Wat is het stadseffect?
Aan het begin van de 19e eeuw merkte de Londense chemicus en weeramateur Luke Howard als eerste op dat het klimaat in steden wat anders is dan in het gebied daar buiten. Hij schreef dat het in dichtbebouwde gebieden in Londen, met name 's nachts en 's winters, warmer is dan op het platteland buiten de stad. Tussen toen en nu is internationaal vrij veel onderzoek gedaan naar dit 'stadsklimaat'. Stedelijke bebouwing blijkt invloed te hebben op diverse variabelen zoals temperatuur, wind en neerslag. Op deze pagina's zullen we het alleen hebben over temperatuur. Het woord 'stadseffect' wordt overigens ook gebruikt voor de ongewenste beïnvloeding van (meestal temperatuur-) metingen buiten de stad door nabijgelegen steden. Wij bedoelen hier met 'stadseffect' alleen de beïnvloeding van het klimaat in de stad zelf.

Tegenwoordig is op veel plekken op de wereld gebleken dat het in steden een stuk warmer is dan in het buitengebied (het 'stedelijk warmte-eiland' of 'urban heat island' (UHI)). Tijdens rustig, windstil weer, met name 's nachts, is dit effect het grootst. Ook overdag is het in de stad gemiddeld warmer, maar dan is het temperatuurverschil meestal minder groot. Ook binnen de stad zijn er temperatuurverschillen. In de dichtbebouwde centra van steden is het vaak het warmst, aan de randen en in parkachtige stukken is het stadseffect kleiner (zie figuur 1).

Figuur 1: Schematische weergave van het temperatuurverschil tussen de stad en het buitengebied

Oorzaken
De oorzaken van het stedelijk warmte-eiland verschillen overdag en 's nachts. Overdag wordt in steden 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. Verder is het oppervlak van steden vaak relatief donker van kleur, waardoor weinig zonlicht wordt teruggekaatst en veel zonnewarmte door het oppervlak wordt opgenomen. Ook is het zo dat het zonlicht dat weerkaatst wordt, in steden vaak weer richting een ander oppervlak kaatst, in plaats van terug naar de hemel. Zo heeft de zonnestraling dus meerdere 'kansen' om te worden geabsorbeerd.

's Nachts is het stedelijk warmte-eiland meestal het sterkst, en wordt het vooral veroorzaakt door een trage afkoeling. Nachtelijke afkoeling komt voor het grootste deel door de uitstraling van infraroodstralen door het aardoppervlak, waardoor warmte wordt verloren richting de hemel. In steden wordt een deel van het zicht op de hemel 'afgedekt' door gebouwen, waardoor een deel van deze stralingsenergie niet de lucht in verdwijnt, maar weer door gebouwen wordt geabsorbeerd. Deze warmte blijft hierdoor in de stad hangen. Dat effect is het sterkst in gebieden met veel hoge gebouwen, en wordt sterk bepaald door de fractie zicht vanaf de grond op de open hemel (de zgn. 'sky view factor' (SVF), zie Figuur 2). Ook bestaat het stedelijke oppervlak voor een groot deel uit asfalt, beton, bakstenen en andere materialen die traag afkoelen. Hierdoor wordt 's nachts de warmte van overdag nog lang afgegeven. Verder wordt in steden (vooral 's winters) veel energie gebruikt, waardoor veel warmte uit schoorstenen en uit gebouwen vrijkomt, die de stad extra opwarmt.

De sterkte en verdeling over de stad van het warmte-eiland worden door verschillende factoren bepaald. Dit zijn de belangrijkste:

De oppervlakte of het inwoneraantal van de stad.

De mate van verharding (van parkachtig tot geheel betegeld/geasfalteerd).

Het type bebouwing en de 'geometrie' van de stad (hoog- of laagbouw, breedte van de straten en dergelijke).

Materiaalgebruik (lichte of donkere materialen, gebruik van vegetatiedaken, enzovoort).

Meer en gedetailleerder informatie over de oorzaken van stadsklimaat is te vinden in de wetenschappelijke literatuur.

Figuur 2: Nachtelijke uitstraling bij een hoge 'sky view factor' (SVF) (open landschap) en lage SVF (veel bebouwing)

Effecten van het stedelijk warmte-eiland
Door het stadseffect heeft men in steden eerder last van 'hittestress': bij nachttemperaturen van 20 °C of meer (zomerse nachten) slapen veel mensen bijvoorbeeld slechter. Bij hittegolven zijn mensen minder productief, en ervaren vooral ouderen en anderen die hier gevoelig voor zijn, lichamelijke klachten. Ook de sterfte onder groepen die gevoelig zijn voor hitte stijgt dan sterk. Door het stadseffect wordt dit soort grenzen in steden vaker overschreden dan in het buitengebied, en zijn steden dus ook extra gevoelig voor de gevolgen van het opwarmende klimaat. Steden groeien nog steeds, waardoor het stadseffect waarschijnlijk alleen maar sterker zal worden.

Stadseffect is niet alleen negatief: in de winter zorgt de warmte van de stad juist voor minder energiegebruik en minder problemen bij extreme kou, zoals bevriezing en sterfte onder daklozen.

Kennis van het stadsklimaat in Nederland
Er is nog maar weinig bekend over de sterkte van het stedelijk warmte-eiland in Nederlandse steden. Het KNMI heeft (net als de meeste andere nationale weerinstituten) haar weerstations altijd juist buiten het stedelijk gebied gehouden, om 'verstoring' van de metingen door stadseffect te voorkomen. L.A. Conrads heeft in 1975 een promotieonderzoek afgerond, waarin hij aan de hand van metingen met een mobiel weerstation onderzoek deed aan het stadsklimaat van Utrecht. Meer wetenschappelijk onderzoek naar het Nederlandse stadsklimaat is niet beschikbaar. Wel is in de afgelopen jaren door een KNMI-onderzoeker gemeten met een temperatuursensor op een fiets. Hierover verschijnt in 2009 een artikel in het tijdschrift Zenit.

In het buitenland is meer onderzoek gedaan naar stadsklimaat dan in Nederland. Het is niet duidelijk in hoeverre de resultaten hiervan toepasbaar zijn op Nederlandse steden. Bij ons verschilt het klimaat immers van dat in de meeste andere landen, en de structuur van steden verschilt tussen landen ook sterk. Het huidige onderzoek, binnen een project van het onderzoeksprogramma Kennis voor Klimaat (zie onder 'Het onderzoek': opzet), probeert meer informatie te verzamelen, zodat gekeken kan worden hoe veel het stadsklimaat in Nederland lijkt op dat in andere landen.

De 'weerbus', het rijdende weerstation waarmee L.A. Conrads metingen verrichte aan het stadsklimaat van Utrecht, in het begin van de jaren '70. Uit: Conrads LA. 1975. Observations of meteorological urban effects: the heat island of Utrecht. PhD-Thesis.