Hitte in de Stad - Natuur en Milieufederatie Utrecht

Stedelijk warmte-eiland Utrecht
Bert Heusinkveld
1
Opdrachtgever
Natuur en Milieufederatie Utrecht
Hengeveldstraat 29
3572 KH Utrecht
WUR publicatie, 30 januari 2013
Copyright @ 2013
Wageningen Universiteit
Centrum voor Water en Klimaat (CWK)
Droevendaalsesteeg 3a (gebouw 100)
Postbus 47
6700 AA Wageningen
Telefoon:
0317 – 480700 (secretariaat)
Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk,
fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming
van de opdrachtgever en Wageningen University
Wageningen University aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele schade voortvloeiend uit het
gebruik van de resultaten van dit onderzoek of de toepassing van de adviezen.
2
Inhoudsopgave
Samenvatting
4
1 Inleiding
5
2 Hittebelasting meten met een mobiel meetplatform
6
3 Metingen en analyse
8
4 Conclusies en discussie
15
5 Referenties
16
3
Samenvatting
Naar verwachting leidt klimaatverandering tot een toename in het jaarlijkse aantal
hittedagen. In steden is deze toename extra voelbaar door het optreden van het stedelijke
hitte-eiland effect hetgeen gevolgen kan hebben voor de leefbaarheid en gezondheid van
de bevolking. In dit project zijn daarom mobiele meteorologische metingen uitgevoerd
om de kwetsbare gebieden in kaart te brengen.
Belangrijkste resultaten uit de eerste verkenningen laten zien dat Utrecht ’s nachts een
aanzienlijk stedelijk hitte-eiland effect ontwikkelt gedurende zonnige dagen met weinig
wind (verschil luchttemperatuur en buitengebied >5 °C). Overdag was het verschil in
luchttemperatuur minder groot. In de middag werd nog steeds een aanzienlijke
opwarming gemeten van 3 °C ten opzichte van Cabauw. Opvallend is dat overdag
vooral parken met bomen verrassend koeler blijken te zijn (ongeveer 3°C koeler dan het
centrum). Het temperatuurverschil ’s middags tussen de woonwijken is niet zo groot.
Tijdens onze meting op 24 juli 2012 was er sprake van matige hittestress ’s middags in de
schaduw (luchttemperatuur 29°C). In de zon echter was sprake van aanzienlijke
hittestress condities als men daar lang zou verblijven.
4
1 Inleiding
De gemiddelde wereldtemperatuur is sinds het begin van de vorige eeuw onmiskenbaar
gestegen. Tot nu toe werd verwacht dat de opwarming in Nederland ongeveer even snel
zou gaan als de wereldgemiddelde stijging van de temperatuur. Maar recent
gepubliceerde resultaten laten zien dat de opwarming sinds 1950 tweemaal zo groot is
geweest als de mondiale opwarming (KNMI, 2008). Volgens de klimaatscenario’s van
het KNMI zal de opwarming onder andere leiden tot het vaker voorkomen van extreme
weersomstandigheden zoals hittegolven en extreme neerslag (hoosbuien). Bijkomend
probleem is dat Nederland sterk verstedelijkt (Nijs et al., 2002).
In steden zijn de gevolgen van de opwarming extra voelbaar, omdat daar het zogenoemde
Urban Heat Island (UHI) optreedt. Hieronder wordt verstaan dat de temperatuur in een
stedelijk gebied gemiddeld hoger is dan in het omliggende gebied. In een stad als
Londen kan het verschil tussen stadcentrum en omgeving gedurende de nacht wel 10 ⁰C
bedragen. Bovendien gaan perioden met hoge temperaturen veelal gepaard met
verslechterde luchtkwaliteit en droogte. Dit heeft grote gevolgen voor de leefbaarheid en
gezondheid van de bevolking in stedelijke gebieden. Tijdens de hittegolf in 2003 stierven
er in Nederland 1400-2400 mensen meer dan gemiddeld, tijdens de hittegolf in 2006 was
de
extra
sterfte
1000.
Het
wordt
dan
ook
noodzaak
om
bij
stedelijke
renovatie/nieuwbouw/uitbreiding rekening te gaan houden met het UHI. In Duitsland
bijvoorbeeld wordt bij toekenning van energielabels voor zeer energiezuinige woningen
al rekening gehouden met het effect van de woning (indien aanwezig met tuin) op het
UHI.
De metingen werden uitgevoerd met speciaal ontwikkelde mobiele meetplatforms tijdens
een zomerse dag (temperaturen hoger dan 25 °C) op 24 juli 2012 in de stad Utrecht.
Hoewel het die dag meer dan 30°C in de stad werd telt deze dag niet als tropische dag
omdat het op een meteorologisch waarnemingsstation in het buitengebied niet warmer
werd dan 27°C (KNMI station, De Bilt).
Ter verduidelijking van het UHI effect nog even een kort overzicht van de factoren die
bijdragen aan de hogere temperatuur in stedelijk gebied:
5

Absorptie en invangen van zonnestraling door donkere oppervlakken

Obstructie van hemelzicht houdt warmtestraling gevangen

Niet natuurlijke warmteproductie

Wind reductie

Toename warmteopslag vanwege thermische eigenschappen bouwmaterialen
2 Hittebelasting meten met een mobiel meetplatform
Hittestress treedt op zo gauw warmte productie, afgifte en opname resulteren in een
verhoogde kerntemperatuur. Hierbij kunnen de volgende factoren onderscheiden worden:

Tempatuur

luchtvochtigheid

kortgolvige straling (zonnestraling direct of gereflecteerd)

thermische straling (van wegdek, gebouwen en open hemel)

wind snelheid
De mate van thermische belasting kan op vele manieren uitgedrukt worden en verschillen
van mens tot mens. Om tot een vergelijking van verschillende microklimaten te komen
wordt in deze studie gekozen voor de Fysiologisch Equivalente Temperatuur (PET) en
kan ook geinterpreteerd worden als gevoelstemperatuur (Höppe, 1999). De term
gevoelstemperatuur is ook heel goed communiceerbaar en maakt een objectieve
vergelijking van stedelijke locaties mogelijk. Aan de hand van feedback van
proefpersonen kan een mate van warmtebeleving of hittestress gekoppeld worden aan
PET temperaturen.
6
Tabel 1: Vergelijking tussen PET, PMV (Predicted Mean Vote) en menselijke
warmtesensatie en thermische stress niveaus voor een gezond persoon, 35 jaar, interne
warmteproductie 80 W, kledingfactor 0.9 clo (Matzarakis et al., 1999)
Aan de hand van een energiebalansmodel van een standaard staand persoon van 35 jaar,
1.75 m lengte en normaal gekleed (pak) wordt de warmtebelasting omgerekend naar een
gestandaardiseerde warmtebeleving en hittestress (Matzarakis et al., 1999 en 2007). De
berekening resulteert dan in een PMV (predicted mean vote) of PET (Physiological
Equivalent Temperature) waarde die aan een temperatuurbeleving of warmtestress
gekoppeld kan worden (Tabel 1). Vanwege de wind reductie in stedelijk gebied wordt
vooral de stralingsgrootheid zeer belangrijk en wordt daarom heel gedetailleerd gemeten
op de mobiele platforms.
7
3 Metingen en analyse
Voor de metingen is gekozen voor een mooie en typische zomerse dag tijdens een warme
zomer periode (Fig. 1). Op deze dag was er weinig wind en geen bewolking en er treedt
dan een behoorlijk UHI effect op.
Temperatuur (°C)
30
25
20
Cabauw
15
Centrum
10
0
6
12
18
24
Tijd (locale tijd)
Figuur 1: Zomerse dag van de mobiele metingen op 24 juli 2012 (Bronnen: NMU station
“Gemeentehuis” en KNMI station Cabauw).
De nachtelijke temperaturen laten een hele duidelijke piek zien van 5.3°C UHI effect
terwijl tijdens het tijdstip van de hoogste temperatuur van 30.3°C (rond 18:00u locale
tijd) het UHI oploopt tot 3.3°C. Vaste stations zijn een puntmeting maar geven wel een
gedetailleerd beeld van de variatie in de tijd. De mobiele metingen kunnen een
ruimtelijke verdeling in kaart brengen. De mobiele metingen geven tevens de
mogelijkheid om veel gedetailleerder de factoren die bijdragen aan hittebeleving van de
mens in kaart te brengen (Heusinkveld, et al., 2010).
Aan de hand van geografische informatie werden een aantal routes uitgezet door Utrecht
en omgeving. De route die uitgezet werd omvatte o.a.:
8

Laagbouw flats met veel groen

Oude centrum

Nieuwbouw wijken in zuid

Diverse parken
Op de gekozen meetdag was de windsnelheid laag en een wolkenloze lucht (24 juli
2012). Bij deze omstandigheden wordt het UHI het grootst omdat er enerzijds overdag
veel stralingswarmte binnenkomt en er ’s nachts goede stralingsafkoeling plaats vindt
waardoor verschillen goed zichtbaar worden. Verder zal een lage windsnelheid de
afkoeling vertragen en de stad kan zo overdag meer warmte opslaan. Er werden 3
meettrajecten uitgezet en tijdens het heetst van de dag en in de avond gereden.
9
Figuur 2: Temperatuur metingen rond 17:00u locale tijd (kaart: Aerodata).
In het buitengebied is het vooral onder de bomen koeler en in de stad zijn de warmste
locaties waar veel verhard oppervlak is (Fig. 2).
Figuur 3-5 laten verschillende voorbeelden van parken zien en het effect op lucht
temperatuur.
10
Figuur 3: Bovenste paneel overdag (rond 17:00 u): Park rechtsboven 1.6°C koeler dan
wijk linksboven. Onderste panel ’s avonds: Park 5.2°C koeler (rond 23:00 u. Locale tijd)
(kaarten: Aerodata).
11
Figuur 4: Wilhelminapark en centrum: Bovenste panel overdag bijna 3°C koeler dan
centrum (17:00 u), onderste panel ’s avonds: Park is 2.3°C koeler dan centrum (rond
23:00u locale tijd) (kaarten: Aerodata).
12
Figuur 5: Gras is overdag ook verkoelend, hier ongeveer 1.3°C koeler dan de omliggende
wijken (kaart: Aerodata).
Gevoelstemperatuur overdag
Volgens figuur 3-5 lijkt het alsof het temperatuurverschil tussen de wijken overdag niet
zo belangrijk is als ’s avonds. Echter overdag heeft de globale straling (zon) een hele
grote bijdrage aan de hittebeleving en in dezelfde straat kunnen verschillen van 15 graden
in gevoelstemperatuur PET optreden. Wind kan verkoelend werken maar op deze dag
was wind geen significante term in de PET reductie. Verder is de wind vaak gereduceerd
in de stad. Schaduw is dus een belangrijke factor om thermisch comfort op straat te
verbeteren. Daarnaast zorgt schaduw ervoor dat asfalt en gevels niet zo opwarmen
hetgeen de luchttemperatuur in de avonduren ook verlaagt.
13
Figuur 6: Wilhelminapark: Thermisch comfort, PMV=1.1 in park en meer dan 3.7 in de
wijk (zie tabel 1) (kaart: Aerodata).
Aangenaam warm is het overdag in de parken met veel schaduw zoals het
Wilhelminapark maar op sommige plekken in de stad waar weinig wind is en geen
schaduw kan de hittestress heel hoog oplopen (Fig. 6 en Tabel 1).
In de avonduren worden de verschillen dus veel groter (let op de andere schaal bij de
grafieken). In deze periode treedt dan ook het grootste UHI effect op.
14
4 Conclusies en discussie
De mobiele metingen van 24 juli 2012 laten duidelijk zien dat ook de stad Utrecht een
aanzienlijk UHI heeft. In de avonduren loopt het temperatuursverschil met het
buitengebied en het centrum makkelijk op tot boven de 5 °C. Overdag zijn de verschillen
kleiner maar in de namiddag worden juist de hoogste temperaturen gemeten en dan is het
risico op hittestress groter vooral op schaduwloze en windluwe zones in de stad. De
verschillen in gevoelstemperatuur kunnen overdag in de stad flink oplopen en geven
grote verschillen tussen zon of schaduwplekken. Op zonnige plekken worden
grenswaarden overschreden waarboven het thermisch comfort overgaat naar serieuze
hittestress voor een gezond persoon. Het verdient dan ook de aanbeveling om hiermee
rekening te houden bij de inrichting van de straten (schaduw elementen). Wel dient
opgemerkt te worden dat de hittestress berekeningen gebaseerd zijn op een gezond
persoon standaard gekleed voor binnenwerk man lage activiteit (man, 1.75 m lang, 75 kg,
35 jaar, kledingfactor 0.9 Clo (lange broek, shirt en colbert jasje)). Vooral voor ouderen
wordt de hittebelasting veel hoger ondanks zomerse kleding. Utrecht heeft veel groen
waar mogelijkheden zijn om te ontsnappen aan de hitte. Stedelijk groen zorgt voor
afkoeling zoals te zien is in de diverse parken. Vooral in een park met veel bomen blijft
het ’s middags zelfs koeler dan in het grasland van het buitengebied. De groene wijken
bleven het koelst in de nacht.
Dankwoord
De auteur wil graag de volgende personen danken voor hun inzet o.a. bij de mobiele
metingen: Jasper Candel, Bert van Hove, Laura Kleerekoper, Wiebke Klemm, Joel
Schroter en Martin Sikma. Daarnaast natuurlijk de gemeente Utrecht voor het
beschikbaar stellen van locaties voor het plaatsen van een weerstation. Speciale dank gaat
uit naar Roland Peereboom van Milieucentrum Utrecht voor het gastvrij ter beschikking
stellen van het Milieucentrum hetgeen een perfecte uitvalsbasis bleek voor de
fietsmetingen!
15
5 Referenties
EEA, 2008. Impacts of Europe's changing climate: 2008 indicator-based assessment.
EEA Report No 4/2008. European Environment Agency.
Heusinkveld, B.G., L.W.A. van Hove, C.M.J. Jacobs, G.J. Steeneveld, J.A. Elbers, E.J.
Moors, A.A.M. Holtslag, 2010. Use of Mobile platform for assessing urban heat stress in
Rotterdam. Proceedings of the 7the Conference on Biometeorology. Albert-LudwigsUniversity of Freiburg, Germany, 12-14 April 2010, 433-438.
http://www.meteo.unifreiburg.de/forschung/publikatione/berichte/index.html
Höppe, P., 1999. The physiological equivalent temperature – a Universal index for the
biometeorological assessment of the thermal environment. Int. Biometeorol., 43, 71-75.
Katzschner, L., Maas, A., Schneider, A., 2009. Das Städtische Mikroklima: Analyse für
die Stadt- und Gebäudeplanung. Bauphysik 31, Heft 1. DOI: 10.1002/bapi.200910004
Matzarakis, A., Rutz, F., Mayer, H., 2007. Modelling radiation fluxes in simple and
complex environments – Application of the RayMan model. Int J of
Biometeorol 51, 323-334.
Matzarakis A., Mayer, H., Iziomin, G., 1999, Applications of a universal thermal index:
physiological equivalent temperature. Int J Biometeorol 43: 76-84.
Matzarakis, A.,Rutz, F., Mayer, F., 2007: Modelling radiation fluxes in simple and
complex environments—application of the RayMan Model. Int J Biometeorol (2007)
51:323–334, DOI 10.1007/s00484-006-0061-8
Nijs, T. de, Crommentuijn L., Farjon H., Leneman, H., Ligtvoet, W., De Niet, W.,
Schotten, K., 2002: Vier scenario's van het Landgebruik in 2030, Achtergrondrapport bij
de Nationale Natuurverkenning 2, RIVM rapport 408764 003, RIVM, Bilthoven.
16