Het stedelijk warmte-eiland effect is niet de hoofdoorzaak van de mondiale temperatuur toename. Het fenomeen is wel een belangrijk gevolg van landgebruik op het lokale klimaat. Uit onderzoek weergegeven in het recente IPCC rapport (IPCC, 2007) blijkt dat het effect ten hoogste een stijging van 0,006 graden Celsius kan bijdragen aan de mondiale temperatuurstijging. Wel blijft onduidelijk hoe groot de invloed van dit effect op temperatuurmetingen boven land is. Dit compliceert de correctie van langjarige meetreeksen voor dit effect. Het laatste woord is hier dan ook nog niet over gezegd. Tegelijkertijd komt er meer en meer aandacht voor het stadseffect, omdat het wel van grote invloed is op lokale neerslag en luchtkwaliteit.

Het effect nader verklaard
Voor iedereen aan te bevelen: ga na een zomers dagje winkelen naar het dichtstbijzijnde stadspark om een koel drankje te drinken. De schaduw en de koele vochtigheid van de bomen zijn een verademing na de zinderende hitte tussen het winkelend publiek. Vooral 's avonds merk je dat het Vondelpark in Amsterdam, dat midden in de stad ligt, sneller afkoelt dan de omliggende straten. Een aantal weerstations, die oorspronkelijk gelegen waren in rurale gebieden en die gebruikt worden om de historische temperatuurontwikkeling op aarde vast te leggen, zijn in de afgelopen anderhalve eeuw langzaam aan door steden opgeslokt. De eventuele opwarming, die deze stations gemeten hebben, is dus deels 'vervuild' door het effect van verstedelijking.

Behalve via het versterkte broeikaseffect, beïnvloedt de mens het klimaat ook via andere processen. Vooral lokaal en regionaal hebben veranderingen in landgebruik een grote invloed op temperatuur, wind en neerslag (Foley et.al., 2005). Veranderingen in landgebruik zijn bijvoorbeeld ontbossing, (her)bebossing en de uitbreiding van steden en industriegebieden. Het stedelijk warmte-eiland effect is een belangrijk voorbeeld van de gevolgen van landgebruik op het plaatselijk klimaat. Het effect houdt in dat in stedelijke gebieden de luchttemperatuur bij het oppervlak hoger is dan in omringende landelijke gebieden, vooral ‘s nachts. De oorzaak is onder andere een verschil in absorptie, afgifte en weerkaatsing van zonnestraling en warmte, een verschil in wateropslag en afkoelende verdamping, door vegetatie en bodem en de lokale warmteproductie van mens en machine.

Twee voorbeelden: China en de Bilt
De snelle verstedelijking in China vormt een extreem geval. Een recente studie (Zhou et.al., 2004) beschrijft dat van 1978 tot 2000 het bruto nationaal product (een indirecte maat voor industriële activiteit) groeide met gemiddeld 9,5% per jaar. In deze periode van ruim twintig jaar, vertienvoudigde het aantal kleine steden van ruim tweeduizend tot ruim twintigduizend, groeide het aantal grote steden van 190 tot 663 en steeg het percentage van de bevolking dat leeft in stedelijke gebieden van 18% naar 39%. Volgens de auteurs is verstedelijking in Zuidoost China (het meest verstedelijkte deel) verantwoordelijk voor 0,12ºC van de totale 0,55ºC stijging in de minimum (nacht)temperatuur in dit gebied van 1979 tot 1998 en voor een heel lichte daling van de maximum dagtemperatuur. Het verschil tussen minimum en maximum temperaturen in deze periode daalde met 0,20ºC, waarvan het grootste deel (0,13ºC) te wijten zou zijn aan verstedelijking. Dit is belangrijk om op te merken, omdat een afnemend verschil in minimum en maximum temperaturen over een etmaal ook een van de aanwijzingen is voor een versterkt broeikaseffect. Gezien de snelheid van veranderingen in China kan men ervan uitgaan, dat de invloed van verstedelijking op andere plekken en in andere tijdsperiodes kleiner is.

Ook rond het meetstation in De Bilt is de verstedelijking toegenomen. Onderzoekers van het KNMI denken dat ongeveer 10% van de waargenomen temperatuurstijging bij dit meetstation in de 20ste eeuw (een stijging van 1,0ºC) te wijten valt aan de toegenomen aanvoer van warmte vanuit Utrecht, Zeist en De Bilt zelf (Brandsma et.al., 2003). In een andere recente studie wordt geconcludeerd dat wereldwijd over de jaren 1979-2001 de trend in temperatuur nabij het oppervlak groter is in gebieden waar de CO2 emissies hoger liggen (De Laat and Maurellis, 2006). Die plaatselijke CO2 emissies kunnen worden gezien als een maat voor lokale industriële activiteit. Het (statistische) verband tussen de versterkte trend in temperaturen en industriële activiteit geldt in deze studie voor ruwweg 10% van het aardoppervlak, waar de trend tot twee maal groter is dan gemiddeld boven land. Merk op dat dit verband niet aangeeft of die versterkte trend veroorzaakt is door het stedelijk warmte-eiland effect. Verder wordt in deze studie geen rekening gehouden met andere factoren zoals de dalende trend in sulfaataerosolen. Met name in Noord-Amerika, West-Europa en Japan zijn in de zeventiger jaren zwavelafvangers gebouwd. Een dalende trend van sulfaataerosolen geeft een stijgende temperatuurtrend.

Beïnvloedt stedelijk warmte-eiland effect de berekening van de mondiale temperatuurtrend?
Heel belangrijk is om op te merken dat zelfs als de invloed van verstedelijking op de reële mondiale temperatuurstijging (die niet direct meetbaar is) klein is, dit niet automatisch wil zeggen dat de invloed van verstedelijking ook klein is op de berekening van de trend in de temperatuur voor grotere gebieden. 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. Inderdaad worden in reconstructies van mondiale temperatuurtrends vanaf 1851 tot nu statistische technieken toegepast, om te voorkomen dat meetseries die een afwijkend gedrag laten zien (bijvoorbeeld vanwege sterk toegenomen lokale verstedelijking) ten onrechte de trend in temperatuur over een veel groter gebied bepalen. Voorbeelden van dergelijke technieken zijn het simpelweg uitsluiten van die metingen of de afwijkingen te corrigeren met behulp van filtering (zie bijvoorbeeld Brohan et.al., 2006).

Uitsluiten van meetstations is niet eenvoudig, omdat het op de meeste plekken niet duidelijk is hoe groot het effect van verstedelijking is en op welke afstand van steden het stedelijk warmte-eiland 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 al gedaan in 1999 door Peterson et.al. (1999). Stedelijke gebieden zijn hierbij onderscheidden van landelijke gebieden met behulp van kaarten en satellietopnames van nachtelijke verlichting. Er was geen verschil geconstateerd tussen de temperatuurtrends, berekend uit zowel het totale aantal meetstations (7.280) als alleen de stations in het landelijke gebied (2.290).

In 2006 voerde Parker een andere eenvoudige test uit om een idee te krijgen van hoe erg de mondiale temperatuurtrend is gekleurd door toenemende verstedelijking. Op dagen met veel wind is het stedelijk warmte-eiland effect klein, omdat de warmte in de stad makkelijker loskomt en beter wordt gemengd in de atmosfeer. De reconstructie van de mondiale temperatuur nabij het oppervlak is dan mogelijk minder gekleurd dan op dagen met weinig wind. In figuur 1 is te zien dat trends in de wereldgemiddelde temperatuur, voor dagen met veel en dagen met weinig wind, vergelijkbaar zijn. Figuur 1: Jaarlijks, mondiaal gemiddelde afwijking (t.o.v. het 1961-1990 gemiddelde) in de minimum (nacht) temperatuur op dagen met veel (gestreept) en weinig (gestippeld) wind.
Bron: Parker et. al.(2006)

Stadseffect niet hoofdoorzaak opwarming
Uit onderzoek weergegeven in het recente IPCC rapport (IPCC, 2007) blijkt dat het stedelijk warmte-eiland effect ten hoogste 0,006 graden Celsius kan hebben bijdragen aan de mondiale temperatuurstijging.Het lijkt dus vrij duidelijk dat het stadseffect niet de hoofdoorzaak kan zijn van de waargenomen wereldwijde opwarming in de afgelopen 25 jaar. Wel blijft onduidelijk hoe groot de invloed van dit effect op temperatuurmetingen boven land is. Dit compliceert de correctie van langjarige meetreeksen voor dit effect. Het laatste woord is hier dan ook nog niet over gezegd. Tegelijkertijd komt er meer en meer aandacht voor het stadseffect omdat het wel van grote invloed is op lokale neerslag en luchtkwaliteit.

Meer lezen:
Mahmood, R., S.A. Foster, D. Logan, The GeoProfile metadata, exposure of instruments, and measurement bias in climatic record revisited, International Journal of Climatology 26, pp. 1091-1124, 2005.

Referenties:
Foley, J.A., R. DeFries, G.P. Asner, C. Barford, G. Bonan, S.R. Carpenter, F.S. Chapin, M.T. Coe, G.C. Daily, H.K. Gibbs, J.H. Helkowski, T. Holloway, E.A. Howard, C.J. Kucharik,1 C. Monfreda, J.A. Patz, I.C. Prentice, N. Ramankutty and P.K. Snyder Global consequences of land use, Science 309, pp. 570-574, 2005.

Zhou, L., R.E. Dickinson, Y. Tian, J. Fang, Q. Li, R.K. Kaufmann, C.J. Tucker and R.B. Myneni, Evidence for a significant urbanization effect on climate in China, Proceedings of the National Academy of Science 101, pp. 9540-9544, 2004.

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.

De Laat, A.T.J. and A.N. Maurellis, Evidence for influence of anthropogenic surface processes on lower tropospheric and surface temperature trends, International Journal of Climatology 26, pp. 897-913, 2006.

Brohan, P., J.J. Kennedy, I. Harris, S.F.B. Tett and P.D. Jones, Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: A new dataset from 1850, Journal of Geophysical Research 111, D12106, pp. 1-21, 2006.

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.