Post on 21-Jun-2015
description
13/04/2023
De verbetering van stedelijke parameterisatie in regionale klimaatsmodellen Het belang van radiatieve en thermische eigenschappen, anthropogene warmte en wateropslag
Doctoraat Hendrik Wouters (Mei 2014)
13/04/2023 2© 2014, VITO NV
Veranderingen in de globale samenleving» Wereldbevolking neemt
toe » 1800 -> 2014
» 1 miljard -> 7 miljard
» De welvaart neemt toe
13/04/2023 3© 2014, VITO NV
Resultaat: uitbreiding van steden!
13/04/2023 4© 2014, VITO NV
Stedelijke uitbreiding
figure from Poelmans and Van Rompaey., 2009
13/04/2023 5© 2014, VITO NV
Stedelijke uitbreiding
figure from Poelmans and Van Rompaey., 2009
13/04/2023 6© 2014, VITO NV
En dat zullen ze blijven doen
Figure from Van de voorde et al., 2013.
(MOLAND land-use change model)
13/04/2023 7© 2014, VITO NV
Het gevolg…
» Drastische lokale klimaatswijzigingen …. hogere temperaturen!» Stedelijk hitte-eiland (SHE)
13/04/2023 8© 2014, VITO NV
Het gevolg…
» Drastische lokale klimaatswijzigingen …. hogere temperaturen!» Stedelijk hitte-eiland (SHE)
» Hoofdzakelijk het resultaat van twee processen SW HE
13/04/2023 10© 2014, VITO NV
voelbare warmte
atmosfeer
opslag in de grond
13/04/2023 11© 2014, VITO NV
voelbare warmte
opslag in de grond
atmosfeer
13/04/2023 12© 2014, VITO NV
Gevangen zonnestraling
Droog oppervlak: geen verdaming
voelbare warmte
opslag in de grond
atmosfeer voelbare warmte
efficiënte omzetting
efficiënteopslag in de
bouwmaterialen
atmosfeer
13/04/2023 13© 2014, VITO NV
voelbare warmte
Gevangen infraroodstraling
opslag in de grond
atmosfeer
Gevangen zonnestraling
Droog oppervlak: geen verdaming
voelbare warmte
efficiënte omzetting
efficiënteopslag in de
bouwmaterialen
atmosfeer
13/04/2023 14© 2014, VITO NV
Gevangen infraroodstraling
voelbare warmte
atmosfeer
opslag in de grond
Heet oppervlak
Gevangen zonnestraling
Droog oppervlak: geen verdaming
voelbare warmte
efficiënte omzetting
efficiënteopslag in de
bouwmaterialen
atmosfeer
13/04/2023 15© 2014, VITO NV
proces
afgiftetijdensde nacht
veelopgeslagen
warmte
atmosfeer
opslag in de grond
Afkoeling heet oppervlak
voelbare warmte
atmosfeer
SW
SW
13/04/2023 16© 2014, VITO NV
proces
AfgiftetijdensDe nacht
VeelOpgeslagen
warmte
atmosfeer
opslag in de grond
Afkoeling heet oppervlak
atmosfeer
SW
SWvoelbare warmte
13/04/2023 17© 2014, VITO NV
13/04/2023 18© 2014, VITO NV
2. Menselijke activiteit
13/04/2023 19© 2014, VITO NV
2. Menselijke activiteit: hitte-emissie
-> gebruikte energie wordt omgezet in warmte -> de lucht in!
HE
13/04/2023 20© 2014, VITO NV
Vb. nachtelijk warmte-eiland van Parijs
Parijs
SW HEFigure fromWouters et al. 2012
13/04/2023 21© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland… Big deal?
» aangenamere temperaturen» verlengd bloeiseizoen» infrastructuur» luchtkwaliteit
13/04/2023 22© 2014, VITO NV
» hittestress» meer slachtoffers in steden
tijdens hittegolven» evenementen» energieconsumptie (air-co)
» infrastructuur» luchtkwaliteit
Stedelijk warmte-eiland… Big deal?
13/04/2023 23© 2014, VITO NV
+ Globale klimaatsverandering!
13/04/2023 24© 2014, VITO NV
Probleem…
» Weer en klimaat simuleren met een veel gebruikt Europees regionaal klimaatmodel:» Gedetailleerde temperatuur -en
neerslagkaarten voor de toekomst (België)? » Stedelijk hitte-eiland?
globaal vs. regionaal
13/04/2023 25© 2014, VITO NV
» Model aanpassen om in rekening te brengen, » met name de processen en » voor de verschillende seizoenen en weersomstandigheden» zo efficiënt mogelijk
» Toepassing: nagaan welk van de processen en het meest bijdragen tot het huidige hitte-eiland voor Belgische steden, » seizoensvariabiliteit?
Hoofddoel?
SW HE
SW HE
13/04/2023 26© 2014, VITO NV
Hoofddoel?
» Welke maatregelen zijn belangrijk om in de toekomst steden zo leefbaar, weerbaar en duurzaam mogelijk te maken?
leefbaar
duurzaamweerbaar
slimmesteden
13/04/2023 27© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
13/04/2023 28© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel: 2 componenten.
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,verdamping,
Opwaartse stralingAfremming van de wind
Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
13/04/2023 29© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten.
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,verdamping,
Opwaartse stralingAfremming van de wind
Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
SW HE
13/04/2023 30© 2014, VITO NV
Loskoppelen landoppervlakmodel!
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,verdamping,
Opwaartse stralingAfremming van de wind
Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
Observaties!
SW HE
13/04/2023 31© 2014, VITO NV
Loskoppelen landoppervlakmodel!
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,verdamping,
Opwaartse stralingAfremming van de wind
Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
Observaties! Aandrijven
Evaluatie
SW HE
13/04/2023 32© 2014, VITO NV
Evaluatie stedelijke energiebalans
Opwaartse infraroodstralingg
Voelbare warmtenaar atmosfeer
Verdamping
Gereflecteerdezonnestraling
13/04/2023 33© 2014, VITO NV
Loskoppelen landoppervlakmodel!
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,verdamping,
Opwaartse stralingAfremming van de wind
Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
Observaties! Aandrijven
Evaluatie
SW HE
13/04/2023 34© 2014, VITO NV
Regionaal klimaatmodel? 2 componenten.
Landoppervlakmodel
Atmosfeermodel
Voelbare warmte,verdamping,
Opwaartse stralingAfremming van de wind
Temperatuur, Neerslag,
WindNeerwaartse straling
SW HE
13/04/2023 35© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
Model voor weersvoorspeling
Vegetatie in lente (%)
regionaal klimaatsmodel
13/04/2023 36© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
Vegetatie in lente (%)
Model voor weersvoorspeling
regionaal klimaatsmodel
13/04/2023 37© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
Vegetatie in lente (%)
SW ?
Model voor weersvoorspeling
regionaal klimaatsmodel
13/04/2023 38© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
regionaal klimaatsmodel
Vegetatie in lente (%)
SW
Model voor weersvoorspeling
13/04/2023 39© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
Vegetatie in lente (%)
Verharding (%)
SW
Model voor weersvoorspeling
regionaal klimaatsmodel
13/04/2023 40© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
Model voor weersvoorspeling
Vegetatie in lente (%)
Verharding (%)
SW
regionaal klimaatsmodel
13/04/2023 41© 2014, VITO NV
Modelconfiguratie
Vegetatie in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
Model voor weersvoorspeling
regionaal klimaatsmodel
13/04/2023 42© 2014, VITO NV
Metingen stedelijk hitte-eiland
» Antwerp
Antwerpen
“Aren’t we a bunch of modelers?”
13/04/2023 43© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
13/04/2023 44© 2014, VITO NV
Stedelijk hitte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 45© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 46© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 47© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 48© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 49© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 50© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 51© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 52© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 53© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 54© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 55© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 56© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 57© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 58© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
weersvoorspelling
regional klimaatsmodel
Vegetation in lente (%)
Verharding (%)
SWHE+
13/04/2023 59© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 60© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 61© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 62© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 63© 2014, VITO NV
Stedelijk warmte-eiland van Antwerpen
Uur van de dag
Uur van de dag
Zomer(2012/07/21 -> 2012/08/20)
Winter(2013/01/21 -> 2013/02/20)
Uur van de dag Uur van de dag
13/04/2023 64© 2014, VITO NV
En voor andere steden in België?
13/04/2023 65© 2014, VITO NV
geen stedelijke opbouwanthropogene warmte
SW HE+ SW HE+
SW HE+
MiddernachtZomer
13/04/2023 66© 2014, VITO NV
SW HE+ SW HE+
SW HE+SW HE+
MiddernachtZomer
13/04/2023 67© 2014, VITO NV
SW HE+ SW HE+
SW HE+SW HE+
SW
HE
MiddernachtZomer
13/04/2023 68© 2014, VITO NV
SW HE+ SW HE+
SW HE+SW HE+
SW HE
SW
HE
MiddernachtZomer
13/04/2023 69© 2014, VITO NV
+ ++
SW HEHESW
MiddernachtZomer
13/04/2023 70© 2014, VITO NV
+ ++
SW HEHESW
=
MiddernachtZomer
13/04/2023 71© 2014, VITO NV
+ ++
SW HEHESW
=
MiddernachtZomer
13/04/2023 72© 2014, VITO NV
+ ++
SW HEHESW
=
MiddernachtZomer
+1.97K +0.86K -0.33K
+2.50K
Brussel
13/04/2023 73© 2014, VITO NV
+
SW HEHESW
=
BrusselMiddernacht
Winter
+
+0.45K +1.27K +0.15K
+1.87K
+
13/04/2023 74© 2014, VITO NV
+
SW HEHESW
=
BrusselMiddernacht
Winter
+
+0.45K +1.27K +0.15K
+1.87K
+
13/04/2023 75© 2014, VITO NV
Besluiten
» Stedelijke parameterisatie is ontwikkeld voor een Europees regionaal klimaatmodel» Inzetbaar voor stedelijke klimaatprojecties rekening houdend met de
verschillende seizoenen en weerscondities» Zowel als en hun bepalen de intensiteit van het
hitte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch
comfort moeten in rekening gebracht worden voor elk seizoen i.k.v.» Klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding» Mitigatie van globaal en stedelijk klimaat
» …
SW HEHESW
13/04/2023 76© 2014, VITO NV
Waterplassen op verharde oppervlakken
13/04/2023 77© 2014, VITO NV
Waterplassen op verharde oppervlakken
» Energiebalans: energieverlies via verdamping » (oppervlakte) Temperatuur
» Waterbalans: wateroponthoud vs. tempo afvloeiing vs. tempo verdamping» overstromingen» luchtvochtigheid en neerslag
13/04/2023 78© 2014, VITO NV
Waterplassen op verharde oppervlakken
» Veronderstel een distributie van water-reservoirs op verharde oppervlakken dat lineair daalt met hun diepte.
» Na regenval is er een homogene verdamping van de reservoirs
» Resulterende relatie:
13/04/2023 79© 2014, VITO NV
Relatie…
13/04/2023 80© 2014, VITO NV
Relatie…
Fractie verharde oppervlakken bedekt door stilstaande waterplassen
Maximale fractie
Maximale watercapaciteit verhardeoppervlakken
Hoeveelheid water op verharde oppervlakken
reservoirparameters
13/04/2023 81© 2014, VITO NV
Afschatting reservoirparameters verharde oppervlakken
» Jaarsimulaties van de stedelijke energiebalans voor Toulouse centrum + vergelijking met observaties voor verdamping na regenval:» Maximaal 1,31±0,20 liter water per vierkante meter verhard oppervlak» Plassen bedekken maximaal 12±4% van verharde oppervlakken
13/04/2023 82© 2014, VITO NV
Impact stedelijke energiebalans na regenval op jaarbasis
» Impact stedelijke energiebalans na regenval op jaarbasis
13/04/2023 83© 2014, VITO NV
Besluiten (bis)
» Stedelijke parameterisatie is ontwikkeld voor een Europees regionaal klimaatmodel» Inzetbaar voor stedelijke klimaatprojecties rekening houdend met de
verschillende seizoenen en weerscondities» Zowel als en hun bepalen de intensiteit van het
hitte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch
comfort moeten in rekening gebracht worden voor elk seizoen i.k.v.» Klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding» Mitigatie van globaal en stedelijk klimaat
» …
SW HEHESW
13/04/2023 84© 2014, VITO NV
Besluiten (bis)
» Stedelijke parameterisatie is ontwikkeld voor een Europees regionaal klimaatmodel» Inzetbaar voor stedelijke klimaatprojecties rekening houdend met de
verschillende seizoenen en weerscondities» Zowel als en hun bepalen de intensiteit van het
hitte-eiland van steden in België, en zijn seizoensafhankelijk» Zowel hun positieve als negatieve invloeden op het stedelijk thermisch
comfort moeten in rekening gebracht worden voor elk seizoen i.k.v.» Klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding» Mitigatie van globaal en stedelijk klimaat
» Karakteristieken van waterplassen op verharde oppervlakken en hun weerslag op stedelijke klimaatmodellering werden bepaald
SW HEHESW
13/04/2023 85© 2014, VITO NV
Toepassingen in voorbereiding…
» Impact van stedelijk klimaat op luchtkwaliteitsmodellering
» Onzekerheid op emissies versus onzekerheid op stedelijk landgebruik
13/04/2023 86© 2014, VITO NV
Toepassingen in voorbereiding…
» Relatieve invloed klimaatsverandering en stedelijke uitbreiding op stedelijk thermisch comfort (Belspo MACCBET, MIRA UHI indicator)
Verharding (%)
13/04/2023 87© 2014, VITO NV
Bedankt voor uw aandacht! leefbaar
duurzaamweerbaar
slimmesteden
Wouters H., De Ridder K., van lipzig N.P.M. (2012). Comprehensive parametrization of surface-layer transfer coefficients for use in atmospheric numeric models. Boundary-layer Meteorology
Wouters H., De Ridder K., Demuzere M., Lauwaet D., van Lipzig N.P.M. (2013). The diurnal evolution of the urban heat island of Paris: a model-based case study during Summer 2006.
Wouters H., Demuzere M., De Ridder K., van Lipzig N.P.M. (2014). The impact of impervious water-storage parametrization on urban climate modelling. Urban Climate (revisie ingestuurd)
Wouters H., Demuzere M., De Ridder K., van Lipzig N.P.M. Modelling the seasonal dependency of the contributions to the urban heat island for Belgium (insturing binnenkort) Doctoraatsproefschrift: The improvement of urban land-cover parametrization in regional climate models: the role of radiative and thermal properties, water retention, and anthropogenic heat (Hendrik Wouters, mei 2014)
M. Demuzere, M., Coutts A.M. , Goehler M., Broadbent A.M. , Wouters H. , van Lipzig N.P.M. , and Gebert L. (2014). `The impact of bioltration systems, rainwater tanks and urban irrigation on urban canopy evapotranspiration (revisie ingestuurd).
Trusilova. K., Schubert S., Wouters H., Demuzere M. Grossman -Clarke S., Früh B., Becker P. (2014). Urban climate modelling wit COSMO-CLM: a comparison between three urban-landsurface parametrizations . MetZet (geaccepteerd)