Najnowsze badania opublikowane na łamach czasopisma Nature wykazują, że drzewa w miastach redukują efekt miejskiej wyspy ciepła średnio o około połowę, obniżając temperaturę powietrża nawet o 0,5–1,5 stopnia Celsjusza. Naukowcy ostrzegają jednak, że nawet ambitne programy nasadzeń zneutralizują jedynie około 10–20 procent dodatkowego wzrostu temperatur spodziewanego do połowy wieku.
Zjawisko miejskiej wyspy ciepła, w skrócie UHI od angielskiej nazwy Urban Heat Island, jest jednym z najlepiej udokumentowanych skutków przekształcania naturalnych ekosystemów w gęsto zabudowane obszary miejskie, ponieważ beton, asfalt, cegła i inne materiały budowlane charakteryzują się wysoką pojemnością cieplną oraz niskim albedo, czyli zdolnością do odbijania promieniowania słonecznego. W praktyce oznacza to, że pochłaniają one energię słoneczną przez cały dzień, magazynują ją, a następnie oddają stopniowo w nocy, a efektem jest temperatura w mieście wyższa średnio o 1 do 3 stopni Celsjusza w porównaniu z otaczającymi terenami wiejskimi, przy czym w skrajnych przypadkach różnica może sięgać nawet 7 stopni Celsjusza.
Problem ten nie jest wyłącznie kwestią komfortu termicznego, ponieważ podczas fal upałów podwyższone temperatury, szczególnie gdy utrzymują się również w nocy i nie pozwalają organizmowi na regenerację, prowadzą do wzrostu ryzyka odwodnienia, wyczerpania cieplnego, udarów słonecznych, zaostrzenia chorób sercowo-naczyniowych i oddechowych, a w konsekwencji do wzrostu liczby przedwczesnych zgonów. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia fale upałów są już obecnie jednym z najbardziej śmiercionośnych skutków zmiany klimatu w regionach o klimacie umiarkowanym i śródziemnomorskim, a prognozy demograficzne i klimatyczne dodatkowo potęgują wagę problemu.
Organizacja Narodów Zjednoczonych szacuje, że do 2050 roku niemal 70 procent światowej populacji będzie mieszkać w miastach, a równocześnie wszystkie scenariusze zmian klimatu przewidują wzrost częstotliwości, intensywności i czasu trwania fal upałów we wszystkich zamieszkanych regionach świata, w tym w Europie Środkowej i Polsce. W tej sytuacji poszukiwanie skutecznych, tanich i naturalnych metod chłodzenia miast staje się priorytetem dla samorządów, urbanistów i decydentów publicznych na całym świecie.
Przełomowy charakter badań opublikowanych na łamach Nature wynika z zastosowanej metodologii, ponieważ większość wcześniejszych analiz dotyczących chłodzącej roli zieleni miejskiej opierała się na danych satelitarnych mierzących temperaturę powierzchni ziemi, czyli land surface temperature w skrócie LST. Metoda ta ma jednak fundamentalną wadę z perspektywy człowieka, ponieważ temperatura powierzchni asfaltu, betonu czy dachów może być znacznie wyższa od temperatury powietrza, w którym przebywa człowiek, a w upalny, słoneczny dzień czarny asfalt może nagrzać się do temperatury przekraczającej 60 stopni Celsjusza, podczas gdy temperatura powietrza na wysokości 1,5–2 metrów nad ziemią, czyli w strefie oddychania i odczuwania człowieka, może wynosić w tym samym miejscu 35–40 stopni.
Opieranie się wyłącznie na danych satelitarnych prowadziło zatem do przeszacowania rzeczywistej temperatury odczuwanej przez mieszkańców, a tym samym do zawyżenia efektu chłodzenia przez drzewa w niektórych analizach, dlatego naukowcy stojący za badaniem Nature postanowili zbadać temperaturę powietrza, a nie powierzchni. Wykorzystali globalne dane dotyczące temperatury powietrza pochodzące z naziemnych stacji pomiarowych oraz satelitarne dane o pokrywie drzewnej, a następnie stworzyli model kontrfaktyczny, czyli świat bez drzew, który porównali z warunkami rzeczywistymi. Analiza objęła prawie 9000 miast na całym świecie, zamieszkałych łącznie przez około 3,6 miliarda ludzi, co było możliwe dzięki połączeniu ogromnych zbiorów danych klimatycznych, teledetekcyjnych i demograficznych, które dopiero w ostatnich latach stały się dostępne w odpowiedniej rozdzielczości przestrzennej i czasowej.
Fizjologiczne mechanizmy chłodzenia przez drzewa i ich skuteczność w różnych klimatach
Drzewa oddziałują na temperaturę otoczenia na dwa fundamentalnie różne, choć komplementarne sposoby, z których pierwszym jest zacienienie, ponieważ korony drzew blokują bezpośrednie promieniowanie słoneczne, uniemożliwiając nagrzewanie się powierzchni takich jak chodniki, jezdnie, place, elewacje budynków oraz samych ludzi. Efekt zacienienia jest natychmiastowy i odczuwalny, ponieważ przejście z nasłonecznionego placu pod koronę drzewa powoduje spadek temperatury odczuwalnej nawet o 5 do 10 stopni Celsjusza w zależności od pory dnia i wilgotności powietrza.
Drugim, długofalowo nawet ważniejszym mechanizmem jest transpiracja, czyli proces uwalniania pary wodnej przez aparaty szparkowe znajdujące się na liściach, ponieważ rośliny pobierają wodę z gleby za pośrednictwem systemu korzeniowego, transportują ją przez ksylem, czyli drewno, do liści, a następnie uwalniają do atmosfery w postaci pary wodnej. Proces ten wymaga dostarczenia energii cieplnej, która jest pobierana z otoczenia, co skutkuje lokalnym obniżeniem temperatury powietrza, a mechanizm ten jest analogiczny do chłodzenia organizmu człowieka przez pocenie się.
W skali całego miasta transpiracja z dużej liczby drzew może obniżyć temperaturę powietrza w warstwie przyziemnej o wartości przekraczające 1 stopień Celsjusza, nawet przy braku bezpośredniego zacienienia. Wyniki analizy okazały się zaskakujące nawet dla samych badaczy, ponieważ okazało się, że drzewa redukują efekt miejskiej wyspy ciepła średnio niemal o połowę, a w liczbach bezwzględnych oznacza to, że w wielu miastach obniżają temperaturę powietrza o około 0,5 do 1,5 stopnia Celsjusza. Skala chłodzenia jest jednak silnie zróżnicowana geograficznie i zależy od trzech głównych czynników, a mianowicie od klimatu, od struktury miasta oraz od gatunków drzew. W gorących i suchych regionach, takich jak południowo-zachodnie Stany Zjednoczone z miastami Phoenix i Las Vegas, Bliski Wschód z Dubajem i Rijadem czy Australia z Perth i Adelaide, różnice temperatury między dzielnicami z dużą ilością zieleni a tymi niemal pozbawionymi drzew są największe i mogą sięgać nawet 3–4 stopni Celsjusza. Wynika to z faktu, że w suchym klimacie transpiracja jest szczególnie efektywna, ponieważ parowanie zachodzi szybciej, a brak naturalnej zieleni w otoczeniu miasta potęguje wyspę ciepła.
Nierówności w dostępie do zieleni jako klimatyczny wymiar sprawiedliwości społecznej
Jednym z kluczowych, a często pomijanych wniosków płynących z badań jest fakt, że korzyści z chłodzącej roli drzew nie są rozłożone równomiernie w przestrzeni miejskiej, ponieważ najwięcej zieleni znajduje się zazwyczaj w dzielnicach zamożniejszych, na obrzeżach miast oraz na terenach willowych z zabudową jednorodzinną. Obszary biedniejsze, często gęściej zabudowane, o wyższym wskaźniku uszczelnienia powierzchni, czyli tak zwanego impervious surface coverage, większym udziale budownictwa wielorodzinnego i mniejszej powierzchni terenów zielonych, mają znacznie mniej drzew.
W Stanach Zjednoczonych, które dysponują najbardziej szczegółowymi danymi na ten temat, dzielnice o niższych dochodach mają średnio o około 15 procent mniej drzew niż zamożniejsze części tych samych miast, a temperatura w godzinach popołudniowych jest tam przeciętnie o około 1,5 stopnia Celsjusza wyższa. Zjawisko to, określane w literaturze anglosaskiej mianem klimatycznego apartheidu lub nierówności wobec upału, tworzy błędne koło, ponieważ osoby o niższych dochodach często mieszkają w gorszej jakości budynkach, mają mniejszy dostęp do klimatyzacji lub nie mogą sobie pozwolić na jej kosztowną eksploatację, częściej pracują na zewnątrz w godzinach największego nasłonecznienia w takich zawodach jak budownictwo, usługi komunalne czy dostawy, a mają jednocześnie najmniejszy dostęp do naturalnego chłodzenia, jakie zapewniają drzewa.
Są to więc te same osoby, które są najbardziej narażone na skutki zdrowotne fal upałów, a jednocześnie najmniej chronione przez infrastrukturę zieloną, dlatego walka z miejską wyspą ciepła nie może zostać zredukowana do prostego zwiększania liczby drzew w skali całego miasta. Konieczne jest uwzględnienie kwestii sprawiedliwości przestrzennej i kierowanie nasadzeń przede wszystkim do dzielnic najbardziej defaworyzowanych i najbardziej narażonych na skutki upałów, a badacze oszacowali, że dla ponad 200 milionów ludzi na całym świecie miejskie drzewa obniżają temperaturę lokalnie przynajmniej o 0,5 stopnia Celsjusza.
Ograniczenia strategii opartej wyłącznie na drzewach w perspektywie połowy wieku
Mimo imponujących wyników badanie Nature przynosi również ważne ostrzeżenie dla decydentów i urbanistów, którzy w ostatnich latach często przedstawiają sadzenie drzew jako uniwersalne, tanie i niekontrowersyjne rozwiązanie problemu miejskich upałów, ponieważ naukowcy oszacowali, że obecne drzewa miejskie, czyli już istniejące, są w stanie zneutralizować jedynie około 10 procent dodatkowego wzrostu temperatur spodziewanego do połowy wieku.
Dotyczy to scenariuszy umiarkowanych zmian klimatu, czyli przy założeniu, że emisje gazów cieplarnianych zostaną znacząco zredukowane, a nawet przy ambitnych programach sadzenia drzew zakładających zwiększenie pokrywy drzewnej o 50 do 100 procent w skali miasta, wskaźnik ten wzrósłby najwyżej do około 20 procent. Oznacza to, że w perspektywie 25 lat, niezależnie od tego, ile drzew posadzimy, wzrost temperatury spowodowany zmianą klimatu będzie wielokrotnie przewyższał zdolność drzew do jego kompensowania, innymi słowy drzewa są niezbędne, ale absolutnie niewystarczające. Dalsze poleganie wyłącznie na zieleni jako głównej strategii adaptacji do upałów jest nie tylko naiwne, ale może być wręcz niebezpieczne, ponieważ stwarza złudzenie, że problem został rozwiązany, podczas gdy w rzeczywistości narasta.
Eksperci zajmujący się urbanistyką i adaptacją do zmian klimatu są zgodni, że drzewa powinny być traktowane jako jeden z elementów w szerszym portfolio środków, a nie jako jedyne rozwiązanie, ponieważ kluczowe znaczenie ma projektowanie przestrzeni publicznej i budynków z myślą o ograniczaniu akumulacji ciepła. Materiały użyte do budowy powierzchni ziemi mają ogromne znaczenie, ponieważ jasne, wysoko odbijające światło nawierzchnie o wysokim albedo, takie jak jasny beton, jasne kostki brukowe czy farby odbijające promieniowanie słoneczne na dachach, zwane cool roofs, nagrzewają się znacznie mniej niż ciemny asfalt.
Szacuje się, że zastąpienie ciemnego asfaltu jasnym betonem na parkingach, chodnikach i drogach lokalnych może obniżyć temperaturę powietrza w skali dzielnicy o 0,5 do 1 stopnia Celsjusza, a programy takich chłodnych dachów i chłodnych chodników są już wdrażane w wielu miastach Stanów Zjednoczonych, takich jak Nowy Jork, Los Angeles i Phoenix, oraz w Europie, w Mediolanie, Atenach i Sewilli.
Komplementarne strategie chłodzenia miast od zielonych dachów po korytarze wentylacyjne
Zielone dachy i zielone ściany, czyli pionowe ogrody, stanowią uzupełnienie drzew w miejscach, gdzie nasadzenia od ziemi są niemożliwe, na przykład w ścisłym centrum z gęstą, zwartą zabudową, ponieważ zielone dachy nie tylko izolują termicznie budynki, zmniejszając zapotrzebowanie na klimatyzację, ale także obniżają temperaturę otoczenia poprzez transpirację roślin oraz zatrzymują wodę deszczową. W skali całej dzielnicy zielone dachy mogą obniżyć temperaturę powietrza o 0,3 do 0,5 stopnia Celsjusza, co w połączeniu z innymi rozwiązaniami daje wymierny efekt.
Odpowiednie kształtowanie przestrzeni ulicznej poprzez projektowanie korytarzy wentylacyjnych, które umożliwiają przepływ chłodnego powietrza z przedmieść i terenów zielonych do śródmieścia, ma kluczowe znaczenie, ponieważ wąskie, głębokie, zorientowane wschód-zachód kaniony uliczne są najbardziej narażone na przegrzewanie się, podczas gdy szersze ulice zorientowane zgodnie z kierunkiem przeważających wiatrów mogą skutecznie odprowadzać gorące powietrze.
W niektórych miastach, takich jak Stuttgart czy Wiedeń, plany przestrzenne uwzględniają właśnie systemy korytarzy wentylacyjnych jako integralny element polityki adaptacyjnej. Ograniczenie uszczelniania powierzchni ziemi poprzez tworzenie parków kieszonkowych, czyli niewielkich skwerów z roślinnością, rozszczelnianie nawierzchni polegające na zastępowaniu betonu i asfaltu przepuszczalnymi nawierzchniami żwirowymi lub trawiastymi oraz ochrona istniejących terenów zielonych przed zabudową są działaniami o udowodnionej skuteczności.
Z badań opublikowanych w Nature oraz literatury na temat adaptacji do zmian klimatu w miastach można wyciągnąć konkretne rekomendacje dla władz lokalnych i regionalnych, ponieważ sadzenie drzew powinno być prowadzone w sposób celowany i sprawiedliwy, a nie przypadkowy. Priorytetem powinny być dzielnice o najwyższej gęstości zaludnienia, największym udziale powierzchni uszczelnionych, czyli asfaltu i betonu, oraz najniższym dochodzie mieszkańców, a więc tam, gdzie temperatura jest najwyższa, a mieszkańcy najbardziej narażeni na skutki upałów. Mapy termiczne miast, tworzone na podstawie danych satelitarnych i naziemnych stacji pomiarowych, powinny stanowić podstawę do wyznaczania priorytetowych obszarów interwencji, a program nasadzeń powinien iść w parze z programem wymiany nawierzchni na jasne, z programem zielonych dachów na budynkach użyteczności publicznej i komercyjnych, z tworzeniem korytarzy wentylacyjnych oraz z ochroną istniejącej zieleni przed wycinką pod nowe inwestycje.
Monitorowanie skuteczności i konieczność systemowych działań wykraczających poza zieleń miejską
Miary sukcesu powinny uwzględniać efekt chłodzenia, a nie tylko liczbę posadzonych drzew, ponieważ wiele miast chwali się liczbą nowych nasadzeń, nie monitorując jednocześnie, ile drzew ginie z powodu suszy, chorób, szkodników lub wycinek pod inwestycje, ani jaki jest rzeczywisty efekt chłodzenia tych drzew po 10–20 latach wzrostu. Potrzebne są systemy monitorowania pokrywy drzewnej i temperatury powietrza w rozdzielczości dzielnicowej, które pozwolą na ewaluację skuteczności podejmowanych działań, a także niezbędne jest osadzenie polityki zieleni miejskiej w szerszym kontekście mitygacji zmian klimatu.
Sadzenie drzew, choć nie wystarcza do całkowitego zniwelowania wzrostu temperatur, przynosi wiele dodatkowych korzyści, takich jak sekwestracja dwutlenku węgla, redukcja zanieczyszczenia powietrza, zmniejszenie spływu wód opadowych, zwiększenie bioróżnorodności oraz poprawa zdrowia psychicznego mieszkańców. Nawet jeśli nie powstrzyma wzrostu temperatur, to i tak jest działaniem niezwykle wartościowym z wielu innych powodów, ale nie może być jednak pretekstem do zaniechania głębokich, systemowych zmian w gospodarce i transporcie, które są niezbędne, aby powstrzymać samo zjawisko globalnego ocieplenia.
Najnowsze badania jednoznacznie potwierdzają, że drzewa są niezwykle skutecznym i tanim narzędziem chłodzenia miast, zdolnym obniżyć temperaturę powietrza lokalnie o ponad 1 stopień Celsjusza i przynieść ulgę setkom milionów mieszkańców podczas fal upałów, a ich rola jest szczególnie cenna w kontekście narastających nierówności klimatycznych. Osoby najuboższe, mieszkające w najgęściej zabudowanych i najgorzej przewietrzanych dzielnicach, są najbardziej narażone na skutki upałów, a jednocześnie mają najmniejszy dostęp do zieleni, dlatego kierowanie nowych nasadzeń właśnie do tych dzielnic jest nie tylko kwestią efektywności, ale także elementarnej sprawiedliwości społecznej.
Jednocześnie jednak dalsze poleganie wyłącznie na drzewach jako głównej strategii adaptacyjnej jest skazane na porażkę w perspektywie 2050 roku, ponieważ przy prognozowanym wzroście temperatur nawet umiarkowane scenariusze klimatyczne wielokrotnie przewyższają fizyczną zdolność drzew do kompensowania tego wzrostu. Konieczne jest zatem równoległe wdrażanie innych rozwiązań, takich jak jasne nawierzchnie i chłodne dachy, zielone dachy i ściany, korytarze wentylacyjne, odszczelnianie powierzchni oraz ochrona istniejącej zieleni przed zabudową, ponieważ miasta przyszłości będą musiały być projektowane jako systemy, w których drzewa współdziałają z innymi rozwiązaniami technicznymi i urbanistycznymi, tworząc spójną, odporną na upały tkankę miejską.
Fot. Unsplash.