Effets de la couverture neigeuse sur l'environnement climatique urbain léger dans les hautes latitudes du nord-est de la Chine

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8725 (2023) Citer cet article

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L'environnement climatique léger (LCE) a un impact significatif sur la santé humaine, les caractéristiques comportementales et la sécurité des personnes et des biens en raison de l'albédo élevé de la neige sur le type de couverture végétale, qui à son tour affecte le climat régional et le développement socio-économique, mais des études moins pertinentes ont été trouvées. Dans cette étude, l'effet de la neige sur les niveaux de lumière diurne et nocturne a été quantifié à l'aide d'observations comparatives sur le terrain et d'expériences contrôlées dans des chambres climatiques artificielles, combinées à une analyse de variance et à un ajustement du modèle. Les résultats de l’étude ont révélé qu’il existait une différence significative entre la présence et l’absence de neige en ce qui concerne les niveaux d’éclairage diurne et nocturne. Pendant la journée, le niveau de lumière ambiante au sol avec de la neige est 5,68 fois plus élevé que sans neige, soit une amélioration de 12 711,06 Lux. La nuit, au clair de lune, l'éclairement nocturne avec et sans neige est respectivement de 0,213 Lux et 0,01 Lux. Lorsqu’il n’y a pas de clair de lune, la neige n’a pas d’effet significatif sur le niveau de luminosité. En outre, des différences significatives dans l'intensité du LCE sont observées selon les épaisseurs de neige, les densités de neige et la pollution au carbone noir (BC). Pour une même intensité de lumière de fond, l'intensité du LCE varie considérablement avec l'augmentation de l'épaisseur de la neige, de la densité de la neige et de la pollution en Colombie-Britannique. Les résultats révèlent l'impact quantitatif de la neige sur le LCE, fournissant un soutien scientifique à l'utilisation régionale de l'énergie lumineuse naturelle, à la santé et à la sécurité humaines, à la gestion de l'environnement urbain et au développement économique.

L'environnement climatique lumineux (LCE) fait référence aux conditions naturelles de la lumière naturelle extérieure, terme général désignant la météorologie des changements ou des variations de la lumière naturelle.1. Influencé par la trajectoire du mouvement solaire, la lumière locale et les caractéristiques climatiques, le LCE montre une variation continue sur différents périodes spatiales et temporelles, ce qui se reflète dans la variation des valeurs d'éclairement2. La neige réfléchit fortement la lumière du soleil, et elle est plus réfléchissante que tous les types de couverture terrestre2. La réflectivité de la neige fraîche et de la neige sèche compacte atteint 86 à 95 %, ce qui représente trois à quatre fois l'albédo de la surface des prairies et deux à trois fois celui de la couverture forestière3,4,5. Dans les zones glaciaires de haute montagne, la réflectivité élevée de la neige provoque une irritation de la rétine des humains qui ne portent pas de lunettes de soleil par la lumière vive, ce qui peut provoquer des douleurs oculaires mineures ou une cécité temporaire, un phénomène connu médicalement sous le nom de « cécité des neiges »6,7. . La lumière naturelle est étroitement liée à la santé humaine8,9,10,11, Rosenthal suggérant pour la première fois en 1984 qu'un manque de lumière naturelle peut causer toute une série de problèmes dans le corps, dont le trouble affectif saisonnier (TAS) est un exemple typique12. Les biorythmes humains sont influencés par la lumière, qui contrôle la sécrétion de mélatonine par la glande pinéale, ce qui affecte à son tour le sommeil et l'humeur13,14. L'éclairement et la distribution de puissance spectrale influencent largement la sécrétion de mélatonine15. Si les zones résidentielles sont exposées à un tel environnement de lumière réfléchissante pendant une longue période, cela peut affecter le sommeil normal et la qualité de vie des personnes et peut également provoquer diverses maladies, telles que la perte de vision, la perte de mémoire et une incidence élevée de cataractes16. ,17. En raison de la présence de neige pendant les hivers continentaux aux latitudes moyennes, la réflectivité moyenne peut dépasser 60 %18,19. La couverture neigeuse des hautes latitudes joue un rôle important dans le LCE en raison de sa forte réflexion20,21,22. En raison de l’existence d’une couverture neigeuse, aucune recherche quantitative sur les impacts du LCE n’a été rapportée.

Récemment, pour économiser l’énergie, les consommateurs ont commencé à accorder davantage d’attention à l’utilisation de l’énergie lumineuse naturelle, et chaque grand pays industrialisé a investi un certain nombre de recherches23,24,25. Au cours des trois dernières décennies, de nombreux chercheurs ont utilisé des méthodes mathématiques pour établir des modèles d'efficacité lumineuse en temps réel afin d'étudier la relation entre l'éclairement extérieur et le rayonnement solaire à l'aide de données de mesure réelles26,27, notamment la théorie photométrique de Lambert28, le modèle de distribution d'éclairement des nuages ​​​​total et clairs. ciel29, modèle d'éclairement du ciel intermédiaire moyen, modèles de ciel nuageux, modèle d'éclairement du ciel BRE30, modèle de distribution aléatoire de l'éclairement du ciel nuageux de Tregnza31, modèle climatique complet de Perez32, modèle d'éclairement du ciel de Norio Igawa33 et modèle d'éclairement du ciel de Kittler34,35,36. Les chercheurs ont utilisé les données mesurées de l'Observatoire LCE de Pékin pour créer une base de données LCE correspondante basée sur les données d'éclairement et pour mettre en place des modules de données évolutifs37,38. En outre, certains chercheurs ont discuté des méthodes de calcul, des méthodes de conception, des traitements artistiques et des mesures d'économie d'énergie pour les climats de lumière naturelle et artificielle, ainsi que du climat lumineux, des ouvertures de lumière, de la conception de la lumière et des méthodes de calcul de la lumière39,40. Bien que les chercheurs aient mené des recherches sous de multiples angles sur les calculs et la conception du climat lumineux, la neige a un impact significatif sur l’éclairage en raison de son fort effet réfléchissant sur le rayonnement à ondes courtes41,42, mais jusqu’à présent, il y a un manque de recherches quantitatives pertinentes.