Efeitos da cobertura de neve no ambiente urbano de clima leve nas altas latitudes do nordeste da China

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8725 (2023) Citar este artigo

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O ambiente de clima leve (LCE) tem um impacto significativo na saúde humana, nas características comportamentais e na segurança de vidas e propriedades devido ao elevado albedo da neve no tipo de cobertura do solo, o que por sua vez afecta o clima regional e o desenvolvimento socioeconómico, mas foram encontrados estudos menos relevantes. Neste estudo, o efeito da neve nos níveis de luz diurna e noturna foi quantificado utilizando observações de campo comparativas e experimentos controlados em câmaras climáticas artificiais, combinadas com análise de variância e ajuste de modelo. Os resultados do estudo descobriram que houve uma diferença significativa entre a presença e ausência de neve nos níveis de luz diurna e noturna. Durante o dia, o nível de luz ambiente no solo com neve é ​​5,68 vezes maior do que sem neve, uma melhoria de 12.711,06 Lux. À noite, com luar, a iluminância noturna com e sem neve é ​​de 0,213 Lux e 0,01 Lux, respectivamente. Quando não há luar, a neve não tem efeito significativo no nível de luz. Além disso, diferenças significativas na intensidade do LCE com diferentes profundidades de neve, densidades de neve e poluição por carbono negro (BC). Na mesma intensidade de luz de fundo, a intensidade do LCE varia significativamente com o aumento da profundidade da neve, da densidade da neve e da poluição do BC. Os resultados revelam o impacto quantitativo da neve na LCE, fornecendo apoio científico para o uso regional de energia de luz natural, saúde e segurança humana, gestão ambiental urbana e desenvolvimento económico.

Ambiente climático claro (LCE) refere-se às condições naturais de luz natural externa, que é um termo geral para a meteorologia das mudanças ou variações da luz natural1. Influenciado pela trajetória do movimento solar, luz local e características climáticas, o LCE mostra variação contínua ao longo de diferentes períodos espaciais e temporais, o que se reflete na variação dos valores de iluminância2. A neve é ​​altamente reflectora da luz solar, e a neve é ​​mais reflectora do que todos os tipos de cobertura da superfície da Terra2. A refletividade da neve fresca e da neve seca compacta chega a 86-95%, o que é três a quatro vezes o albedo da superfície das pastagens e duas a três vezes o da cobertura florestal3,4,5. Nas áreas glaciais de alta montanha, a alta refletividade da neve faz com que as retinas dos humanos que não usam óculos de sol fiquem irritadas pela luz brilhante, o que pode causar pequenas dores nos olhos ou cegueira temporária, um fenômeno conhecido clinicamente como “cegueira da neve”6,7 . A luz natural está intimamente ligada à saúde humana8,9,10,11, tendo Rosenthal sugerido pela primeira vez em 1984 que a falta de luz natural pode causar uma série de problemas no corpo, dos quais o transtorno afetivo sazonal (TAS) é um exemplo típico12. O biorritmo humano é influenciado pela luz, que controla a secreção de melatonina pela glândula pineal, que por sua vez afeta o sono e o humor13,14. A iluminância e a distribuição de energia espectral influenciam amplamente a secreção de melatonina15. Se as áreas residenciais forem expostas a um ambiente de luz reflexiva tão forte por um longo período, isso pode afetar o sono normal e a qualidade de vida das pessoas e também pode causar várias doenças, como perda de visão, perda de memória e alta incidência de catarata16 ,17. Devido à presença de neve nos invernos continentais de latitudes médias, a refletividade média pode exceder 60%18,19. A cobertura de neve de altas latitudes desempenha um papel importante na LCE devido à sua forte reflexão20,21,22. Devido à existência de cobertura de neve, não foram reportadas pesquisas quantitativas sobre os impactos da LCE.

Recentemente, para poupar energia, os consumidores começaram a prestar mais atenção à utilização da energia da luz natural, e cada grande país industrial investiu uma certa quantidade de investigação23,24,25. Nas últimas três décadas, muitos estudiosos usaram métodos matemáticos para estabelecer modelos de eficácia luminosa em tempo real para estudar a relação entre iluminância externa e radiação solar usando dados de medição reais26,27, incluindo a teoria fotométrica de Lambert28, modelo de distribuição de iluminância de nuvem total e claro sky29, modelo intermediário médio de iluminância do céu, modelos de céu nublado, modelo de iluminância do céu BRE30, modelo aleatório de distribuição de iluminância do céu nublado de Tregnza31, modelo climático completo de Perez32, modelo de iluminância do céu de Norio Igawa33 e modelo de iluminância do céu de Kittler34,35,36. Os estudiosos usaram os dados medidos do Observatório LCE de Pequim para construir um banco de dados LCE correspondente baseado em dados de iluminância e para configurar módulos de dados escaláveis37,38. Além disso, alguns estudiosos discutiram métodos de cálculo, métodos de design, tratamentos artísticos e medidas de poupança de energia para climas de luz natural e artificial, bem como clima de luz, aberturas de luz, design de luz e métodos de cálculo de luz39,40. Embora os estudiosos tenham conduzido pesquisas a partir de múltiplas perspectivas sobre cálculos e design de clima leve, a neve tem um impacto significativo na iluminação devido ao seu forte efeito reflexivo na radiação de ondas curtas41,42, mas até agora, faltam pesquisas quantitativas relevantes.