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

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

Trek naar de stad 3

Man’s modern habitat

Micro-klimaat in de stad heel variabel!

Adaptation: Environmental engineering

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

Volksgezondheid en hittegolven Tijdens hittegolf van 2006: 2000 extra sterfgevallen in Nederland! Frankrijk: 15000 hitte-doden in zomer 2003 Klimaat scenario’s voor komende 30 jaar: significant meer zomerse dagen en hittegolven Verstedelijking Bron: Fouillet et al., 2003

Daggemiddelde temperatuurs-optimum

Wageningen

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

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.

Overzicht presentatie

Overzicht presentatie

Overzicht presentatie

Overzicht presentatie

Overzicht presentatie

Verschiltemperatuur stad – platteland= UHI

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!

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI energiebalans en grenslaag aspecten

UHI flowchart (oorzaken en maatregelen)

UHI afhankelijk van hoeveelheid vegetatie in de wijk

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

Urban heat islands (UHI) op klimaatkaarten? Average Tmin in July Average Tmax in July 15.5 - 16.0 degrees C

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

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

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!

Gemiddelde stralingstemperatuur Tmrt

Micro-klimaat in de stad heel variabel!

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

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.

Break

Wind

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

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

Obstakel verstoring (urban canopy layer)

Ruimtelijke variatie: ruwheid

Obstakel verstoring

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: http://www.knmi.nl/samenw/hydra/cgi-bin/freqtab.cgi?language=nl

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

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 0.002 m voor zee) Ruwheid uit landgebruikskaart

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

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

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.

Overzicht presentatie

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)

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)

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)

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

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)

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%

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%

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%

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%

Obstakel verstoring

App: Weerbeleving