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2. Microclimate


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Lecture presentation of Climatology subject presented at the MBS School of Planning and Architecture.

Published in: Design
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2. Microclimate

  1. 1. Climatology Microclimate Climatology, landscape and environmental studies. • ROHIT KUMAR • ASSSISTANT PROFESSOR MBS SPA 2015
  2. 2. Microclimate Any local deviation from the climate  of a larger area, whatever the scale  may be. Immediate local climatic conditions  such as temperature, humidity, solar  radiation, wind, etc. Climate of a small area which is  different from the larger area  around it. It can be of a space as small as the  protected inner courtyard of a  building and as large as a city which  have different climatic conditions of  the larger area around. 
  3. 3. Scale of microclimate • To a botanist, Microclimate can be of a single plant leaf, with its  temperature and moisture conditions, its population of insects  and micro organisms, on the scale of a few centimetres. • To an urban geographer, micro climate may mean the climate  of a whole town. • SITE CLIMATE: Climate of the area available and is to be used for  the given purpose, both in horizontal extent and in height. • The task of the designer is to take advantage of the favourable  and mitigate the adverse characteristics of the site and its  climatic features
  5. 5. LOCAL FACTORS Factors affecting the local deviation are: • Topography: Slope, orientation, exposure, elevation, hills or  valleys at or near the ground. • Ground surface: (Whether natural or man‐made): affect in  terms of reflectance, permeability and the soil temperature as  these affect the vegetation and this in turn affects the climate.  (woods, shrubs, grass, paving, water, etc.). • Three dimensional objects: such as trees, tree belts, fences,  walls and buildings as these may influence air movement, cast a  shadow, etc. 
  6. 6. AIR TEMPERATURE • The air temperature near the ground is dependent on heat  gained/lost by the earth surface. • heat exchange varies with day/night, season, time of the year,  latitude and cloud cover. • During the day, with the heating of the earth surface, the air  nearest to the ground(within 2 metres) gains most temperature.  At night, the direction of heat flow is reversed. • TEMPERATURE INVERSION • The phenomenon of decreasing temperature with increase in  altitude. • Cold air tends to settle in the deepest depressions and behaves  as a liquid. It does not flow quite readily like water but like a  highly viscous liquid. • A difference of 7‐8 m in height can cause 5‐6 deg drop in temp.
  7. 7. Altitude/Elevation This is why hill stations are preferred locations during  summer. Elevation Temperature Jaisalmer 830’ 45º C Mt. Abu 4003’ 30º C
  8. 8. Jaisalmer
  9. 9. HUMIDITY • Relative humidity is inversely proportional to temperature. • During the day, when the lowest layer of air is heated by the  ground surface, RH decreases rapidly. This leads to higher rate  of evaporation(If there is water body, vegetation, etc.)  leading  to increase in Absolute Humidity. • At night, When dew point temperature is reached, fog  formation takes place and if there is no further rapid cooling  nor air movement, a deep layer (40‐50m) of fog develops.
  10. 10. PRECIPITATION • When ground level changes by more than 300m, the  windward side receives more rainfall than the regional  average. • In an extreme case, on a large site located on the top of a hill  and extending down to both the slopes, the leeward side  receives only 25% of the rain received by the windward side. • REASON: hill forces the air mass to rise which cools it down  and it is no loner able to support the moisture carried. This  effect can also be caused by towns. The opposite is also true. SKY CONDITIONS • Abrupt change in topography may cause a permanent cloud  cover like in the rock of Gibraltar.
  11. 11. ConvectiveAirFlow Warm air rises Cool air drops Recognizing air channels can help reduce  discomfort or enhance comfort
  12. 12. Rain&SnowShadows Form when  moisture  precipitates out as  air moves up slopes L: p.73 Fig. 5.2d
  13. 13. Earth:Topography The leeward side of a hill can protect from unwanted  winds.
  14. 14. SOLAR RADIATION • Three ways: • Transparency of the atmosphere: Cloud formation, air  pollution, smog, smoke, dust, etc. affect the intensity of solar  radiation on the horizontal plane. • Slope and orientation of the site: Intensity on the actual  ground surface. At mid latitudes, a site sloping towards the  pole will receive much less radiation than the site sloping  towards equator. (Effect is negligible around equator) • Obstructions like hills, trees, existing buildings which may cast  a shadow on the site. The effect is most pronounced wen the  objects like on east or west of the site.
  15. 15. AIR MOVEMENT • Air flowing across any surface is subjected to frictional  forces. Wind speed near the round is less than the speed than  higher up and the difference depends on the  smoothness/evenness of the surface. • On hilly sites, the greatest speeds are experienced at the crest  of the hills. The valleys may experience I wind speed if their  direction coincides wit the direction of the wind flow. • Large stretches of water can give rise to local coastal breezes.  On‐sore breezes (from water to land) during the day may  lower the maximum temperature by 10 deg Celsius but are  likely to increase humidity. • On shore lake breezes are rarely effective beyond 400m but  the sea breezes are much more effective. • Wind speed can be reduced after a long horizontal barrier by  50% at a distance of ten times and by 25% at a distance of 20  times the height.
  16. 16. Jaisalmer
  17. 17. Warm air rises Cool air drops Morning and afternoon “diurnal winds” are  intensified in canyons and  on sloped surfaces and  diverted by hills and ridges WindMovement
  18. 18. Water:ThermalMass Large bodies of water  moderate local  temperatures A thermal mass that  can act as at thermal  buffer/ heat sink
  19. 19. Lakes & Oceans Warm  temperatures  are reduced in  summer Cool  temperatures  are raised in  winter 10ºF 10ºF 72ºF 80ºF 35ºF 30ºF
  20. 20. Onshore winds occur  when water temperature  is lower than adjoining air  temperature over land. Offshore winds are the  reverse process. Largewaterbodies
  21. 21. VEGETATION • Vegetation is usually regarded as a function of climate but in  itself it can influence the local or site climate. • Forming an intermediate layer between the earth surface and  the atmosphere, they have a moderating effect on air  temperature, humidity, radiation and air movement. • increase the surface of contact to a higher layer by a factor of  4 to 12 times.  Trees provide shade and  affect the micro climate  of the place. EVAPOTRANSPIRATION:  Trees and shrubbery give  off moisture that  increase humidity
  22. 22. GroundCover–Vegetation Trees, shrubbery, and  grasses provide shade that  prevents moisture from  evaporating Permeable surfaces reduce  temperatures through  evaporative cooling Reeves House, Lopez Island, WA Cutler-Anderson, 2002 pview.php?id=562
  23. 23. URBAN CLIMATE • Man‐made environments create micro climate of their own  deviating from the regional climate. The factors causing  deviation: • Changed surface qualities: (pavements and buildings) :  Increased absorbance of solar radiation, reduced evaporation. • Buildings: Casting a shadow, acting as barriers to winds,  channelizing winds, storing heat in their mass and releasing it  at nit. • Energy seepage: through walls and ventilation of heated  buildings • Atmospheric pollution: Presence of solid particles in urban  atmosphere may assist in formation of fog and induce rainfall. • Temperature can be 8 deg higher in cities tan the surrounding  country side, humidity can be reduced by 5‐10%, wind velocity  can be reduced by half.
  24. 24. Ground Cover Impermeable surfaces reduce  evaporative cooling opportunities
  25. 25. Ground Cover GrassPavers
  26. 26. SurfaceColor Lighter surfaces  reflect radiant  heat Darker surfaces  absorb radiant heat
  27. 27. The cloud, Chicago
  28. 28. Urbanheatisland Large concentrations  of thermal masses  with darker and/or  impermeable surfaces create  urban heat islands
  29. 29. Urbantemperaturetransect
  30. 30. BIBLIOGRAPHY • Koenigsberger, O. H., Manual of Tropical Housing and building,  Orient Longman private limited, 1973.  • Presentations on microclimate