Embedded Files
Voor deze opdracht moet je eerst het leerpad temperatuur doorlopen hebben. Het hitte-eiland effect kwam daar aan bod. Hiernaast kan je de link vinden naar dit gedeelte van het leerpad temperatuur.
Doel van de analyse
Doel van de analyse
In het leerpad temperatuur heb je gezien welke effecten verantwoordelijk zijn voor het hitte-eiland effect. Daarnaast hebben we ook besproken wanneer en waar het hitte-eiland effect het duidelijkst optreedt. In deze oefening gaan we dit onderzoeken aan de hand van data van twee VLINDER stations.
Voor deze demonstratie wordt er gebruik gemaakt van twee stations gelegen in Mechelen. Mechelen is een centrumstad gelegen in de provincie Antwerpen en telt ongeveer 87 000 inwoners. Kunnen we het het stedelijke hitte-eiland waarnemen in Mechelen?
De locaties
De locaties
Er worden twee locaties met elkaar vergeleken, VLINDER 06 en VLINDER 08. VLINDER 06 zullen we gebruiken als referentie, dit is een groene locatie net buiten de stad. Op de taartdiagrammen hieronder kan je zien dat groen inderdaad de grootste fractie vormt voor deze locatie. Zowel voor een kleine schijf (50m straal) rondom de locatie, als voor een grote schijf (500m) blijft groen het dominante landgebruik voor de referentie locatie.
De stedelijke locatie van VLINDER 08 bevindt zich in het centrum van Mechelen. Je kan zien in de taartdiagrammen dat het landgebruik voornamelijk van het verharde type is.
Je zal dus twee locaties vergelijken die sterk verschillende landfracties hebben voor verschillende bufferstralen.
Landfracties voor bufferstraal 50m voor beide locaties.
Landfracties voor bufferstraal 100m voor beide locaties.
Landfracties voor bufferstraal 200m voor beide locaties.
Landfracties voor bufferstraal 500m voor beide locaties.
Demo hitte-eiland effect van mechelen
Demo hitte-eiland effect van mechelen
We beginnen met het kiezen van een periode waarin we vermoeden dat het stedelijke hitte-eiland effect van Mechelen het grootste is. Opdat het hitte-eiland zou optreden, dient er aan de 2 volgende voorwaarden voldaan te zijn:
windstil: Wanneer er te veel wind is, treedt er veel menging op en zijn er zeer beperkte temperatuursverschillen. De opgeslagen warmte vindt zo een manier om de stad te kunnen ontsnappen.
geen wolken: Zoals besproken hebben wolken een isolerend effect wanneer het aardoppervlak afkoelt. Zowel de stad als het platteland kunnen hierdoor minder snel afkoelen, en de verschillen tussen beiden worden zeer klein. Een heldere hemel is daarom een vereiste om het stedelijke hitte-eiland te kunnen meten.
Is er altijd een hitte-eiland zichtbaar?
Wanneer is het hitte-eiland het grootst?
Waarom is er op 28 juli geen temperatuurspiek?
De temperatuur reeks
De temperatuur reeks
Hiernaast wordt de temperatuurreeks weergegeven voor beide stations in de periode van 22 juli tot 29 juli. Deze periode bevat een hittegolf (de zomer van 2019 kende maar liefst 3 hittegolven) met 25 juli als hoogtepunt. Die dag staat nu te boek als de heetste dag sinds het begin van de metingen in België. Je kan zien dat de temperatuur in de Mechelse binnenstad over de 40°C klom!
In de temperatuurreeks hiernaast kan je duidelijk de dag-nacht cyclus zien. We zien ook duidelijke verschillen tussen beide locaties. Het verschil tussen de stedelijke en de referentie locatie zullen we verder benoemen als het temperatuursverschil genoteerd als ∆T.
Het temperatuursverschil
Het temperatuursverschil
De grootte van het stedelijke hitte-eiland effect in Mechelen wordt duidelijker wanneer we het temperatuursverschil ∆T plotten. Dit kan je in de figuur hiernaast zien. Hier wordt de stedelijke temperatuur min de referentie temperatuur getoond.
Je kan zien dat er een temperatuursverschil van maar liefst 7°C optrad op 24 juli (middernacht). Hiermee kan je zien dat kleine steden, zoals Mechelen, onder optimale omstandigheden er ook een groot temperatuursverschil kan optreden.
Is het temperatuursverschil het grootst tijdens de warmste dag/nacht?
Hoe zou het kunnen dat er geen hitte-eiland is op 28 juli?
Kan de stedelijke meting soms ook kouder zijn dan de referentiemeting?
We kunnen het temperatuursverschil ∆T voorstellen in de vorm van een histogram. Dit geeft aan hoe vaak een bepaald temperatuurverschil voorkomt, het zegt niets over wanneer dit voorkomt.
Hiernaast kan je zien dat tijdens de hittegolf het temperatuursverschil het vaakst klein is (-0,35 °C < ∆T < 0,31). Je kan ook zien dat het lijkt alsof de histogram bestaat uit twee verdelingen. Vanaf ∆T=3,58°C lijkt het histogram opnieuw te stijgen. Wat is er hier gaande?
Om dit verder te onderzoeken gaan we de data labelen. Dat wil zeggen dat we voor elke meting aangeven of het dag of nacht is. We geven dus elke meting een label 'dag' of 'nacht'. Wanneer we dan het histogram bekijken doorheen de dag en doorheen de nacht, zien we een duidelijk verschil. Doorheen de dag is het temperatuursverschil meestal klein. Tijdens de nacht is het temperatuursverschil minder duidelijk. Grote verschillen treden op tijdens de heldere, windstille nachten maar als deze voorwaarden niet vervuld zijn meten we slechts kleine nachtelijke verschillen. Wel kunnen we duidelijk stellen dat de temperatuursverschillen tijdens de nacht veel groter kunnen zijn dan overdag.
Tip: Je kan de data labelen door gebruik te maken van een ALS(uitdrukking ; label_waar ; label_onwaar). Als je dag en nacht labels wil toevoegen aan de data zal de uitdrukking nagaan of de uurwaarde tussen 7u en 21u ligt. Dus alle metingen die tussen 7u00 en 21u00 werden genomen zullen het label_waar hebben. Daarom stellen we dat label_waar=dag. Wanneer de meting niet gesitueerd is tussen 7u en 21u wordt het label_onwaar aan het datapunt gegeven. Daarom stellen we dat label_onwaar=nacht.
=ALS(EN(UUR(A2)>7; UUR(A2)<21);"dag";"nacht")
Hierboven de uitdrukking voor de 2e rij waarin de A kolom de tijdstippen van de meting bevat.
Demo: Opstellen histogram met temperatuurverschillen.
Demo: "dag" en "nacht" labels toekennen.
Demo: Opstellen histogram voor "dag" en "nacht" regime met temperatuurverschillen.
Wat is de grootste temperatuursverandering die voorkomt?
Is de temperatuursverandering groter in een kleine stad dan in een grote stad?
Zijn er andere (betere) methoden om de afgeleide te berekenen?
Temperatuursverandering
Temperatuursverandering
De temperatuursverandering geeft aan hoe snel de temperatuur verandert op een bepaald moment. De verandering van een grootheid in functie van een variabele, in dit geval temperatuur in functie van tijd, wordt in de wiskunde een afgeleide genoemd. Hoe sneller de temperatuur stijgt, hoe groter de afgeleide van de temperatuur naar de tijd.
Tijdens wiskundelessen heb je wellicht al een aantal functies afgeleid, gebruik makend van de regels-van-het-afleiden. Deze regels-van-het-afleiden ga je nu niet kunnen toepassen want je hebt geen functievoorschrift. Het temperatuursverloop bestaat uit een discrete opeenvolging van metingen. Om de temperatuursverandering te berekenen zullen we de afgeleide gaan benaderen. We kunnen onmogelijk de exacte afgeleide berekenen, maar we komen wel zeer dicht in de buurt met de volgende benadering:
T stelt de temperatuur en t de tijd voor op het tijdstip dat is aangegeven (1 of 2). Momenten 1 en 2 volgen op elkaar, en zijn dus opeenvolgende rijen in de dataset. Bovenstaande benadering, die we de eindige verschillen methode noemen, wordt zeer vaak gebruikt om een afgeleide te benaderen.
We maken dit even concreter met behulp van een voorbeeldje. In de tabel hiernaast willen we de temperatuursverandering bepalen op het tijdstip t1. Hiervoor nemen we eerst het verschil van de temperatuur T2 gemeten op het tijdstip t2 en de temperatuur T1 op tijdstip t1. Deze uitkomst zullen we delen door het tijdsverschil t2-t1 tussen beide metingen. We kunnen zien dat dit verschil één uur is en 3 seconden.
Zo bekomen we een temperatuursverandering van -0.04 °C per minuut.
Temperatuursverandering tijdens de hittegolf
Temperatuursverandering tijdens de hittegolf
Hiernaast kan je de temperatuursverandering zien voor de referentiemeting (blauw) en de stedelijke meting (rood).
Een positieve temperatuursverandering wil zeggen dat de temperatuur stijgt, een negatieve temperatuursverandering komt overeen met dalende temperaturen.
Op de figuur hiernaast kan je zien dat beide locaties een gelijkaardig verloop hebben van de temperatuursverandering. De extreme waarden van de referentiemeting zijn wel steeds groter, wat aangeeft dat de landelijke locatie sneller opwarmt en afkoelt dan de stedelijke locatie.
Tijdsverschillen worden in Google Sheets steeds in dagen uitgedrukt. We zullen dit omvormen naar minuten. Daarom moeten we het tijdsverschil steeds vermenigvuldigen met 24 x 60 = 1440.
Opdracht
Je hebt hierboven gezien hoe je het stedelijke hitte-eiland kan onderzoeken. Ga zelf eens aan de slag om het stedelijke hitte-eiland te onderzoeken van een stad (of dorp) in jouw buurt. Probeer een antwoord te bieden op volgende onderzoeksvragen:
Wanneer is het hitte-eiland effect het sterkst en welke temperatuursverschillen komen voor in de stad/het dorp dat je gekozen hebt?
Welke invloed heeft de wind op het hitte-eiland effect? (Tip: maak een spreidingsdiagram van het temperatuursverschil in functie van de gemeten windsnelheid, je gebruikt hiervoor best de windsnelheid op de landelijke locatie.).
Kan je het stedelijke gebrek aan evapotranspiratie terugvinden in de metingen? (Tip: bekijk het verschil van de relatieve vochtigheid eens tussen een stedelijke en referentielocatie)
Bestaat er ook een stedelijk hitte-eiland effect in een dorp, in een industriegebied,...?
In welk seizoen zijn de temperatuursverschillen het grootst?
...
Google Sites
Report abuse