Давно замечено, что природные ландшафты оказывают значительное влияние на человеческие сообщества и на каждого человека в отдельности. Гармония включения открытых пространств в сложную систему городских поселений значительно улучшает как физическое качество жизни, так и восприятие глубокой духовной и культурной связи с окружающей средой. Влияние городских парков, зелёных насаждений (зелёных пространств) и открытых водных поверхностей (голубых пространств) на городскую жизнь изучается уже давно. Многократно показано, что зелёные и голубые, а шире – открытые, городские пространства улучшают здоровье городских жителей, снижают тревожность, агрессию. Таким образом, инвестиции в открытые городские пространства можно рассматривать, и это доказывают конкретные цифры, как инвестиции не только в качество жизни, но и в здоровье городских жителей. Не даром газоны и парки, набережные и городские пруды повсеместно становятся самыми притягательными, самыми ценимыми участками городской территории. Игнатьева с коллегами рассматривает такие открытые пространства как неотъемлемый элемент градостроительных решений устойчивого развития. Более того, гармоничная интеграции природных экосистем в городскую среду, и через это улучшение её климатических и экологических характеристик, становится приоритетом исследований в Европейских научных и инновационных программах.
Исследования открытых городских пространств, однако, в основном сосредоточено на городах умеренной и тропической биоклиматических зон. А что же происходит в городах с холодным, и тем более Арктическим, климатом? К сожалению, наши знания об открытых пространствах северных городов крайне ограничены. Обширные программы по изучению городского климата, которые проводились в СССР, были свёрнуты. В Скандинавии и на Аляске исследования фрагментарны, хотя работы последних лет показывают необходимость специального учёта открытых пространств в градостроительных решениях, особенно на территориях вечной мерзлоты . Более обширные исследования проводились в Канаде, где, например, были намечены пути развития городских пространств для их более интенсивного использования в зимних условиях.
Долгое время, северные города планировались исходя из парадигмы максимальной изоляции городских жителей от, как казалось, неблагоприятных климатических условий Арктики. Город-дом был, хотя и недостижимым, но идеалом городского планирования. Более подробное изучение связей человека и природы заставляет пересмотреть этот идеал. Поистине революционным является разворот в сторону включения открытых пространств северных городов, на протяжении долгого зимнего сезона покрытых снегом, то есть белых пространств, в городскую жизнь. Города, где жители не изолированы, а, наоборот, гармонично используют белые пространства, получили названия «зимних» городов. И всё же знаний о климатическом и культурном значении открытых пространств в северных городах нам ещё не хватает. Быстрые климатические изменения в Арктике заставляют направлять больше усилий на обеспечение устойчивого развития наших городов. Детализация прогнозов и рекомендаций крайне важна не только с экономической, но и с общечеловеческой перспективы. Поэтому, в 2020 году начали проводиться исследования в рамках международного проекта «Открытые городские пространства как фактор обеспечения устойчивого развития в Арктике в условиях климатических изменений» (английский вариант названия: «Building Socio-Ecological Resilience through Urban Green, Blue and White Space (SERUS)»). Проект, получивший грантовую поддержку Belmont Forum и РФФИ, объединил исследователей из Норвегии (Nansen Environmental and Remote Sensing Center), США (George Washington University) и России (Тюменский государственный университет, Московский государственный университет им. Ломоносова). Для исследований были выбраны города Надым и Апатиты в России, Лонгйирбюен в Норвегии и Фэрбенкс в США. Эти города расположены в ряде типичных климатических зон Арктики, при этом, на их территории были реализованы разные административно-планировочные подходы к формированию городской среды.
Наш подход основан на изучении многогранного комплекса городских социальных и природных систем в их интегрированном единстве. В последнее время открытые городские пространства рассматриваются не просто как места общего пользования, а в качестве биомов – высокоинтегрированных городских экосистем. В связи с этим, основной целью проекта стало осмысление физико-климатических, экологических и социальных аспектов роли открытых пространств в устойчивом развитии арктических городов. В методологии исследования важное место уделено поиску точек соприкосновения и взаимного дополнения естественнонаучных и гуманитарных дисциплин. Такой подход позволил рассмотреть природную среду арктического города в качестве своеобразного продукта социальной и культурной деятельности проживающих в нем людей, одновременно давая возможность оценить влияние происходящих в природе процессов на жизнь городского сообщества [Laruelle et al., 2019]. Центральное место в проекте занимает изучение связи локальных климатических особенностей городов с тремя ключевыми типами открытых городских пространств. К зеленым пространствам относятся деревья и другие объекты городского растительного мира. Голубые пространства – это водоемы, расположенные в черте города или в пределах его культурного влияния. Еще одним важным, и в то же время наименее изученным элементом экологии северных городов являются белые пространства – поверхности земли, которые покрыты снегом на протяжении 8–9 месяцев в году. В условиях Арктики все три вида этих открытых пространств тесно связаны между собой, формируя индивидуальные климатические и экологические особенности городской среды.
В рамках реализации проекта проведены продолжительные (месяцы – годы) микроклиматические наблюдения в условиях городской среды субарктических городов Апатиты и Надым с использованием автоматических метеостанций (АМС) Davis Vantage Pro 2, термодатчиков iButton и градиентных термодатчиков Hobo. В результате получена уникальная база данных метеорологических наблюдений в условиях городской среды субарктики за период с 2015 по 2022 гг.
По данным полученных наблюдений проанализирована многолетняя динамика интенсивности острова тепла в городах в городах Надым, Апатиты и других субарктических городах, охваченных наблюдениями сети UHIARC. Показано, что интенсивность городского острова тепла в высоких широтах имеет характерный сезонный ход с максимум зимой и минимумом летом, а также выраженную межгодовую изменчивость, связанную с различиями режимов погоды. В летне-осенний период различия температуры максимальны в ночное время суток, что соответствует типичному суточному ходу интенсивности городского острова тепла. Для зимнего периода характер микроклиматической изменчивости температуры определяется не суточным ходом, а синоптическими процессами. Установлено, что различия температуры между городскими точками и фоном обостряются на фоне похолоданий. Также изучена внутригородская неоднородность температуры воздуха и микроклиматические особенности различных типов городских пространств в холодный и теплый сезоны года. Показано, что в оба сезона крупные открытые и озелененные городские пространства холоднее зон застройки, но теплее окружающих город природных ландшафтов, то есть городские экосистемы существуют в более теплом климате.
По данным серии коротких экспериментов по вертикальному зондированию нижней атмосферы с использованием БПЛА изучена вертикальная структура городского пограничного слоя атмосферы над субарктическим городом в условия холодного и теплого сезонов. Для холодного сезона показано, что в условиях сильно устойчивой стратификации и интенсивных приземных инверсий, в городе формируется перемешанный пограничный слой со стратификацией, близкой к нейтральной, и высотой порядка 50 м. При этом интенсивность приземной инверсии температуры в слое 50-100 м является одним из ключевых предикторов интенсивности острова тепла в приземном слое атмосферы. Похожая картина получена и для летних ночных условий.
В г.Апатиты впервые с помощью датчиков Purple Air проведена площадная съемка качества воздуха в городской среде. Предварительный анализ результатов измерений показывают закономерное ухудшение качества воздуха от фоновых точек к городским. Таким образом удалось убедительно показать, что в периоды неблагоприятных для рассеивания примесей метеоусловий концентрации дымовых частиц в городской черте Апатитов могут достигать весьма опасных значений, а в гипсометрически более «низких» районах города качество воздуха хуже по сравнению с более «высокими», что согласуется с теоретическими данными.
В ходе геоботанических исследований установлено, что наиболее хорошими индикаторами изменения фенологического ритма растений в условиях теплового острова являются береза провислая и лиственница сибирская именно у них наблюдались ярко выраженные сдвиги в сроках начала листвления и начала окрашивания листьев. Объем фитомассы и средняя высота растительности на участках в пределах города в среднем выше по сравнению с фоновым участком.
Дендрохронологические исследования радиальных приростов хвойных деревьев на фоновом участке вдали от города Надыма и в городском парке Козлова показали, что в годы активного строительства средний прирост лиственниц в парке составил 0,75 мм, а на фоновом участке – 0,31 мм. До начала строительства на территории будущего парка прирост составлял 0,41 мм, а на контроле – 0,41. Такое значительное улучшение условий произрастания древостоя в парке Козлова может быть объяснено отепляющим влиянием города и уничтожением густого кустарничково-мохово-лишайникового покрова, который, видимо, является теплоизолятором и замедляет прогревание почв.
В ходе экспериментальных исследований гранулированного теплоизоляционного материала «ДиатомИК» установлено, что спустя 3 года после обустройства опытно-экспериментального участка дороги в г. Новый Уренгой, промерзание в секции с песком мелким увеличилось, а с ГТМ «ДиатомИК» уменьшилось, но не значительно. Данный факт подтверждает, что для практической реализации предложена оптимальная модель дорожной конструкции с применением ГТМ «ДиатомИК» в основании дорожной одежды, что способствует формированию в грунте водно-теплового режима, существенно снижающего развитие деформаций и предотвращения процессов морозного пучения в грунтах земляного полотна, несмотря на промерзание части грунта.
Социологические исследования социально-экологических проблем использования зеленых, голубых и белых открытых пространств города Надыма показали, что активное привнесение на территорию города и его окрестностей чужеродных растений из более южных регионов. Для местного населения одинаково важны экологическая, рекреационная и эстетическая функции зеленых насаждений города. Жители Надыма воспринимают городские парки в качестве многофункциональных центров притяжения людей, которые обеспечивают комфортные условия для отдыха, общения, занятий спортом, игр детей, прогулок с собаками и других занятий, играющих важную роль в досуге горожан.