При создании модели ее авторы использовали статистические данные для десятков населенных пунктов Северной Америки и Европы, а также результаты исследований зарубежных ученых. Города, особенно крупные мегаполисы, представляют собой «острова тепла» антропогенного происхождения.
Города, особенно крупные мегаполисы типа Москвы, Нью-Йорка или Токио, представляют собой «острова тепла» антропогенного происхождения. Оценить температурные аномалии, вызванные городами, и их возможное воздействие на экономику и климат, позволяет простая математическая модель. По расчетам ее создателя, члена-корреспондента РАН Игоря Мохова, интенсивность «острова тепла» связана степенной функцией с численностью его населения и/или площадью. Эти исследования поддержали программы РАН, Минобрнауки и РФФИ.
Характеристикой «острова тепла» служит его мощность — перепад приповерхностной температуры между центром города и его периферией. В крупных городах эта величина достигает нескольких градусов. Естественно, что мощность выделения тепла в городе на единицу площади пропорциональна плотности населения и средней мощности, потребляемой одним человеком.
Вообще говоря, чем больше площадь города, тем больше в нем жителей, но связь между этими двумя показателями зависит от плотности населения. Если плотность постоянная, то связь между площадью города и численностью населения линейная, если непостоянная, то зависимость будет степенной. Степенной характер носит и связь между мощностью города и численностью населения. На показатель степени в этом случае влияет плотность населения.
При создании модели Мохов использовал статистические данные для десятков населенных пунктов Северной Америки и Европы, а также результаты исследований зарубежных ученых. Полученные данные свидетельствуют о том, что с увеличением мощности городов их размер и населенность все меньше влияют на потребление энергии на душу населения. Это означает, что крупные города более эффективно используют энергию. Полученную простейшую модель можно обобщить и учесть влияние других факторов, например, роста этажности города, его режима влажности, облачности, атмосферы над городом, изменения промышленной активности и режимов энергопотребления. Например, в крупных мегаполисах с уже созданной инфраструктурой общественные энергозатраты зависят от количества населения слабее, чем в растущих городах.
Предложенная модель довольно простая, позволяет, используя реальные данные, оценить мощность городов, а также эколого-климатические и социально-экономические последствия их роста. А последствия могут быть весьма серьезными.
В масштабе планеты потоки антропогенного тепла слабо влияют на глобальный температурный режим; они составляют примерно 0,03 Вт/м2, на четыре порядка меньше, чем средний приток солнечной радиации в земную климатическую систему (240 Вт/м2). Но при концентрации этих потоков в городах, занимающих менее 0,05% поверхности Земли, их среднее значение превышает 60 Вт/м2. А в центре крупных мегаполисов величина теплового потока достигает сотен Вт/м2 и сопоставима с потоком солнечной радиации. Антропогенные потоки тепла влияют на климат не только отдельных городов, но и целых регионов. Так, на европейским регионом они составляют 0,6 Вт/м2, т. е. в несколько раз больше, чем над сушей Земли в целом, а в некоторых странах уже превышают 1—2 Вт/м2, что сопоставимо с воздействием парниковых газов. Так что ученым есть, что рассчитывать.
