Stedelijk warmte-eiland

Inleiding
Gemiddeld is het in een verstedelijkt gebied warmer dan op het platteland. Dit verschijnsel wordt het "stedelijke warmte-eiland" genoemd. weergeïnteresseerden zijn bekend met de termen "tuineffect" of "stadseffect" waarmee eigenlijk hetzelfde wordt bedoeld. In deze bijdrage een inleiding op het warmte-eiland en enkele andere aspecten van het "stadsklimaat".

Energiebalans
Het stedelijke warmte-eiland kan worden verklaard met een eenvoudige energiebalans van het aardoppervlak:

Netto Straling= Voelbare warmte + Verdamping + Opslag

Netto straling: [S(1-albedo)] + uitgaande infrarood straling. De netto straling is overdag positief, in de nacht, wanneer het albedo 0 is, is de deze term negatief en wordt dan aleen bepaald door de hoeveelheid uitgaande infrarood straling .

Voelbare warmte : Deel van inkomende straling dat wordt omgezet in een stijging van de temperatuur van de lucht.

Verdamping : Deel van inkomende straling dat wordt gebruikt aan verdamping

Opslag : Deel van inkomende straling dat wordt omgezet in "warmte" dat wordt opgeslagen in materialen (bodem, bebouwing)

Uitgaande straling : Deel van de inkomende straling dat wordt teruggezonden.

Door de aard van het oppervlak in steden (veelal niet doordringbaar voor water) en de snelle afvoer van regenwater is er in steden minder water beschikbaar voor verdamping dan op het platteland. Ook is er in steden minder vegetatie aanwezig via welke water kan verdampen. Als gevolg hiervan zal in een stedelijke omgeving een groter deel van de beschikbare hoeveelheid inkomende straling ("energie") kunnen worden omgezet in voelbare warmte. Bovendien nemen de "natuurlijke materialen" van een stad zoals beton, steen en asfalt makkelijker warmte op dan de materialen (vegetatie) in open terrein. Daarbij komt nog dat het gemiddeld albedo (een maat voor de hoeveelheid teruggekaatste straling) in steden is lager dan dat in het landelijke gebied.

Tenslotte dient hier de "menselijke" warmteproductie te worden genoemd.Gedurende de winter is de hoeveelheid inkomende "energie" via straling van de zon in sommige steden vergelijkbaar met de warmteproductie door verkeer, verwarming en industriële processen.

De temperatuur in de stad zal door dit alles gemiddeld hoger zijn dan op het platteland (stedelijk warmte-eiland). Bij winderig bewolkt weer (veel menging en relatief weinig inkomende straling) wordt in Nederlandse steden nauwelijks enig verschil geconstateerd. Bij zonnig weer met weinig wind kan de temperatuur in Nederlandse steden echter soms wel 3 of 4 graden hoger liggen. In nog grotere steden (b.v. Londen, Parijs, Noord-Amerikaanse steden) loopt het verschil soms op tot 5-7 graden. In rustige heldere nachten is het in steden vaak aanzienlijk warmer dan op het platteland; ook hier worden in Nederland regelmatig verschillen tot 5 graden gemeten.

Het warmte-eiland (de temperatuurstijging) neemt toe van de stadsrand naar de centrumzone maar is afhankelijk van de vorm van de stad, bebouwingsdichtheid, industriële complexen en andere infrastructuur, vaak onregelmatig van vorm.

Opname oppervlaktetemperatuur met warmtegevoelige camera uit vliegtuig (3000 m hoogte, resolutie 7.5x7.5 m) van Stuttgart op een heldere zomeravond 1 uur na zonsondergang. De rode kleuren geven een temperatuur van 18-22 graden weer, in de donkere blauwe delen is het al minder dan 10 graden. Een extreem voorbeeld van een warmte-eiland. De eerlijkheid gebied te zeggen dat de blauwe delen samenvallen met lagere delen (dalen) binnen het stedelijke gebied.

Het wamte-eiland is een verschijnsel op "meso-schaal". Op nog kleinere schaal (van straat tot straat of van tuin tot tuin ("micro-schaal")) blijkt de temperatuur ook te varieren (positief of negatief) op het meso-patroon afhankelijk van de preciese ligging en aard van de bebouwing en vegetatie. Het "tuineffect" of "stadseffect" waar veel weergeïnteresseerden bij hun metingen mee te maken hebben is een combinatie van het grootschalige stedelijke warmte-eiland en de lokale (micro) bebouwingskarakteristiek.

Waarnemen!: Sterkte warmte-eiland.
Het is eenvoudig en erg leuk om de sterkte van het "stedelijke warmte-eiland" te meten. Voor het beste resultaat wacht je op een heldere avond waarbij het windstil is. Spring dan op je fiets (vergeet niet een (digitale) thermometer mee te nemen!) en rij een (zo recht mogelijke) route vanuit het centrum naar de rand van de stad en verder de polder in. Het is raadzaam vooraf je route op een topografische kaart uit te zetten. Stop om de 250 meter om de temperatuur op te nemen (eventueel met tijdstip). Zet de temperaturen uit op de kaart. Herhaal de fietstocht eens bij een ander weertype of in een ander seizoen. Probeer de verschillen te verklaren!

Tip: Zorg ervoor dat geen zonnestraling op de thermometer kan vallen en ga bij het meten en aflezen niet onder een boom staan (merk op dat tijdens rustige heldere avonden je soms zelfs kunt "voelen" dat het warmer is onder een bomenrij!

Waarnemen!: Bepaal het stadseffect op je eigen station.
De gedachte heerst wel dat metingen op plattelandstations "meer waard" zouden zijn dan die gedaan in een stedelijke omgeving (de meeste weergeïnteresseerden meten in een dergelijke omgeving). Er wordt dan verwezen naar de vergelijkbaarheid van metingen, vooral ook ivm met de langjarige klimatologie van (KNMI) plattelandstations.

Niets is minder waar! Immers het is de stedelijke omgeving waar het merendeel van de Nederlanders woont en de temperaturen die hier worden gemeten zijn dus ook de condities waar de meeste Nederlanders mee te maken hebben. In verband hiermee is het belangrijk om op te merken dat in de meeste weersverwachtingen niet of nauwelijks aandacht wordt besteed aan het stedelijke warmte-eiland. Verwachtte en waargenomen temperaturen hebben meestal betrekking op het platteland (terwijl de meeste Nederlanders hier niet leven!) ook al wordt dat meestal niet met zoveel woorden vermeld.

Het is erg leuk en leerzaam om de metingen die je op je stedelijke station verricht te vergelijken met een nabijgelegen plattelandstation. Noteer tenminste de waargenomen temperaturen en de weersgesteldheid (windrichting, sterkte, hoeveelheid bewolking, etc). Speel met de gegevens door ze te groeperen naar weersgesteldheid. Bepaal naar verloop van tijd de gemiddelde sterkte van het warmte-eiland bij verschillende condities. Deze "factor" kun je gebruiken om b.v. een maximum of minimum temperatuur te "voorspellen" afhankelijk van de in de weersverwachting genoemde temperaturen of waargenomen temperaturen op het plattelandstation.

Enkele andere aspecten van het stadsklimaat

Wind
Door de grote "ruwheid" van het bebouwde oppervlak zal de gemiddelde windsnelheid op leefhoogte wat lager zijn in de stad dan daarbuiten. Plaatselijk kan rond "obstakels" zoals hoge bebouwing de windsnelheid echter juist toenemen (de bekende "tochtgaten") en de windrichting behoorlijk afwijken van het gemiddelde beeld. Het is aardig om in dit verband te melden dat weergeïnteresseerde Marcel Bottema op dit onderwerp is gepromoveerd.

Neerslag
Het is een bekend verschijnsel dat sneeuw die bij temperaturen rond het vriespunt valt buiten de stad wel (of meer) blijft liggen dan in de stad (het is nu wel duidelijk waarom!). Daarnaast kunnen grote steden ook buien "triggeren" of verhevigen. De verklaring hiervoor is wederom het warmte-eiland, in combinatie met de verhoogde concentratie aerosolen boven steden die als condensatiekern fungeren.

Luchtverontreiniging

Menselijke activiteiten in het stedelijk gebied (verbranden fossiele brandstoffen voor verwarming en vervoer, industriele processen, etc) hebben tot gevolg dat de concentraties van veel luchtverontreinigende gassen en deeltjes in steden veelal hoger zullen liggen dan op het platteland.

foto: Budapest (1985, R.S.).