Het stedelijk windeilandeffect

Promovendus Arjan Droste van de Universiteit Wageningen onderzocht het verschil in windgedrag tussen stad en platteland en vond het stedelijk windeilandeffect: meer wind in de stad dan in het buitengebied.

Waarom is het belangrijk om het windgedrag binnen en buiten steden te onderzoeken?

"Nederland is een dichtbevolkt, sterk verstedelijkt gebied: de stad is onze leefomgeving. Het is belangrijk – en gewoon interessant – om te weten wat voor leefomgeving dat is: is het warm, koud, licht, donker, winderig of windstil? Zo kunnen we zien in welke wijken het leefklimaat aangenaam is, en in welke wijken dat verbeterd kan worden omdat er bijvoorbeeld warme plekken of winderige straten zijn. Wind is belangrijk voor onze veiligheid en gezondheid, denk maar aan de windlast op gevels en hoge bebouwing en de verspreiding van vervuiling en fijnstof. Maar wind is ook belangrijk voor comfort: een recreatieplein moet niet pal in de wind staan maar een fris briesje in de stad tijdens hete dagen is juist prettig."

"De stad staat vol bebouwing, en dat heeft een sterke invloed op het windgedrag: de wind die we meten op een weerstation buiten de stad is niet te vertalen naar de wind in de stad. De wind in de stad is veel grilliger: deze kan verschillen van straat tot straat vanwege de gebouwen en andere blokkades. Het doel van ons onderzoek was om te zien wat er binnen en buiten de stad met de wind gebeurt onder dezelfde omstandigheden: dus wat is het effect van het oppervlak – ofwel de bebouwing – op de wind?"

Wat was de voornaamste uitkomst van het onderzoek?

"We begonnen het onderzoek met de verwachting dat het in de stad altijd minder hard waait. Gebouwen zorgen voor wrijving en dat remt de wind af, dat was onze hypothese. Maar de uitkomst was verrassend: onder sommige omstandigheden waait het in de stad juist harder! We dachten eerst dat dit kwam door een fout in de methode. Maar na het controleren en verbeteren van de data en het model, bleef de uitkomst overeind staan: het kan in de stad harder waaien dan op het platteland. Dit ‘stedelijk windeilandeffect’ is het sterkst aanwezig overdag en op dagen met weinig wind, zo’n windkracht twee. Het effect kan oplopen tot 0.5 m/s, dat komt overeen met ongeveer een half Beaufort onder die omstandigheden."

Hoe hebben jullie dat onderzocht?

"We gebruikten een simpel computermodel dat de basisvergelijkingen voor stroming in de grenslaag gebruikt om wind en temperatuur uit te rekenen. De grenslaag is de onderste laag van de atmosfeer die grenst aan het aardoppervlak tot pakweg een kilometer boven het landoppervlak. Binnen dat model hadden we twee blokken opgenomen: een blok platteland met een mooi vlak grasland eronder, en een blok stad met een laag gebouwen. Voor het blokje stad werd bovendien extra hitte opgenomen vanwege het stedelijk hitte-eiland. De vrije atmosfeer hoog boven de blokken stad en platteland was hetzelfde: op een kilometer hoogte veronderstelden we dezelfde zonnestraling en dezelfde windsnelheid. De verschillen in modeluitkomsten kwamen dus puur door de verschillen in het landoppervlak. Om te kijken of het model dat we gebruikten eigenlijk wel realistisch was, controleerden we het model met een dataset uit de Zwitserse stad Basel, waar metingen in de stad en daarbuiten gedaan waren. Met die dataset valideerden we het model, en wisten we dat onze uitkomst klopte."

Wat betekent deze bevinding voor de stedelijke inrichting? En hoe verhoudt zich dat tot hittestress en luchtvervuiling tijdens hete dagen?

"Omdat het stedelijk windeiland vooral optreedt onder zomerse omstandigheden die typisch te maken hebben met hittegolven, zou het hittestress tegen kunnen gaan: dat extra briesje kan het nog net aangenaam maken om buiten te zijn. Ook luchtvervuiling kan daarmee sneller weggewaaid worden en dus minder sterk zijn. De stad moet er wel op ingericht zijn om ervan te kunnen profiteren: de wind moet wel beneden in de straat terecht komen. Met nauwe straten en hoge gebouwen is er weliswaar ook meer wind, maar alleen op dakniveau. Wel is het maar een klein effect: ingrepen als vergroening van de stad en vermindering van verkeersintensiteit zullen een groter resultaat geven."

Wat kunnen ontwerpers en ruimtelijke ordenaars met deze informatie?

"Het zou interessant zijn om te onderzoeken wat het stedelijk windeiland kan betekenen voor kleinschalige windenergie in steden. Er bestaan al kleine windturbines die gemaakt zijn om boven op gebouwen te zetten. Als de windsnelheid ook op vrij windstille daken tot op het minimum van zo’n turbine terecht komt dankzij het windeiland, kan dat een mooie toevoeging zijn voor de stad van de toekomst. Verder is het de uitdaging om steden zo te ontwerpen dat ze tijdens warme perioden kunnen profiteren van een frisse wind om hittestress tegen te gaan, maar tegelijkertijd niet in de winter vol in de kou te staan. Er is dus nog meer onderzoek nodig om daar concrete uitspraken over te doen."