Het stadseffect in de Marnixstraat

Het afgelopen jaar heb ik de temperatuur in mijn straat gemeten. Het is bekend dat steden warmer zijn dan hun omgeving, ook de Nederlandse steden.^1,2,3,4 Rotterdam^1,2,3,4,5,6, Den Haag^1,, Utrecht ^{1(1970),2(1975), 3(2010)}, Arnhem^1,2, Leiden, Groningen en Nijmegen^1,2 zijn bijvoorbeeld onderzocht. Maar over de binnenstad van Amsterdam vond ik niets.

O, ja toch. De bioloog Meijer Pinkhof begon in 1923 in de Amsterdamse Hortus Botanicus met een weerstation. Hij toonde aan dat de stad een eigen klimaat heeft, zo staat in een artikel van Kennislink (25 aug 2005). Wat het stadsklimaat zo eigen maakt, wordt helaas niet vermeld. Je kunt zelfs terug tot 1762 toen er gemeten werd in een hofje op de Prinsengracht en de Noorderdwarsstraat door de heren Schaaf en Mohr. En ook de ACWO-reeks², die bestaat uit totaal 1,6 miljoen onafgebroken metingen op locaties rondom het huidige Centraal Station, zou interessant kunnen zijn. Maar het zal lastig zijn, zo niet onmogelijk, om uit zulke gegevens iets af te leiden omtrent een historisch Amsterdams stadseffect. Sindsdien zijn de stad en de stadsomgeving enorm veranderd bovendien.

De laatste jaren is er in Nederland weer aandacht ontstaan voor het stadseffect. In de tweede helft van 2009 maakte het KNMI in samenwerking met onder meer hetweeractueel^2,3, een beginnetje^1,2 met een onderzoek naar het Amsterdamse stadseffect (of UHI-effect). Dit onderzoek maakt deel uit van een groot nationaal klimaatprogramma. De gegevens van september 2009 van weerstation Buiksloot werden geanalyseerd en op internet gepubliceerd. Het KNMI heeft de nachtgegevens van Buiksloot niet opgevraagd bij eigenaar Joep Roefs. 's Nachts is het stadseffect nu juist het grootst. Het gevonden verschil van 0,57 °C ten opzichte van referentiestation Schiphol zal daarom aan de lage kant zitten. De Buiksloterbreek ligt aan de noordkant van Het IJ, waar misschien alweer een iets ander² klimaat heerst. Het is niet gemakkelijk om het stadseffect van Amsterdam-Noord te scheiden van een gebiedseffect zoals dat meer voor Noord-Holland² geldt en minder voor Zuid-Holland en Utrecht.

Ik was toch ook nieuwsgierig hoe warm het kon zijn in het deel van Amsterdam waar ik woon, precies aan de rand van wat officeel nog Centrum heet. Je zou verwachten² dat het centrum van een stad het warmst is, zoals mooi te zien is op dit satellietbeeld van nachtelijk Parijs.

Dus, hoe warm is het centrum van Amsterdam? Het leek me interessant om het zelf uit te zoeken. Dat kon toch niet heel moeilijk zijn, dacht ik optimistisch. Op 3 juli 2010 om 12:17 uur deed ik mijn eerste meting in de Marnixstraat, de straat waar ik woon. Nu, na ruim een jaar meten zijn er in totaal 3400 meetpunten, voldoende om wat resultaten te laten zien. Omdat het stadseffect sterk varieert met het tijdstip van de dag, geeft een dagurengrafiek een goed inzicht in het temperatuurverloop.

Je ziet een voor stadsmetingen kenmerkende golfvorm, waarbij de stadswarmte 's nachts het grootst is en overdag het kleinst. Gemiddeld was de Marnixstraat het afgelopen jaar 1,3 °C warmer dan het weerstation Holendrecht van Hans Niekus, aan de rand van Amsterdam Zuidoost. Dit weerstation is het referentiestation.

Er zit in de grafiek tussen 5:00 en 13:00 een vertekening die voor een groot deel wordt veroorzaakt door de directe invloed van de zon op het meetinstrument. In de ochtend werden de grootste verschillen gevonden - en dit is niet 'klassiek' meer. Integendeel: "Het temperatuurverschil is overal het sterkst in de avond en nacht, en het zwakst in de ochtend na zonsopkomst", schrijft het KNMI. Het is niet gemakkelijk om een thermometer tegen de zon te beschermen. Je kunt heel mooie dingen kopen in de winkel. Maar ik vond het leuk om mijn eigen weerhut in elkaar te knutselen van afgedankt materiaal. Veel versies hebben het licht gezien. Te veel licht! Het principe is afkoeling door middel van een verticale luchtstroom, zoals in dit ontwerp:

Bij elke nieuwe versie bleek dat ik de zonlicht toch weer had onderschat. De nieuwere versie was wel iets beter, maar toch niet goed genoeg. Het leek wel alsof zonlicht overal doorheen gaat. Zelfs bij een bewolkte hemel bleef het daglicht nog een zekere invloed uitoefenen. Maar als je je tenminste bewust bent van dit zoneffect (een meetfout), kun je zorgen dat te hoge waarden niet worden meegeteld in de gemiddelden. Of je kunt een correctie toepassen, zoals hieronder wordt geprobeerd.

Even na 11.00 uur (12:00 zomertijd) verdwijnt de zon achter het huis. Vanaf dit moment komen de thermometers in de schaduw te hangen en heeft de zon dus geen directe invloed meer op de meetwaarden. Echter, de straat en de muren van de huizenrij, die nog enige tijd warm blijven, komen nu in de schaduw te liggen. Hierdoor valt de buitenluchttemperatuur na verloop van tijd iets te laag uit. Te laag? Het ligt er maar aan wat je wilt meten, en zelfs wat je definitie van 'stadstemperatuur' is. Hoe het zij, ook voor dit 'schaduweffect' zou je een correctie kunnen doorvoeren. De twee correcties voor zonne-invloed en het schaduweffect zien schematisch zo uit:

Zonlichtcorrectie: methode 1
Je kunt veel manieren bedenken om - met wat aanvullende gegevens - de gezochte correcties voor het zoneffect en het schaduweffect te benaderen. Maar het een complex probleem. Een mooie methode - in theorie - zou zijn om de gezochte correcties af te leiden van de gemeten zonnestraling. Immers, hoe feller de zon schijnt, hoe groter de correctie moet zijn. In de grafiek ziet een oog dat het ochtendeffect in pas loopt met het gemeten zonlicht aan de voorkant van het huis. Er zit een bobbel in kwik waar die niet zou mogen zitten.

GRAFIEK 3b - De ster 'solarv' (met de 'v' van voorkant) toont de zonnestraling aan de voorkant van het huis. Het is duidelijk dat het ochtendeffect in kwik meebuigt met solarv. De zonnestraling lijkt een redelijke maat voor de gezochte zonnecorrectie. Als er geen zon is, heeft solarv een 'nulwaarde' van ongeveer 0,5. Dit komt doordat daglicht, ook in de schaduw, invloed heeft, ook als er wolken zijn. De zonnemeter is tegen het raam gemonteerd, waar gemiddeld een te hoge waarde wordt gemeten. Verder, doordat ook de wind invloed heeft op de zonnethermometer, meet je eigenlijk niet de zonnestraling, maar eerder iets als de gevoelstemperatuur. Nog mooier zou daarom zijn om de zonmetingen te corrigeren voor de invloed van de wind en de hoek van inval (die verandert met de tijd en seizoen).


De zonnestraling wordt gemeten met een gewone vloeistofthermometer die direct tegen de buitenkant van het raam is bevestigd, met het rode vloeistofbolletje naar de zon gekeerd. Op de foto staat het raam naar binnen geklapt. Om het signaal nog te versterken is een reflector van een fietslamp achter het bolletje bevestigd. Normaal gesproken zou je er alles voor doen om te voorkomen dat de zonnestralen de thermometervloeistof raken. Maar je kunt het ook omdraaien. Door de thermometer bloot te stellen aan zonlicht, komt de zon sterker in beeld en wordt de buitentemperatuur minder belangrijk. De gebruikte eenvoudige formule is als volgt: solarv = c × (kn4 - kwik), met solarv de gezochte zonnestraling, kn4 het gebruikte instrument 'knaken 4' (de vierde van een serie thermometers van 1 euro uit de spotgoedkope 'knakenwinkel' in de Kinkerstraat) en c een constante, hier ingesteld op 0,3, om de hoogte van solarv te controleren. De grootte van c is alleen van belang als je de absolute waarde van de zonnestraling wilt weten. Het hoogste verschil tussen kn4 en kwik dat ik vond, was 24 °C. Aangezien de zonnestraling in Nederland in de zomer maximaal rond 1000 W/m² bedraagt, kan c niet hoger zijn dan 1000/24. In de grafiek is c ingesteld op 0,3. Dus om de zonnestraling - althans bij zeer ruwe benadering - te bepalen, moet je de afgelezen waarde vermenigvuldigen met 1000/24/0,3 = 139 (maar er zijn allerlei vertekeningen, zoals wind, waaraan we hier voorbijgegaan). Om uit de gemeten zonnestraling een goede correctie voor het ochteneffect te vinden, zijn er opnieuw complicaties te overwinnen. Zo moet naast de zonnestraling ook nog de warmte-inertie van het huis in rekening worden gebracht. Nadat de zon is verdwenen blijven de muren en de straat nog een tijdje nagloeien. De inertiewarmte van de nabije warmtebronnen moet je zien kwijt te raken. Ook dit probleem is complex, maar niet ondoenlijk.

Zonlichtcorrectie: methode 2
Een tweede methode is al eenvoudiger: een correctie voor het ochtendeffect en het middageffect met behulp van de gegevens van het nabijgelegen station Oudwest, dat sinds 28 december 2010 actief is. Hiermee heb je in één moeite door het zonne-effect en het schaduweffect én alle inertie-effecten gecorrigeerd. De aanname is dat de karakteristieke golfvormen van de Marnixstraat en Oudwest voldoende op elkaar lijken, hoewel de Marnixstraat gemiddeld wel iets warmer is dan Oudwest. Een andere aanname is dat Oudwest geen last heeft van de zon (het gebruikte apparaat is een Davis Avantage VUE weatherstation). Volgens deze correctiemethode moet het jaargemiddelde 10,6% zakken. Het komt daarmee uit op 1,17°C. En het daguurgemiddelde, waarbij eerst voor elk uur het jaargemiddelde wordt genomen en pas daarna het gemiddelde van alle 24 daguren, komt dan uit op 1,19 °C. De gezochte correctie verschijnt als stippellijn in onderstaande grafiek. De stippellijn volgt de vorm van Oudwest, maar op de eigen temperatuurhoogte van de Marixstraat.

Zonlichtcorrectie: methode 3
Bijzonder eenvoudig is nog een derde methode. Omdat de dagurengrafiek lijkt op een sinusfunctie, kun je het gemiddelde nemen van de hoogste daguurwaarde en de laagste daguurwaarde van de golfvorm. Maar dan wel met uitsluiting van de ochtenduren waarop de zon invloed heeft op het meetinstrument, en met uitsluiting van de middagwaarden waarop de buitentemperatuur in de schaduw te laag ligt. In de periode 27 aug 2010 - 26 aug 2011 komt het verschil tussen kwik en holdr volgens deze methode uit op hetzij 1,12 °C, hetzij 1,24 °C. Er zijn twee resultaten omdat het moment dat het in de middag 'te koud' zou moeten worden, niet is te bepalen. Er zit rond 15:00 precies een negatieve piek (die door het schaduweffect veroorzaakt lijkt). Neem je die waarde mee, dan ontstaat het eerste resultaat. Anders het tweede. Nemen we voorzichtigheidshalve het gemiddelde van de twee uitkomsten, dan is 1,18 °C de voorlopige einduitslag. Vrijwel hetzelfde resultaat als in de Oudwest-methode hierboven. Volgens een iets gewijzigde variant van methode 3, die iets vloeiender werkt, kom ik weer uit op 1,19 °C. Methode 2 en methode 3 ontlopen elkaar dus nauwelijks. Dit kan best nog toeval zijn, maar geeft toch enig vertrouwen in de twee methoden.

Al met al: 1,2 °C (afgerond) is het beste eindresultaat voor het jaargemiddelde verschil tussen de Marnixstraat en Holdendrecht.

Dit eindresultaat lijkt misschien niet erg spectaculair. De plek waar ik woon is geen echte hot spot. De straat ligt aan het water, wat een dempende invloed heeft. De gebouwen zijn niet erg hoog en de straat is vrij breed zodat de sky view factor (vergelijk het urban canyon effect^2,3) relatief groot is. Ongetwijfeld ligt de temperatuur in meer compacte delen en smalle stegen^2,3 van het centrum hoger.

In een steeg aan het Leidseplein, aan de achterkant van het Max Euwe Centrum, vond ik inderdaad zeer hoge dagwaarden van gemiddeld 2,6 °C tussen half februari tot half mei 2011. En dat tussen 10:30 en 18:30, dus op een deel van de dag dat het stadseffect relatief zwak is. In dezelfde periode en op hetzelfde dagdeel bedroeg het verschil kwik-holdr 0,51 °C. Representatief zijn deze 35 gegevens van het MEC zeker niet voor de stad en er vallen kanttekeningen te plaatsen bij de omstandigheden waaronder gemeten werd. Maar toch geven deze metingen een indruk wat er voor extreems mogelijk is op bijzondere locaties. De enige avondmeting in deze reeks op 16 feb 2011 om 22:30 leverde een effect op van maar liefst 12,4 °C (15,8 °C in de steeg en 3,4 °C in Holendrecht). Dezelfde avond bedroeg het maximumverschil tussen de Marnixstraat en Holendrecht ongeveer 4 °C en zo'n 3 °C rond de meettijd 22:30. Haal 40% van het resultaat af, en je hebt nog steeds een zeer hoge waarde.

De steeg is smal, ongeveer 5 meter, en de gebouwen zijn relatief hoog. De Sky View Factor ligt dus laag. Er zijn twee duidelijke warmtebronnen. 1) De buitenmuur. De thermometer heeft in een nis gehangen en stak maar net voorbij de buitenmuur. 2) Aan de overkant bevindt zich een grote luchtverversingspijp. De omgeving is verder volledig van steen en ander bouwmateriaal. Er is geen groen. De zon heeft geen invloed in de steeg en kan de meetwaarden niet vertekend hebben, of slechts in negatieve zin. De dagurengrafiek hieronder is slechts gedeeltelijk gevuld. Er zijn weinig gegevens. Om toch een mooie vloeiende vorm te krijgen is een sterke overlappingsfactor toegepast, waarbij naburige punten worden meegeteld. In de middag is een zwak minimum zichtbaar (dat ongemiddeld dieper ligt), zoals je zou verwachten op grond van de klassieke golfvorm voor het stadseffect.

Terug naar het jaargemiddelde stadseffect van 1,2 °C voor de Marnixstraat. Het is van belang te bedenken dat deze waarde een jaargemiddelde is. Weer- en klimaatgemiddelden maken al gauw een flauwe indruk. Zo hadden we in de 20e eeuw een globale opwarming van 'slechts' 0,7 °C. Zo'n getal spreekt niet meteen tot de verbeelding. Lastiger nog, als je in een grote zaal vol lekenpubliek zou moeten uitleggen waarom we moeten oppassen voor een opwarmend wereldklimaat, dan is die 0,7 °C opwarming een inkoppertje voor de grappenmakers: "Ik heb er anders nog weinig van gemerkt!" Waarop een ander aanvult: "De thermometer in mijn volktuintje geeft alleen hele graden aan!" Een gemiddelde is een afgeplat getal waaruit veel informatie is verdwenen. De stijgende aardtemperatuur heeft een scherp profiel. Op hogere breedtegraad en op land ligt de temperatuurstijging al hoger. Ons land is sinds de jaren vijftig bijvoorbeeld 1,5 °C gestegen. En ook zulke getallen zijn nog slechts gemiddelden. Het spreekt pas tot de verbeelding als je zou toevoegen dat de Elfstedentocht in de toekomst kan verdwijnen. Dat vinden we jammer. Het cruciale verschil tussen aanhoudende vorst en dooi bevindt zich in een band van slechts enkele graden. Soortgelijke opmerkingen gelden ook voor de stadswarmte. Ook dit gemiddelde is afgeplat. Het is geen prettig idee als tijdens een langdurige hittgolf de temperatuur in een grote stad nog eens vijf graden hoger ligt, ook niet in een land als het onze met een gematigd zeeklimaat. Dan lig je nachtenlang te woelen in je bed en de volgende dag ben je niets meer waard. Het maximale stadseffect kan bijna een factor 10 hoger zijn dan het gemiddelde stadseffect, schrijft KNMI-onderzoeker Theo Brandsma. Dit lijkt erg hoog. Maar het zou interessant zijn als de verhouding tussen extremen en gemiddelde voor een stad of stadstype min of meer zou vastliggen. Dat zou veel meetwerk besparen. Zo bezien is een jaargemiddelde van 1,2 °C opeens erg hoog. Te hoog? Hoe zit het in andere steden? Voor een zeer grote havenstad als Melbourne werd een gemiddelde van 1,13 °C gevonden. Voor Singapore 2 °C. Voor Warschau 1,3 °C. Voor Londen in de periode 1931–1960 1,4 °C (maar dat getal is inmiddels iets opgelopen), en voor Birmingham slechts 0,3 °C ('entirely due to the 1.02 K average difference in nocturnal minima'). Drie andere Engelse steden, Norwich (259.000 inwoners), Newcastle (273.000 inwoners) en Cardiff (328.000 inwoners), waren resp. 0,5 °C, 0,9 °C en 1,0 °C warmer dan de omgeving. In vergelijking met deze steden zit Amsterdam dus zeker niet aan de lage kant. Onze dagurengrafiek, waarvan de uurwaarden, ook de hoge uurwaarden, nog steeds gemiddelden zijn (dus geen extremen), laat zien dat de warmte 's nachts al behoorlijk hoog ligt. In plaats van het gemiddelde, wordt in onderzoek vaak de UHI-intensity bepaald. Dat is 'the maximum difference in temperature between urban and rural locations within a given time period'. De hoogste waarden worden gevonden op dagen met weinig wind en een onbewolkte lucht. Ook dit is een klassiek verband:

GRAFIEK 4 - De windconnectie. Windstil weer geeft een hoge stadswarmte. Omgekeerd, bij stevige wind wordt de warmte als het ware weggeblazen uit de straten. Op winderige dagen met dichte bewolking is de temperatuur in de hele Amsterdamse regio vaak langdurig constant en de verschillen tussen weerstations zijn dan klein, soms nul. Voor Melbourne werd een evenredigheid gevonden tussen UHI en wind ^(1/4) (dus wind tot de macht 0,25). Zie de twee grafiekjes hieronder. Voor kwik-holdr klopt het verband aardig. Maar een ander machtsgetal werkt ook, bijvoorbeeld 1/3 of 1/5.


Eenzelfde verband geldt tussen UHI en wolkenbedekking ^(1/4). Vergelijk ook deze grafiek in dit artikel. Niet verbazingwekkend dat er meer van zulke verbanden zijn. Voor regen in de Marnixstraat komt de connectie niet zo fraai uit de verf, maar hij is zichtbaar:


De y-waarden stellen het UHI-effect kwik-holdr voor. Op de x-as het percentage regen als een fractie van de grootst mogelijke stortbui (=100%) in Nederland. Ik heb geen regenmeter aan de gevel. Die zou in de richting ONO ook weinig opvangen. De druppelintensiteit werd geschat door naar het water in de gracht te kijken, zoals men vroeger de windkracht schatte door naar de bomen te kijken, of naar de zeilen van een schip. Bij de schatting werd gelet op de grootte en de dichtheid van de druppels. Uiteraard is de schatting niet erg precies, maar toch wel voldoende om een verband te vinden. Als je het Amsterdamse 'urban rain island' wilt onderzoeken, zou je de neerslaggegevens van Buiksloot en Holendrecht eens kunnen vergelijken in relatie tot de windrichting. Een warmte-eiland kan op grote afstand een aanzienlijke benedenwindse regentoename veroorzaken, tot wel 50%. Bij wind uit zuid- of zuidwesthoek zou je misschien al een kleine regentoename mogen verwachten in Buiksloot en een grotere toename of ergens verderop in het windspoor. Bij wind uit de west- of noordwesthoek geldt hetzelfde voor Holendrecht. Het grijze punt links heeft als imaginaire x-waarde -4%. Onder deze x-waarde werden alle temperatuurmetingen verzameld waarin het niet regent en de straat droog is. De x-waarde 0% werd gereserveerd voor al die metingen waarbij het niet (meer) regent terwijl de straten (nog) nat zijn. Vooral 's winters kan de grond lang nat blijven. De aanwezigheid van water, dus ook van natte straten, zou een dempende invloed moeten hebben op het UHI-effect, zoals de grafiek ook suggereert. De stadswarmte wordt voor een deel gebruikt om water te verdampen. Bij benadering geldt dat het stadseffect kleiner is naarmate het harder regent. Naar rechts neemt het aantal meetgegevens sterk af. Het regent zelden harder dan 30%. De onzekerheidsmarge op rechts is dus vrij groot. Je zou denken dat het feit dat het regent bepalender is voor het UHI-effect, dan de regensterkte. Hoewel, een flinke bui kan de temperatuur behoorlijk laten zakken (zie bijv. deze grafiek). Verder is er een tegenkracht actief die de complexe vorm grafiek kan verklaren. Gemiddeld regent het 's avonds en 's nachts iets harder en vaker. Maar dit is ook de tijd dat het UHI-effect het grootst is. De twee werken elkaar dus tegen.


Eenzelfde opmerking geldt voor relatieve luchtvochtigheid. Die is 's nachts groter dan overdag. Ook hier is een tegenkracht actief. Aan de ene kant is relatieve luchtvochtigheid een indicatie voor een kleiner UHI-effect, aan de andere kantg is het UHI-effect 's nachts het grootst. De grafiek laat zien dat de relatieve luchtvochtigheid pas boven 50% de stadswarmte begint af te dempen. Onder de 50% is de lucht nog voldoende onbedekt om regen te kunnen veroorzaken of om het warmtetransport door middel van wolkvorming naar de atmosfeer te kunnen blokkeren, waardoor stad en land als het ware in hetzelfde schuitje zitten. Aan de rechterkant van de grafiek zitten stad en land in hetzelfde schuitje. Ze kunnen hun warmte niet meer kwijt. Dit is het gebied met meer regen of bedekte lucht. Regen maakt dat stad en land gelijkmatig kouder worden. In dit rechterdeel neemt de stadswarmte af met de relatieve luchtvochtigheid, zoals je zou verwachten. Dat in het linkerdeel de stadswarmte stijgt met toenemende luchtvochtigheid, komt doordat de allerlaagste relatieve luchtvochtigheid optreedt op het warmste moment van de dag, zo rond 16:00. Maar dit is precies het moment waarop de stadswarmte minimaal is (zie nogmaals grafiek 1) of zelfs negatief kan zijn (zoals in grafiek 6).

Hier is een voorbeeld hoe door regen en wind de temperatuurverschillen in de hele regio vrijwel volledig nivelleren. Op dinsdagavond 6 sep 2011 regende het zowat de hele dag. Er stond een krachtige zuidwestenwind en de temperaturen bleven vrijwel contstant. Van stadswarmte geen spoor meer te bekennen.

Mediaan
In het bovenstaande hebben we gekeken naar gemiddelde waarden. Je kunt het UHI-effect ook beschrijven met een mediaan, zoals in Steeneveld ea (zj). In dit artikel staat een lijst met het UHI-effect van 20 Nederlandse steden die je graag met Amsterdam zou willen vergelijken. Voor de Marnixstraat moeten we de mediaan zien te bepalen.

Gemiddelde en mediaan zijn niet identiek. Maar in veel praktijkgevallen liggen de twee bij elkaar in de buurt. Neem als domein de getallen 1 t/m 10. Het gemiddelde van de functie f(x) = x is nu identiek aan de mediaan. Beide hebben de waarde 5,5. In de fysische werkelijkheid bestaan er nauwelijks rechtlijnige verbanden. Maar bij benadering zijn veel relaties juist weer wel rechtlijnig. De verschillen tussen mediaan en gemiddelde worden al behoorlijk groot voor de functie f(x) = x ². Het gemiddelde is 38,5, terwijl de mediaan 30,5 is. En voor f(x) = 2 ^x is het gemiddelde 204,6 en de mediaan 48. De verschillen zijn nu enorm. Voor de gegevens van de Marnixstraat geldt een bijzondere verdeling, waardoor mediaan en gemiddelde zeker niet identiek zijn.

Aantal nachtgegevens van 3:00 - 5:30 voor een bepaalde grootte van het UHI-effect (x-as). De meeste waarden liggen op links met een UHI-effect van rond 1 °C. De mediaan van deze meetpunten zal daarom naar links neigen. Het gemiddelde weegt de niet vaak voorkomende extremen op rechts zwaar mee en zal dus rechts van de mediaan uitkomen. Het lijkt alsof de grafiek een samenstelling is van twee verdelingsfuncties, de ene met een piek rond 1, de andere met een piek rond 3,5. Dit zou overeenkomen met een wisselend weerbeeld waarbij veel dagen een laag UHI-effect hebben terwijl het UHI-effect op sommige andere dagen opeens sterk oploopt. Zulke verspringingen waren mij al eens eerder opgevallen. Het zou interessant zijn om te kijken of de structuur van deze tweebultige verdeling overeind blijft als er meer gegevens worden toegevoegd, ook van andere stadsstations. Een enigszins vergelijkbare vorm is te vinden in de Birmingham-verdeling - fig. 1 met een tweede piek rond 2,4 °C. En ook de gegevens van DNB hebben een tweede piek(je) tussen 3 en 4 °C in onderstaande grafiek:


Het aantal daggemiddelden voor een bepaalde daggemiddelde waarde. Uit het feit dat de meest voorkomende waarde links van de y -as ligt, ben je geneigd te denken dat DNB toch iets 'te koud' is, gezien de hoogte (70m) waarop gemeten is. Aan de grond mag je op deze locatie zeker hogere waarden verwachten, zoals me ook gebleken is uit een paar stadsreisjes.

We zoeken UHI_dagmax, het hoogste verschil tussen kwik en holdr dat dagelijks (diurnal) optreedt. Het recept is als volgt. Neem voor elke dag uit de meetreeks het hoogst gemeten UHI-effect. Sorteer de reeks aflopend of oplopend. Het middelste getal van de reeks is nu per definitie de mediaan voor UHI_max. Dit lijkt makkelijk. Maar mijn metingen lopen niet dag en nacht continu door. Alle metingen werden handmatig afgelezen en genoteerd. De metingen zijn eerder steekproeven en 's nachts, wanneer het UHI-effect het grootst is, werd lang niet altijd het maximale UHI-effect gevonden. Je blijft er niet speciaal voor wakker. (Soms wel.) Vanwege het zonne-effect moeten we er ook voor oppassen dat de te hoge ochtendwaarden van na zonsopgang niet in de mediaan terechtkomen. Dus 's zomers geldt een andere restrictie dan 's winters. We willen anderzijds de hoge ochtendwaarden van net voor zonsopkomst niet verliezen. Het is een hele klus om de juiste formule vinden. En als dat lukt, dan blijven er met restricties nog weinig gegevens over. Als je praktisch bent, zou je de mediaan kunnen bepalen voor alle nachtwaarden tussen bijvoorbeeld 4:00 en 5:30. Hiervoor vond ik een verrassend laag resultaat van 1,42 °C, terwijl de mediaan voor andere periodes in de nacht nog lager lag. Vergelijk het temperatuurverloop in GRAFIEK 1: het nachtmaximum ligt rond 1,7 °C, en dit is nog slechts een gemiddelde waarvan geen enkel individueel lid het maximale UHI-effect hoeft te vertegenwoordigen. Het is bovendien een voortschrijdend gemiddelde, zodat de toppen en dalen van de grafiek ongeveer 0,2 °C afgevlakt zijn. Het 'rauwe' nachtgemiddelde van 22 aug 2010 - 31 jul 2011 tussen 3:00 - 4:00 bedraagt 1,9 °C. UHI_max hebben we daarmee nog steeds niet te pakken. Er moet een bedrag bij voor het verschil tussen de werkelijke hoogste nachtwaarde (die niet altijd werd gevonden) en de hoogste steekproefwaarde. De verleiding is groot om de mediaan kwik-holdr voorlopig op te hogen tot diezelfde 1,9 °C. Voorlopig gaat het erom dat we een getal hebben. We zullen de beperkingen van onze 'mislukte mediaan' in het achterhoofd houden. Met de uitkomst kunnen we de Amsterdamse Marnixstraat nu een bescheiden plaatsje geven in de stadstabel van Steeneveld ea:

Rotterdam en Leiden voeren de lijst aan. Amsterdam zit er zelfs met een opgehoogde mediaan niet zo warmpjes bij, maar net boven Assen en alweer onder Heerhugowaard, Wageningen, Voorburg en Purmerend. Hoe kan dat? Een grote stad is immers warmer dan een kleine? Dit is opnieuw een klassieker. Volgens de eenvoudige formule van de bekende stadsklimatoloog Tim Oke (1973) geldt, 'under cloudless skies':

UHI = 0,73 × ¹⁰log(populatie).

Hoe groter een stad en de bevolking(sdichtheid), hoe groter het UHI-effect. (Maar er zijn uitzonderingen.) Voor elke vertienvoudiging van de bevolking is een stad 0,73°C warmer. Uit de formule kun je ook halen dat een stad met 100.000 inwoners slechts 17% minder stadswarm is dan een stad met een miljoen inwoners. De som:

(¹⁰log1000000 - ¹⁰log100000) / ¹⁰log1000000 = (6-5)/6 = 1/6 = 0,16666... ≈ 17%.

Deze uitkomst is onafhankelijk van de 'constante' 0,73 (die voor Europa lager zou liggen dan voor de Verenigde Staten, en voor de meer compacte Chinese steden hoger). Per continent, per breedtegraad, per land, streek, regio of stad, per stadsdeel, wijk, buurt, straat of straathoek, ja aan de voorkant van een huis of aan de achterkant, op 1,5 meter hoogte, op 2 m, 5 m, 10m of 70m hoogte zal het stadseffect andere waarden hebben. Veel andere factoren bepalen de stadswarmte. Het is helemaal niet zo gemakkelijk om een verschil van slechts 17% hard uit emprische stadsmetingen te halen, al was het maar omdat de meetlocaties altijd unieke eigenschappen hebben. Vergelijk de foto's² van recente Rotterdamse meetopstellingen "Centre", "South" en "East". Je kunt nooit weten, hooguit een beetje beredeneren, of een locatie wel 'representatief' is - wat dat ook moge betekenen - voor de stadstemperatuur of de temperatuur van een wijk of buurt. Anders waren stadsmetingen overbodig en kon je zo een formule toepassen of een model.^2,3,4 Zo ver is het nog niet. De auteurs van Van Hove ea 2011 constateren: "No clear relationship between city size (...) and UHI intensity was found suggesting that not only large settlements but also smaller ones may show significant UHI effects." Toch opmerkelijk. Of niet?

Kan het zijn dat sommige weerstations in de stedenlijst aan de hoge kant zitten, bijvoorbeeld doordat ze hebben gemeten op hot spots in de stad? Of doordat ze hebben gemeten in jaren dat het stadseffect relatief hoog lag? Er zijn nog allerlei verstoringen mogelijk, niet in de laatste plaats aan de kant van mijn eigen metingen. Steeneveld ea noemen hun resultaten 'preliminary'. We moeten een beetje voorzichtig blijven met conclusies.

Holendrecht-correctie?
Kan het zijn dat ons referentiestation in Holendrecht Oost zelf ook te maken heeft met stadswarmte? Amsterdam Holendrecht is op hetweeractueel.nl geclassificeerd als stadsstation.² Het station kan bij westelijke wind beïnvloed worden door de warmtepluim (of koupluim) van Amsterdam als geheel, die zich kan uitstrekken tot 10 kilometer. Dan is er de invloed van Zuidoost op kleinere afstand, met onder meer de hoogbouw van de Bijlmer. Er wordt in deze hele sector van de stad voortdurend bijgebouwd, zodat het gebied zijn eigen stadswarmte begint te genereren² die de stadswarmte van het Centrum ooit kan overtreffen. Inderdaad zijn de randsteden soms warmer dan het centrum van een stad, zoals die van Parijs overdag (zie hierboven). Het is een universeel proces. Overal gaat men de hoogte in. De steden worden compacter, en de dure schaarse grond moet met elke vernieuwingsslag steeds intensiever worden gebruikt. Niets mag onbenut blijven, en alles, zelfs een met opzet leeggelaten stukje, krijgt een functie toegedicht.

Op de kleinere schaal van het microklimaat is in Holendrecht de invloed merkbaar van nabije huizen en tuinen in de woonwijk waar het station ligt. Dit is het beduchte tuineffect, waarmee veel weeramateurs te maken hebben. De één ziet het als een probleem, de ander gaat er ontspannen mee om: "Ik meet de temperatuur in mijn tuin, omdat ik de temperatuur in mijn tuin wil weten." Soms zijn eigenschappen van de kleinere meetomgeving dominant: de beperkte afstand tot het huis, een schaduweffect, een schutting, een vijver, een boom, een struik, een tuinpaadje, of zelfs het barbeque-stel van de buren en een auto die in de vorst staat warm te draaien.

Of, en nu betreden we de nog kleinere invloedskring van het meten zelf, een kring die nog geen naam heeft: zelfs vogelpoep en insecten in een weerhut kunnen een microneffect veroorzaken. In de herfst van 2010 ondekte ik in de binnenbuis van de meethut een lieveheersbeestje. Het zat in de windopening, vlak voor van het o zo sensitieve vloeistofbolletje. Hoe lang zat het daar al? Moest ik het beestje wegjagen? Dat zou een directe ingreep in het micronklimaat betekenen. Tijdens de vorst van december lag er een dikke laag sneeuw op het dak van de weerhut. Zelfde vraag: moest ik de sneeuw wegvegen of laten wegdooien? En zou ik mijn buurman verzoeken om te stoppen met de stoep sneeuwvrij maken vanwege ongehoorde albedo-inmenging? Er komt geen einde aan de bezwaren die je kunt aantekenen tegen de noodzakelijke onvolkomenheid van alle pogingen om de echte temperatuur te meten in een stadsomgeving. Wat is dat eigenlijk?

Het tuineffect is geen 'nadeel', ook geen 'diskwalificatie'. Maar het blijft bijzonder moeilijk om te weten in hoeverre de gevonden waarden 'representatief' zijn voor een groter gebied en hoe groot de 'afwijkingen' zijn. Je moet je bewust zijn van lokale effecten. In de praktijk valt er mee te leven. Zelfs het KNMI in De Bilt heeft te maken gehad met een tuineffect. Vanwege hoger geworden bomen werden in de winter van 2008-2009 de weerhutten verplaatst (stilletjes verplaatst², maar vergelijk ook deze commentaren^2,3,4 en die van het KNMI). Het idee van 'representativiteit' is wankel. Je kunt niet zeggen dat de temperatuur in De Bilt representatief is voor Nederland, noch voor een kleiner gebied. Je kunt wel zeggen dat De Bilt een belangrijke standaard is, temeer daar de meetreeksen al decennia terug gaan in de tijd. Dat levert waardevolle informatie. Maar voor het overige geldt: elke temperatuurmeting geeft de temperatuur op tijdstip t op micronlocatie M. Een paar moleculen verderop ziet de wereld er net weer anders uit. Soms heel anders.

Deze overwegingen over lokaliteit gelden vanwege de geografische ligging, het turbulente klimaat met nu eens harde zeewind en dan weer droge lucht, en vanwege het wisselende landschap en de inrichting daarvan door mensenhand, in hoge mate voor Nederland. Limburg is totaal niet te vergelijken met de kust. Tussen Amsterdam en De Bilt bestaan te grote verschillen. De Bilt heeft een relatief landklimaat, met 's nachts dikwijls lagere temperaturen, ook in de zomer, en overdag juist gemiddeld iets hogere temperaturen. Voor het detecteren van een stadseffect in Amsterdam is De Bilt dus geen goede referentie meer. Maar zelfs weerstations in de periferie van Amsterdam hebben te maken met temperatuurverschillen die eerder zijn toe te schrijven aan een regionaal effect. Voor Amsterdam geldt in het bijzonder de invloed van de Noordzee en het IJsselmeer. In het voorjaar, wanneer het zeewater nog koud is, is Schiphol kouder ten opzichte van het oostelijker gelegen Holendrecht. In de herfst treedt een omgekeerd effect op. Dan is Schiphol relatief warm, vooral 's nachts, net als het Noordzeewater. De windrichting is hierbij een sterk bepalende factor.

Ondanks deze relativerende opmerkingen zijn stadstemperatuurmetingen nu niet opeens waardeloos of zinloos geworden. Integendeel. Het meten moet het juist hebben van de lokale specificiteit. Praktisch gaat het om de vraag hoe groot, hoeveel tienden van een graad, en soms hoeveel hondersten, een bepaalde invloed is. De hutverplaatsing in De Bilt heeft een correctie opgeleverd van 0,15 °C.² Voor de weeramateurs die met een tuineffect worstelen is het moeilijk om de opstelling van het instrument optimaal te krijgen. Je kunt het instrument hoger plaatsen, om boven een schutting uit te komen. Of je kunt actief koelen. Ik heb geen tuin. De thermometers aan de voor- en achterkant van mijn huis hangen aan een buis op bijna 7 meter hoogte boven de straat, zo'n 35 - 80 cm verwijderd van het raam. Ze hangen niet ver van elkaar, toch zie je soms onverklaarbare onderlinge verschillen. Waar precisie onbereikbaar is mag je best een beetje schatten. Er bestaat over het warmte-eiland veel literatuur met de woorden 'estimated' en 'preliminary' in titel, tekst of conclusies.

In april 2011 was Holendrecht gemiddeld 0,48 °C warmer dan Schiphol. De golfvorm wijst op een stadseffect in Holendrecht. Als Schiphol een goede referentie is voor Holendrecht en de Marnixstraat, en als de aprilgegevens kloppen en representatief zijn voor het hele jaar (maar dat laatste geloof ik niet, het ligt eerder in de buurt van de 0,2 °C, later meer), dan moeten we voor de Marnixstraat eenzelfde waarde bijtellen. De Amsterdam-mediaan komt dan gecorrigeerd uit op maximaal 1,9 + 0,48 = 2,38 °C ten opzichte van de referentie Schiphol. En het jaargmiddelde is dan maximaal 1,2 + 0,48 = 1,68°C ten opzichte Schiphol. Eenzelfde correctie moet eventueel worden doorgevoerd voor alle overige stations die (hierna) met Holendrecht worden vergeleken. We zullen de 0,48 °C voorlopig in gedachten houden als bovengrens waarmee holdr onder bijzondere omstandigheden gecorrigeerd moet worden. Dat er nog een 'hemelsbreed' verschil bestaat tussen Holendrecht en Schiphol, wordt geïllustreerd door het volgende feitje. Het grootste verschil tussen kwik en Schiphol werd gevonden in de nacht van 21 december 2010 om 0:52, met Schiphol op -11,7 °C, Holendrecht op -7,7 °C, en kwik op -4,2 °C. Het verschil kwik-schiph was 7,5 °C, en het verschil kwik-holdr bedroeg 3,5 °C.

Schiphol-correctie?
Je zou nog een stap verder kunnen gaan. Heeft Schiphol op zijn beurt ook te maken met gebiedswarmte? Zo ja, met welk ander vrijstaand station kunnen we Schiphol nog vergelijken? Laten we het terrein eens verkennen. De officiële KNMI-meetinstrumenten van Schiphol staan ergens op het vliegveld op een stuk open gras op redelijke afstand van de landingsbanen:

Foto's: Joep Roefs. De meetlocatie van het KNMI op Schiphol. Veel gras en open ruimte. De locatie en de directe omgeving zijn bijna ideaal voor het meten van de temperatuur volgens het boekje. De meethut staat op 1,5m boven het gras (dat wel iets korter mag). Vanaf grotere afstand kan er enige beïnvloeding zijn. De onderste foto toont de afstand (ongeveer 140m) tot een baan die alleen gebruikt wordt om te slepen.


Sleepactiviteit. Op deze baan landen of stijgen geen vliegtuigen.


Google maps - De Buitenveldertbaan ten noorden van het KNMI-sstation ligt op ongeveer 270m. "In principe komen langs het weerstation alleen maar landende vliegtuigen op ruime afstand, zelden wordt vanuit die kant gestart", zegt Joep Roefs. Bij wind uit westelijke richting zou Schiphol-Centrum enige invloed kunnen uitoefenen, zoals ook Utrecht op het KNMI-station in De Bilt nog enige invloed heeft.

Er zijn geen nabije warmtebronnen die de metingen kunnen beïnvloeden. De zes landingsbanen met een gezamelijke oppervlakte van 1 km² asfalt, veroorzaken wel degelijk een zeker UHI-effect. Ook de overige infrastructuur neemt op het vliegveld een behoorlijke oppervlakte in, evenals het stationsgebied Schiphol-Centrum, compleet met terminals, pieren, flats, straten, enorme parkeerterreinen, pleinen en rotondes. Maar dit zijn allemaal warmtebronnen op grotere afstand. Er staan verspreid over het gebied brandstoftanks, hangars, toeleveringsbedrijven enz. In de toekomst² zal het gebied steeds meer bebouwd raken. Anderzijds is er op het vliegveld nog steeds veel open ruimte. Als geheel heeft het Schipholterrein, inclusief Schiphol-Oost, eigenschappen van een semi-stadsgebied of semi-industriegebied. Zie deze fotocollage of kijk eens in een zoekmachien om het gebied te verkennen.

Op de daken van het terminalgebouw staan weerstations. De metingen dienen om het klimaat in die gebouwen optimaal te regelen. Maar ze geven ook inzicht in het buitenklimaat. Ten opzichte van de KNMI-weerstations, die verderop in het vrije veld staan, heeft "Schiphol-Stad" (zo zullen we het centrale stationsgebied bij deze gelegenheid noemen) eigenschappen van een warmte-eiland. Dit blijkt in onderstaande grafieken uit de hoogte van de curves, maar vooral uit de kenmerkende golfvorm met een middagminimum en een nachtmaximum.

De stationsdata van de Schipholpieren en -gebouwen kreeg ik van Joep Roefs, eigenaar van het amateurweerstation Buiksloterbreek. Ook in zijn beroep als energie-adviseur op Schiphol heeft hij met temperatuur en klimaat te maken. De gegevens van instrumenten op de daken van Schiphol-Centrum zijn geel, oranje, rood of bruin. Het Amsterdamse stadsstations Holendrecht, Buiksloot en Oudwest (sinds december 2010 actief) zijn in de vergelijking meegenomen. Opvallend is de hoge nachtwaarde van Buiksloot. Referentie is het KNMI-station op Schiphol. Ten opzichte van dit station hebben alle andere reeksen een voor het stadseffect kenmerkende vorm. Dit betekent dat het KNMI-station de beste referentie zou moeten zijn voor de andere stations. Deze metingen zijn immers het minst vertekend door een stadseffect. Aan de grafiek kun je niet afzien dat KNMI-Schiphol zelf ook nog last zou hebben van een stadseffect. Daarvoor zou een andere referentie gevonden moeten worden, ten opzichte waarvan KNMI-Schiphol de kenmerkende stadscurve vertoont of gewoonweg warmer zou zijn dan de referentie. Maar bestaat er ergens in de buurt zo'n referentiepunt?


Ten opzichte van het hoge Skyportgebouw hebben de overige gebouwen en pieren een negatieve UHI-curve. Je kunt dit zo uitleggen dat Skyport de sterkste UHI-eigenschappen heeft. De hoge ligging van Terminal 3 is te danken aan de aanwezigheid van een nabije luchtverversingsinstallatie op het dak. Maar de vorm van de curve wijst, net als die van de andere curven, op een negatief stadseffect ten oppzichte van Skyport. Je kunt de grafiek ook anders uitleggen en simpelweg constateren dat de andere gebouwen kennelijk meer last hebben van de zon. Hoe kun je nu weten welk van de twee effecten aan het werk is? Of zijn de twee soms identiek?

Een luchtfoto of satellietbeeld van Schiphol, zoals dat van Parijs, zou interessante informatie opleveren. Maar een probleem blijft ook dan: met welke UHI-vrije plek in de omgeving kun je Schiphol vergelijken? Het vliegveld ligt ingeklemd tussen Aalsmeer, Hoofddorp, Vijfhuizen/Haarlem, Zwanenburg, Badhoevedorp, Amsterdam/Amstelveen. Om het gebied ligt een gesloten ring van gebouwen, hallen en infrastructuur met vaarwegen, provinciale wegen en drie brede snelwegen, de A4, A5 en A9. Misschien is het Amsterdamse Bos een geschikte referentie. Iedere amateur zou daar op een grasveld kunnen meten, bijvoorbeeld op mooie zomeravond met een fles wijn. (Maar ook nachtvorstmetingen zijn interessant!) In Londen bleek het Richmond Park nog een graad kouder dan het omringend landelijk gebied (zie hier, fig. 4). Jammer, op de constructiefoto van de dakscan van Amsterdam is het Amsterdamse Bos niet meegenomen. Wellicht zijn er archieffoto's van.

In een stuk uit 2008 heb ik me al eens afgevraagd of Schiphol een warmte-eiland was. De dagmaxima van het KNMI-station zijn sinds de jaren vijftig (1951-2007) gestegen met 0,42 °C per decennium. Dat is meer dan de stijging van overige Nederlandse stations. Een bijzonderheid is dat de dagminima 'slechts' zijn gestegen met 0,19 °C per decennium. Indien Schiphol een klassiek warmte-eiland is en in de loop van de tijd steeds verder is geurbaniseerd, samen met het aanliggend gebied, dan zou je verwachten dat juist de dagminima, die 's nachts optreden, sterker waren toegenomen dan de dagmaxima. Een teruglopend verschil tussen dagmaxima en -minima wordt daarom gebruikt als indicator van een UHI-effect. Is er een verklaring voor deze 'afwijking'? Is pure restwarmte als gevolg van menselijke activiteiten overdag, zoals het verkeer en de luchtvaart, soms een oorzaak? Of spelen andere factoren een rol, zoals een veranderend neerslag- of windrichtingpatroon? Een warmere (zuidwesten)wind uit zee? Atmosferische verstoringen romdom het vliegveld? Deeltjes in de lucht? Of moeten we het dichterbij zoeken, simpelweg in de toegenomen hoeveelheid plat en donker asfalt onder de zon? Is Schiphol bij nader inzien wel een actief warmte-eiland, of is juist de omgeving van Schiphol iets warmer geworden, zodat Schiphol passief warmte ontvangt? Lastige vragen. Het gaat om kleine effecten.

Sinds 1951 is De Bilt 1,5 °C, en Schiphol, dat toch dichter bij zee ligt, 1,7°C warmer geworden ('s nachts 1,0 °C en overdag 2,4 °C). Schiphol heeft er dus 0,2 °C extra bijgekregen. Je kunt hieruit niet concluderen dat dit getal dus de toegenomen invloed van het het warmte-eiland Schiphol voorstelt als gevolg van de groei van de luchthaven of het omringend gebied. Maar het lijkt aannemelijk dat een eventueel Schipholeffect van deze orde van grootte kan zijn. Laten we de 0,2 °C eens aanhouden als rekenwaarde. Een voorwaarde is nu dat het KNMI-station in De Bilt, onze nieuwe referentie op afstand, op zijn beurt niet zelf ook weer last heeft van extra opwarming. En ook dat is een vraag. Maar deze vraag werd beantwoord. De Bilt is naar schatting 0,10 ± 0,06 °C warmer² als gevolg van de toegenomen invloed van de omringende steden Utrecht, Zeist en De Bilt zelf. Deze advectie of 'aanwaaiende warmte' uit de omgeving, kan onder omstandigheden oplopen tot 0,5 °C of meer. Ook op grond van deze getallen lijkt de geschatte orde van grootte van een eventueel Schiphol-effect niet zo gek. Als we tenslotte de twee correcties voor Holendrecht en Schiphol optellen, komen we uit op op 0,48 + 0,2 = 0,68 °C ten opzichte van De Bilt. Dit hypothetische getal zou dan zo'n beetje de maximale correctie zijn die voor het gevonden stadseffect in de Marnixstraat en de andere Amsterdamse stadsstations moet worden bijgeteld indien ze met Holendrecht worden vergeleken. Er is voor het gevonden gemiddelde van 1,2 °C in de Marnixstraat al met al nog wat speelruimte naar boven toe, zoals er ook een correctie naar beneden moest worden toegepast voor het zonne-effect (en nog enkele effecten, waarover later meer).

Extremen
Het jaargemiddelde en de mediaan van de Marnixstraat mogen niet spectaculair hoog zijn uitgevallen, individuele metingen of kortere perioden van enkele dagen of weken, laten soms toch vrij hoge waarden zien van enkele graden of meer. Zo was tussen 1 - 15 aug 2010 de Marnixstraat 's nachts tussen 0:00 en 5:00 gemiddeld 3,0 °C warmer dan Holendrecht. Een nachtelijk verschil van 4 °C of meer kwam af en toe voor. In de nacht van 9 feb 2011 liepen de verschillen op tot een recordhoogte van 5,9 °C. Aan de rand van de stad vroor het toen licht terwijl de Marnixstraat niet onder de 3 °C kwam. Uitgerekend tijdens zeer warme zomernachten tijdens een hittegolf kan het UHI-effect nog eens een behoorlijke portie warmte toevoegen. Voor Londen werden tijdens de hittegolven van 2003 en 2006 bijvoorbeeld nachtwaarden gevonden van 6 tot 9 °C. Overdag, wanneer de absolute temperatuur zijn maximum bereikt, lijkt het maximale UHI-effect, ook in Amsterdam, veel minder sterk. Sterker nog, een stad is niet altijd warmer dan de omgeving. In het voorjaar was er in de Marnixstraat opeens hardnekkige negatieve stadswarmte.

Cruquiusweg (Oost)
Ik was ook nieuwsgierig naar het stadseffect in andere delen van Amsterdam. Een tennisvriend heeft tussen 21 juli en 22 oktober 2010 op de Cruquiusweg (de Architectenbuurt in Oost) 72 keer de temperatuur op zijn balkon gemeten. We kozen ervoor om alleen 's avonds te meten omdat zijn huis tot halverwege de middag in de zon ligt. Gemiddeld lag de avondtemperatuur 0,88 °C hoger dan weerstation Holendrecht. In de eerste meetperiode (23 metingen t/m 11 aug) bedroeg het verschil 1,30 °C. In de tweede meetperiode (49 metingen tussen 20 sep en 22 okt 2010) was het verschil nog maar 0,69 °C. Dit duidt erop dat het stadseffect in de zomer hoger ligt dan in de herfst. Dit lijkt logisch, daar de zon, toch een belangrijke speler bij het ontstaan van het UHI-effect, met de komst van de herfst zwakker wordt. Ook brengt de herfst meer regen en wind.

Watergraafsmeer (Oost)
Voor alle meetpunten uit de Cruquiusreeks werden ook de bijbehorende waarden van een nabijgelegen weerstation Watergraafsmeer (afgekort 'wgm', 2 km ten zuiden van de Cruquiusweg) vergeleken met Holendrecht. Gemiddeld voor de hele periode bedroeg het verschil wgm-holdr 0,76 °C. Van 21 jul t/m 11 aug 2010 was het verschil 1,04 °C en in de periode 20 sep t/m 21 okt 2010 was het verschil nog slechts 0,60 °C. (De laatse vijf meetpunten ontbreken in deze reeks. Watergraafsmeer was niet meer actief.) Eenzelfde verband in de overgang van de zomer naar de herfst werd gevonden voor mijn eigen straat. Het verschil kwik-holdr in de avonduren 18:30 - 0:00 bedroeg 1,74 °C voor de periode 21 jul t/m 11 aug 2010, en 1,12 °C voor de periode 20 sep t/m 21 okt 2010. (Het vergelijk is niet helemaal zuiver daar de kwik-reeks weinig strikt gemeenschappelijke meetpunten heeft met de cruquiusreeks in Oost. Voor het vinden van een overgangsverschil tussen zomer en herfst is dit echter niet nodig.) Alle gegevens uit de Cruquiusweg, de Watergraafsmeer en het centrum van Amsterdam wijzen op een afnemend UHI-effect naarmate de zon minder krachtig wordt op weg naar de herfst. (Toegevoegd: Dit was ook het geval in der periode augustus - november 2011.)

DNB - Frederiksplein
Van een schaakvriend kreeg ik meetgegevens van De Nederlandsche Bank. Het zijn daggemiddelden (helaas geen ruwe data) uit de periode 10 apr 2010 - 24 nov 2011.

Het meetinstrument staat op het dak van het grote vierkante gebouw aan het Frederiksplein. Ik heb de meetsituatie niet kunnen verkennen, en gegevens over meeetinstrumenten en kalibratie ontbreken. Vermoedelijk is de meetapparatuur op deze foto (wikipedia²) op het dak, rechts van de vlaggenmast, te zien. Zie ook deze foto, genomen vanuit de Utrechtste straat. De meethoogte is naar schatting zo'n 70 meter. Het is niet duidelijk wat een dergelijke hoogte met de temperatuur doet. Puur op grond van het 'ideale' temperatuurverloop (ongeveer 1 °C per 100 meter) zou je op 70 meter hoogte een 0,7 °C lagere temperatuur verwachten. Maar met name boven een stad kan inversie een belangrijke rol spelen, waardoor de temperatuur op grotere hoogte soms juist iets hoger dan aan de grond. Stadswarmte is een soort inversie. Bij lage mist kan het bovenste gedeelte van het bankgebouw nog zon ontvangen. Het gemiddelde temperatuurverschil tussen DNB en Holendrecht bedroeg 0,75 °C in de periode 27 aug 2010 - 26 aug 2011 (in diezelfde periode was het stadseffect in de Marnixstraat 1,2 °C). Opmerkelijk is het hoge gemiddelde in de zonnige herfst van 2011 van maar liefst 1,59 °C (sep 1,61 °C, okt 1,59 °C en nov 1,58 °C). En mei 2010 heeft een flink negatief stadseffect.

Utrecht en Amsterdam
Eind 2010 kwam het KNMI met een verslag van mobiele metingen in de stad Utrecht door Theo Brandsma. Een traject dwars door Utrecht werd per fiets 183 keer is afgelegd. De warmstse plekken van Utrecht waren tussen 12 aug - 12 sept 2009 's ochtends voor zonsopgang gemiddeld 1,5 °C warmer dan de 'omgeving' (KNMI-stations Cabauw, Herwijnen en Deelen). De Marnixstraat was ongeveer 1,7 °C warmer ten opzichte van Holendrecht (zie GRAFIEK1). De (na)middagwaarden voor Utrecht waren 0,6 °C, die voor Amsterdam 0,5 °C (tussen 15:00 en 18:00, 'unsmoothed'). Een vrij aardige overeenkomst tussen twee steden die een vergelijkbaar stadswarmteprofiel kunnen hebben. Maar misschien is het resultaat nog iets te mooi. Want de vergelijking is om een aantal redenen niet helemaal zuiver. Zo werd er in Utrecht niet gemeten tijdens regen.

Ook de extremen van Utrecht lagen in de buurt van die in de Marnixstraat. De drie hoogst gemeten stadseffecten voor Utrecht waren 5,1, 5,2 en 5,4 °C op resp. 13 en 15 maart 2007 en 15 februari 2008. "Dit is kleiner dan de ongeveer 6,5 °C die we op basis van de literatuur mogen verwachten voor steden met een omvang van Utrecht", schrijft auteur Theo Brandsma. Maar het scheelt niet veel. Voor de Marnixstraat werden de drie hoogste verschillen gevonden op 9 feb 2011 (5,9 °C), 21 mrt 2011 (5,5 °C) en 30 mrt 2011 (5,2 °C). Opnieuw een mooie overeenkomst, waarbij de Marnixstraat opnieuw net iets hoger ligt. Opvallend is ook de periode van het jaar waarin de extremen werden gevonden. Voor beide steden steeds aan het einde van de winter. Je zou verwachten dat de hoogste waarden 's zomers optreden. Dit geldt mogelijk wel voor gemiddelden, maar nog niet automatisch voor extreme waarden.

De Oke-formule levert voor Utrecht een UHI op van 0,73 × ¹⁰log(population) = 0,73 × ¹⁰log(312000) = 4,0 °C. Maar deze formule geldt niet voor extremen. Daarvoor dient de volgende formule (Oke 1973, zie ook hier), waarbij een onderscheid gemaakt wordt tussen Europese en Amerikaanse steden. (Mogelijke oorzaken: de VS heeft iets meer landklimaat, ligt gemiddeld zo'n tien graden dichter bij de evenaar en de steden bevatten meer hoogbouw). De formule:

UHI_max = 2,96 × ¹⁰log(populatie) – 6,41 (USA)
UHI_max = 2,01 × ¹⁰log(populatie) – 4,06 (Europa)

Toepassen levert voor Utrecht 7,0 °C op, en voor Amsterdam (gesteld op 1 miljoen inwoners) 8,0 °C. Ook L. A. Conrads (Observations of meteorological urban effects. The heat island of Utrecht, 1975) geeft een formule. Die levert een UHI-maximum op van 5,5 °C voor een stad van 100.000 inwoners, en een UHI-maximum van 7,5 ° bij 1.000.000 inwoners. In Utrecht heeft Conrads een maximaal effect van 8,0 ° C gemeten, en in Amsterdam 8,7 °C. (Er bestaan dus tóch gegevens van Amsterdam? Het bovenstaande is overgenomen uit het Klimaateffectschetsboek Noord-Holland, 2008.) Dit zijn hoge waarden.

Stadsreisjes
Ook ik heb stadsreisjes gemaakt. Met een thermometer op het stuur werd onderstaande route vaak afgelegd, al was het geen 183 keer, zoals in Utrecht.

Maar lang niet alle reisjes waren een succes. Hoewel ik voor het vertrek de radarbeelden had bestudeerd, had ik toch vaak pech. Nu eens betrok de lucht terwijl er zon was beloofd. De volgende keer brak er een zonnetje door terwijl het tijdens het eerste deel van de stadsreis volledig bedekt was. Ik probeerde dan zoveel mogelijk in de schaduw te rijden, en wanneer dat niet kon, gebruikte ik mijn lichaam om de thermometer te beschermen. Toch schommelde de temperatuur in veel van die reisjes nog te veel. Eenmaal thuisgekomen bleken de meetresultaten niet goed meer te analyseren op de aanwezigheid van een verhoudingsgewijs klein stadseffect, dat overdag toch al vrij klein is. Daar komt nog bij dat een wolk op de plek waar gemeten wordt, niet boven het referentiestation hangt. Daar trekt de lucht misschien net open, waarna de grond en de lucht snel opwarmen.

Voor de stadswarmte-onderzoeker zijn de mooiste dagen daarom die dagen waarop de temperatuurverschillen tussen stations op regelmatige afstand van elkaar blijven, zoals in dit screenshot:

Fraaie temperatuurreeksen op regelmatige afstanden van elkaar op 14-15 sep 2010. Geen onverklaarbaare temperatuursprongen onder hollandse luchten. Je ziet meteen de verhoudingen. Overdag ligt Zaandam hoog. Daarna volgt mijn straat (de apparaten 'Marnix' en 'kwik', hier nog zonder kalibratiecorrecties), dan volgen Buiksloot Schiphol, Holendrecht en De Bilt. 's Nachts treden verschuivingen op. Het patroon wordt minder regelmatig maar blijft redelijk consistent. Op andere dagen kunnen de stations zich springerig gedragen en onderling stuivertje wisselen. Wie op zoek is naar hoge waarden, zou eens een kijkje kunnen nemen in Zaandam² in de herfst. Mijn gegevens leveren dit plaatje op:


Zndm, kwik en holdr in de periode 27 aug - 28 sep 2010. Zaandam ligt erg hoog. De vorm van de curve wijst op een krachtig UHI-effect. Maar waarschijnlijker lijkt de invloed van water dat 's nachts en in de nazomer langer warm blijft dan het land.
De drie reeksen zijn niet homogeen. Dat wil zeggen, voor elk meetpunt van kwik bestaat een meetpunt van holdr. En voor elk meetpunt van zndm bestaat een meetpunt van holdr. Maar niet voor elk punt van kwik bestaat een meetpunt van zndm. En niet voor elk punt van zndm bestaat een meetpunt van kwik. Hier ontstaat een deelverzamelingenprobleem dat statistische bewerkingen bemoeilijkt. Rechtsonder in de grafiek is de situatie gevisualiseerd met behulp van drie bollen, een soort gedeeltelijke maansverduistering. Het afgelopen meetjaar zijn in mijn werkbestand zo'n 20 verschillende reeksen ontstaan, waarvan sommige ook na verloop van tijd weer werden afgebroken. Er waren momenten waarop weerstations in de omgeving geen data leverden. Thermometers werden, soms tijdelijk, verplaatst of de behuizing was in reparatie. Het werkbestand is zodoende een groot deelverzamelingenprobleem geworden. Je moet steeds voorzichtig selecteren wat je met wat gaat vergelijken, en in welke periode dat nog zinvol is. Een probleem ontstaat zodra je meer dan twee reeksen in een grafiek zet. Hier valt het nog wel mee. De vergelijking geeft een redelijke indruk van de onderlinge verschillen. Kwik is bijna volledig, en voor zndm ontbreken wat gegevens. Een zuivere indruk krijg je wel van de verschillen kwik-holdr en zndm-holdr, maar niet, zoals je geneigd bent te denken, dus automatisch ook van zndm-kwik. De redenering 'als (a-b) en (c-b) bekend zijn, dan is ook (a-c) bekend', is hier ongeldig. Rara!

De windstille schemeravond van 8 juli 2010 had een mooi regelmatig temperatuurverloop. Om 21:51 uur fietste ik van het Amsterdam-Rijnkanaal met een vaartje naar de Marnixstraat. Eenmaal thuis achter de computer ontstond een duidelijk signaal:

GRAFIEK 8 - Gegevens van een mooie schemeravond (8 juli 2010). Het resultaat van 2,14 °C geldt onder de aanname dat op het punt van vertrek vanaf het Amsterdam-Rijnkanaal richting Centrum, de temperatuur bij het Amsterdam-Rijnkanaal net zo snel is gedaald als in Holendrecht. Voor dit laatste station werden de gegevens opgehaald. Het resultaat is de afstand tussen de twee rode punten. (Een kalibratiecorrectie voor het apparaat digi staat in de tabel.)

Inertie-effect 1
Gezien de dempende aanwezigheid van water op het punt van vertrek aan de rand van het Amsterdam-Rijnkanaal, zou de snelheid waarmee de temperatuur op deze locatie feitelijk gedaald is, lager kunnen liggen dan die in Holendrecht. Je zou hiervoor een correctie moeten doorvoeren. Maar die is lastig te bepalen. En misschien is het omgekeerde wel waar. De watertemperatuur was op om 21:51 lager dan de luchttemperatuur. Pas 's nachts, als de temperatuur nog verder gedaald is, zal het relatief warme water de temperatuurdaling van de lucht afremmen. Maar misschien is dit ook weer te simpel gedacht. Je hebt ook nog te maken met lokale verdamping en luchtvochtigheid.

Inertie-effect 2
De gebruikte digitale thermometer 'digi' heeft een zeer hoge thermische inertie. Het apparaat - eigenlijk een weerstationnetje - is behoorlijk zwaar en bevat zeer kleine ventilatiesleufjes in de plastic behuizing. De bedoeling is dat je de buitentemperatuur meet met een externe unit die een draadloos signaal stuurt naar het station. Maar de unit heeft nooit gewerkt. Het station zelf heeft ook sensor. Maar deze reageert traag op schommelingen. Dit is iets dat ik pas later ontdekte. Toen kon ik sommige vreemde resultaten van de stadsreisjes opeens beter verklaren. Voor stadsreisjes heb je een snelle thermometer nodig.


De grafiek laat zien hoe lang het duurt voordat het weerstation op temperatuur is in de windstille omgeving van een huiskamer. Twee uur! Op de fiets is er gelukkig vrij veel wind. Een aantal keer heb ik tevergeefs staan wachten op een temperatuurdaling toen ik vanuit de stad het Flevopark in reed. Pas toen ik in het park rondjes ben gaan rijden, begon mijn apparaat naar behoren te reageren. De aanpassingstijd van digi lag nu lager, maar nog altijd te hoog voor stadsreisjes. Twee andere apparaten met eveneens een vrij grote inertie (maar kleiner dan die van digi) hing ik eens buiten. Er was wat wind. Het duurde toch nog 30 tot 60 minuten voordat een een verschil van 5 °C was overbrugd.



Voor het bereiken van evenwicht op de fiets is naar schatting al gauw een kwartier nodig, en bij stilstand veel meer. Voor dit vertragingseffect, dat bij oplopende temperatuur voortdurend een rol speelt, moet een correctie worden toepast van toch wel enkele tienden van een graad, mogelijk meer. Op de eindbestemming en tijdens de reis, toen de temperatuur op de fiets steeg, was de buitenluchttemperatuur dus steeds iets hoger dan de meetwaarden. Bij aanvang van de reis, toen de buitenluchttemperatuur vrij snel daalde, lag de temperatuur van het apparaat vanwege dezelfde inertie juist iets te hoog. Een dubbele correctie is dus nodig.

Inertie-effect 3 en 4
Bij gebrek aan een nauwkeurig model voor deze twee inertie-effecten, zullen we de twee correcties gemakshalve buiten beschouwing houden. Het is een project op zichzelf om uit te zoeken hoe groot die effecten zijn. "Due to the uncertain nature of the errors described above, no attempt is made to correct for them in this study", schrijft men dan. Toen ik aan mijn 'stadsonderzoekje' begon, dacht ik nog dat stadswarmte meten niet moeilijk kon zijn. Ik had mij voorgenomen om drie maanden de temperatuur voor mijn huis op te nemen. Het project is behoorlijk uitgelopen. Ook dit is inertie. En eigenlijk is het stadseffect zelf ook een vorm van inertie. Het is zo'n beetje in antifase met de dagelijkse zonnestand. Iets dergelijks gledt voor de seizoenen. Hoeveel maanden is het stadseffect uit fase met de zon? Twee, drie? Het is moeilijk te zeggen, want daarvoor zijn langjarige temperatuurreeksen nodig. September bleek in 2010 en 2011 een goede maand voor stadswarmte. Wanneer de druiven rijp zijn.

Op 8 juli 22:25 uur bedroeg het temperatuurverschil tussen de Marnixstraat en het Amsterdam-Rijnkanaal 2,14 °C. Tijdens de reis ging de temperatuur op de fiets omhoog, hetgeen je ook met je lichaam kon voelen. Ondertussen zakte temperatuur bij het Amsterdam-Rijnkanaal in de avondschemering volgens het schema van Holendrecht (dit is een aanname). Hoewel ik van het verdere verloop van deze avond geen metingen heb, ligt het voor de hand dat de stadswarmte diezelfde nacht nog verder is opgelopen. Het was een warme dag, onbewolkt en winstil, zodat de opgespaarde warmte van overdag snel weg wil, maar in zijn weg naar omhoog wordt geblokkeerd door de stadsstructuren.

Flatexperiment
Ooit keek de achterkant van mijn woning uit op een pleintje aan de Singelgracht. Er was een speelplaats en een groenstrook waar vlinders en mussen zaten. Een open stukje midden in de stad.

In het voorjaar van 2011 is men op het plein een flat van zes woonlagen gaan bouwen. Op dit moment van schrijven (eind december) is de flat bijna klaar. In oktober werd het hoogste punt bereikt. Nu wordt het interieur woonklaar gemaakt. De open ruimte van weleer is volledig bezet. Aan alle kanten van het flatgebouw (behalve de waterkant) zijn nog slechts donkere, smalle stegen overgebleven.

Vanuit mijn raam heb ik zicht op 12 × 6 = 72 nieuwe woningen. (En dit is wederzijds.) Elders zijn er nog meer woningen, omdat het flatgebouw de hoek om gaat en zo verder de diepte in, het plein af tot aan de gracht. Het is een U-vorm. De flat staat op 10 meter afstand van mijn huis. Binnen een straal van 11 meter kijken er 9 woonunits mijn privéleven in. Binnen een straal van 20 meter het er 42. 's Nachts staart de zombie-architectuur je aan.

Jammer, voortaan geen uitzicht meer op de gracht. Geen pleintje meer en ook geen stukje groen waar je 's zomers weleens een boekje zat te lezen aan het water. Voortaan geen voorjaarszonnetje meer in huis, en ook geen winterzonnetje waarin de was zo lekker droogt. Geen maanlicht meer. Vanwege de vernauwde Sky View Factor moeten nu overdag de lampen aan in huis en de gordijnen dicht.

Maar, zo bedacht ik, de bouw van de flat is ook een unieke kans. Hoe zou het stadseffect erdoor veranderen? Ik was in een UHI-experiment beland. Ik hoefde alleen maar te meten aan de achterkant van mijn huis. En dat heb ik gedaan. Sinds juni 2011 is het stadseffect aan de achterkant zo'n 0,3 °C gestegen ten opzichte van de temperatuur aan de voorkant. En dit zou best eens kunnen komen door die flat. Mogelijk is het flateffect nog groter. Want in januari en februari 2012 liep het temperatuurverschil op tot ruim 0,5 °C. Toch is het moeilijk te bewijzen dat het gevonden result inderdaad veroorzaakt is door het nieuwe gebouw en niet door 'natuurlijke fluctuatie'. Je kunt dit experiment maar één keer doen. Hoewel, misschien komt er een tweede kans. Want als de flat weer gesloopt wordt, zou de temperatuur ook weer moeten zakken. Een aardig controle-experiment.

Conclusies en algemene opmerkingen
Dit is een voorlopige versie. Tekst volgt. Zie de samenvatting helemaal bovenaan.


Jeroen Vuurboom - 30 aug 2010 t/m 24 juli 2011 (bijgewerkt 20 aug 2012)

Noten