Effetti della copertura nevosa sull'ambiente climatico leggero urbano nelle alte latitudini della Cina nord-orientale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8725 (2023) Citare questo articolo

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L'ambiente climatico leggero (LCE) ha un impatto significativo sulla salute umana, sulle caratteristiche comportamentali e sulla sicurezza della vita e delle proprietà a causa dell'elevato albedo della neve sul tipo di copertura del suolo, che a sua volta influisce sul clima regionale e sullo sviluppo socioeconomico, ma sono stati trovati studi meno rilevanti. In questo studio, l’effetto della neve sui livelli di luce diurni e notturni è stato quantificato utilizzando osservazioni comparative sul campo ed esperimenti controllati in camere climatiche artificiali, combinati con l’analisi della varianza e l’adattamento del modello. I risultati dello studio hanno rilevato che c’era una differenza significativa tra la presenza e l’assenza di neve sia nei livelli di luce diurni che notturni. Durante il giorno, il livello di luce ambientale al suolo con la neve è 5,68 volte più alto che senza neve, con un miglioramento di 12.711,06 Lux. Di notte, con la luce della luna, l'illuminamento notturno con e senza neve è rispettivamente di 0,213 Lux e 0,01 Lux. Quando non c'è la luce della luna, la neve non ha alcun effetto significativo sul livello di luce. Inoltre, differenze significative nell’intensità dell’LCE con diverse profondità della neve, densità della neve e inquinamento da black carbon (BC). Alla stessa intensità della luce di fondo, l'intensità LCE varia in modo significativo con l'aumento della profondità della neve, della densità della neve e dell'inquinamento BC. I risultati rivelano l’impatto quantitativo della neve sull’LCE, fornendo supporto scientifico per l’uso regionale dell’energia luminosa naturale, la salute e la sicurezza umana, la gestione dell’ambiente urbano e lo sviluppo economico.

L'ambiente climatico luminoso (LCE) si riferisce alle condizioni naturali della luce naturale esterna, che è un termine generale per la meteorologia dei cambiamenti o delle variazioni della luce naturale1. Influenzato dalla traiettoria del movimento solare, dalla luce locale e dalle caratteristiche climatiche, l'LCE mostra una variazione continua su diversi periodi spaziali e temporali, che si riflette nella variazione dei valori di illuminamento2. La neve è altamente riflettente alla luce solare e la neve è più riflettente di tutti i tipi di copertura superficiale della Terra2. La riflettività della neve fresca e della neve compatta e asciutta raggiunge l’86–95%, ovvero da tre a quattro volte l’albedo superficiale delle praterie e da due a tre volte quello della copertura forestale3,4,5. Nelle aree dei ghiacciai di alta montagna, l'elevata riflettività della neve fa sì che le retine degli esseri umani che non indossano occhiali da sole siano irritate dalla luce intensa, il che può causare lievi dolori agli occhi o cecità temporanea, un fenomeno noto in medicina come "cecità da neve"6,7. . La luce naturale è strettamente legata alla salute umana8,9,10,11; Rosenthal per primo, nel 1984, suggerì che la mancanza di luce naturale può causare una serie di problemi al corpo, di cui il disturbo affettivo stagionale (SAD) è un tipico esempio12. I bioritmi umani sono influenzati dalla luce, che controlla la secrezione di melatonina da parte della ghiandola pineale, che a sua volta influenza il sonno e l'umore13,14. L'illuminamento e la distribuzione della potenza spettrale influenzano ampiamente la secrezione di melatonina15. Se le aree residenziali vengono esposte per lungo tempo a un ambiente di luce riflettente così forte, ciò può influire sul sonno normale e sulla qualità della vita delle persone e può anche causare varie malattie, come perdita della vista, perdita di memoria e un'elevata incidenza di cataratta16 ,17. A causa della presenza di neve negli inverni continentali alle medie latitudini, la riflettività media può superare il 60%18,19. Il manto nevoso alle alte latitudini gioca un ruolo importante nell'LCE a causa della sua forte riflessione20,21,22. A causa dell'esistenza del manto nevoso, non sono state riportate ricerche quantitative sugli impatti dell'LCE.

Recentemente, per risparmiare energia, i consumatori hanno iniziato a prestare maggiore attenzione all’utilizzo dell’energia della luce naturale, e ogni grande paese industriale ha investito una certa quantità di ricerca23,24,25. Negli ultimi tre decenni, molti studiosi hanno utilizzato metodi matematici per stabilire modelli di efficacia luminosa in tempo reale per studiare la relazione tra l'illuminamento esterno e la radiazione solare utilizzando dati di misurazione effettivi26,27, inclusa la teoria fotometrica di Lambert28, il modello di distribuzione dell'illuminamento di nubi totali e limpide cielo29, modello intermedio medio di illuminamento del cielo, modelli di cielo nuvoloso, modello di illuminamento del cielo BRE30, modello di distribuzione casuale dell'illuminamento del cielo nuvoloso di Tregnza31, modello climatico completo di Perez32, modello di illuminamento del cielo di Norio Igawa33 e modello di illuminamento del cielo di Kittler34,35,36. Gli studiosi hanno utilizzato i dati misurati dall'Osservatorio LCE di Pechino per costruire un database LCE corrispondente basato sui dati di illuminamento e per impostare moduli di dati scalabili37,38. Inoltre alcuni studiosi hanno discusso metodi di calcolo, metodi di progettazione, trattamenti artistici e misure di risparmio energetico per i climi di luce naturale e artificiale, nonché clima di luce, aperture di luce, progettazione della luce e metodi di calcolo della luce39,40. Sebbene gli studiosi abbiano condotto ricerche da molteplici prospettive sui calcoli e sulla progettazione del clima luminoso, la neve ha un impatto significativo sull’illuminazione a causa del suo forte effetto riflettente sulla radiazione a onde corte41,42, ma fino ad ora mancano ricerche quantitative rilevanti.