Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Het stedelijk warmte-eiland. Wie 's avonds van het platteland de stad in fietst heeft het ongetwijfeld wel

Transcriptie

1 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Het stedelijk warmte-eiland P. 120 Het stedelijk warmt Het CBD van Melbourne (foto: Matthias Demuzere) Wie 's avonds van het platteland de stad in fietst heeft het ongetwijfeld wel eens gemerkt: de temperatuur in de stad is soms opvallend hoger. Dit verschil in temperatuur verwijst naar het stedelijk warmte-eiland. Aangezien vandaag de dag meer dan vijftig procent van de wereldbevolking in een stad leeft en het mondiale klimaat steeds verder opwarmt is het de hoogste tijd dit fenomeen nader te onderzoeken. Wat is het, wat zijn de gevolgen en belangrijker, wat kunnen we eraan doen? Melbourne laat zien hoe het microklimaat deel van het stedelijke planproces kan zijn.

2 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Matthias Demuzere P. 121 e-eiland Matthias Demuzere Het stedelijk warmte-eiland is één van de bekendste fenomenen in de stedelijke klimatologie. Het begrip werd voor het eerst aangehaald in het historische werk The climate of London van Luke Howard, gepubliceerd in De impact van het toenmalige Londen op het omliggende klimaat werd opgemerkt door temperatuurmetingen in de stad te vergelijken met de metingen nabij Somerset House. De conclusie was dat de temperatuur van de stad geen deel uitmaakt van het omliggende klimaat; het wordt teveel beïnvloed door kunstmatige warmte veroorzaakt door de stedelijke structuur, de populatiedichtheid en de verbranding van grote hoeveelheden brandstof (Howard, 1833, p. 2). De oorzaken van de hogere temperaturen in de stad in vergelijking met het platteland verschillen overdag en 's nachts. Normaliter verdampt door inkomende zonnestraling overdag water tot waterdamp, waarbij warmte wordt onttrokken aan de omgeving. Dit proces is vergelijkbaar met de manier waarop het menselijk lichaam warmte afvoert: door verdamping van zweet wordt warmte aan het lichaam onttrokken en koelen we af. Beperkte zonnestraling in de stad en een hoog percentage verhard oppervlak leidt tot een snelle afvoer van het regenwater en dus minder water om te verdampen. Dit betekent dan ook dat van water voorziene parken, meren of moerasgebieden bijdragen tot koele(re) plekken in de stad. Verder spelen ook de geometrische, thermische en stralingsgerelateerde eigenschappen van de stad een rol. De geometrie wordt vaak uitgedrukt aan de hand van de Sky View Factor (SVF), of de verhouding tussen de hoogte van de bebouwing en de breedte van de tussenliggende

3 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Het stedelijk warmte-eiland P. 122 straten. De SVF geeft voor een bepaalde locatie de fractie van de hemel weer die zichtbaar is wanneer je met je rug op de grond ligt. De bebouwing zorgt ervoor dat inkomende zonnestraling vaak in de richting van een ander oppervlak gekaatst wordt in plaats van terug naar de hemel, zodat er uiteindelijk meer zonne-energie geabsorbeerd wordt. Stedelijke materialen als beton en asfalt absorberen daarnaast veel thermische energie. Bovendien absorberen bouwmaterialen meer straling, omdat ze vaak donkerder zijn dan grasland, akker of bos. Ook dit leidt tot een toename van de oppervlaktetemperatuur. 's Nachts is het effect van het stedelijk warmte-eiland vaak het sterkst, vooral doordat de stedelijke materialen hun overtollige energie vertraagd vrijgeven. Dit gebeurt hoofdzakelijk in de vorm van infraroodstraling die door het warme stedelijke oppervlak richting de hemel wordt gestuurd. Bij een kleine SVF, zoals in steden met veel hoge gebouwen, zal slechts een deel van de straling kunnen ontsnappen. Dit leidt tot hogere temperaturen. Verder koelen stedelijke materialen traag af, zodat de warmte nog lang na zonsondergang vrijkomt. Ook antropogene warmtebronnen, zoals verkeer, verwarming en airconditioning van gebouwen, dragen bij tot een kunstmatige opwarming van de stad. Tot slot speelt ook luchtvervuiling een rol. Door luchtvervuiling bereiken weliswaar minder zonnestralen het aardoppervlak, maar het leidt ook tot een verhoogde absorptie en reflectie van de uitgaande infrarode straling. Vooral s nachts kan dit bijdragen aan de opwarming van steden. De grootte van het stedelijk warmteeiland hangt ook af van het type stad, het klimaat, het seizoen, de meteorologische condities en de kenmerken van de omgeving. Zo is het effect het sterkst in de zomer bij droog, helder en stabiel weer (met hoogste inkomende zonnestraling, veelal bij hoge druksituaties) en lage windsnelheden (geen ventilatie). Figuur 1 laat zien dat het stedelijk warmte-eiland voor Melbourne kan oplopen tot 4,8 graden Celsius. Satellietbeelden van NASA geven aan dat voor grote steden in het noordwesten van de Verenigde Staten het temperatuurverschil kan oplopen tot 9 graden. Voor steden in Nederland tonen Steeneveld e.a. (2011) aan dat het warmte-eiland gemiddeld rond de 2 tot 2,5 graden schommelt, met een maximum voor Rotterdam van 8 graden tijdens een hete windstille dag. Het belang van onderzoek naar het stedelijk warmte-eiland ligt voor de hand. Momenteel leeft de helft van de wereldbevolking in de stad, een aantal dat volgens de Verenigde Naties zal oplopen tot boven de zeventig procent tegen 2050 (UN, 2009). De meeste mensen brengen hun tijd dus door in het stedelijk klimaat. Recente analyses naar aanleiding van de Europese hittegolven in 2003 en 2006 hebben aangetoond dat de recordtemperaturen in tal van steden hebben geleid tot een sterke toename van de mortaliteit en morbiditeit van vooral de oudere bevolking. De vraag die hierop volgt is dan wat er aan de verslechtering van het stedelijk klimaat gedaan kan worden. Aangezien de stedelijke omgeving zo complex en heterogeen is, is het moeilijk om één of enkele systematische middelen voor te stellen om een verdere toename van het stedelijk warmte-eiland tegen te gaan. Met de woorden van Benedicte Dousset van de Universiteit van Hawaii: There's no one solution, and it's going to be different for every city (Zhang e.a. 2010).

4 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Matthias Demuzere P. 123 Figuur 1 Ruimtelijke variabiliteit van het stedelijk warmte-eiland in Melbourne om een uur s nachts op 23 maart De maximale intensiteit bedraagt 4,8 graden Celsius, met een piek in het Central Bussiness District (CBD). De maximumtemperatuur op de vorige dag bedroeg 27,1 graden Celsius (bron: Coutts, Beringer & Tapper, 2010) Dit artikel richt zich op Melbourne, een stad die onder druk staat van stijgende temperaturen, een groeiend tekort aan water en een grote bevolkingsgroei. Tevens is het echter een stad die zich profileert als trendsetter in het voorstellen van klimaatgeïntegreerde adaptatie- en mitigatiestrategieën, als integraal deel van een duurzame stedelijke planning. Het klimaat van Melbourne Melbourne is de hoofdstad van de staat Victoria en is met vier miljoen inwoners de tweede stad van Australië. De uitgestrektheid van de stad zorgt desondanks voor een relatief lage bevolkingsdichtheid van inwoners per vierkante kilometer, ten opzichte van bijvoorbeeld inwoners per vierkante kilometer in New York. Door de grote natuurlijke aanwas en de grote immigratie verwacht men in Australië een bevolkingsgroei van twintig miljoen inwoners tegen Voor Melbourne verwacht men een toename van één miljoen inwoners tegen 2030 (Department of Sustainability and Environment, 2002). Dit leidt mogelijk tot een verdere versterking van het stedelijk warmte-eiland. Melbourne kent hete zomers (het warmterecord bedraagt 46,4 graden), milde herfsten en lentes en koele winters. De

5 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Het stedelijk warmte-eiland P. 124 Zicht op rivier de Yarra en CBD Melbourne (foto: Matthias Demuzere) laatste vijftien jaar is de stad, net als andere steden in Australië, geteisterd door enorme watertekorten. Zo daalde de gemiddelde instroom tussen 1997 en 2009 met 207 miljard liter per jaar ten opzichte van het gemiddelde over de periode Een verdere intensivering van de subtropische hogedrukrug kan in de toekomst leiden tot een toename van de watertekorten. Voor Melbourne wordt verwacht dat het aantal dagen met een maximumtemperatuur hoger dan 35 graden zal oplopen tot gemiddeld 27 dagen in het jaar 2100, tegenover 9 vandaag de dag (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, 2008). Deze cijfers zijn gebaseerd op de verwachte klimaatsveranderingen, zonder rekening te houden met een mogelijke temperatuurstijging als gevolg van verdere stedelijke ontwikkeling. Groei- en mitigatiestrategieën Het stadsbestuur van Melbourne staat dus voor een moeilijke opdracht. Er moet

6 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Matthias Demuzere P. 125 een strategie worden ontwikkeld om de stedelijke groei aan te pakken en om de stad leefbaar te houden ondanks een groeiend tekort aan beschikbaar water. Dit alles onder een verwachte toename van droogte en hittegolven, waarbij deze laatste nog worden versterkt door het stedelijk warmteeiland. In 2002 stelde het Departement van Duurzame Ontwikkeling van Melbourne een planningsstrategie op (DSE, 2010). Dit document richt zich vooral op de ontwikkeling van de stedelijke groei en infrastructuur, zonder rekening te houden met het stedelijk klimaat. De onderliggende visie is van Professor Rob Adams, die de bevolkingstoename in Melbourne wil opvangen binnen de bestaande stedelijke structuren, met als gevolg een verhoging van de bevolkingsdichtheid. In een recente studie hebben Coutts e.a. (2010) deze planningsstrategie in het licht van de stedelijke klimaatcontext geplaatst. Zij tonen aan dat stedelijke verdichting weliswaar kan leiden tot een verslechtering van het stadsklimaat, maar dat de ruimtelijke uitbreiding van het warmte-eiland wordt ingeperkt door de stedelijke ontwikkeling te beperken tot de bestaande stadsgrenzen. Het onderzoek benadrukt dat toekomstvisies voor de stedelijke ruimte rekening moeten houden met het stedelijk warmte-eiland en andere vormen van verontreiniging, zoals fijnstof en CO 2. Tegelijkertijd worden ook een aantal mitigatiestrategieën (specifiek voor Melbourne) genoemd die een rol kunnen spelen om de stedelijke omgeving koel te houden. Zo zorgen bepaalde bouwmaterialen ervoor dat het stedelijk oppervlak overdag minder opwarmt, zodat 's avonds minder warmte wordt vrijgegeven. Lichtere oppervlakken, zoals witte daken, leiden tot een hogere reflectie van de inkomende zonnestraling en een daling van de beschikbare energie. Ook de implementatie van nieuwe technologieën in het ontwerp van gebouwen, zoals natuurlijke ventilatie en geothermische warmte, kan leiden tot een natuurlijke instandhouding van het klimaat binnenshuis. Hierdoor is verwarming en airconditioning niet langer nodig. Een andere mogelijkheid is het vermeerderen van de stedelijke vegetatie, zoals parken en bomen langs de weg. Het probleem hierbij is dat in periodes van extreme hitte en droogte de vegetatie niet kan overleven door een gebrek aan water. Irrigatie kan hierbij helpen, maar dit verhoogt weer de druk op de hoeveelheid beschikbaar water. Voor steden als Melbourne speelt de waterhuishouding dus een grote rol in het stedelijk klimaat. Dit heeft geleid tot het project Water sensitive cities dat als hoofddoel heeft Water Sensitive Urban Design (WSUD) te ontwikkelen. Hierbij wordt gestreefd naar het verhogen van doorlaatbare oppervlaktes in de stad, zodat regenwater kan worden opgevangen en hergebruikt. Water Sensitive Urban Design De stedelijke omgeving wordt gekenmerkt door grote ondoorlaatbare oppervlaktes, waar water snel en efficiënt wordt afgevoerd via rioleringssystemen of lokale beken en rivieren. Het resultaat is een droger stedelijk landschap dat import van kwaliteitswater van buiten de stadsgrenzen vereist voor bijvoorbeeld irrigatie van vegetatie. Dat heeft echter geleid tot de snelle daling van de spaarbekkens rondom Melbourne, waardoor de overheid van Victoria waterbeperkin-

7 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Het stedelijk warmte-eiland P. 126 gen heeft moeten invoeren en daarnaast goedkeuring heeft gegeven tot de bouw van een ontziltingsinstallatie. Deze kan na voltooiing in 2011 per jaar 150 miljard liter zeewater omzetten naar drinkwater. Recentelijk is men gaan inzien dat het probleem ook vanuit een ander standpunt kan bekeken worden. Waar in een natuurlijke omgeving slechts 145 miljard liter water rechtstreeks afstroomt per jaar, is dit voor een stedelijke omgeving 608 miljard liter. Het jaarlijkse waterverbruik van de inwoners in Melbourne bedraagt echter 435 miljard liter per jaar, minder dus dan wat verloren gaat aan directe afvoer. Uit deze cijfers blijkt dat er in principe voldoende water beschikbaar is, mits het op een strategische manier wordt gebruikt. Zodoende is men gaan nadenken over WSUD-strategieën met als primair doel het water in de stad vast te houden. Op deze manier kan het opvangen van regenwater, gecombineerd met het filteren, infiltreren en irrigeren de afvoervolumes verminderen tot het niveau van voor de verstedelijking. Tegelijkertijd kan hiermee de grondstroom herstellen en het natuurlijke bodemvocht in het stedelijke landschap re-integreren. Herstellen van de natuurlijke stedelijke waterhuishouding leidt tot een hogere verdamping en transpiratie en is een belangrijk instrument om het stedelijke landschap te koelen. Zo wordt de blootstelling van de stedelijke bewoners aan extreme hitte verminderd. Een goed voorbeeld buiten Melbourne is de aanpak van de Cheonggyecheonrivier in Seoul. Waar de rivier voorheen overdekt was met een snelweg, heeft de overheid in 2003 besloten de rivier in ere te herstellen. Dit project wordt geprezen om de bijdrage aan de stedelijke vernieuwing en verfraaiing. Onderzoek heeft aangetoond dat de aanwezigheid van de rivier leidt tot een temperatuurverschil van gemiddeld 3,6 graden tussen het gebied direct aan het water en andere delen van Seoul. Niet alle projecten hoeven echter zo grootschalig te zijn. Ook kleine aanpassingen in de stedelijke infrastructuur, zoals het plaatsen van regentanks, groene daken en muren, (on) begroeide bio-infiltratiesystemen en open water kunnen een steentje bijdragen. Tal van technieken zijn reeds voorhanden en verder onderzoek moet aantonen welke strategieën de grootste economische en duurzame efficiëntie vertonen. Klimaat in stedelijke planning Het ontwikkelen van de stedelijke omgeving zonder rekening te houden met het stadsklimaat kan resulteren in sombere vooruitzichten voor het welzijn van de bewoners. De gevolgen van extreme hitte, zoals die van de Europese hittegolf in 2003, moeten worden vermeden (European Environment Agency, 2005). Het ontwikkelen van specifieke adaptatie- en mitigatiestrategieën is van vitaal belang om de veerkracht van stedelijke systemen tegen de gevolgen van klimaatverandering en stedelijke ontwikkeling te verhogen. Naast de vele milieu-, economische en sociale parameters moet ook het klimaat worden opgenomen als een parameter in het planningsproces. Duurzame oplossingen voor een groeiende stedelijke bevolking vragen om het opheffen van barrières die het opnemen van klimaatkennis binnen het stedelijke planningsproces tegenwerken. Het opnemen van deze ideeën in bestaande en nieuwe wettelijke kaders zal een uitdaging zijn. Het vereist dat de concepten, processen en conclusies die voortvloeien uit

8 Jg. 45 / Nr. 2 / 2012 Matthias Demuzere P. 127 onderzoek omarmd worden door degenen die betrokken zijn bij het plannen en ontwerpen van de bebouwde omgeving. Dat vraagt een geïntegreerde aanpak van stedenbouwkundige ingenieurs, planologen, klimatologen, bio-ingenieurs, beleidsmakers, IT ers, hydrologen, mobiliteitsmedewerkers en anderen. Allen hebben hun eigen agenda s, doelen en instrumenten die bedoeld zijn voor verschillende ruimtelijke en temporele schalen. Albert Einstein formuleerde echter dat we geen problemen kunnen aanpakken door gebruik te maken van hetzelfde soort denken dat we gebruikten toen we ze aanlegden. We zouden dit ter harte moeten nemen en werk moeten maken van een duurzame stedelijke transformatie, de enige levensvatbare strategie voor een toenemende verstedelijking in een veranderend klimaat. Hove & A.A.M. Holtslag (2011) Quantifying urban heat island effects and human comfort for cities of variable size and urban morphology in The Netherlands, Journal of Geophysical Research, nr. 116, p Howard, L. (1833) The climate of London, W. Phillips, G. Yard, Lombard Street, London UN (2009) World urbanization prospects, the 2007 revision population database, United Nations, unup/ Zhang, P. & M. Imhoff (2010) Satellites Pinpoint Drivers of Urban Heat Islands in the Northeast, NASA, nasa.gov/topics/earth/features/heat-island-sprawl.html Matthias Demuzere (matthias.demuzere@ees. kuleuven.be) is werkzaam bij het departement Aard- en Omgevingswetenschappen aan de Katholieke Universiteit Leuven en is gastonderzoeker aan de Monash University in Melbourne. Literatuur Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (2008) Projections of days over 35 C to 2100 for all capital cities under a no-mitigation case, Garnaut Climate Change Review, CSIRO, Aspendale, Victoria Coutts, A., J.Beringer & N.Tapper (2010) Changing Urban Climate and CO 2 Emissions: Implications for the Development of Policies for Sustainable Cities, Urban Policy and Research, jg. 28, nr. 1, p Department of Sustainability and Environment (2002) Melbourne 2030: Planning for Sustainable Growth, State of Victoria, Melbourne European Environment Agency (2005) The European Environment - State and Outlook, 2005, State of Environment Report, nr. 1, European Environment Agency, Kopenhagen Steeneveld, G.J., S. Koopmans, B.G. Heusinkveld, B. van