|
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. |
| |
| 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. |
|
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. |
Afbeelding links: 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 inde stad Londen
en direct
daarbuiten. |
|
| |
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. |
| |
 |
| Figuur 2a |
|
|
|
| Figuur 2b |
|
| |
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. |
| |
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. |
| |
 |
| Figuur 2c |
|
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. |
| |
 |
| Figuur 3 |
|
|
 |
| Figuur 4 |
|
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. |
| |
| 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
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. |
| |
 |
| Figuur 8a |
|
|
 |
| Figuur 8b |
|
|
 |
| Figuur 8c |
|
| |
| 8a: Zichtbaarlichtbeeld van Buffalo, N.Y., op een hete augustusdag. |
| 8b. Infraroodbeeld van
Buffalo, N.Y., op een hete
augustusdag. Blauw is warm en geel heet. |
8c: 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. Datum: 3 augustus 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. |
| |
 |
| Figuur 9a |
|
|
 |
| Figuur 9b |
|
|
 |
| Figuur 8c |
|
| |
| 9a: Zichtbaarlichtbeeld van
Providence, RI, op een hete julidag. |
| 9b: Infraroodbeeld van
Providence, R.I., op een hete julidag (muis naast beeld). Blauw is warm en geel heet. |
9c: 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. Datum: 31 juli 2002. Instrument: ETM+. Satelliet: Landsat 7. |
| |
 |
| Figuur 8d |
|
|
 |
| Figuur 9d |
|
| |
8d: Infraroodbeeld van
Buffalo, N.Y., Het
temperatuurpatroon met de
vegetatiekaart, 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. |
9d: 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. |
| |
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. |
|
|
|
|
|
|
