Роль бризовых ветров в формировании архитектурно-планировочной структуры приморских городов

При проектировании территории застройки в городах необходимо учитывать ведущие природноклиматические факторы, обеспечивающие благоприятную и устойчивую среду для человека [1]. В сфере градостроительства приморских городов особое место занимают бризовые ветры, оказывающие непосредственное влияние на микроклимат в населённых пунктах и на прочие условия проживания людей. Исследования последних лет, проводимые в области биоклиматического комфорта приземной атмосферной городской среды, позволяют рассматривать воздушные массы как сложные элементы формирования благоприятных микроклиматических условий, включающие температуру, влажность, скорость, направление ветра [2, 3]. В вопросе формирования благоприятного микроклимата среди городской застройки стоит отметить существенное влияние сложного рельефа территории в совокупности с морской поверхностью и наличием большого количества рек. В рамках данного исследования влияние бризовых ветров и их роль в градостроительном проектировании населённых пунктов изучается на примере приморских городов, расположенных в Краснодарском крае.

Краснодарский край – уникальный регион России, известный своим мягким климатом и благоприятными природными условиями. Черноморское побережье Краснодарского края в масштабах всей страны является одним из самых привлекательных направлений для развития туризма. Города, расположенные на побережье Краснодарского края, благодаря уникальной природе, оздоровительному климату и культурным достопримечательностям ежегодно принимают миллионы отдыхающих. Крупнейшими городами Черноморского побережья Краснодарского края являются Новороссийск, Геленджик, Туапсе и Сочи.

С севера Черноморское побережье Кавказа ограничено хребтами Большого Кавказа, надежно защищающего города и населенные пункты от холодных атмосферных течений. Кавказский хребет тянется почти параллельно берегу Черного моря, высотные отметки гор увеличиваются постепенно с северо-запада на юго-восток. В районе Новороссийска отметки достигают 300–700 м над уровнем моря. У Туапсе – 1000–1500 м, к востоку от Сочи – 2000–3000 м и выше.

Помимо этого, побережье пронизано холмами и долинами, а также устьями рек. Самыми крупными реками являются: река Цемес, протекающая в Новороссийске, протяженностью 14 км и площадью бассейна 82,6 м2; река Туапсе, длина которой достигает 19 км, а площадь водосборного бассейна 352 км2; река Сочи – самая большая из рассматриваемых нами рек – длинною 45 км и площадью бассейна 296 км2.

Существует множество научных работ, обобщающих данные о климате Черного моря, которые отмечают его значительное влияние на климат Южного Причерноморья [4–6].

Ряд авторов рассматривают характеристики бризовых ветров, отмечая их благоприятное влияние на формирование микроклиматических условий в жаркий период года, а также сезонные изменения ветрового режима, подчеркивая важность учета этих факторов при формировании архитектурно-планировочных и градостроительных приемов застройки [7, 8].

В некоторых современных работах рассматриваются климатические характеристики изменчивости поля ветра в регионе, проводится анализ и численное моделирование влияния температурных контрастов «суша – море» на атмосферную циркуляцию в Черноморском регионе [9, 10]. Данные работы дают возможность проанализировать влияние природно-климатических особенностей Черного моря на микроклимат прибрежных городов, возникающий благодаря воздействию бризовых ветров, а также показывают необходимость их учета при формировании градостроительных и архитектурно-строительных приемов застройки.

Ветровой режим является ведущим природноклиматическим фактором при проектировании застройки. Территория городов Черноморского побережья Краснодарского края с марта по октябрь проветривается бризовыми ветрами, действующими в системе «суша – море». Они возникают из-за разницы в температуре и давлении атмосферной среды между сушей и морем, создавая два противоположных направления движения воздуха в течение суток. В утренний период они действуют со стороны моря, в сторону суши, образуя морской бриз, а в послеобеденный период формируется береговой бриз, который действует со стороны берега в сторону моря. Скорость бриза небольшая и в зависимости от форм рельефа прибрежных территорий составляет 1–5 м/с [11].

Бризовые ветры играют важную роль в формировании благоприятных микроклиматических условий атмосферной среды приземного слоя в жаркий период [12]. В зимнее время года бризы не действуют, но на некоторых участках встречается сильный ветер. В целом экстремально холодный ветер наблюдается на участке от Анапы до Туапсе, но больше всех его проявления можно наблюдать именно в Новороссийске.

Вдоль всего Маркхотского перевала в районе города Новороссийска образуется бора – сильный и порывистый ветер, возникающий при зимних вторжениях холодного воздуха, и движется вниз по горному склону, часто достигая скорости 40 м/с и более в самом Новороссийске и 60 м/с – на перевале [13].

В данной статье рассмотрены основные аспекты влияния бризовых ветров на архитектурные и градостроительные решения. Главной научной составляющей статьи является рекомендация, которая касается архитектурно-планировочных решений застройки с учетом различных форм рельефа черноморского побережья.

Для написания данной статьи были использованы спутниковые изображения высокого разрешения, обычно применяемые в прикладной метеорологии, основанные на известных математических моделях численного предсказания погоды, таких как ICON, GFS и GEM, что позволило получить детальную информацию о направлении и силе бризовых ветров, а также о рельефе местности. Помимо этого, была проведена морфометрическая оценка рельефа с построением поперечных профилей территорий четырех городов Черноморского побережья Краснодарского края: Новороссийска, Геленджика, Туапсе и Сочи.

При помощи современных компьютерных технологий, мониторинга, моделирования и прогнозирования климата построены карты направления бризовых ветров с учетом детальных форм рельефа и наложением тепло-ветровых процессов, созданных при помощи графоаналитического метода, в основе которого лежат теплофизические и аэродинамические законы атмосферной среды. Данная методика научного исследования позволила выделить ряд направлений градостроительных прикладных задач.

Результаты исследования показали, что рельеф местности оказывает существенное влияние на направление и силу бризовых ветров [14–16]. Это, в свою очередь, должно учитываться при формировании архитектурно-планировочных решений застройки с учетом различных форм рельефа и характеристик прохождения бризовых потоков через него.

В городах Черноморского побережья Краснодарского края, таких как Новороссийск, Геленджик, Туапсе и Сочи, формирование бризовых ветров происходит с учетом особенностей форм рельефа, что необходимо учитывать при градостроительном и архитектурном проектировании [17, 18].

В целом рельеф рассматриваемых городов имеет сходства и различия, формирующие траекторию движения, направление и скорость бризовых потоков ветра. По результатам исследования можно сделать вывод, что градостроительные и архитектурно-планировочные предпосылки к застройке следует рассматривать отдельно для таких зон, как прибрежная зона, предгорно-долинная или промежуточная зона, склоновые территории, территория поймы рек.

Рассмотренные в исследовании города (Сочи, Туапсе, Новороссийск, Геленджик) расположены вдоль протяжённой и сравнительно узкой территории, между Чёрным морем и склонами гор Большого Кавказа. Два города, Геленджик и Новороссийск, располагаются вдоль морских бухт (Цемесская бухта в Новороссийске и Геленджикская бухта в Геленджике), а остальные города тянутся вдоль побережья: длина Сочи около 140 км, ширина города варьируется от 8,29 км до 2,63 км (рис. 1), Туапсе, в свою очередь, располагается в пойме реки Туапсе, впадающей в Черное море.

Новороссийск на значительном протяжении простирается вдоль Цемесской бухты, вытянутой на 15,7 км в направлении с севера на запад. Геленджик, общая площадь которого равняется 27,9 км2, располагается около равномерной овальной бухты, которую он огибает со всех сторон.

Для всех черноморских городов с учетом сложного рельефа можно выделить несколько зон: первая зона – прибрежная, которая тянется относительно узкой полосой и постоянно меняет ширину, далее все эти города имеют холмистый рельеф, который, удаляясь от берега, набирает высоту, следом рельеф плавно переходит в предгорнодолинную зону, а после начинается склоновая территория. Однако если есть река, как, например, в Новороссийске, Сочи и Туапсе (рис. 2, 3), то город будет также развиваться в её направлении.

Прибрежная зона. Первой утренние бризы встречает прибрежная территория, которая имеет небольшой уклон к морю во всех рассматриваемых городах. Именно здесь, в городах Сочи, Туапсе, Геленджике, в утренний период движение бризов начинается в северо-восточном направлении, скорость ветра в среднем составляет 1,7 м/с (см. рис. 1–3). И только в городе Новороссийске бризовые ветры движутся по направлению Цемесской бухты, а это северо-западное направление со среднегодовой скоростью 4,6 м/с.

Направление движения бризовых потоков в утренний период

Поперечный профиль города

• 1.    Ветровой климатический район: III

• 2.    Строительно-климатический подрайон: IVБ

• 3.    Бризовые ветра северо-восточного (морской бриз) направления и юго-западного (береговой бриз)

Рис. 1. Направление движения бризовых потоков с учетом орографических особенностей рельефа в г. Сочи

Направление движения бризовых потоков в утренний период

Поперечный профиль города

• 1.    Ветровой климатический район: III

• 2.    Строительно-климатический подрайон: IVБ

• 3.    Бризовые ветра северо-восточного (морской бриз) направления и юго-западного (береговой бриз)

Рис. 2. Направление движения бризовых потоков с учетом орографических особенностей рельефа в г. Туапсе

Склоновые территории Черноморского побережья Краснодарского края являются наиболее неоднородными, характеристики каждого холма или каньона нуждаются в более детальном изучении. В целом по нормам градостроительства рель- еф считается благоприятным, если уклон поверхности составляет от 0,5 до 10 %, неблагоприятным – при уклоне от 10 до 20 % и особо неблагоприятным – при уклоне поверхности свыше 20 %, а в горных местностях – более 30 % [13].

Направление движения бризовых потоков в утренний период

Поперечный профиль города

• 1.    Ветровой климатический район: III

• 2.    Строительно-климатический подрайон: IVБ

• 3.    Бризовые ветра северо-восточного (морской бриз) направления, и юго-западного (береговой бриз)

Рис. 3. Направление движения бризовых потоков с учетом орографических особенностей рельефа в г. Геленджике

Также при проектировании улично-дорожной сети вышеупомянутых городов важно учитывать угол между направлением бризовых ветров и улицей. Расположение городских транспортных артерий в направлении основных потоков бризовых ветров способствует увеличению их скорости, улучшает микроклиматические показатели и снижает запыленность воздуха [19]. Рекомендуется проектировать улицы под углом не более 45° к преобладающему направлению ветра [8].

Более детально хочется остановиться на планировании и проектировании улично -дорожной сети городов Черноморского побережья Краснодарского края в условиях влияния бризовых ветров. Для таких городов, как Геленджик, Туапсе и Сочи следует отдать предпочтение направлению дорожно-транспортной сети с юга-запада на северо-восток. В свою очередь для Новороссийска улицы и дороги рекомендуется ориентировать с юго-востока на северо-запад (рис. 4) [20].

Территории, не пригодные для застройки (например, овраги на крутых склонах), рекомендуется использовать под ландшафтно-рекреационные зоны. Застройка на территории склонов должна быть рациональной и проветриваемой, с мощными ветровыми коридорами [10, 21]. Основной типологический принцип - открытая или полуоткрытая структура обтекаемой городской застройки, которая обеспечивает прямую связь между городской территорией и прилегающим ландшафтом [22].

Территория поймы рек - это благоприятные городские зоны, которые являются мощными аэрационными коридорами для прохождения бризовых потоков [11]. Самыми крупными реками на рассматриваемых территориях являются Цемес, Сочи и Туапсе. Все они направлены в сторону Черного моря. Средняя ширина поймы реки Цемес 30 м, поймы реки Туапсе - 80 м, а поймы реки Сочи - 70 м. Реки протяженностью 9,64 км, 4,69 км, 7,40 км соответственно. Пойменные территории рек являются наиболее приятными городскими территориями, нуждающимися в комплексном развитии с учетом направления движения бризовых ветров.

Бризовые ветры играют важную роль в формировании градостроительных и архитектурнопланировочных решений застройки, формируя благоприятные микроклиматические условия в приземном слое атмосферы городской среды.

Природные условия и микроклимат Черноморского побережья Краснодарского края имеют большое значение при проектировании застройки городов, таких как Новороссийск, Геленджик, Туапсе и Сочи. Указано, что важные природноклиматические факторы, такие как бризовые ветры и сложный рельеф территории, должны учитываться при создании благоприятной и устойчивой среды для проживания людей в теплое время

Направление движения бризовых потоков в утренний период

Поперечный профиль города

• 1.    Ветровой климатический район: III

• 2.    Строительно-климатический подрайон: IVБ

• 3.    Бризовые ветра северо-восточного (морской бриз) направления и юго-западного (береговой бриз)

Рис. 4. Направление движения бризовых потоков с учетом орографических особенностей рельефа в г. Новороссийске года, так как теплые ветры действуют с марта по ноябрь.

Архитектурно-планировочные решения для застройки приморских городов необходимо разрабатывать с учетом направления движения бризовых потоков, аэрационных коридоров, форм рельефа и характеристик прохождения бризовых ветров через территорию. Применение современных технологий, таких как спутниковые изображения и математические модели погоды, позволяет получить детальную информацию о климатических особенностях региона и оптимизировать проектирование застройки.

Деление территории морского побережья с учетом движения бризовых ветров, выделение и разработка архитектурно-типологической структуры застройки для прибрежной, предгорнодолинной, склоновой территории, а также терри- тории поймы рек – это следующий шаг в науке, который позволит существенно улучшить микроклиматические условия на территории приморских городов в теплый период года.

Выделенные зоны для застройки, такие как прибрежная зона, которая должна быть проветриваемой и обтекаемой, предгорно-долинная зона с аэрационными коридорами, склоновые территории с открытой или полуоткрытой структурой обтекаемой городской застройки, а также территории поймы рек, – наиболее благоприятные городские территории. Данные зоны требуют индивидуального подхода и учета всех особенностей природной среды. Грамотное планирование городского пространства с учетом климатических особенностей способствует формированию комфортной городской среды и повышению качества жизни населения.