Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut; Ministerie van Verkeer en Waterstaat

 
Klimaat
Veelgestelde vragen
Waarnemingen

Hoe draagt het stadseffect bij aan de opwarming?
In steden is het gemiddeld warmer dan op het platteland. Dit komt door het zogenoemde warmte-eiland effect (of stadseffect). In grote steden kan het verschil tussen stadscentrum en de omgeving ’s nachts meer dan 5 graden Celsius bedragen. Een bekende vraag is of temperatuurmetingen beïnvloed worden door de nabijgelegen bewoonde omgeving. Critici menen dat de waargenomen wereldwijde opwarming voor een belangrijke deel is toe te schrijven aan de groeiende stedelijke en industriële gebieden.

In haar rapport uit 2007 stelt het IPCC dat het stedelijk warmte-eiland effect bestaat maar dat het lokaal is. De invloed op mondiale temperatuurtrends is verwaarloosbaar: 0,006 graden Celcius per decennium boven land en nul boven de oceanen. Dit is veel kleiner dan de gemeten mondiale temperatuurstijging van bijna 0,2 graden per decennium. Het lijkt dus vrij duidelijk dat het stadseffect niet de hoofdoorzaak kan zijn van de waargenomen wereldwijde opwarming in de afgelopen 35 jaar.

Oorzaken

De oorzaken van het stedelijk warmte-eiland verschillen overdag en 's nachts. Overdag wordt in steden meer inkomende zonnestraling omgezet in warmte dan op het platteland:
  • In steden wordt weinig zonnewarmte gebruikt voor het verdampen van water, doordat het oppervlak erg droog is in vergelijking tot dat van agrarisch gebied en natuurgebied. Daardoor blijft relatief veel energie over voor het opwarmen van de lucht.
  • Het oppervlak van steden is vaak relatief donker van kleur, waardoor weinig zonlicht wordt teruggekaatst en veel zonnewarmte door het oppervlak wordt opgenomen.
  • Het zonlicht kaatst in steden vaak richting een ander oppervlak, in plaats van terug naar de hemel.
  • In steden wordt (vooral 's winters) veel energie gebruikt. De warmte die uit schoorstenen en uit gebouwen vrijkomt warmt de stad extra op.

's Nachts is het stedelijk warmte-eiland meestal het sterkst. Het wordt vooral veroorzaakt door:

  • Nachtelijke afkoeling komt voor het grootste deel door de uitstraling van infraroodstraling door het aardoppervlak.In steden wordt een deel van het zicht op de hemel 'afgedekt' door gebouwen. Hierdoor wordt een deel van de stralingsenergie door gebouwen geabsorbeerd en verdwijnt het niet in de lucht.
  • Het stedelijke oppervlak bestaat voor een groot deel uit asfalt, beton, bakstenen en andere materialen die traag afkoelen.
Figuur 1: Schematische weergave van het temperatuurverschil tussen de stad en het buitengebied (Bron: KNMI)

Rotterdam
In 2009 is het stedelijk warmte-eiland effect in Nederland in kaart gebracht. Dit gebeurde bijvoorbeeld in Rotterdam. Op warme dagen werden temperatuurmetingen gedaan met behulp van een bakfiets die is omgebouwd tot een mobiel meetplatform. De temperaturen die in de stad werden gemeten, werden vergeleken met de metingen van het KNMI-station Zestienhoven.

De metingen laten zien dat het temperatuurverschil ’s nachts gemiddeld het grootst is – tot 1 graden Celsius. ’s Ochtends rond zonsopkomst neemt het weer sterk af (Heusingveld et al, 2010).

Doorwerking in mondiale temperatuur
De invloed van verstedelijking op de mondiale temperatuurstijging is klein. Dit betekent niet dat de invloed van verstedelijking op de gemeten temperatuur ook klein is.

Critici stellen dat temperatuurmetingen worden vertekend doordat weerstations in de buurt van steden een te hoge temperatuur meten. Daardoor zou een groot deel van de gemeten wereldwijde opwarming toe te schrijven zijn aan verstedelijking en niet aan het broeikaseffect.

Hoewel de meeste weerstations buiten de stad staan, kunnen gemeten temperaturen toch zijn beïnvloed door nabijgelegen steden. Een voorbeeld daarvan is het weerstation in De Bilt. De metingen op dat station zijn beïnvloed door de groei van de omringende steden, vooral Utrecht. Brandsma et al. (2003) schatten de bijdrage van stadswarmte op temperatuurtrend in De Bilt in de 20ste eeuw op 0, 10°C. Dat is ongeveer 10% van de totale trend.

Het is mogelijk dat de reconstructie van mondiale temperatuur gekleurd is, als metingen in (kleine) gebieden met sterk toenemende verstedelijking ten onrechte worden gezien als representatief voor grotere gebieden. Een meetserie op een dergelijke plek kan daarom beter niet gebruikt worden in een trendanalyse van de temperatuur voor een veel groter gebied, tenzij er een correctie wordt toegepast.

Daarom worden in reconstructies van mondiale temperatuurtrends vanaf 1851 tot nu statistische technieken toegepast, die voorkomen dat deze meetseries de temperatuurtrend over een veel groter gebied bepalen. Voorbeelden van dergelijke technieken zijn het simpelweg uitsluiten van die metingen of de afwijkingen te corrigeren.

Uitsluiten
Uitsluiten van meetstations is niet eenvoudig, want het is het op de meeste plekken niet duidelijk hoe groot het stadseffect is en op welke afstand van steden dit effect verwaarloosbaar is. De vraag is wanneer een meetlocatie als stedelijk of als landelijk gezien moet worden (Peterson and Owen, 2005). Tevens kan op een huidige meetlocatie, ver buiten het stedelijke gebied, in het verleden wel intensief gebouwd zijn.

Een poging om stedelijke en niet-stedelijke meetstations van elkaar te scheiden is gedaan door Peterson et.al. (1999). Stedelijke gebieden zijn hierbij van landelijke gebieden onderscheiden met behulp van kaarten en satellietopnames van nachtelijke verlichting. Er werd geen verschil geconstateerd tussen de temperatuurtrends die werden berekend uit zowel het totale aantal meetstations (7.280) en berekeningen waarin alleen de stations ver verwijderd van elke stedelijke invloed (2.290) werden meegenomen.

In 2006 volgde Parker een andere aanpak om een idee te krijgen van hoe sterk de mondiale temperatuurtrend is gekleurd door toenemende verstedelijking. Op dagen met veel wind is het stedelijk warmte-eiland effect klein, omdat de lucht in de stad voortdurend wordt ververst met lucht vanaf het platteland. De reconstructie van de mondiale temperatuur nabij het oppervlak is dan mogelijk minder gekleurd dan op dagen met weinig wind. Er bleek weinig verschil in trends tussen dagen met veel en dagen met weinig wind.

Uit verschillende onderzoeken blijkt dus dat de mondiale temperatuurtrend nauwelijks of niet wordt beïnvloed door het stadseffect.

Laatste update: 13 oktober 2011

Meer lezen:
Artikel over GeoProfile metadata (Int. Journal of Climatology)
Onderzoek stadsklimaat (KNMI website)
Onderzoek warmte-eiland effect Rotterdam, Arnhem en Nijmegen (Nieuws augustus 2009)

Referenties:
Brandsma, T., G.P. Können and H.R.A. Wessels, Empirical estimation of the effect of urban heat advection on the temperature series of De Bilt (The Netherlands), International Journal of Climatology 23, pp. 829-845, 2003.

Heusinkveld, B.G., L.W.A. van Hove, C.M.J. Jacobs, G.J. Steeneveld, J.A. Elbers, E.J. Moors, A.A.M. Holtslag, 2010. Use of mobile platform for assessing urban heat stress in Rotterdam. Proceedings of the 7th Conference on Biometeorology. Alberts-Ludwigs-University of Freiburg, Germany, 12-14 April 2010, 433-438.

Peterson, T.C. and T.W. Owen, Urban heat island assessment: Metadata are important, Journal of Climate 18, pp. 2637-2646, 2005.

Peterson, T.C., K.P. Gallo, J. Lawrimore, T.W. Owen, A. Huang and D.A. McKittrick, Global rural temperature trends, Geophysical Research Letters 26(3), pp. 329-332, 1999.

Parker, D.E., A demonstration that large-scale warming is not urban, Journal of Climate 19, pp. 2882-2895, 2006.