NLT module voor het vwo werkgroep SUMMER IN

NLT module voor het vwo werkgroep SUMMER IN THE CITY WEERSVERSCHIJNSELEN EN LUCHTKWALITEIT IN DE STAD NLT steunpunt Wageningen University Guido Linssen ir. Andries de Vries WND conferentie Zaterdag, 11 december 2010 Noordwijkerhout

Programma Werkgroep Presentatie (30 minuten) • Achtergrond module • Lesstof module (theorie en practica) Practica (2 x 20 minuten) • Computerpracticum • Experiment Vragen tijdens presentatie zijn welkom

NLT Steunpunt Wageningen University NLT modules • 7 Gecertificeerd • 3 in ontwikkeling Profielwerkstukken en Experimentdagen Ondersteuning docenten • Bijscholing- en studiedagen • Lesmateriaal en lesposters Mobiele practica Dwars door Wageningen WWW. NLT. WUR. NL

Achtergrond (1) NLT Module “Summer in the city” • Nieuw! per september 2010 gecertificeerd • Voor vwo 5 en 6 Lesstof • Theorie van vakken: natuurkunde scheikunde aardrijkskunde wiskunde • Vormen: theorie opdrachten practica • Actueel en praktijkgericht onderwerp: HET STADSKLIMAAT

Achtergrond (2) => Wat wordt bedoeld met ‘het stadsklimaat’? Het stadsklimaat • Weersverschijnselen en luchtkwaliteit • Fysische en chemische reacties in atmosfeer en geografische aspecten ‘Urban heat island’ effect (‘hitte eiland’ effect) => Waarom is het in de stad warmer dan op het platteland? Luchtkwaliteit problematiek => Hoe en wanneer ontstaat smog? Voorbeeld van temperatuurverloop in een stad Temperatuurverschillen in Rotterdam zoals de bakfiets die registreerde. Motivatie onderzoek Bron: Quest Met dank aan Bert (07/2010) Heusinkveld • Volksgezondheid (hittegolf 2006: 2000 extra sterfgevallen) • Klimaatverandering (significant meer zomerse dagen en hitte golven) (Bron: Smog in Santiago KNMI) • Voortgaande verstedelijking…

Inhoud Module 1) Inleiding 2) Straling en Energie 3) Klimaat in de Stad 4) Luchtkwaliteit in de Stad 5) Slotopdracht

1 Inleiding Context Module: Wereldreis • Rotterdam => urban heat island effect • Singapore => urban heat island effect • Santiago => smogvorming • Stockholm => de ideale stad Selamatsiang! Singapore is een fantastische stad om in te wonen. Downtown heb je fantastische kroegen en disco’s. Het hectische leven in zo’n grote stad spreekt me erg aan. Om te ontspannen en af te koelen ga ik soms naar de boulevard of het park om te genieten van het water en de natuur. Daar is het altijd een stuk koeler dan in het zakencentrum waar ik woon. Tot snel! Siao Het centrum van Singapore

2 Straling en Energie => Waarom is het in de stad warmer dan op het platteland? Landgebruik en landeigenschappen • Stad: beton, asfalt en steen • Platteland: bos, landbouwgrond, grasland => impact op straling- en energiebalans! Verstedelijking! Practicum: Computer (c) WUR Alterra

Stralingsbalans aan het aardoppervlak Totale netto straling (Q*): • Netto kortgolvige straling (K*) • Netto langgolvige straling (L*) Q* = K* + L* = Kin – Kr + Lin – Luit Albedo per type oppervlak Lin Oppervlak Albedo (A) sneeuw / ijs 0, 90 bebouwing 0, 15 kale bodem 0, 30 gras 0, 25 asfalt 0, 10 Kr Luit L* Albedo A = Kr / Kin Langgolvige straling Aardoppervlak K* kortgolvige straling

Energiebalans aan het aardoppervlak Netto energie (Q*): • Voelbare warmtestroom (H) • Latente warmtestroom (Lv. E) • Bodem warmtestroom (G) Q* = H + Lv. E + G [W/m²] Dagelijkse cyclus Verhouding H en Lv. E ?

Stralingsbalans • Kortgolvige straling • Langgolvige straling 3 Klimaat in de Stad => bebouwing bepaalt albedo => bebouwing emitteert en absorbeert straling => Bebouwing houdt straling(swarmte) vast! Energiebalans • Stad (asfalt, beton en steen) • Platteland (bos en grasland) stad: => droog oppervlak => water beschikbaar Practicum: Experiment Model H > L v. E platteland: H < Lv. E Dimensies gebouwen => impact energiebalans! H/W W /W 1 Gemiddeld albedo 1 2 Schematische weergave 0. 40 straling 0 tegen hoge gebouwen 0 0 1 1. 0 0. 29 2 1. 0 0. 29 3 a 0. 5 0. 32 3 b 1. 0 0. 27 3 c 2. 0 1. 0 0. 23 Foto met fish-eye lens De modelopstelling uit onderzoek Aida (1982) Bron: Bert Heusinkveld Albedo resultaten voor diverse opstellingen uit onderzoek K. Jusuf et al. (2007)

Windsnelheid • Verschil luchtdruk • Wrijving met aardoppervlak Verticale windprofiel: logaritmisch verband Z 0 : ruwheidslengte (maat voor ruwheid oppervlak) => afhankelijk van type landschap! Het windprofiel op verschillende plaatsen in de stad en op het platteland (Baumbach, G. 1991) => Hogere bebouwing, minder wind: versterkt ‘urban heat island’ effect!

4 Luchtkwaliteit in de Stad • • • Effecten van natuurlijke stoffen in atmosfeer Effecten veroorzaakt door mens (luchtkwaliteit problematiek) Transport en verblijftijd stoffen in atmosfeer

Effecten van natuurlijke stoffen in Atmosfeer Stratosferisch ozon; Chapman mechanisme: • Vorming ozon. . . netto: • O 2 O • 3 O 2 + + + hν O 2 hν → → → 2 O • O 3 2 O 3 + + + hν O 3 hν → → → O • + O 2 2 O 2 3 O 2 ……en afbraak ozon netto: O 3 O • 2 O 3 hν : energie van de UV-straling

Effecten veroorzaakt door mens Luchtkwaliteit problematiek Afbraak van stratosferisch ozon door CFK’s Fijnstof problematiek (aërosolen): • particular matter 10 μm (PM 10) • particular matter 0, 1 μm (PM 0, 1) EU norm per 2010: PM 10 jaargemiddelde < 20 μg/m³ Smog in Londen (bron: eoearth. org) Smogvorming (‘smoke’ + ‘fog’) • Wintersmog: condensatie waterdamp op SO 2 en fijnstof Smog in Santiago gunstige weersomstandigheden: hoge luchtvochtigheid en windstil • Zomersmog: vorming ozon in troposfeer (reacties NOx en vluchtige organische stoffen) gunstige weersomstandigheden: zon, warm en windstil NO + O → NO + O 2 2 PM 10 gehaltes gemiddeld per maand in 2008, gemeten door het RIVM 3

Transport en Verblijftijd van Stoffen in de Atmosfeer Transport • Wind (horizontaal): advectie • Stabiliteit atmosfeer (verticaal): turbulentie Practicum: Computer Verspreiding luchtvervuiling vanuit puntbron in Gaussisch pluim model • • Concentratie stof in 3 dimensies Gauss kromme (kansverdeling) Invloed weersomstandigheden: • Stabiel • Neutraal • Onstabiel Emissie van gassen door industrie

Slotopdracht: ‘De Ideale Stad’ Groepsopdracht met debat Maatregelen voor verbetering stadsklimaat • Planten van vegetatie en aanleg waterpartijen (vergroot latente warmtestroom) • Groene gevels (vergroot latente warmtestroom) • Verbetering isolering en schaduw gebouwen (efficiënter energie verbruik) • Heffing op autorijden in stad (ter verbetering van luchtkwaliteit) Overzicht van een klimaatvriendelijke wijk Groene gevels (met dank aan Arnold Moene)

einde presentatie Vragen? Practica: • Groep 1 => Computerpracticum (2 personen per computer) • Groep 2 => Experiment Na 20 minuten wordt van practicum gewisseld