Het hitte-eilandeffect

Wie wel eens vanaf het platteland de stad in fietst heeft het vast wel eens gemerkt; in de stad is het vaak een stuk warmer dan daar buiten. Het effect is vooral ’s ochtends vroeg goed te merken. Dit wordt het hitte-eilandeffect of stadseffect genoemd. Hierbij is de temperatuur in de stad of in een stedelijk gebied hoger dan in het omringende platteland. ’s Ochtends op de fiets kan die warmere lucht heel aangenaam zijn. Echter brengt het hitte-eilandeffect veel nadelige gevolgen met zich mee. Door vooral toenemende gezondheidsrisico's is dit verschijnsel de laatste jaren wereldwijd juist sterk in de belangstelling gekomen.

Het hitte-eilandeffect

De meest gebruikte term is het hitte-eilandeffect. Andere benamingen zijn het “stadseffect”, het “warmte-eilandeffect” of het wereldwijd bekende “urban heat island effect” (UHI). Het hitte-eilandeffect is het verschijnsel waarbij de temperatuur in een stedelijk gebied gemiddeld hoger is dan in het omliggende landelijk gebied. Stedelijke gebieden ervaren een aanzienlijk verschil qua klimaat en weer. Zie het plaatje hiernaast om een indruk te krijgen hoe het in praktijk eruit ziet.

Het gedeelte van de wereldbevolking dat in steden of stedelijk gebied woont, was 29% in 1950, 49% in 2005 en zal verder stijgen naar ~60% in 2030. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door de economische voordelen die in een stad te vinden zijn. Een gevolg hiervan is dat er meer interesse is voor het klimaat en weer rondom stedelijk gebied, omdat dit de kwaliteit van leven beïnvloedt. Een beter begrip van het hitte-eilandeffect helpt bij het optimaliseren van stedelijk gebied, zodat nadelige gevolgen voorkomen kunnen worden. Het hitte-eilandeffect kent namelijk vele oorzaken en gevolgen.

Wat veroorzaakt het hitte-eilandeffect?

Het hitte-eilandeffect ontstaat door een aantal factoren:

• Het stadsoppervlak absorbeert (opnemen) een grotere hoeveelheid straling van de zon dan het platteland doet. Dit wordt veroorzaakt doordat zonlicht meerdere keren langs muren en gebouwen reflecteert voordat het terug de atmosfeer in gaat. Bij elke reflectie wordt een deel van de warmte dat het zonlicht bevat geabsorbeerd door gebouwen. Meer warmte blijft dus binnen het stedelijk gebied.
• Stedelijk gebied heeft een kleine 'sky view factor' (SVF). Dit houdt in dat gebouwen verhinderen dat het aardoppervlak de hemel ziet. Hierdoor is het oppervlak waarover ’s nachts warmte van gebouwen kan uitstralen naar de atmosfeer ook klein.
• Neerslag (regen, sneeuw, hagel) wordt in stedelijk gebied snel afgevoerd via riolen en dus niet opgeslagen in de bodem zoals op het platteland. De waterbeschikbaarheid is hierdoor beperkt. Samen met het beperkte “groene oppervlak” (natuur) in steden leidt dit tot beperkte verdamping van water. Verdamping kost energie. Deze energie komt nu beschikbaar voor opwarming van de lucht.
• Bouwmaterialen, beton en asfalt hebben een grotere warmtecapaciteit dan landelijk gebied. Dit betekent dat er in stedelijk gebied meer warmte opslagen wordt. Dit voorkomt dat er ’s avonds snelle afkoeling plaats vindt, omdat deze warmte dan weer vrij komt.
• Gebouwen zorgen ook voor extra wrijvingskracht met wind, waardoor de windsnelheid afneemt. Hierdoor is er minder afvoer van warmte dan in landelijk gebied.

Naast deze natuurlijke bronnen, zijn er ook menselijke warmtebronnen zoals klimaatregeling, fabrieken, warmte en koeling van gebouwen, vervoer etc. Het exacte effect hiervan moet alleen nog nader onderzocht worden.

De gevolgen voor klimaat, energie en gezondheid

Het hitte-eilandeffect betekent een stijging in temperatuur, daardoor ken dit effect vele gevolgen. De wereldwijde klimaatproblemen hebben alles met de temperatuur te maken. Temperatuur is warmte en warmte is energie. Ook het energiegebruik in een stedelijk gebied wordt dus beïnvloed door het hitte-eilandeffect. Daarnaast heeft een hogere temperatuur grote impact op de gezondheid van de mens.

Klimaat

Het hitte-eilandeffect heeft een aantal gevolgen voor het klimaat van een stad of stedelijk gebied. Warme lucht stijgt op. Zo is er sprake van extra opwaartse bewegingen van hete lucht boven een stad. De hete luchtstroom zorgt voor een onstabiele atmosfeer, waaruit wolken en dus neerslag kunnen vormen. Een ander logisch gevolg is een verhoogde buitentemperatuur. Dit kan per stad of stedelijk gebied sterk verschillen door bijvoorbeeld de grootte of dichtheid van een stad. Gemiddeld is er een temperatuurverhoging van 2-3°C, maar in bepaalde steden zoals London of Sao Paolo is dit 6-8°C. De temperatuur wordt daarbij op straathoogte (+1.5m) gemeten. Verder is er, ondanks het hitte-eilandeffect de temperatuur lokaal flink laat toenemen, nog geen bewijs dat dit effect bijdrage levert aan de opwarming van de aarde.

Energiegebruik

Een hogere temperatuur betekent dus meer warmte of energie. Dit heeft uiteraard effect op het energiegebruik binnen de stad. Enkele gevolgen hiervan zijn:

• Een hoger verbruik van energie om gebouwen te koelen in de zomer.
• Meer brandstofverbruik voor de airconditioning in motorvoertuigen.

Ook is er een belangrijk gevolg voor elektriciteitscentrales. De temperatuur van het oppervlaktewater stijgt namelijk. Elektriciteitscentrales hebben constante toevoer van koelwater nodig om elektriciteit op te wekken. Als de watertemperatuur hoger dan 23°C is, komt de centrale in gevaar. Verdere opwarming zal ertoe leiden dat koelwaterbeperking toeneemt. Hierdoor neemt de reservecapaciteit van de centrale af. Dit terwijl juist tijdens hittegolven en hete dagen meer elektriciteit nodig is (airco, koelkast). In 2003 vielen hierdoor zes elektriciteitcentrales uit in Frankrijk tijdens een hittegolf.

Gezondheid

De reden dat het hitte-eilandeffect laatste jaren een 'hot-topic' is geworden, komt met name door de gevaarlijke gevolgen voor de gezondheid van de mens. De eerdergenoemde oorzaken samen vormen een zogenaamd “stedelijke grenslaag”. Dit is een soort koepel van hitte over het stedelijk gebied. Vooral de hitte opslag overdag plus het vrijkomen van hitte na zonsondergang dragen hier aan bij. Deze omstandigheden en gevolgen hiervan zijn vooral kwetsbaar voor bevolkingsgroepen zoals de bejaarden, jonge kinderen en mensen met vaatziekten.

Fotochemische smog

Door een hogere temperatuur is er ook een hogere productie van fotochemische smog. Fotochemisch wil zeggen dat smog wordt gevormd met behulp van zonlicht. De schadelijk stof in fotochemische smog is ozon (O₃). Het inademen van lucht waar veel ozon in zit, kan leiden tot:

• Luchtwegklachten. Dit bestaat uit droge keel, hoest, benauwdheid, pijn op de borst of pijn bij diepe inademing.
• Verminderde werking van de longen. Het longweefsel kan aangetast worden. De longen functioneren hierdoor minder. Ook verontreinigingen in de longen worden minder snel verwijderd.
• Hoofdpijn, misselijkheid en duizeligheid komen ook voor.

Dit vormt een belangrijk risico voor de gezondheid van vooral bejaarden en jonge kinderen.

Hooikoorts

De stijging in temperatuur leidt er ook toe dat planten in het voorjaar eerder bloemen krijgen. Dit activeert hooikoorts al vroeg in het seizoen.

Agressie

De agressie van een persoon wordt onder andere gestimuleerd door “niet-persoonlijke aantrekkelijkheid”. In simpele woorden geeft dit geeft aan hoe aardig onbekenden elkaar vinden. Bij een onaangename temperatuur daalt deze onderlinge aantrekkelijkheid en neemt agressie toe. Er is echter nog geen hard bewijs hiervoor.

Arbeidsproductiviteit

Het klimaat heeft een meetbare invloed op het gedrag van mensen. Mensen voelen zich gemiddeld goed bij temperaturen tot 28°C tijdens het werk of in huis. Tijdens het slapen is dat tot 26°C. Als de temperatuur iets lager is, wordt dat als aangenaam ervaart. Desondanks is de relatie tussen temperatuur en gedrag complex, vooral door persoonlijke voorkeur. Wetenschappers hebben aangetoond dat eenvoudige taakjes beter worden gedaan als de temperatuur wat hoger dan aangenaam is. Moeilijke taken worden dan juist slechter uitgevoerd. Als het gevolg van hitte-eilandeffect kan de temperatuur 2-3°C hoger uitvallen. De blootstelling aan hogere temperatuur (32°C) beïnvloedt fysieke en mentale presentaties negatief. Tijdens de hittegolf in Nederland van 2003 steeg het ziekteverzuim van 3.4 naar 11.5%.

Wereldwijde belangstelling

Afgelopen jaren is de interesse op sociaal en wetenschappelijk gebied sterk toegenomen voor het hitte-eilandeffect. Het wordt vooral gedreven door de gezondheidsproblemen van afgelopen zomers, als gevolg van de hitte. Dit vergroot de wereldwijde behoefte aan kennis over mogelijke maatregelen om het hitte-effect te remmen. Op die manier kunnen nadelige gevolgen voor kwetsbare bevolkingsgroepen bespaard blijven. Zoals de Europese hittegolf in 2003, waarbij 35.000 extra doden vielen als gevolg van de verhoogde temperatuur.

Lees verder

• Waarom is de lucht blauw?
• Black Smokers - de oorsprong van het leven
• Waarom stijgt warme lucht op?