De stad heeft een eigen klimaat
 
In veel wereldsteden is het warmer dan in de directe omgeving. Vooral tijdens zomerse hittegolven kan het in de binnensteden onaangenaam heet worden en kunnen er slachtoffers vallen. Als door klimaatverandering de temperaturen oplopen en de hittegolven talrijker en intenser worden, nemen de risico's verder toe. Vandaar dat het onderzoek naar stadsklimaat de wind mee heeft.
 
1. De temperatuur ligt in de binnenstad vaak hoger dan in de buitenwijken. In het buitengebied is het nog weer wat koeler. Bron: NASA
 
Het verschil in temperatuur tussen de stad en het buitengebied werd voor het eerst opgemerkt en beschreven door Luke Howard (1772-1864). Hoewel deze Engelse apotheker vooral bekendheid geniet doordat hij de basis legde voor het huidige systeem van wolkenclassificatie, verrichtte hij ook jarenlang metingen van de luchtdruk, temperatuur, vochtigheid, neerslag en verdamping in de stad Londen en direct daarbuiten.Na Howard bleef het geruime tijd stil. Pas in de jaren veertig van de vorige eeuw werd het onderwerp weer opgepakt. In Nederland werd eind jaren zestig en begin jaren zeventig voor het eerst gekeken naar het temperatuurverschil tussen stad en buitengebied. Loek Conrads van de toenmalige Rijksuniversiteit Utrecht voerde onder andere in de winter van 1970 een meetcampagne uit van drie maanden in en rond de stad Utrecht. Hij vond dat de temperatuur in de stad meestal 1 of 2 graden warmer was dan daarbuiten; in een enkel geval kon het verschil oplopen tot maar liefst 7 graden.
 
Het verschil in temperatuur tussen de stad en het buitengebied werd voor het eerst opgemerkt en beschreven door Luke Howard (1772-1864). Hij, verrichtte ook jarenlang metingen van de luchtdruk, temperatuur, vochtigheid, neerslag en verdamping in
de stad Londen en direct daarbuiten.
  Negatieve effecten
Ook in Nederland bleef het na het verschijnen van het eerste onderzoek van het warmte-eiland van een stad lang stil. Pas in de laatste
jaren staat het onderwerp weer in de belangstelling. Wel is de aandacht verlegd van het winterseizoen naar de zomer. Tijdens hittegolven in 2003 en 2006 was het in veel Nederlandse en Belgische steden namelijk onaangenaam heet.

In Nederland vielen er in 2006 1000 hitteslachtoffers; in België waren dat er 940. Daarmee kwamen deze landen volgens gegevens van de Katholieke Universiteit Leuven terecht op een vierde respectievelijk vijfde plaats van de wereldwijde Top 10 van natuurrampen in 2006, gemeten naar aantallen slachtoffers. Als je het aantal inwoners van een land mee weegt, zouden de Belgen zelfs bovenaan hebben gestaan.

De invloed van de hitte op de gezondheid beperkt zich niet tot hogere sterftecijfers. Extreme hitte wordt door veel mensen als
onaangenaam ervaren en kan leiden tot ademhalings -moeilijkheden, kramp en uitputting.

Er zijn ook andere negatieve effecten van het stedelijk warmte-eiland.  Zo neemt door gebruik van koeling het energieverbruik tijdens hittegolven sterk toe: zo'n 2 tot 4 procent per graad dat het warmer wordt. De hitte drukt ook een negatief stempel op de luchtkwaliteit.
Als er meer energie wordt opgewekt, komen er meer verontreinigingen en meer broeikasgassen in de atmosfeer terecht. Door inwerking
van zonlicht op de uitstoot van verkeer en industrie kan zich smog vormen.  

Zo neemt in Los Angeles bij temperaturen boven 22 graden de kans op smog toe met 5 procent per graad temperatuurstijging.
Ook de waterkwaliteit heeft te leiden van het warmte-eiland effect. Het regenwater dat via het rioolstelsel wegstroomt naar sloten, vaarten
en meren, is warmer dan op het platteland. Dat kan problemen opleveren voor het leven in het water en voor de koeling van installaties,
voor zover die gebruik maken van oppervlaktewater.

De negatieve effecten doen zich vooral voor in de zomer. In de winter heeft het warmte-eiland van een stad een gunstige uitwerking op de gezondheid, de mortaliteit en het energieverbruik. Resultaten van klimaatonderzoek wijzen in de richting van een toename van de frequentie van hittegolven als de aarde verder opwarmt. Door het warmte-eilandeffect zijn de gevolgen daarvan voor het leven in de stad het grootst.

Reden genoeg om meer te weten te willen komen over de temperaturen in de stad en om de mogelijkheden te onderzoeken hoe met de hitte in de stad om te gaan. Onderzoeksprogramma's naar klimaatveranderingen en de gevolgen daarvan bevatten daardoor veelal deelprojecten waarin vooral het zomerse stadsklimaat verder wordt onderzocht.

Warmte-eiland

In veel steden en buitenwijken ligt de temperatuur hoger dan in de landelijke omgeving eromheen (figuur 1). Voor een stad met een miljoen inwoners bedraagt het temperatuurverschil gemiddeld over het jaar 1 tot 3 graden Celsius.Tijdens kalme, heldere stralingsnachten kan het temperatuurverschil oplopen tot 10, soms zelfs 12 graden. Ook kleinere steden vormen hun eigen warmte-eiland,
 
al zijn de effecten minder groot. Bij het bestuderen van het warmte-eiland kun je letten op de luchttemperatuur op leefniveau of op de temperatuur van het aardoppervlak, bestratingen, toppen van bomen en daken van gebouwen. Het warmte-eilandeffect is in de oppervlaktetemperaturen vrijwel altijd zichtbaar.


De verschillen tussen stad en omgeving zijn overdag het grootst; de verschillen bedragen dan 10 tot 15 graden. 's Nachts liggen de temperaturen 5 tot 10 graden uiteen. Ook de tijd van het jaar is van invloed doordat de instraling van de zon, de begroeiing en het weer veranderen met het seizoen.

Het warmte-eilandeffect is minder uitgesproken in de luchttemperaturen op leefniveau. Overdag is er vaak weinig of niets van terug te vinden. 's Nachts treedt het verschijnsel duidelijker op, vooral kort voor zonsopkomst. Typische waarden voor het temperatuurverschil binnen en buiten de stad bedragen dan 7 tot 12 graden. Het effect hangt weer af van de weersomstandigheden en het seizoen en is het meest uitgesproken in de winter.

De temperaturen van het oppervlak en van de lucht op leefniveau staan overigens niet los van elkaar. Zo is de oppervlaktetemperatuur in parken en andere begroeide gebieden lager, wat ook leidt tot een lagere luchttemperatuur. Bestratingen en daken van gebouwen warmen sterk
op in de zon.

Soms zijn ze wel 25 tot 50 graden warmer dan de lucht erboven, wat doorwerkt in de gemeten, relatief hoge luchttemperaturen.
In figuur 2 worden de lucht- (gestippeld) en oppervlaktetemperaturen (getrokken krommen) in en rond de stad met elkaar vergeleken voor de dagperiode (rood, boven) en de nachtperiode (blauw, onder). De bovenste, rode, gestippelde kromme laat zien dat het stadseffect in de luchttemperatuur overdag niet zo duidelijk terug te vinden is; 's nachts is het echter overtuigend aanwezig. In de oppervlaktetemperaturen
(getrokken krommen) is het warmte-eiland onafgebroken aanwezig.
 

2a. De luchttemperatuur op leefhoogte en de oppervlaktetemperatuur variëren beide met landgebruik: groen of bebouwd en bestraat. De oppervlaktetemperatuur (getrokken rode kromme) varieert overdag sterker dan de luchttemperatuur (gestippelde rode kromme); 's nachts (blauw) lijken de krommen veel op elkaar. Water heeft een zeer grote warmtecapaciteit en de temperatuur van vaarten, vijvers, en andere waterpartijen verandert in de loop van een etmaal nauwelijks. Bron: US Environmental Protection Agency.
 
2b. Het aantal sterfgevallen is vooral hoog bij hoge minimumtemperaturen. De grafiek toont het aantal sterfgevallen in Parijs tijdens de hittegolf van 2003.
Bron: University of Hawaii at Manoa/Benedicte
Dousset.
 
2c. Volgens computerberekeningen van Météo France liggen de temperaturen tijdens een hittegolf door het gebruik van airconditioning hoger (blauwe lijn) dan zonder airco. Bron: Météo France/Cécile de Munck.
 
Vegetatie, asfalt en beton
Bij het ontstaan van het warmte-eiland spelen verschillen in begroeiing een belangrijke rol. Het effect is daardoor het sterkst bij grote, compact gebouwde steden in een bosrijke omgeving.
Als de verschillen in begroeiing klein zijn, zoals bij steden in een woestijn, waar de zandwoestijn even plaats moet maken voor een steenwoestijn, is er van een stadseffect weinig te merken.
Soms is het in zo'n woestijnstad zelfs koeler, doordat er meer vegetatie in de stad is dan daarbuiten.

In de meeste gevallen is het in een stad echter minder groen (figuur 3). De bomen en struiken in het buitengebied geven schaduw, wat de temperatuur tempert. Bovendien verdampen ze, net als de overige vegetatie, water; de daarvoor benodigde energie onttrekken ze aan de lucht, die daardoor minder opwarmt. Het regenwater wordt in de stad snel afgevoerd; daarbuiten blijft het langer beschikbaar zodat de vegetatie daar langer door kan gaan met verdampen.
 
3. In de stad met zijn dichte bebouwing en bestrating (links) is minder water beschikbaar voor verdamping door bomen, struiken en andere begroeiing (evapotranspiration) dan in het buitengebied. In de stad stroomt het water, onder andere via de riolering, veel sneller weg (runoff) en de bodem houdt er minder water vast (infiltration). Bron: US Environmental Protection Agency. 
 
 4. Meetbus waarmee in de winter van 1970 metingen werden verricht aan het warmte-eilandeffect van Utrecht. Foto: Utrechts Nieuwsblad. 
 
Beton, steen, het donkere asfalt en de eveneens vaak donker getinte materialen voor dakbedekking absorberen meer zonne-energie, kaatsen minder zonlicht terug en slaan meer zonnewarmte op dan de grond of de begroeiing van het landelijk gebied; ook dat draagt bij aan het ontstaan van een warmte-eiland. Verder is de geometrie van de stad van belang: hoe staan de gebouwen precies ten opzichte van elkaar? Als de bebouwing de luchtstroming door de stad belemmert, kan de wind de daar opgeslagen warmte niet afvoeren. Hoge gebouwen leveren enerzijds schaduw, maar absorberen anderzijds meer zonlicht dat erop valt of tussen de gebouwen in terecht komt. 's Nachts houden ze, zeker als ze als een kluitje op elkaar staan, de warmte lang vast en stralen ze
maar weinig energie uit naar de wereldruimte. Menselijke activiteit levert eveneens een bijdrage aan het warmte-eiland van een stad. De warmte komt van de verwarming of koeling van huizen en andere gebouwen, van het verkeer en van de industrie.
 
Meten
Het meten en vastleggen van het warmte-eiland van een stad gaat het gemakkelijkst als men zijn aandacht richt op het temperatuurverschil tussen een meetstation in de binnenstand en een
ander waarneemstation in het buitengebied. Deze aanpak werd destijds al door Howard toegepast met 'klassieke' thermometers en andere meetinstrumenten. Weerwaarnemingen van locaties in een stad zijn echter slechts beperkt beschikbaar. Meteorologische diensten hebben namelijk met elkaar afgesproken de weerkundige waarnemingen die de basis vormen voor de weersverwachtingen, zo veel mogelijk te verrichten in open terrein op het platteland. Zo kan men de weerwaarnemingen beter met elkaar vergelijken.

Een andere aanpak om het warmte-eiland van een stad te bepalen, werkt met mobiele meetstations die de stad doorkruisen op van te voren geplande tijdstippen. Zo werd tijdens het onderzoek naar het Utrechtse stadsklimaat in de winter van 1970 een volkswagenbusje ingezet om in en rond de stad waarnemingen te verrichten (figuur 4). De temperatuur werd gemeten met thermokoppels en vastgelegd op registratieapparatuur in de bus. Recente metingen in Utrecht, Rotterdam en Arnhem van onderzoekers van het KNMI en Wageningen Universiteit maken gebruik van een fiets of een bakfiets, waarop de benodigde apparatuur is aangebracht (zie bijvoorbeeld Brandsma 2010 en Nijhuis en Streng 2011) 
 
Satellietbeelden
Voor het vastleggen van oppervlaktetemperaturen maakt men gebruik van 'remote sensing', het meten op afstand vanuit een vliegtuig of een satelliet. We geven hier een aantal voorbeelden,
ontleend aan meetgegevens van de Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) op de Amerikaanse satelliet Landsat 7. Op figuur 5 zien we Atlanta, GA en omgeving op een warme nazomerdag in september. Het stadscentrum bevindt zich ongeveer midden in beeld. Figuur 5a toont het gebied in natuurlijke kleuren; het satellietbeeld is direct te vergelijken met een gewonen kleurenfoto. Bomen en andere vormen van begroeiing zijn groen, wegen en bebouwing grijs en kale grond bruin. Figuur 5b is het bijbehorende infraroodbeeld, waarop de temperatuurverdeling over het gebied zichtbaar wordt. In deze afbeelding zijn hete gebieden rood, terwijl koelere zones een gele tint hebben. Duidelijk is te zien dat het in de gebieden met de meeste vegetatie (het donkerste groen in figuur 5a) het koelst is (bleekste gele tinten in figuur 5b). Waar de bebouwing het dichtst is, bedraagt de oppervlaktetemperatuur 30 graden.
 
  5. Atlanta, GA op een hete nazomerdag in september in natuurlijke kleuren (a) en in het infrarood (b). Op het warmtebeeld zijn hogere temperaturen rood, lagere geel. In gebieden met vegetatie (groen op het beeld in natuurlijke kleuren) is het minder heet (vaal geel in plaats van rood op het infraroodbeeld) dan in bebouwde en bestrate zones (grijs op het beeld in natuurlijke kleuren). Datum: 28 september 2000. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Bron: NASA. 
 
Ook van andere Amerikaanse steden, zoals New York, NJ en Baltimore, MD, is Landsat-beeldmateriaal van het warmte-eilandeffect beschikbaar. De kleurstelling van de infraroodbeelden is anders: in de figuren is blauw warm en geel heet. Figuur 6a geeft de temperaturen in New York op een hete augustusdag. De satelliet verzamelde ook gegevens over de vegetatie; deze vormen de basis voor figuur 6b. In de beige getinte gebieden is vrijwel geen groen; groen duidt op een rijke plantengroei. Duidelijk is te zien dat de temperatuur in gebieden met veel groen lager ligt.
Figuur 7, eveneens gebaseerd op Landsat-data, illustreert het verband tussen de temperatuur van het aardoppervlak en het landgebruik. De locatie is in dit geval de Amerikaanse stad Baltimore, MD. Het landgebruik in en rond Baltimore wordt getoond in figuur 7b. Gebieden met veel beton, asfalt en cement zijn rood, terwijl in de lichtgrijze gebieden vegetatie overheerst. Ook hier leidt meer groen tot aangenamer temperaturen.
 
  6. Infraroodbeeld van New York, N.Y. op een hete augustusdag (muis naast beeld). Blauw is warm en geel heet. Datum: 14 augustus 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Vergelijk het temperatuurpatroon met de vegetatiekaart (rechts), die eveneens is gebaseerd op Landsat-data. In de beige getinte gebieden is vrijwel geen begroeiing; groen duidt op een rijke plantengroei. In gebieden met vegetatie is het ook hier weer minder heet. Bron: NASA/USGS. 
 
  7. Infraroodbeeld van Baltimore, MD op een hete augustusdag (muis naast beeld). Blauw is warm en geel heet. Datum: 1 augustus 2001. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Vergelijk het temperatuurpatroon met de landgebruikkaart (rechts), gebaseerd op Landsat-data uit het jaar 2001. Hoe donkerder het rood, des te meer bebouwing en bestrating; in de grijze tinten is veel vegetatie. In de begroeide gebieden met vegetatie is het koeler dan in de zones met asfalt, cement en beton. Bron: NASA/USGS.
 
Mitigatie
Om de hitte in de steden enigszins te temperen zijn diverse maatregelen mogelijk. Ook die worden nu in het kader van onderzoeksprogramma's naar klimaatverandering verder onderzocht.
Het helpt om meer water en meer groen in de stad te brengen. Dat kan onder andere gebeuren door daktuinen of groene daken aan te leggen. Bij schuin aflopende daken kan men gebruik maken van beter reflecterende materialen, zodat er minder zonnewarmte geabsorbeerd wordt. Ook bij bestratingen kan een aangepaste materiaalkeuze soelaas geven. Bij de planning van stadsvernieuwing of -uitbreiding kan men denken aan waterpartijen, schaduw en groen en voldoende doorstroming van de lucht.
 
  8a. Zichtbaarlichtbeeld van Buffalo, N.Y., op een hete augustusdag. Datum: 3 augustus 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Bron: NASA/USGS.
 
  9a. Zichtbaarlichtbeeld van Providence, RI, op een hete julidag. Datum: 31 juli 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Bron: NASA/USGS
 
  8b. Infraroodbeeld van Buffalo, N.Y., op een hete augustusdag (muis op beeld). Blauw is warm en geel heet. Datum: 3 augustus 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Vergelijk het temperatuurpatroon met de landgebruikkaart (rechts), die eveneens is gebaseerd op Landsat-data. Hoe donkerder het rood, des te meer bebouwing en bestrating; in de grijze tinten is veel vegetatie. In de begroeide gebieden met vegetatie is het koeler dan in de zones met asfalt, cement en beton. Bron: NASA/USGS.
 
  9b. Infraroodbeeld van Providence, R.I., op een hete julidag (muis naast beeld). Blauw is warm en geel heet. Datum: 31 juli 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. Vergelijk het temperatuurpatroon met de landgebruikkaart (rechts), die eveneens is gebaseerd op Landsat-data. Hoe donkerder het rood, des te meer bebouwing en bestrating; in de grijze tinten is veel vegetatie. In de begroeide gebieden met vegetatie is het koeler dan in de zones met asfalt, cement en beton. Bron: NASA/USGS.
 
  8c. Infraroodbeeld van Buffalo, N.Y., Het temperatuurpatroon met de vegetatiekaart (muis naast beeld), die eveneens is gebaseerd op Landsat-data. In de beige getinte gebieden is vrijwel geen begroeiing; groen duidt op een rijke plantengroei. In gebieden met vegetatie is het ook hier weer minder heet. Bron: NASA/USGS.
 
  9c. Infraroodbeeld van Providence, R.I., Het temperatuurpatroon met de vegetatiekaart (muis naast beeld), die eveneens is gebaseerd op Landsat-data. In de beige getinte gebieden is vrijwel geen begroeiing; groen duidt op een rijke plantengroei. In gebieden met vegetatie is het ook hier weer minder heet.Bron: NASA/USGS.
 
Kees Floor, Zenit, september 2011

Literatuur:
Brandsma, Th., 2010: Warmte-eilandeffect van de stad Utrecht, Zenit november 2010.
Floor, C., 1970: Onderzoek Utrechts stadsklimaat met weerbus, Hemel en Dampkring, september 1970.
Floor, K., 2005: Wolkenindeling op z'n retour, Zenit mei 2005
Nijhuis, L en Streng, J., 2011: Hittestress in Rotterdam, Kennis voor Klimaat Rapport KvK/039/2011.
Salcedo Rahola, B. et al., 2009: Heat in the city, Klimaat voor Ruimte Rapport KvR013/2009.
 
 
 
 
 
web design florida