Wageningen University Meteorologie en Luchtkwaliteit

Presentatie over: "Wageningen University Meteorologie en Luchtkwaliteit"— Transcript van de presentatie:

1 Wageningen University Meteorologie en Luchtkwaliteit
Stadsklimaat (Ho. 17) Bert Heusinkveld Wageningen University Meteorologie en Luchtkwaliteit 1

2 Programma van vanmiddag
Stadsklimaat Urbanisatie Gezondheid Temperatuur Leefniveau Grenslaag Oorzaken van de verschillen tussen stad-buitengebied Thermisch comfort Energiebalans mens Invloed straling Gevoelstemperatuur Wind Vertaling wind weerstation naar wind boven andere ruwheid Wind uitdoving in de stad

3 Trek naar de stad 3

4 Man’s modern habitat

5 Micro-klimaat in de stad heel variabel!

6 Adaptation: Environmental engineering

7 Maps: Land use maps from Kramer H., Hazeu, G., Wageningen UR - Alterra
Urbanisatie Utrecht 1900 1960 1990 12 km 12 km 2012 Maps: Land use maps from Kramer H., Hazeu, G., Wageningen UR - Alterra

8 Volksgezondheid en hittegolven
Tijdens hittegolf van 2006: 2000 extra sterfgevallen in Nederland! Frankrijk: hitte-doden in zomer 2003 Klimaat scenario’s voor komende 30 jaar: significant meer zomerse dagen en hittegolven Verstedelijking Bron: Fouillet et al., 2003

9 Daggemiddelde temperatuurs-optimum

10 Wageningen

11 THaarweg-TVeenkampen
Verhuizing weerstation lijdt tot overlappende meetreeks: Maakt invloed stad op metingen zichtbaar THaarweg-TVeenkampen

12 Temperatuur Wat veroorzaakt waargenomen temperatuur trend?
-Klimaat verandering (verhoging broeikas gassen, ongeveer 0.1K decade-1) -Trend in zonnestraling -Land gebruik verandering: Topographic maps show an accelerated urbanisation since 1960. THaarweg - TVeenkampen laat een warme pluim uit de stad Wageningen zichtbaar, jaargemiddeld verschil: 2010: 0.31K, 2011: 0.44K. Conclusie: around 30% van positieve T trend van laatste 50 jaar veroorzaakt door urbanisatie.

13 Overzicht presentatie

14 Overzicht presentatie

15 Overzicht presentatie

16 Overzicht presentatie

17 Overzicht presentatie

18 Verschiltemperatuur stad – platteland= UHI

19 Grenslaag boven de stad
Overdag: goed doorgemengd (potentiele T verandert niet met hoogte) Nacht: Koude lucht ruraal naar stad wordt boven de stad wat opgetild (stad blijft warmte afgeven) Nacht: Crossover effect, stad ruwheidslaag blijft wat onstabiel!

20 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

21 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

22 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

23 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

24 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

25 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

26 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

27 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

28 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

29 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

30 UHI energiebalans en grenslaag aspecten

31 UHI flowchart (oorzaken en maatregelen)

32 UHI afhankelijk van hoeveelheid vegetatie in de wijk

33 Nachtelijke hittekaart: Tot 8 graden warmer in de stad tijdens warme dagen

34 Urban heat islands (UHI) op klimaatkaarten?
Average Tmin in July Average Tmax in July degrees C

35 Definitie van hittestress: Processen van warmte productie, opname en afgifte resulteren in een te hoge lichaamstemperatuur

36 Voorbeeld: Warme / koude drank
Energiebalans mens Voorbeeld: Warme / koude drank

37 𝜖 𝑝 𝜎𝑇 𝑚𝑟𝑡 4 = 𝑖=1 6 ( 𝜖 𝑝 𝐿 𝑖 + 𝛼 𝑖 𝐾 𝑖 ) 𝐹 𝑖
Mean radiation temperature Tmrt Evenwichtsstralingstemperatuur: Uitgaande straling = inkomende straling 𝜖 𝑝 𝜎𝑇 𝑚𝑟𝑡 4 = 𝑖=1 6 ( 𝜖 𝑝 𝐿 𝑖 + 𝛼 𝑖 𝐾 𝑖 ) 𝐹 𝑖 α=absorptie coefficient kortgolvige straling (standaard: 0.7) ε=emissivity coefficient (thermische straling (standaard: 0.97)) L=Langgolvige straling K=kortgolvige straling F=vormfactoren Tmrt: Handig om alle stralingscomponenten in 1 variabele uit te drukken!

38 Gemiddelde stralingstemperatuur Tmrt

39 Micro-klimaat in de stad heel variabel!

40 Ruimelijk in kaart brengen van UHI met een bakfiets
Meetfiets om thermisch comfort in kaart te brengen (ontwerp: Heusinkveld) 10/10/2017 Lucht temperatuur, vochtigheid Wind snelheid, -richting GPS: locatie, tijd, snelheid Straling Straling Wiel snelheid 40

41 PET (Fysiologisch Equivalente Temperatuur)
Gevoelstemperatuur Een proefpersoon die verplaatst wordt naar een klimaatkamer met temperatuur van de lucht en de wanden en vloer = PET en luchtvochtigheid van 50% en windsnelheid van 0.3 m/s heeft dezelfde huid temperatuur en zweet intensiteit als de complexe situatie buiten.

42

43

44 Break

45 Wind

46 Ongeveer 2..5x obstakel hoogte
Wind in de stad “gewaslaag” Ongeveer 2..5x obstakel hoogte

47 Wind in de stad 𝒖 𝒛 = 𝒖 ∗ 𝒌 𝒍𝒏⁡( 𝒛−𝒅 𝒛 𝟎 ) zw ? d+z0 d

48 Obstakel verstoring (urban canopy layer)

49 Ruimtelijke variatie: ruwheid

50 Obstakel verstoring

51 Potentiële wind (hoe hard waait het als landschap grassland zou zijn?)
Meetlocaties verstoord, daarom vertaalt het KNMI de windmeting statistiek naar potentiele wind snelheid (u). Het is dan de u die zou waaien als het oppervlak een ruwheidslengte z0 = 0.03 m zou hebben. Zie tabellen:

52 Potentiële wind (hoe hard waait het als landschap z0 = 0
Potentiële wind (hoe hard waait het als landschap z0 = 0.03 m zou hebben?) Hoe werkt dit? Op basis van (sigma u )/u werd locale z0 als functie van windrichting bepaald De gemeten wind wordt opgetransformeerd naar de blending height (60 m) via: 𝑢 𝑧 = 𝑢 ∗ 𝑘 ln⁡( 𝑧 𝑧 0 ) De u(60) wordt vervolgens teruggetransformeerd naar referentie hoogte 10 m met z0 = 0.03 m Zo kan voor locatie x met andere ruwheid dus de windsnelheid berekend worden. Hoe vind je nu de wind snelheid boven een gebied met een andere ruwheid? Gebruik recept op pagina 17.13

53 𝑢 𝑚𝑒𝑠𝑜 𝑧 𝑚 𝑢 𝑠 𝑧 𝑠 = ln⁡( 𝑧 𝑚 −𝑑 𝑧 0𝑙 ) ln⁡( 𝑧 𝑠 −𝑑 𝑧 0𝑙 )
Potentiële wind (hoe hard waait het als landschap z0 = 0.03 m zou hebben?) 𝑢 𝑧 = 𝑢 ∗ 𝑘 ln⁡( 𝑧 𝑧 0 ) of 𝑢 𝑧 = 𝑢 ∗ 𝑘 ln⁡( 𝑧−𝑑 𝑧 0 ) 𝑢 𝑚𝑒𝑠𝑜 𝑧 𝑚 𝑢 𝑠 𝑧 𝑠 = ln⁡( 𝑧 𝑚 −𝑑 𝑧 0𝑙 ) ln⁡( 𝑧 𝑠 −𝑑 𝑧 0𝑙 ) Wind 10 m (klimaatatlas) umeso is de mesowind op blending hoogte us oppervlaktewind (potentiele wind), aanname neutrale opbouw atmosfeer zm is de blending hoogte (60 m) zs is de potentiele oppervlaktewind hoogte (10 m) z0l is de standaard lokale ruwheid (0.03 m voor land en m voor zee) Ruwheid uit landgebruikskaart

54 𝑢 𝑚𝑒𝑠𝑜 𝑧 𝑚 𝑢 𝑠 𝑧 𝑠 = ln⁡( 𝑧 𝑚 −𝑑 𝑧 0𝑙 ) ln⁡( 𝑧 𝑠 −𝑑 𝑧 0𝑙 )
Potentiële wind 𝑢 𝑚𝑒𝑠𝑜 𝑧 𝑚 𝑢 𝑠 𝑧 𝑠 = ln⁡( 𝑧 𝑚 −𝑑 𝑧 0𝑙 ) ln⁡( 𝑧 𝑠 −𝑑 𝑧 0𝑙 ) 𝑢 𝑧 = 𝑢 ∗ 𝑘 ln⁡( 𝑧−𝑑 𝑧 0 ) Zm=60 m

55 Wind Wind statistiek Nederland, rekening houdend met locale ruwheid (let op: dit is geen potentiele wind)

56 Uit 10 m wind, log windprofiel Aanname neutrale opbouw atmosfeer
Wind 100 m (klimaatatlas) Uit 10 m wind, log windprofiel Aanname neutrale opbouw atmosfeer Ruwheid uit landgebruikskaart The local surface roughness was represented by 2.5 km pixels and the meso- or regional roughness by 10 km pixels.

57 Overzicht presentatie

58 Wind in de stad op voetgangers hoogte. (relevant voor o. a
Wind in de stad op voetgangers hoogte? (relevant voor o.a. warmte/koude beleving of stress)

59 Wind in de stad: Concept van McDonald
Wind komt N obstakels tegen, relevante factoren zijn: Dwarsoppervlak in de wind Hoogte (H) van de obstakels Het aantal obstakels (N) Een obstakel heeft: Ruimtegebruik Ad (m2) (grondvlak woning+omliggende grond): Agrid/N Dwarsdoorsnede Af (m2): breedte×hoogte Packing density: Nu blijkt de wind exponentieel uit te doven in de “urbane gewaslaag”: λ 𝑓 = 𝐴 𝑓 𝐴 𝑑 Wat als de wind 45 graden draait? Wanneer is z0 het hoogst? Hoe groot moet het grid zijn zodat deze benadering werkt? 𝑢(𝑧)= 𝑢 𝐻 𝑒 𝑘 𝜆 𝑓 ( 𝑧 𝐻 −1)

60 Obstakel verstoring 𝑢 𝑧 = 𝑢 ∗ 𝑘 ln⁡( 𝑧−𝑑 𝑧 0 ) >zm, Log profiel:
zm..H, verbinding: z<H, exp. Profiel: 𝑢(𝑧)= 𝑢 𝐻 𝑒 𝑘 𝜆 𝑓 ( 𝑧 𝐻 −1)

61 Obstakel verstoring 10 m wind op weerstation=7.7 m/s λf=0.0 z0=0.03
dichtheid bebouwing=0% Wind op 1.2 m hoogte

62 Zelfde breedte en hoogte als de figuur
Obstakel verstoring Zelfde breedte en hoogte als de figuur 10 m wind op weerstation=7.7 m/s λf=0.11 z0=0.98 m d=1.87 m dichtheid bebouwing=11% 𝑢 𝑧 = 𝑢 ∗ 𝑘 ln⁡( 𝑧−𝑑 𝑧 0 ) 𝑢(𝑧)= 𝑢 𝐻 𝑒 𝑘 𝜆 𝑓 ( 𝑧 𝐻 −1)

63 Obstakel verstoring Zelfde breedte, 2x hoger
10 m wind op weerstation=7.7 m/s λf=0.23 z0=2.2 m d=7.4 m dichtheid bebouwing=11%

64 Obstakel verstoring Zelfde hoogte, 2x breder
10 m wind op weerstation=7.7 m/s λf=0.23 z0=1.1 d=3.7 dichtheid bebouwing=45%

65 Obstakel verstoring Zelfde hoogte, 2.6x breder
10 m wind op weerstation=7.7 m/s λf=0.29 z0=0.85 d=4.5 dichtheid bebouwing=76%

66 Zelfde hoogte, 2x smaller
Obstakel verstoring Zelfde hoogte, 2x smaller 10 m wind op weerstation=7.7 m/s λf=0.057 z0=0.66 d=0.74 dichtheid bebouwing=2.8%

67 Obstakel verstoring

68 App: Weerbeleving