretni. Na njihovo ogroženost lahko dodatno vplivajo nizek socialno-ekonomski status, socialna izoliranost, slabša dostopnost do zdravstvenih storitev in nasploh slabši bivalni pogoji. Prav zato je preučevanje značilnosti mestnega toplotnega otoka tudi v srednjih in manjših naseljih velikega pomena, saj lahko tako lažje prepoznamo kritična območja v naseljih in temu primerno načrtujemo razvoj naselij v smer blaženja obremenilnih podnebnih vplivov na zdravje in bivalne razmere.

V članku smo obravnavali površinski mestni toplotni otok (surface urban heat island ali SUHI) v Slovenski Bistrici in njegov letni režim. Analizirali smo razporeditev temperatur površja, ki vplivajo tudi na temperature zraka. Pri tem smo uporabili metodo daljinskega zaznavanja, in sicer posnetke satelita Landsat 8 v 10. in 11. kanalu (oba beležita sevanje v infrardečem delu spektra), na osnovi katerih lahko pridobimo podatke o temperaturah površja. Za potrebe naše analize smo uporabili 22 satelitskih posnetkov za dneve, v katerih je bilo nad Slovensko Bistrico popolnoma jasno vreme. Uporabljeni posnetki vključujejo časovno okno med 31. marcem 2019 in 11. avgustom 2024. Podatke smo primerjali z rabo tal, pri čemer smo za slednje uporabili bazo podatkov Urbanega atlasa, ki je bil izdelan v okviru projekta Copernicus in ki so za tovrstne analize zelo uporabni, saj na dovolj natan- čen način predstavljajo ne le razporeditev pozidanih in ostalih površin, pač pa prinašajo tudi podatke o stopnji pozidanosti, kar je pomemben element, ki vpliva na intenzivnost površinskega mestnega toplotnega otoka.

Slovenska Bistrica z 8292 prebivalcev sodi med večja naselja v Sloveniji. Med 6035 naselji v Sloveniji je po številu prebivalcev na 20. mestu. Zaradi spremenjene rabe tal, predvsem sorazmerno goste pozidave, oblikuje jasno viden površinski mestni toplotni otok. Na intenzivnost površinskega mestnega toplotnega otoka v Slovenski Bistrici najbolj vplivajo sklenjene gosto pozidane površine z deležem nepropustnega površja nad 80 %, območja za šport in rekreacijo (predvsem na račun temnega igrišča in velike sposobnosti vpoja Sončevega sevanja na območju ob ulici Ob stadionu) ter industrijske komercialne, javne in vojaške površine (predvsem na območju trgovsko-podjetniške cone »Bistrica«, ki se je ob avtocesti Maribor – Ljubljana začela razvijati po letu 2000). Nižje temperature so na območju gozdov, vodnih površin in zelenih urbanih območij, ki pomembno blažijo obremenilne učinke ob vedno pogostejših vročinskih valovih zlasti v poletnih mesecih. Sezonski režim površinskega mestnega toplotnega otoka v Slovenski Bistrici kaže, da je ta najslabše razvit v zimskih mesecih, ko znašajo povprečne temperaturne razlike med posameznimi deli mesta le 1,8 °C. Najintenzivneje je površinski mestni toplotni otok razvit v poletnih mesecih, ko temperaturna amplituda znaša 6,5 °C. V prehodnih letnih časih je temperaturna amplituda nekoliko nižja od poletne: spomladi 5,6 °C, jeseni pa 5,2 °C. Eden od pomembnih vzrokov za manjše razlike v temperaturah površja pozimi je pojav snežne odeje.

Zaradi globalnega segrevanja lahko pričakujemo, da se bodo obremenilni učinki zaradi vedno pogostejših vročinskih valov v urbanih območjih krepili. V prihodnje bomo tudi v srednjih in manjših naseljih v okviru načrtovanja bodočega prostorskega razvoja morali začeti razmišljati o umeščanju zelenih in vodnih površin v naselja, s katerimi bomo blažili negativne učinke podnebnih sprememb in vročinskih valov.

Due to changed land use, energy and mass balance, and anthropogenic energy sources, cities represent a special ecosystem in which 55% of the world’s population and 74% of the European population live today. One of the most striking ways of specific urban ecosystem manifestation is the formation of an urban climate, and in particular the urban heat island, which is characterised by higher air and surface temperatures in cities compared to their surroundings. Under global warming conditions, the frequency of heat waves is increasing, particularly in cities, which reduces the quality of the living environment. It has been empirically proven that every clustered settlement with over 1,000 inhabitants already forms a noticeable heat island. At the beginning of 2024, 56.8% of the popula- tion in Slovenia lived in 240 settlements with over 1,000 inhabitants. The majority of the population of Slovenia is therefore, in one way or another, affected by higher temperatures due to warming in clustered settlements. The summer months, with increasingly frequent heat waves, are also becoming a cause of heat stress in smaller settlements, thus affecting the health and productivity of the population. The elderly and children, patients with cardiovascular and respiratory diseases, diabetics, patients with kidney diseases, patients with mental disorders and immobile persons are at greater risk. Their vulnerability may be further affected by low socio-economic status, social isolation, reduced access to health services and generally poorer living conditions. That is why studying the characteristics of the urban heat island in medium-sized and smaller settlements is of great importance, as it makes it easier to identify critical areas in settlements and accordingly plan the de- velopment of settlements in order to mitigate the stressful climate impacts on health and living conditions. In this article, I discuss the surface urban heat island (SUHI) in Slo- venska Bistrica and its annual regime. I analysed the distribution of surface temperatures, which also affect air temperatures. I used the remote sensing method, specifically images from the Landsat 8 satellite in channels 10 and 11 (both record radiation in the infra-red part of the spectrum), based on which we can obtain data on surface temperatures. For the purposes of my analysis, I used 22 satellite images for days when the weather over Slovenska Bistrica was completely clear. The images used cover a time window from 31 March 2019 to 11 August 2024. I compared the data with land use, using the Urban Atlas database, which was produced as part of the Copernicus project and is very useful for such analyses, as it presents not only the distribution of built-up and other areas in a adequately accurate manner, but also provides data on the level of built-up area, which is an important element that affects the intensity of the surface urban heat island. Slovenska Bistrica, with a population of 8,292, is one of the larger settlements in Slovenia. Among the 6,035 settlements in Slovenia, it ranks 20th in terms of population. Due to changed land use, particularly relatively dense construction, it forms a clearly visible surface urban heat island. The intensity of the surface urban heat island in Slovenska Bistrica is most influenced by connected, densely built-up areas with a share of impervious surface above 80%, areas for sports and recreation (mainly due to dark playgrounds and the high ability to absorb solar radiation in the area along Ob stadionu street), and industrial, commercial, public and military areas (mainly in the area of the “Bistrica” commercial and business zone, which began to develop along the Maribor–Ljubljana motorway after 2000). Lower temperatures are found in areas of forests, bodies of water and urban green areas, which significantly mitigate the heat load effects of increasingly frequent heat waves, especially in summer months. The seasonal regime of the surface urban heat island in Slovenska Bistrica shows that it is least developed in winter months, when the average temperature differences between individual sections of the city are only 1.8 °C. The surface urban heat island is most intensively developed in summer months, when the temperature amplitude is 6.5 °C. In transitional seasons, the temperature amplitude is slightly lower than in summer: 5.6 °C in spring, and 5.2 °C in autumn. One of the important reasons for smaller differences in surface temperatures in winter is the occurrence of snow cover. Due to global warming, we can expect the heat load effects to intensify due to increasingly frequent heat waves in urban areas. In the future, we will also have to start thinking about placing green and water areas in medium-sized and smaller settlements as part of planning future spatial development, in order to mitigate the negative effects of climate change.

Aufgrund veränderter Flächennutzung, Energie- und Massenbilanz sowie anthropoge- ner Energiequellen stellen Städte ein besonderes Ökosystem dar, in dem heute 55% der Weltbevölkerung und 74% der europäischen Bevölkerung leben. Eine der auffälligsten Erscheinungsformen eines spezifischen städtischen Ökosystems ist die Ausbildung eines Stadtklimas und insbesondere der städtischen Wärmeinsel, die durch höhere Luft- und Oberflächentemperaturen in Städten im Vergleich zu ihrer Umgebung gekennzeichnet ist. Unter den Bedingungen der globalen Erwärmung ist die Häufigkeit von Hitzewellen, die die Lebensqualität beeinträchtigen. Es ist empirisch belegt, dass jede Ballungssiedlung mit über 1000 Einwohnern bereits eine erkennbare Wärmeinsel bildet. Anfang 2024 lebten 56,8% der Bevölkerung Sloweniens in 240 Siedlungen mit über 1000 Einwohnern. Der Großteil der Bevölkerung Sloweniens ist daher auf die eine oder andere Weise von höheren Temperaturen aufgrund der Erwärmung in Ballungsgebieten betroffen. Die Som- mermonate mit ihren immer häufiger auftretenden Hitzewellen führen auch in kleineren Siedlungen zu Hitzestress und beeinträchtigen so die Gesundheit und Produktivität der Bevölkerung. Ältere Menschen, Kinder und Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Atemwegserkrankungen, Diabetiker, Patienten mit Nierenerkrankungen, Patienten mit psychischen Störungen und Menschen mit eingeschränkter Mobilität sind einem höheren Risiko ausgesetzt. Ihre Verletzlichkeit kann noch weiter verstärkt werden durch einen niedrigen sozioökonomischen Status, soziale Isolation, einen schlechteren Zugang zu Gesundheitsdiensten und allgemein schlechtere Lebensbedingungen.

Gerade deshalb ist die Untersuchung der Eigenschaften der städtischen Wärmeinsel in mittelgroßen und kleineren Siedlungen von großer Bedeutung, denn sie erleichtert die Identifizierung kritischer Bereiche in Siedlungen und ermöglicht eine entsprechende Planung der Siedlungsentwicklung, um die belastenden Klimaauswirkungen auf Gesundheit und Lebensbedingungen zu mildern.

In diesem Artikel haben wir die städtische Oberflächenwärmeinsel (surface urban heat island oder SUHI) in Slovenska Bistrica und ihr Jahresregime erörtert. Wir haben die Verteilung der Oberflächentemperaturen analysiert, die sich auch auf die Lufttemperaturen auswirken. Wir haben die Methode der Fernerkundung verwendet, nämlich Bilder des Satelliten Landsat 8 in den Kanälen 10 und 11 (beide zeichnen Strahlung im infraroten Teil des Spektrums auf), auf deren Grundlage wir Daten zu Oberflächentemperaturen erhalten können. Für unsere Analyse haben wir 22 Satellitenbilder von Tagen verwendet, an denen das Wetter über Slovenska Bistrica völlig klar war. Die verwendeten Bilder umfassen ein Zeitfenster zwischen dem 31. März 2019 und dem 11. August 2024. Wir verglichen die Daten mit der Landnutzung und nutzten hierfür die Datenbank des Urban Atlas, derje- nige im Rahmen des Copernicus-Projekts erstellt wurde und für derartige Analysen sehr nützlich ist, da sie nicht nur die Verteilung bebauter und anderer Flächen ausreichend genau darstellt, sondern auch Daten zum Grad der Bebauung liefert, der ein wichtiges Element ist, das die Intensität der städtischen Wärmeinsel an der Oberfläche beeinflusst.

Slovenska Bistrica ist mit 8292 Einwohnern eine der größeren Siedlungen Sloweniens. Unter den 6035 Siedlungen in Slowenien liegt sie hinsichtlich der Bevölkerungszahl auf Platz 20. Aufgrund veränderter Flächennutzungen, insbesondere einer relativ dichten Bebauung, bildet sich eine oberflächlich deutlich sichtbare städtische Öberflächenwär- meinsel. Die Intensität der städtischen Oberflächenwärmeinsel in Slovenska Bistrica wird am stärksten von geschlossenen, dicht bebauten Gebieten mit einem Anteil versiegelter Flächen von über 80% sowie von Bereichen für Sport und Erholung (vor allem aufgrund des dunklen Spielplatzes und der hohen Fähigkeit zur Absorption von Sonnenstrahlung im Bereich entlang der Straße Ob stadionu) sowie Industrie-, Gewerbe-, öffentliche und Militärgebiete (vor allem im Bereich der Gewerbe- und Geschäftszone „Bistrica“, die sich nach dem Jahr 2000 entlang der Autobahn Maribor – Ljubljana zu entwickeln begann). In Wald- und Gewässergebieten sowie in städtischen Grünräumen herrschen niedrigere Temperaturen, die die belastenden Auswirkungen der immer häufiger auftretenden Hitzewellen, insbesondere in den Sommermonaten, deutlich abmildern. Das saisonale Regime der städtischen Wärmeinsel an der Erdoberfläche in Slovenska Bistrica zeigt, dass sie in den Wintermonaten am wenigsten ausgeprägt ist, wenn die durchschnittlichen Tempera- turunterschiede zwischen einzelnen Stadtteilen lediglich 1,8 °C betragen. Die oberfläch- liche städtische Wärmeinsel ist in den Sommermonaten am stärksten ausgeprägt, wenn die Temperaturamplitude 6,5 °C beträgt. Das saisonale Regime der städtischen Oberflä- chenwärmeinsel in Slovenska Bistrica zeigt, dass sie in den Wintermonaten am wenigsten ausgeprägt ist, wenn die durchschnittlichen Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Teilen der Stadt nur 1,8°C betragen. Die städtische Oberflächenwärmeinsel ist in den Som- mermonaten am stärksten ausgeprägt, wenn die Temperaturamplitude 6,5°C beträgt. In den Übergangsjahreszeiten ist die Temperaturamplitude etwas geringer als im Sommer: 5,6°C im Frühjahr und 5,2°C im Herbst. Eine der wichtigsten Ursachen für geringere Un- terschiede der Oberflächentemperaturen im Winter ist das Auftreten einer Schneedecke.

Aufgrund der globalen Erwärmung ist mit einer Verschärfung der Stresseffekte durch immer häufigere Hitzewellen in städtischen Gebieten zu rechnen. Auch in mittleren und kleineren Siedlungsgebieten muss künftig über die Berücksichtigung von Grün- und Wasserflächen im Siedlungsraum im Rahmen der Raumplanung nachgedacht werden, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.