Verkoeling in de stad

Gert-Jan Steeneveld(WUR), Jan Clement, Bart de Knegt (Alterra).

Samenvatting

• Levering uit ecosystemen in NL tov de huidige vraag: 14% • Levering uit ecosystemen buitenland tov de huidige vraag: 0% • Levering door inzet van van techniek/substitutie: 0%

• Levering onvervuld: 86%

• Trend levering dienst sinds ca. 1990: min of meer stabiel • Trend vraag sinds ca. 1990: toename

• Trend levering tov aanbod sinds ca. 1990: afname

• Relatieve bijdrage van ecosystemen: natuurgebied 0%, agrarisch gebied 0%, urbaan gebied 100% • Betrouwbaarheidsklasse: D (matig)

• Volledigheid: B (bevat belangrijkste aspecten)

17.1

Werking van de dienst

Groen speelt een rol bij het inperken van de warmteabsorptie van een stad en de energieomzetting in die stad (figuur 17.1). Bomen zorgen voor schaduw zodat het zonlicht niet als warmte opgeslagen wordt in de versteende omgeving. De energieomzetting verandert doordat groen zorgt voor een hogere evapotranspiratie ten koste van voelbare warmtestroom en waardoor de luchttemperatuur gedrukt wordt. Niet alleen bomen vangen zonlicht in maar ook lage vegetaties zoals grasveldjes, groene daken, verticaal groen of tuinen kunnen de warmteabsorptie in de stad verlagen, door een relatief hoog albedo. Deze lage vegetaties geven weliswaar geen directe schaduw, maar voorkomen dat harde oppervlakten opwarmen. Bovendien geven ze ook evapotranspiratie. ’s Nachts zorgt gras voor een sterke isolatie tussen de lucht en de bodem, waardoor warmte uit de bodem slecht wordt teruggeleverd aan de atmosfeer. Dit geeft in de avond snelle koeling boven grasoppervlakken. Naast schaduw beïnvloedt groen de temperatuur in de stad door uitwaseming. Groen verplaatst daarbij koel water uit de grond naar de lucht waardoor de temperatuur daalt. Dit transport van water naar de lucht wordt door planten gebruikt om voedingsstoffen uit de bodem te vervoeren en

oververhitting te voorkomen. Bomen onttrekken vocht uit de koele ondergrond (meestal ongeveer 10ºC lager). Samen met het effect van verdamping kan de temperatuur in de lagere delen van het bladerdek overdag dalen. Aan de bovenkant van het bladerdek kan de temperatuur hoger liggen dan in de omgeving aangezien de boom daar zonne-energie invangt. Bomen zorgen dus voor een koel microklimaat onder hun bladerdek. De temperatuur onder een vrijstaande boom is nagenoeg gelijk aan die in de open lucht, maar de gevoelstemperatuur is lager. De lagere gevoelstemperatuur komt door een vermindering van de opgevangen directe straling. Hoeveel straling een boom tegenhoudt is afhankelijk van de soort en het ras.

Ook het bladerdek van solitaire of verspreid staande bomen hebben een koelend vermogen. Dit is moeilijk meetbaar door de beweging en de menging van de lucht, maar in een bos is het koelende effect goed te meten. Door de ondiepe wortelstelsels van bomen en de beschermende laag op de bladeren, transpireren kruidachtige planten minder dan houtige gewassen. Ze zijn daardoor minder afhankelijk van een constante toevoer van water uit de ondergrond en verdampen ook minder. Groen in de stad biedt niet alleen verkoeling op de plek waar het groen aanwezig is, maar heeft ook nog een uitstralende verkoelende werking (figuur 17.2). Zo is het koelend effect van het 500 hectare grote Chapultepec Park in Mexico Stad merkbaar tot op twee kilometer afstand. Het koelende effect is natuurlijk nog wel afhankelijk van de windrichting en -snelheid, want zonder wind kan de koude lucht niet worden getransporteerd.

Figuur 17.1 Temperatuurverdeling in de namiddag rondom steden (NRCAN, 2007), links. Temperatuurverschillen in Londen (Greater London Authority, 2006), rechts.

Figuur 17.2 Koelingseffect van bossen (Chen, 2006).

Stadskoeling is belangrijk omdat zomerse warmte en stijgende temperaturen door klimaatverandering de hittestress verhogen. Vooral in steden, waar het al warmer is, worden grenswaardes voor hitte- stress eerder overschreden. In de binnensteden van Arnhem en Rotterdam zijn in warme heldere zomernachten temperaturen gemeten tot zeven graden hoger dan in het buitengebied (Steeneveld et

al., 2011, Spijker et al., 2012, Heusinkveld et al., 2014). Het effect wordt voornamelijk veroorzaakt

door het vasthouden en uitstralen van warmte door steen, asfalt en beton. Bovendien wordt extra warmte geproduceerd door auto’s, fabrieken en elektrische apparaten. Daarnaast is de windsnelheid in steden vaak laag waardoor de warmte niet snel kan worden afgevoerd, en turbulente menging met koelere lucht wordt beperkt.

Bij aanhoudende warmte krijgen veel mensen gezondheidsklachten zoals huidaandoeningen, spier- kramp, uitdroging, hitteberoertes en slapeloosheid. Tijdens een hittegolf sterven er per week in Nederland circa dertig mensen meer voor elke graad dat de temperatuur stijgt boven het langjarig gemiddelde (Groen voor klimaat, 2014). Koeling met airco’s van woonhuizen, winkels en bedrijven verhoogt het energiegebruik en de daarmee gepaard gaande kosten

(http://www.epa.gov/heatisland/impacts/index.htm). Als gevolg van hoge temperaturen neemt ook de arbeids-productiviteit af (Dunne et al., 2013).

17.2

Methode

Vraag

Een hoge temperatuur heeft gevolgen voor de gezondheid van de Nederlandse bevolking. Door hittegolven in Nederland zowel in 2003 als 2006, stierven tussen de 1000 en 2200 mensen meer dan in een gemiddeld jaar. Daarnaast ondervindt een veelvoud van dat aantal hinder van de warmte door bijvoorbeeld vermoeidheid, concentratieproblemen, huidaandoeningen, uitputting door uitdroging, hittekramp, hitte-syncope (problemen met de bloeddoorstroming met onder andere flauwvallen tot gevolg) en hitteberoertes (zoals een zonnesteek) (tabel 17.1). Het opwarmen van de aarde heeft dus een direct gevolg voor de gezondheid van mensen. In steden zijn die gevolgen nog eens extra voelbaar omdat daar het zogenaamde Urban Heat Island-effect optreedt. Als reactie daarop is een Nationaal Hitteplan opgesteld. Het is een preventieplan, waarin de nadruk ligt op beïnvloeding van het gedrag van kwetsbare groepen in de samenleving tijdens hittegolven.

Tabel 17.1

Top-10 van natuurrampen in 2006 naar aantal doden (Hoyois, 2007).

Type Natuurramp Land Aantal doden

1 Aardbeving (Yogyakarta) Indonesië 5.778

2 Storm (Typhoon Durian) Filippijnen 1.399 3 Extreme temperatuur (Hittegolf) Frankrijk 1.388 4 Modderstromen (Aardverschuiving) Filippijnen 1.126

5 Extreme temperatuur (Hittegolf) Nederland 1.000

6 Extreme temperatuur (Hittegolf) België 940 7 Storm (Typhoon Billes) China P. Rep. 820

8 Vloedgolf (Tsunami) Indonesië 802

9 Extreme temperatuur (Vorstperiode) Oekraïne 801

10 Overstroming Ethiopië 498

Naast gevolgen voor de volksgezondheid heeft een verhoogde temperatuur ook gevolgen voor de arbeidsproductiviteit. In Amerika wordt het verlies van arbeidsproductiviteit als gevolg van hittestress in de heetste maanden van het jaar geschat op 10% (Dunne et al., 2013). Uit Amerikaans onderzoek blijkt ook dat het energieverbruik toeneemt van 1,5-2% voor elke 0,6 ºC extra temperatuurs-

verhoging (http://www.epa.gov/heatisland/impacts/index.htm). Dat suggereert dat 5-10% van vraag naar energie wordt gebruikt om het UHI-effect (UHI = Urban Heat Island) te compenseren (denk vooral aan airconditioners).

Omdat elke verhoging van de temperatuur tot nadelige effecten voor de gezondheid, arbeids-

productiviteit en energieverbruikt leidt, is het daarom zaak het optreden van het UHI te voorkomen of zo beperkt mogelijk te houden. Het gebruik naar deze ecosysteemdienst is dus gedefinieerd als het tegengaan van de verhoging in temperatuur door het UHI-effect.

Urban Heat Island in Nederland

Voor grote steden buiten Nederland is het UHI-effect vastgesteld door meetcampagnes, zoals Barce- lona (Pino et al., 2004), Toulouse (Pigeon et al., 2008), Parijs (Lemonsu en Masson, 2002), Marseille (Lemonsu et al., 2004), Basel (Rotach et al., 2004), Oklahoma (Basara et al., 2008) en modelstudies (Kusaka, 2001; Toudert and Mayer, 2006; Hand en Shepard, 2009). Voor Nederlandse steden is kennis omtrent stadsmeteorologie tot nu toe beperkt (Floor, 1970). Er zijn twee studies naar het UHI van de stad Utrecht (Conrads, 1975; Brandsma, 2010; Klemm et al., 2013), Rotterdam (Steeneveld et al., 2011), Rotterdam (Spijker et al., 2012; Heusinkveld et al., 2010) en Arnhem (Heusinkveld et al., 2014). Wageningen is in de zomer van 2013 doorgemeten met 30 weerstations (3 per km2₎

(Heusinkveld et al., 2014).

Er is momenteel nog geen landsdekkend beeld waar het UHI-effect in Nederland optreedt en hoe groot de temperatuursverhoging is. Er zijn wel metingen van de temperatuur van het oppervlak (i.e. niet de luchttemperatuur) van Nederland. Figuur 17.3 bestaat uit twee kaarten waarop de temperatuur is weergegeven voor de oppervlakte door gebruik te maken van NOAA-AVHRR satellietbeelden. Alhoewel deze temperaturen niet gemeten zijn op voetgangersniveau, geven ze wel een indruk waar een UHI- effect kan worden verwacht en waar dit effect het grootst zal zijn.

In eerder onderzoek is vaak getracht om een verband vast te stellen tussen het UHI en het inwoner- aantal van een gemeente of stad (bv. Oke (1973); Park (1986)). Steeneveld et al. (2011) vonden voor Nederlandse gemeenten geen significant verband tussen deze twee parameters, en stellen voor om in plaats van inwoneraantal bevolkingsdichtheid te gebruiken als verklarende variabele. De bevolkingsdichtheid in een buurt of stad zegt meer over het UHI dan het inwoneraantal, omdat de bevolkingsdichtheid minder dan het totale inwoneraantal bepaald wordt door de bestuurlijke indeling van een stad of stadsdeel. Ook is er een duidelijker verband tussen de bevolkingsdichtheid en de typologie van de bebouwing (bv. veel hoogbouw bij een hoge bevolkingsdichtheid; meer parkachtige wijken met vrijstaande huizen bij een lage bevolkingsdichtheid). Een hoge bevolkingsdichtheid hangt vaak samen met lage SVF’s (sky view factors) (Giridharan en Ganesan, 2004). De relatie tussen de bevolkingsdichtheid en de grootte van het UHI wordt ondersteund door metingen door weeramateurs (Wolters et al., 2011).

Figuur 17.3 De verhoging van de temperatuur van Nederlandse steden voor de situatie overdag (links) en ’s nachts (rechts). De kaarten zijn gebaseerd op twee NOAA-AVHRR satellietbeelden van de oppervlaktetemperatuur opgenomen tijdens de hittegolfperiode van 2006. In de legenda staat het verschil tussen de oppervlaktetemperatuur tussen stad en buitengebied.

De grootte van het UHI in Nederland is daarom geschat met behulp van de metingen uit het stedelijke milieu van Nederland uit Steeneveld et al. (2011). Zij hebben een relatie gevonden tussen de

stedelijke populatiedichtheid uitgedrukt in het aantal inwoners per stadswijk en de grootte van het UHI-effect (figuur 17.4). Een hogere bevolkingsdichtheid hangt samen met een hogere bebouwings- dichtheid wat vervolgens resulteert in een toegenomen invang van straling en een hogere

temperatuur. Daarnaast zijn antropogene emissies ook hoger. De figuur laat zien dat zowel het 95 percentiel en de mediaan toenemen met de toename in bevolkingsdichtheid.

Figuur 17.4 Waargenomen mediaan (grijs) en 95 percentiel (zwart) van het dagelijkse maximum UHI effect voor Nederlandse steden versus de bevolkingsdichtheid per woonwijk (Bron: Steeneveld et al., 2011).

Vervolgens is het UHI geschat voor elke wijk in Nederland door het 95 percentiel en de mediaan te berekenen. Deze bevolkingsdichtheid is afkomstig van de website CBSinuwbuurt (CBS, 2010). Deze website geeft statistische gegevens van alle buurten in Nederland. De gebruikte gegevens stammen

uit 2008 en 2009. Het CBS hanteert buurtgrenzen zoals die zijn vastgesteld door gemeenten in 2008. We zijn hier vooral geïnteresseerd in het 95 percentiel, dat zijn de 5% heetste dagen met de grootste hittestress. Dat komt neer op circa 15 dagen per jaar dat de gevoelstemperatuur (volgens de AWBGT- methode) boven de 27,7 graden komt. 27,7 graden is de norm waarboven hittestress optreedt. Resultaat is een tabel waarin per wijk staat wat de hoogte van het UHI is.

Aanbod

In recente Europese studies naar het Urban Heat Island-effect (onder andere in Londen, Berlijn, Stuttgart, Kassel en Manchester) is aangetoond dat de groenblauwe aders in de stad de omvang van het Urban Heat Island-effect beperken, met name in de omgeving van grote parken. Niet alleen stadsparken en bomen dragen bij aan het omlaag brengen van het UHI effect, maar ook om tuinen, groene daken, muurbeplanting, moestuinen en volkstuinen (zie ook Kader 17.1).