Thermisch comfort buitenshuis is essentieel voor ons welzijn, dat van onze omgeving en van ons milieu. In de laatste 200 jaar is de globale populatie verzevenvoudigd wat resulteerde in sterke groei van steden. De daaruit voortvloeiende veranderingen in het landschap heeft geleid tot drastische klimaatswijzigingen behorend tot de meest significante menselijke invloeden op de omgeving. Het meest opvallende is dat hogere temperaturen worden waargenomen in steden dan in de nabije natuurlijke gebieden. Dit fenomeen - bekend als het stedelijk warmte-eiland - brengt ernstige gezondheidsrisico’s met zich mee voor de vele mensen in de stad. Vooral in grote steden worden hogere sterftecijfers waargenomen tijdens hittegolven, zoals die van de Europese zomer van 2003. Terzelfdertijd verwacht men van de klimaatsverandering dat steden meer en meer blootgesteld worden aan extreme weersomstandigheden, inclusief de stijging van het aantal sterke hitte golven. Ook de toename van droogtes, overstromingen, en luchtvervuiling zullen de leefbaarheid van steden meer en meer in het gedrang brengen. Met de toename van het aandeel van stadsbewoners worden burgemeesters geconfronteerd met de grote uitdaging tot mitigatie van klimaatsverandering en tot adaptie van hun steden hieraan blootgesteld. Simulaties met het regionaal klimaatsmodel CCLM gekoppeld aan de stedelijke oppervlakteparameterisatie TERRA-URB voor België hebben geleid tot een beter inzicht in de oorzaken van het stedelijk warmte-eiland en hun seizoensafhankelijkheid op regionale schaal. Zowel stedelijke opbouw, anthropogene warmte, als hun interactie blijken de seizoensverandering van het stedelijk warmte-eiland te bepalen. Opvallend is dat de gemiddelde bijdrage van stedelijke opbouw tot het nachtelijk warmte-eiland voor steden in en rond België (+0.41 K voor Brussel) kleiner is dan deze van antropogene warmte (+1.24 K) tijdens de winter. Daarentegen domineert de bijdrage van stedelijke opbouw (+1.97 K) deze van de anthropogene warmte (+0.68 K) tijdens de zomer. De respectievelijke bijdragen werken mekaar meestal tegen tijdens de zomer (−0.21 K), terwijl deze mekaar versterken tijdens de winter (+0.25 K). Binnen de algemene beoordeling van projecties voor klimaatsverandering, landgebruikscenario’s en mitigatie van stedelijk klimaat bevelen we aan om de impact van zowel stedelijke opbouw, anthropogene warmte, hun interacties en hun seizoensafhankelijkheid op het regionale klimaat in rekening te brengen. Hierbij moeten ook de respectievelijke invloeden op het stedelijk thermisch comfort - zowel in de positieve als negatieve zin - beschouwd worden. Tot slot verwachten we dat het in voege brengen van beleidsmaatregelen op vlak van stedelijke aanpassing, die nodig zijn voor mitigatie en adaptatie van klimaatverandering op globale schaal, ook het stedelijk klimaat zullen beïnvloeden op regionale schaal.

1. 16/07/2014
De verbetering van stedelijke
parametrisatie in regionale
klimaatsmodellen
Doctoraatsverdediging Hendrik Wouters

2. 16/07/2014 2
© 2014, VITO NV
Veranderingen in de globale samenleving
» Werelpopulatie:
» 1800 -> 2014
» 1 -> 7 miljard
» De welvaart is
toegenomen

3. 16/07/2014 3
© 2014, VITO NV
Resultaat: uitbreiding van steden!

4. 16/07/2014 4
© 2014, VITO NV
Stedelijke uitbreiding
figure from Poelmans and Van Rompaey., 2009

5. 16/07/2014 5
© 2014, VITO NV
figure from Poelmans and Van Rompaey., 2009

6. 16/07/2014 6
© 2014, VITO NV
Sterke stedelijke groei!
Figure from Van de voorde et al., 2013.

7. 16/07/2014 7
© 2014, VITO NV
Sterke stedelijke groei!
Figure from Van de voorde et al., 2013.

8. 16/07/2014 8
© 2014, VITO NV
En dat zullen ze blijven doen
Figure from Van de voorde et al., 2013.
(MOLAND land-use change model)

9. 16/07/2014 9
© 2014, VITO NV
Grote verandering in het landschap
» Drastische lokale klimaatswijzigingen …. hogere temperaturen!
» Stedelijk warmte-eiland

10. 16/07/2014 10
© 2014, VITO NV
Grote verandering in het landschap
» Drastische lokale klimaatswijzigingen …. hogere temperaturen!
» Stedelijk warmte-eiland
» Hoofdzakelijk het resultaat van twee processen 1 2

11. 16/07/2014 11
© 2014, VITO NV

12. 16/07/2014 12
© 2014, VITO NV
Voelbare warmte
atmosfeer
Opslag in de grond

13. 16/07/2014 13
© 2014, VITO NV
Voelbare warmte
Opslag in de grond
atmosfeer

14. 16/07/2014 14
© 2014, VITO NV
Voelbare warmte
Opslag in de grond
atmosfeer

15. 16/07/2014 15
© 2014, VITO NV
Gevangen zonnestraling
Droog oppervlak: geen verdaming
voelbare warmte
Efficiënte omzetting
efficiënte
opslag in de
bouwmaterialen
atmosfeer
Voelbare warmte
Opslag in de grond
Atmosfeer

16. 16/07/2014 16
© 2014, VITO NV
sensible heat
sensible heat
Efficient
conversion
stored
efficiently
in builing
materials
atmosphere
gevangen infraroodstraling
Stored in ground
atmosphere
Gevangen zonnestraling
Droog oppervlak: geen verdaming

17. 16/07/2014 17
© 2014, VITO NV
Gevangen infraroodstraling
sensible heat
stored
Efficiently
in builing
materials
atmosphere
sensible heat
atmosphere
Stored in ground
Very hot surface!!
Gevangen zonnestraling
Droog oppervlak: geen verdaming
Efficiënte omzetting

18. 16/07/2014 18
© 2014, VITO NV
proces
Afgifte
tijdens
De nacht
Veel
Opgeslagen
warmte
atmosfeer
Stored in ground
Hot Surface is cooling
sensible heat
atmosphere
1
1

19. 16/07/2014 19
© 2014, VITO NV
Hot Surface is cooling
1Afgifte
tijdens
De nacht
Veel
Opgeslagen
warmte
atmosfeer
sensible heat
atmosphere
Stored in ground

20. 16/07/2014 21
© 2014, VITO NV

21. 16/07/2014 22
© 2014, VITO NV
2. Menselijke activiteit

22. 16/07/2014 23
© 2014, VITO NV
2. Menselijke activiteit
2->energieverspilling -> de lucht in!

23. 16/07/2014 24
© 2014, VITO NV
Vb. warmte-eiland van Parijs
Wouters et al., 2013
Parijs
21

24. 16/07/2014 25
© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland… Big deal?
» Verlengd bloeiseizoen
» Aangenamere temperaturen
» Infrastructuur

25. 16/07/2014 26
© 2014, VITO NV
» energieconsumptie (air-co)
» infrastructuur
» Evenementen
» Luchtkwaliteit
» Extra slachtoffers in steden
tijdens hittegolven
Stedelijk warmte-eiland… Big deal?

26. 16/07/2014 27
© 2014, VITO NV
+ Globale klimaatsverandering!

27. 16/07/2014 28
© 2014, VITO NV
Probleem…
» Weer en klimaat simuleren met een veel gebruikt
Europees regionaal klimaatmodel:
» Gedetailleerd de temperatuur en neerslag
voor de toekomst (België)?
» Stedelijk warmte-eiland?
globaal vs. regionaal

28. 16/07/2014 29
© 2014, VITO NV
» Model aanpassen om in rekening te brengen,
» met name de processen en
» voor zowel zomer als winter
» zo efficiënt mogelijk
» Toepassing: nagaan welk van de processen en het
meest bijdragen tot het huidige warmte-eiland voor
Belgische steden, zowel voor zomer als voor winter
Hoofddoel?
21
21

29. 16/07/2014 30
© 2014, VITO NV
Hoofddoel?
» Weten welke maatregelen belangrijk zijn om in de toekomst steden zo
leefbaar, weerbaar en duurzaam mogelijk te maken!
leefbaar
slimme
steden

30. 16/07/2014 31
© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling

31. 16/07/2014 32
© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel: 2 componenten.
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,
verdamping,
Opwaartse straling
Afremming van de wind
Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling

32. 16/07/2014 33
© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten.
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,
verdamping,
Opwaartse straling
Afremming van de wind
Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling
Wouters et al., (2012). Comprehensive parametrization of surface-layer transfer
coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology
Wouters et al., The impact of impervious water-storage parametrization
on urban climate modelling. Urban Climate (in revisie)
21

33. 16/07/2014 34
© 2014, VITO NV
Loskoppelen landoppervlakmodel!
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,
verdamping,
Opwaartse straling
Afremming van de wind
Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling
Wouters et al., (2012). Comprehensive parametrization of surface-layer transfer
coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology
Wouters et al., The impact of impervious water-storage parametrization
on urban climate modelling. Urban Climate (in revisie)
Observaties!
21

34. 16/07/2014 35
© 2014, VITO NV
Loskoppelen landoppervlakmodel!
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,
verdamping,
Opwaartse straling
Afremming van de wind
Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling
Wouters et al., (2012). Comprehensive parametrization of surface-layer transfer
coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology
Wouters et al., The impact of impervious water-storage parametrization
on urban climate modelling. Urban Climate (in revisie)
Observaties!
21

35. 16/07/2014 36
© 2014, VITO NV
Evaluatie energiebalans
Weerkaatsing zonlicht
Warmtestraling
Voelbare warmte
naar atmosfeer
Water damp
naar atmosfeer

36. 16/07/2014 37
© 2014, VITO NV
Loskoppelen landoppervlakmodel!
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,
verdamping,
Opwaartse straling
Afremming van de wind
Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling
Wouters et al., (2012). Comprehensive parametrization of surface-layer transfer
coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology
Wouters et al., The impact of impervious water-storage parametrization
on urban climate modelling. Urban Climate (in revisie)
Observaties!
21

37. 16/07/2014 38
© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten.
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,
verdamping,
Opwaartse straling
Afremming van de wind
Temperatuur,
Neerslag,
Wind
Neerwaartse straling
Wouters et al., (2012). Comprehensive parametrization of surface-layer transfer
coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology
Wouters et al., The impact of impervious water-storage parametrization
on urban climate modelling. Urban Climate (in revisie)
21

38. 16/07/2014 39
© 2014, VITO NV
Model configuratie
globale voorspelling weer
resolutie:12.5 km
Regionaal klimaatsmodel
resolutie: 2.8 km

39. 16/07/2014 40
© 2014, VITO NV
Metingen stedelijk warmte-eiland
» Antwerp
Antwerpen
“Aren’t we a
bunch of
modelers?”

40. 16/07/2014 41
© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen

41. 16/07/2014 42
© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag

42. 16/07/2014 43
© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag
21

43. 16/07/2014 44
© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag
21

44. 16/07/2014 45
© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag
21

45. 16/07/2014 46
© 2014, VITO NV
Effect van warmteverlies in de stad?
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag
21

46. 16/07/2014 47
© 2014, VITO NV
Effect van warmteverlies in de stad?
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag

47. 16/07/2014 48
© 2014, VITO NV
Effect van warmteverlies in de stad?
» Mid-zomer
21/07/2012 -> 21/08/2012
» Mid-winter
21/07/2012 -> 21/08/2012
Uur van de dag

48. 16/07/2014 49
© 2014, VITO NV
geen stedelijke opbouw
anthropogene warmte
mid-zomer
Middernacht
(gemiddeld)
21 21
21

49. 16/07/2014 50
© 2014, VITO NV
mid-zomer
Middernacht
(gemiddeld)
21 21
2121

50. 16/07/2014 51
© 2014, VITO NV
mid-zomer
middernacht
21 21
2121
21
21

51. 16/07/2014 52
© 2014, VITO NV
mid-zomer
middernacht
21 21
2121
21
21

52. 16/07/2014 53
© 2014, VITO NV
mid-zomer
middernacht
21 21
2121
21
21 21

53. 16/07/2014 54
© 2014, VITO NV
stedelijke opbouw energieverspilling interactie
mid-zomer
middernacht
21 21 21

54. 16/07/2014 55
© 2014, VITO NV
+ +
=
totale impact
mid-zomer
middernacht
21 21 21
21
stedelijke opbouw energieverspilling interactie

55. 16/07/2014 56
© 2014, VITO NV
+ +
=
totale impact
Waarden voor Brussel
1.97°C 0.68°C -0.21°C
2.44°C
mid-zomer
middernacht
21 21 21
21
stedelijke opbouw interactieenergieverspilling

56. 16/07/2014 57
© 2014, VITO NV
+ +
=
totale impact
Waarden voor Brussel
0.41°C 1.20°C +0.25°C
1.90°C
mid-winter
middernacht
21 21 21
21
stedelijke opbouw interactieenergieverspilling

57. 16/07/2014 58
© 2014, VITO NV
Besluiten
» Zowel als en hun bepalen de intensiteit van het
warmte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk
» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch
comfort moeten in rekening gebracht worden i.k.v.:
» Temperen van stedelijke hitte
» Klimaatsverandering (vb…)
» Landgebruiksverandering
» we hebben een regionaal klimaatmodel ter beschikking dat in staat is om
klimaat voor steden in de toekomst in kaart te brengen.
21 21

58. 16/07/2014 59
© 2014, VITO NV
Bedankt voor uw aandacht!
leefbaar
slimme
steden