De invloed van verstedelijking op de temperatuur temperatuurverschillen

Meetveld van het KNMI. Foto: Tineke Dijkstra, KNMI.

Een gastbijdrage van Frans Schrijver.

De hoeveelheid bebouwing en bestrating in een gebied blijkt van grote invloed op de gemiddelde temperatuur. Door dit urban heat island-effect is de temperatuur in steden tot wel 5°C hoger dan op het platteland. Door de toename in bebouwing en bestrating in de omgeving van weerstations rapporteren die nu hogere temperaturen dan in de tijd dat ze geplaatst werden, hetgeen een deel van de temperatuurstijging verklaart.

De invloed van verstedelijking op de temperatuur temperatuurverschillenHet is al lang bekend dat de temperatuur in stedelijke gebieden gemiddeld hoger is dan in landelijke gebieden. Door dit zogenaamde hitte-eilandeffect of urban heat island-effect kan het gemiddelde verschil in temperatuur tussen stad en platteland wel oplopen tot 5°C.

Het effect hangt samen met sterke verstedelijking van de laatste decennia. De grote hoeveelheden steen, beton, asfalt en staal in de dichtbebouwde omgeving absorberen veel meer warmte dan een natuurlijke omgeving en geven deze warmte in de nacht weer vrij. Door het ontbreken van veel beplanting is er ook minder afkoeling door verdamping van vocht. Verder wordt er in een bebouwde omgeving relatief meer energie verbruikt, wat ook kan bijdragen aan het effect. Een eenvoudig plaatje van verschillende meetstations in Berlijn op een willekeurige dag aan het eind van de nacht illustreert de verschillen duidelijk. Hoe dichter bij de stad, hoe hoger de temperatuur.

Dit hitte-eilandeffect heeft invloed op de temperatuurmetingen. Veel meetstations stonden oorspronkelijk in landelijk gebied. Door de toename in bebouwing en bestrating in de omgeving van weerstations rapporteren die nu hogere temperaturen dan in de tijd dat ze geplaatst werden. Stedelijke gebieden omvatten ongeveer 1% van het aardoppervlak, maar ongeveer de helft van alle weerstations bevindt zich in stedelijke gebieden. Het is duidelijk dat hierdoor een vertekend beeld kan ontstaan.

Omvang uhi-effect

In het onderzoek dat in de omgeving van Berlijn in 2018 is uitgevoerd door het Instituut voor Meteorologie aan de Vrije Universiteit (Huidong Li et al., 2018), is het UHI-effect gekwantificeerd door te kijken naar de temperatuur op basis van satellietmetingen (MODIS) in relatie tot de mate van verhardingsgraad van het oppervlak. Een landelijk gebied heeft daarbij een maximaal natuurlijke ondergrond en het centrum van een grote stad heeft een vrijwel 100% verhard oppervlak door bestrating en bebouwing.

Er blijkt een redelijk lineair verband tussen het UHI-effect en de verhardingsgraad. Afhankelijk van het tijdstip op de dag bedraagt het gemiddelde jaarlijkse verschil tussen de 4,1 en 5,7°C. Dit betekent dus dat het centrum van een grote stad gemiddeld circa 5°C warmer is dan een vergelijkbare plek op het platteland. Dit plaatst de opwarming van de aarde van de afgelopen 40 jaar van 0,5°C direct in perspectief: het UHI-effect is een factor 10 groter.

In België is in 2015 op basis van satellietmetingen een beeld gemaakt van de temperatuur aan de grond. Uit deze studie in opdracht van het MIRA blijkt ook hier een sterk verband te bestaan tussen de verhardingsgraad van een stad en de sterkte van het hitte-eilandeffect aan de grond: gemiddeld kan 66% van de nachtelijke temperatuurverschillen tussen de steden in Vlaanderen hierdoor verklaard worden. Het uhi-effect blijft niet beperkt tot de stadskernen, maar is -weliswaar in mindere mate- ook te zien in omliggende plaatsen.

De invloed van verstedelijking op de temperatuur temperatuurverschillen

Afbeelding 2: Het urban heat island effect in België

Impact op de temperatuurmetingen

Het is duidelijk dat het uhi-effect substantieel is. De vraag die opkomt is of het uhi-effect een deel van de gemeten opwarming van de aarde kan verklaren. Veel van de weermeetstations staan immers in een omgeving waar nu vaak veel meer bebouwing en bestrating is dan bij het begin van de metingen.

Een interessante illustratie van dit fenomeen is zichtbaar in onderstaande grafiek naar voorbeeld van Alan Langhurst. In de grafiek zijn de gemiddelde temperaturen weergegeven van landelijk gelegen weerstations en van alle weerstations in het land. De landelijke stations zijn geselecteerd door te kijken of ze binnen de rechthoek vallen zoals op het kaartje weergegeven. De landelijk gelegen stations laten in het geheel geen stijging van de temperatuur zien, terwijl alle stations samen (vooral vanaf 1975) een stijgende lijn laten zien.

De invloed van verstedelijking op de temperatuur temperatuurverschillen

Afbeelding 3: Verschil in gemeten temperatuur tussen landelijk gelegen weerstations en alle weerstations in Australië

De invloed van verstedelijking op de temperatuur temperatuurverschillen

Afbeelding 4: De gemeten temperatuur boven land (rood) stijgt sneller dan die boven zee (groen) en ook sneller dan op basis van satellietmetingen (blauw). Bron: Wood for Trees

Een andere indicatie dat het Urban Heat Island-effect invloed heeft op de temperatuurmetingen, is het steeds groter wordende verschil tussen de gemeten temperatuur boven land en die boven zee. In de grafiek zoals gemaakt op de website Wood for Trees is dat goed te zien. Het verschil is al opgelopen tot 0,5°C. Er kunnen uiteraard ook andere oorzaken zijn die dit verschil verklaren, maar het is opmerkelijk dat de oppervlaktetemperaturen boven land en zee lange tijd gelijk oplopen en dat pas vanaf 1980 er geleidelijk aan een steeds groter verschil komt tussen de meetwaarden. Bovendien zijn sinds 1979 ook temperatuurreeksen op basis van de UAH-satellieten beschikbaar. In de grafiek zijn deze waarden in een blauwe lijn weergegeven. Deze volgt nauwkeurig het verloop van de gemeten temperatuur boven zee, wat aannemelijk maakt dat er een afwijking in de landmeting zit.

Het IPCC stelt in haar rapporten dat de verstedelijking en wijzigingen in landgebruik reële invloed hebben op de temperatuurmetingen, maar acht het onwaarschijnlijk dat ongecorrigeerde uhi-effecten een invloed hebben gehad van meer dan 10% op de door haar gerapporteerde temperaturen (IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis, pag 189). Het IPCC houdt er dus rekening mee dat bij sommige meetstations gecorrigeerd moet worden voor het effect. Het hierboven weergegeven kaartje van België maakt ook aannemelijk dat dit nodig is.

Nederlandse temperatuurmetingen

Vanuit het KNMI zijn verschillende onderzoeken in het verleden uitgevoerd naar het uhi-effect. Het onderzoek van Brandsma et al. van 2003 en het latere onderzoek in 2010 hebben vooral gekeken naar de advectie (warme wind) van omliggende steden (met name Utrecht). De onderzoekers kwamen tot de conclusie dat het opwarmend effect daarvan ongeveer 0,1°C (2003), respectievelijk 0,14°C (2010) bedroeg. Een en ander heeft erin geresulteerd dat het KNMI in de maandelijkse temperatuurreeks van De Bilt een correctie voor stadswarmte heeft opgenomen van 0,11°C per eeuw. In 2016 heeft het KNMI echter ook een andere homogenisatie doorgevoerd, waarbij de temperaturen van voor 1950 juist zijn verlaagd, dus precies tegengesteld aan wat je zou verwachten.

In Nederland wordt dus gecorrigeerd voor het UHI-effect, maar het is de vraag of dat in voldoende mate gebeurt. In het onderzoek van Brandsma is Soesterberg als referentie gebruikt. In de omgeving van Soesterberg is de bebouwing ook toegenomen, maar minder dan in de omgeving van De Bilt. In Soesterberg zijn meetgegevens beschikbaar over de periode van 1951 tot 2007. Opmerkelijk is dat in die periode (zelfs inclusief de homogenisatie van 0,11°C per eeuw) de gemiddelde temperatuur in De Bilt met 0,60°C per eeuw sneller is toegenomen dan in Soesterberg. Dat komt overeen met meer dan 30% van de totale temperatuurstijging in De Bilt.

 

De invloed van verstedelijking op de temperatuur De temperatuurverschillen door het Urban Heat Island-effect zijn groot

Afbeelding 5: De bebouwing rond De Bilt in 1900

De invloed van verstedelijking op de temperatuur De temperatuurverschillen door het Urban Heat Island-effect zijn groot 

Afbeelding 6: De bebouwing rond De Bilt in 2021

De waarde van 0,11°C per eeuw lijkt ook erg klein ten opzichte van de grote verschillen tussen stad en platteland die hierboven bij het Duitse en Belgische onderzoek naar voren zijn gekomen. Het KNMI heeft dan ook alleen gekeken naar de advectie vanuit Utrecht. Uit het meer recente Duitse en Belgische onderzoek komt naar voren dat juist de verhardingsgraad in de omgeving van het meetpunt bepalend is voor de stijging van de temperatuur. Uit een vergelijking van de twee landkaarten (van 1900 en nu) is direct te zien hoeveel er in 120 jaar in De Bilt en omgeving aan bebouwing en bestrating is bijgekomen.

Ook voor de omgeving van het weerstation van het KNMI in De Bilt is een warmtekaart beschikbaar op basis van de MODIS-satellietmetingen. Hieruit blijkt het UHI-effect voor het weerstation in De Bilt ongeveer 0,54°C te bedragen. Ook dit is een belangrijke aanwijzing dat het KNMI op dit moment te hoge temperaturen rapporteert.

De invloed van verstedelijking op de temperatuur De temperatuurverschillen door het Urban Heat Island-effect zijn groot

Afbeelding 7: De gemiddelde temperatuur is bij het KNMI in De Bilt door het warmte-eilandeffect nu 0,54°C hoger dan het zonder die bebouwing was. Bron: Atlas Natuurlijk Kapitaal.

 

De invloed van verstedelijking op de temperatuur De temperatuurverschillen door het Urban Heat Island-effect zijn groot

Frans Schrjjver.

Conclusies

De temperatuurverschillen door het Urban Heat Island-effect zijn groot. Indien de bebouwing en bestrating ook in de omgeving van weerstations is toegenomen, leidt dat tot metingen die een te hoge opwarming veronderstellen. Het feit dat de gemeten temperatuur boven land sneller toeneemt dan de temperatuur boven zee is hiervoor een belangrijke indicatie. Voor het weerstation van het KNMI in De Bilt lijkt dit ook zo te zijn. Uit de vergelijking met het referentiestation Soesterberg en uit satellietmetingen blijkt een UHI-effect van ruim 0,5°C, veel meer dan waar nu rekening mee wordt gehouden.

***

Bron hier.