01/10/2014 De verbetering van stedelijke parameterisatie in regionale klimaatsmodellen Het belang van radiatieve en thermische eigenschappen, anthropogene warmte en wateropslag Doctoraat Hendrik Wouters (Mei 2014)
Veranderingen in de globale samenleving» Wereldbevolking neemt toe» 1800 -> 2014» 1 miljard -> 7 miljard» De welvaart neemt toe 01/10/2014 2
Resultaat: uitbreiding van steden! 01/10/2014 3
Stedelijke uitbreiding figure from Poelmans and Van Rompaey., 2009 01/10/2014 4
Stedelijke uitbreiding figure from Poelmans and Van Rompaey., 2009 01/10/2014 5
En dat zullen ze blijven doen Figure from Van de voorde et al., 2013. (MOLAND land-use change model) 01/10/2014 6
Het gevolg» Drastische lokale klimaatswijzigingen. hogere temperaturen!» Stedelijk hitte-eiland (SHE) 01/10/2014 7
Het gevolg» Drastische lokale klimaatswijzigingen. hogere temperaturen!» Stedelijk hitte-eiland (SHE)» Hoofdzakelijk het resultaat van twee processen HE 01/10/2014 8
01/10/2014 9
atmosfeer voelbare warmte opslag in de grond 01/10/2014 10
atmosfeer voelbare warmte opslag in de grond 01/10/2014 11
Droog oppervlak: geen verdaming Gevangen zonnestraling atmosfeer efficiënte omzetting atmosfeer voelbare warmte voelbare warmte efficiënte opslag in de bouwmaterialen opslag in de grond 01/10/2014 12
Droog oppervlak: geen verdaming Gevangen zonnestraling Gevangen infraroodstraling atmosfeer efficiënte omzetting atmosfeer voelbare warmte voelbare warmte efficiënte opslag in de bouwmaterialen opslag in de grond 01/10/2014 13
Droog oppervlak: geen verdaming Gevangen zonnestraling Gevangen infraroodstraling atmosfeer efficiënte omzetting atmosfeer voelbare warmte voelbare warmte efficiënte opslag in de bouwmaterialen opslag in de grond Heet oppervlak 01/10/2014 14
proces atmosfeer atmosfeer voelbare warmte afgifte tijdens de nacht veel opgeslagen warmte opslag in de grond Afkoeling heet oppervlak 01/10/2014 15
proces atmosfeer atmosfeer voelbare warmte Afgifte tijdens De nacht Veel Opgeslagen warmte opslag in de grond Afkoeling heet oppervlak 01/10/2014 16
01/10/2014 17
2. Menselijke activiteit 01/10/2014 18
2. Menselijke activiteit: hitte-emissie HE -> gebruikte energie wordt omgezet in warmte -> de lucht in! 01/10/2014 19
Vb. nachtelijk warmte-eiland van Parijs Figure from Wouters et al. 2012 Parijs HE 01/10/2014 20
Stedelijk warmte-eiland Big deal?» aangenamere temperaturen» verlengd bloeiseizoen» infrastructuur» luchtkwaliteit 01/10/2014 21
Stedelijk warmte-eiland Big deal?» hittestress» meer slachtoffers in steden tijdens hittegolven» evenementen» energieconsumptie (air-co)» infrastructuur» luchtkwaliteit 01/10/2014 22
+ Globale klimaatsverandering! 01/10/2014 23
Probleem» Weer en klimaat simuleren met een veel gebruikt Europees regionaal klimaatmodel:» Gedetailleerde temperatuur -en neerslagkaarten voor de toekomst (België)?» Stedelijk hitte-eiland? globaal vs. regionaal 01/10/2014 24
Hoofddoel?» Model aanpassen om in rekening te brengen,» met name de processen en» voor de verschillende seizoenen en weersomstandigheden» zo efficiënt mogelijk» Toepassing: nagaan welk van de processen en HE het meest bijdragen tot het huidige hitte-eiland voor Belgische steden,» seizoensvariabiliteit? HE 01/10/2014 25
Hoofddoel?» Welke maatregelen zijn belangrijk om in de toekomst steden zo leefbaar, weerbaar en duurzaam mogelijk te maken? leefbaar slimme steden 01/10/2014 26
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten Atmosfeermodel Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling 01/10/2014 27 Landoppervlakmodel
Regionaal klimaatmodel: 2 componenten. Atmosfeermodel Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling Voelbare warmte, verdamping, Opwaartse straling Afremming van de wind 01/10/2014 28 Landoppervlakmodel
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten. Atmosfeermodel Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling Voelbare warmte, verdamping, Opwaartse straling Afremming van de wind HE 01/10/2014 29 Landoppervlakmodel
Loskoppelen landoppervlakmodel! Atmosfeermodel Observaties! Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling Voelbare warmte, verdamping, Opwaartse straling Afremming van de wind HE 01/10/2014 30 Landoppervlakmodel
Loskoppelen landoppervlakmodel! Atmosfeermodel Observaties! Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling Voelbare warmte, verdamping, Opwaartse straling Afremming van de wind HE 01/10/2014 31 Landoppervlakmodel
Evaluatie stedelijke energiebalans Gereflecteerde zonnestraling Opwaartse infraroodstralingg Voelbare warmte naar atmosfeer Verdamping 01/10/2014 32
Loskoppelen landoppervlakmodel! Atmosfeermodel Observaties! Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling Voelbare warmte, verdamping, Opwaartse straling Afremming van de wind HE 01/10/2014 33 Landoppervlakmodel
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten. Atmosfeermodel Temperatuur, Neerslag, Wind Neerwaartse straling Voelbare warmte, verdamping, Opwaartse straling Afremming van de wind HE 01/10/2014 34 Landoppervlakmodel
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) 01/10/2014 35
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) 01/10/2014 36
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) 01/10/2014 37
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) 01/10/2014 38
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) Verharding (%) 01/10/2014 39
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) Verharding (%) 01/10/2014 40
Modelconfiguratie Model voor weersvoorspeling regionaal klimaatsmodel Vegetatie in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 41
Metingen stedelijk hitte-eiland Aren t we a bunch of modelers?» Antwerp Antwerpen 01/10/2014 42
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen 01/10/2014 43
Stedelijk hitte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 44
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 45
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 46
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 47
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 48
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 49
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 50
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 51
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 52
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 53
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 54
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 55
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 56
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 57
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen weersvoorspelling regional klimaatsmodel Vegetation in lente (%) Verharding (%) HE 01/10/2014 58
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 59
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 60
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 61
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 62
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen Zomer (2012/07/21 -> 2012/08/20) Winter (2013/01/21 -> 2013/02/20) Uur van de dag Uur van de dag Uur van Uur de van dag de dag 01/10/2014 63
En voor andere steden in België? 01/10/2014 64
HE HE Middernacht Zomer geen stedelijke opbouw anthropogene warmte 01/10/2014 65 HE
HE HE Middernacht Zomer HE 01/10/2014 66 HE
HE HE HE Middernacht Zomer HE 01/10/2014 67 HE
HE HE HE HE Middernacht Zomer HE 01/10/2014 68 HE
Middernacht Zomer HE HE + + + 01/10/2014 69
Middernacht Zomer HE HE + + + = 01/10/2014 70
Middernacht Zomer HE HE + + + = 01/10/2014 71
Middernacht Zomer Brussel HE HE + + + +1.97K +0.86K -0.33K = +2.50K 01/10/2014 72
Middernacht Winter Brussel HE HE + + + +0.45K +1.27K +0.15K = +1.87K 01/10/2014 73
Middernacht Winter Brussel HE HE + + + +0.45K +1.27K +0.15K = +1.87K 01/10/2014 74
Besluiten» Stedelijke parameterisatie is ontwikkeld voor een Europees regionaal klimaatmodel» Inzetbaar voor stedelijke klimaatprojecties rekening houdend met de verschillende seizoenen en weerscondities» Zowel als HE en hun HE bepalen de intensiteit van het hitte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch comfort moeten in rekening gebracht worden voor elk seizoen i.k.v.»» Klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding» Mitigatie van globaal en stedelijk klimaat 01/10/2014 75
Waterplassen op verharde oppervlakken 01/10/2014 76
Waterplassen op verharde oppervlakken» Energiebalans: energieverlies via verdamping» (oppervlakte) Temperatuur» Waterbalans: wateroponthoud vs. tempo afvloeiing vs. tempo verdamping» overstromingen» luchtvochtigheid en neerslag 01/10/2014 77
Waterplassen op verharde oppervlakken» Veronderstel een distributie van waterreservoirs op verharde oppervlakken dat lineair daalt met hun diepte.» Na regenval is er een homogene verdamping van de reservoirs» Resulterende relatie: 01/10/2014 78
Relatie 01/10/2014 79
Relatie Fractie verharde oppervlakken bedekt door stilstaande waterplassen Maximale fractie Hoeveelheid water op verharde oppervlakken reservoirparameters Maximale watercapaciteit verharde oppervlakken 01/10/2014 80
Afschatting reservoirparameters verharde oppervlakken» Jaarsimulaties van de stedelijke energiebalans voor Toulouse centrum + vergelijking met observaties voor verdamping na regenval:» Maximaal 1,31±0,20 liter water per vierkante meter verhard oppervlak» Plassen bedekken maximaal 12±4% van verharde oppervlakken 01/10/2014 81
Impact stedelijke energiebalans na regenval op jaarbasis» Impact stedelijke energiebalans na regenval op jaarbasis 01/10/2014 82
Besluiten (bis)» Stedelijke parameterisatie is ontwikkeld voor een Europees regionaal klimaatmodel» Inzetbaar voor stedelijke klimaatprojecties rekening houdend met de verschillende seizoenen en weerscondities» Zowel als HE en hun HE bepalen de intensiteit van het hitte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch comfort moeten in rekening gebracht worden voor elk seizoen i.k.v.»» Klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding» Mitigatie van globaal en stedelijk klimaat 01/10/2014 83
Besluiten (bis)» Stedelijke parameterisatie is ontwikkeld voor een Europees regionaal klimaatmodel» Inzetbaar voor stedelijke klimaatprojecties rekening houdend met de verschillende seizoenen en weerscondities» Zowel als HE en hun HE bepalen de intensiteit van het hitte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch comfort moeten in rekening gebracht worden voor elk seizoen i.k.v.» Klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding» Mitigatie van globaal en stedelijk klimaat» Karakteristieken van waterplassen op verharde oppervlakken en hun weerslag op stedelijke klimaatmodellering werden bepaald 01/10/2014 84
Toepassingen in voorbereiding» Impact van stedelijk klimaat op luchtkwaliteitsmodellering» Onzekerheid op emissies versus onzekerheid op stedelijk landgebruik 01/10/2014 85
Toepassingen in voorbereiding» Relatieve invloed klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding op stedelijk thermisch comfort (Belspo MACCBET, MIRA UHI indicator) Verharding (%) 01/10/2014 86
Bedankt voor uw aandacht! leefbaar slimme steden Wouters H., De Ridder K., van lipzig N.P.M. (2012). Comprehensive parametrization of surfacelayer transfer coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology Wouters H., De Ridder K., Demuzere M., Lauwaet D., van Lipzig N.P.M. (2013). The diurnal evolution of the urban heat island of Paris: a model-based case study during Summer 2006. Wouters H., Demuzere M., De Ridder K., van Lipzig N.P.M. (2014). The impact of impervious water-storage parametrization on urban climate modelling. Urban Climate (revisie ingestuurd) Wouters H., Demuzere M., De Ridder K., van Lipzig N.P.M. Modelling the seasonal dependency of the contributions to the urban heat island for Belgium (insturing binnenkort) Doctoraatsproefschrift: The improvement of urban land-cover parametrization in regional climate models: the role of radiative and thermal properties, water retention, and anthropogenic heat (Hendrik Wouters, mei 2014) M. Demuzere, M., Coutts A.M., Goehler M., Broadbent A.M., Wouters H., van Lipzig N.P.M., and Gebert L. (2014). `The impact of bioltration systems, rainwater tanks and urban irrigation on urban canopy evapotranspiration (revisie ingestuurd). Trusilova. K., Schubert S., Wouters H., Demuzere M. Grossman -Clarke S., Früh B., Becker P. (2014). Urban climate modelling wit COSMO-CLM: a comparison between three urbanlandsurface parametrizations. MetZet (geaccepteerd) 01/10/2014 87