Koelere stad? Groenere stad!

De invloed van stedelijk groen op het afzwakken van stedelijke hitte-eilanden en het verbeteren van thermisch comfort: een case study in Leuven, België

Wie ‘s avonds na een windstille zomerse dag of gedurende een hittegolf de stad binnenkomt, heeft misschien al gemerkt dat de luchttemperatuur voelbaar kan stijgen. Deze plotse temperatuur toename valt te verklaren door het stedelijk hitte eiland effect en heeft nefaste gevolgen voor menselijke gezondheid en comfort. Toekomstprojecties tonen aan dat de klimaatsverandering zal leiden tot een toename in de frequentie en ernst van hittegolven. Dit in combinatie met een stijgende urbanisatie toont de noodzaak voor het uitwerken van efficiënte hittebeheerplannen om een goede levenskwaliteit binnen onze steden te garanderen.

Stedelijke concentratie van asfalt en beton

Het stedelijk hitte-eiland wordt gekenmerkt door hoge temperaturen in de binnenstad ten opzichte van deze in de landelijke en meer natuurlijke omgeving eromheen. Dit temperatuurverschil valt te verklaren door de stedelijke morfologie en de grote aanwezigheid van donkere ondoorlaatbare oppervlaktematerialen. Steden kennen een hoge en dichte bebouwing waaruit zonnestraling niet gemakkelijk kan ontsnappen. De windsnelheid ligt er ook lager, waardoor warmte minder snel kan worden afgevoerd. De typische constructiematerialen - asfalt en beton - kennen een lage reflectiegraad, hebben een hoge warmtecapaciteit en stralen meer infraroodstraling uit. Ze nemen dus meer warmte op dan een grasveldje of een pleintje met bomen. 

Groen als oplossing 

De aanplanting en uitbreiding van groene infrastructuren vormt een veelbelovende oplossing in het afzwakken van stedelijke hitte. Groen koelt zijn omgeving voornamelijk door evapotranspiratie, de verdamping via de huidmondjes van bladeren. Gedurende dit proces onttrekt de plant energie of warmte uit de omgeving waardoor de luchttemperatuur zal dalen. Daarnaast bieden groene infrastructuren ook schaduw en hebben ze een hoge reflectiegraad en lage warmtecapaciteit, ze reflecteren veel van de inkomende zonnestraling en nemen weinig warmte op. De verkoelende eigenschappen van stedelijk groen worden echter strek beïnvloed door hun compositie (de hoeveelheid en diversiteit) en hun configuratie (de ruimtelijke verspreiding in het landschap). Omdat steden meestal slechts een beperkte oppervlakte beschikbaar hebben voor stedelijk groen, is een optimale configuratie van groen noodzakelijk om hun verkoelend effect te maximaliseren. 

In dit onderzoek werd daarom het stedelijk hitte-eiland in Leuven onderzocht en werd het effect van de compositie en configuratie van stedelijk groen op de luchttemperatuur en het thermisch comfort geëvalueerd voor verschillende ruimtelijke en temporele schaalniveaus.

Onderzoek op basis van weerstations en satellietbeelden

In een eerste fase werd de ruimtelijke en temporele variatie van luchttemperatuur onderzocht met behulp van een dens netwerk van eenvoudige weerstations. De metingen van dit netwerk zijn live te volgen op https://leuven.cool. Door het gebruik van lokale klimaatzones werden de weerstations verdeeld langs een urbane gradiënt. Leuven en omgeving werd hiervoor ingedeeld in verschillende zones op basis van het percentage vegetatie, de hoogte en de densiteit van gebouwen. Om de correctheid van de metingen zelf na te gaan, werd een correctiemodel opgesteld. Hiervoor werden een viertal van onze eenvoudige weerstations geïnstalleerd in de directe nabijheid van de officiële meetapparatuur van het KMI. Door na te gaan welke meteorologische variabelen gecorreleerd zijn met het temperatuurverschil tussen onze weerstations en de officiële meetapparatuur uit Ukkel werd een predictiemodel voor het temperatuurverschil opgesteld. Dit model maakt het mogelijk om voor elk station een gecorrigeerde temperatuur te berekenen in functie van de lokale klimatologische omstandigheden.  

Vervolgens werd onderzocht hoe de compositie en configuratie van verschillende types groen de luchttemperatuur en het menselijk comfort kan beïnvloeden. Hiervoor werd een gedetailleerde groenkaart van Leuven, bestaande uit laag en hoog groen, gecreëerd met behulp van hoge-resolutie satellietbeelden en LiDAR data. De compositie en configuratie van stedelijk groen werd gekwantificeerd op meerdere ruimtelijke schaalniveaus met behulp van een reeks landschapsmetrieken.

Vooral nachtelijke verschillen 

Het stedelijk hitte-eiland in Leuven toonde gedurende de hittegolven van 2019 duidelijke dag-nacht variaties. Gedurende de nacht werd een hogere intensiteit van het stedelijke hitte eiland opgemeten. Deze intensiteit wordt berekend als het verschil tussen het koudste en warmste station. Zo zien we gedurende de nacht een gemiddeld temperatuurverschil van 5 à 6 °C, overdag zien we een maximum verschil van slechts 2 °C. Ook de kwantificatie van het thermisch ongemak, gebaseerd op zowel luchttemperatuur als relatieve vochtigheid, geeft gedurende de nacht grotere variaties.

Type, vorm en grootte van groen blijken van belang

Daarnaast zien we ook dat zowel de compositie als configuratie van stedelijk groen belangrijk is in het afzwakken van hitte. Niet alleen een hoger percentage groen maar ook grotere oppervlaktes groen met een meer complexe vorm en dus grotere omtrek zullen de luchttemperatuur significant doen dalen en zo hittestress verminderen. Het verkoelend effect van de verschillende types groen – laag en hoog groen- is ook verschillend. Gedurende de nacht blijkt laag groen, bestaande uit grasvelden en lage struiken, de belangrijkste verkoelende factor. Dit valt te verklaren door het feit dat groen overdag veel van de inkomende zonnestraling reflecteert en dus weinig warmte opslaat. De hoge sky view factor van laag groen zorgt er voor dat de warmte die wel wordt opgeslagen, ‘s nachts makkelijk opnieuw kan ontsnappen. Bij bomen daarentegen, wordt de warmte 's nachts wel vastgehouden. Overdag zien we het omgekeerde. Dan helpt voornamelijk hoog groen, bomen dus, om de luchttemperatuur te doen zakken. Bomen bieden gedurende de dag directe schaduw en koelen hun omgeving door evapotranspiratie. 

Op naar een efficiënter stedelijk hittebeheer

Deze resultaten maken alvast duidelijk dat stadsontwerpers rekening moeten houden met zowel de compositie als configuratie van groene infrastructuren. Verschillende types, vormen en groottes groen zullen nodig zijn om het thermisch comfort van stadsbewoners te verhogen gedurende dag en nacht. Verder onderzoek is nodig om lokale overheden te voorzien van meer specifieke richtlijnen voor het uitwerken van een efficiënter groenbeleid en doeltreffende hittebeheerplannen. Maar één ding is zeker: meer groen is nooit een slecht idee.