Dostosowanie do stresu cieplnego w Antwerpii (Belgia) na podstawie szczegółowego mapowania termicznego

W ramach europejskiej służby zdrowia programu Copernicus VITO zastosował swój model klimatu miejskiego UrbClim do mapowania temperatury powietrza i zasięgu miejskiej wyspy ciepła (UHI) 100 miast europejskich (w tym Antwerpii) o rozdzielczości poziomej 100 m. W przypadku Antwerpii wyniki wskazują na obecność miejskiej wyspy ciepła o średniej rocznej temperaturze 2 ° C w centrum miasta, która może osiągnąć do 9 ° C w letnie wieczory i noce. Ze względu na UHI, Antwerpia doświadczyła w latach 2008-2017 dwa razy więcej dni upałów (zdefiniowanych jako dni o maksymalnej temperaturze powyżej 30 ° C i minimalnej temperaturze powyżej 18 ° C) niż otoczenie wiejskie, narażając mieszkańców miast na znacznie wyższy poziom stresu cieplnego w porównaniu do osób mieszkających na pobliskich obszarach wiejskich.

Analiza przyszłych prognoz klimatycznych (przeprowadzonych w ramach 7PR RAMSES i projektów Climate-fit.city w ramach programu „Horyzont 2020”) sugeruje, że liczba dni upałów w Antwerpii ma wzrosnąć prawie dziesięciokrotnie pod koniec stulecia w ramach scenariusza RCP8.5. Oczekuje się, że bez ewentualnych zmian użytkowania gruntów intensywność miejskich wysp ciepła pozostanie mniej więcej na tym samym poziomie, zwiększając stres cieplny na obszarach miejskich w uzupełnieniu do skutków zmiany klimatu.

Zmotywowane wynikami badań miasto Antwerpia postanowiło wdrożyć środki adaptacyjne w celu rozwiązania problemu stresu cieplnego w mieście. Cele określonego zestawu środków są następujące: (i) w jak największym stopniu ograniczyć lokalny stres cieplny poprzez zmiany w środowisku zabudowanym, (ii) informować obywateli o problemie, (iii) angażować ich w obywatelskie kampanie naukowe oraz (iv) minimalizować wpływ na zdrowie za pomocą systemu prognozowania i ostrzegania dotyczącego ciepła, skierowanego do grup szczególnie wrażliwych.

Aby osiągnąć optymalne wyniki, środki dostosowawcze są wdrażane jednocześnie w trzech skalach: 1) ogólnomiejski, 2) lokalny i 3) indywidualny. Wdrażanie opisanych tutaj działań dostosowawczych dopiero się rozpoczęło lub zostało zaplanowane. Pełne wdrożenie i wyniki dla całego miasta zajmą dużo czasu i oczekuje się, że zostaną ukończone dopiero do 2030 r.

Skala miejska

Budowę budynków w Antwerpii reguluje kodeks budowlany, którego muszą przestrzegać wszyscy mieszkańcy i deweloperzy przy renowacji lub budowie budynku. W tym kodzie dodano szczegółowe instrukcje (9/10/2014), aby pomóc zmniejszyć stres cieplny w mieście w miarę upływu czasu:

• W przypadku wszystkich nowych lub odnowionych dachów o nachyleniu mniejszym niż 15% i powierzchni większej niż 20m2, obowiązkowe jest zainstalowanie zielonego dachu na górze. To drastycznie obniża temperaturę dachu i chłodzi temperaturę powietrza, zatrzymując i przepuszczając wodę deszczową. Ponadto zielone dachy zapewniają dodatkową izolację termiczną budynku, zmniejszając potrzebę ogrzewania i chłodzenia.
• Wszystkie nowo zainstalowane prywatne ogrody i otwarte parkingi muszą być zielone i przepuszczalne. Tylko 20m2 można utwardzać w ogrodach <60m2 i tylko 1/3 w ogrodach >60m2. Wszystkie zewnętrzne prywatne parkingi muszą mieć przepuszczalną trawiastą powierzchnię.
• Większość budynków w centrum miasta posiada historyczne elewacje gipsowe. Po remoncie fronty budynku muszą być pomalowane w oryginalnym świetle, najlepiej w kolorze białym. Białe budynki odbijają więcej światła słonecznego i nie ogrzewają się tak łatwo jak ciemne budynki, zmniejszając w ten sposób promieniowanie cieplne z tych budynków.

Skala lokalna

Regularnie odnawiane są duże place, parki i dzielnice w mieście. Na etapie planowania administracja miasta uwzględniła optymalizację komfortu cieplnego jako nowy czynnik, który należy wziąć pod uwagę. Aby umożliwić ukierunkowanie działań, potrzebne są szczegółowe informacje na temat lokalnego mikroklimatu. Doradzane przez VITO miasto Antwerpia zdecydowało się wykorzystać wskaźnik Wet Bulb Globe Temperature (WBGT) przy ocenie i optymalizacji wpływu planów renowacji na stres cieplny. WBGT, w przeciwieństwie do prostych pomiarów temperatury, bierze pod uwagę obciążenie promieniowaniem (zarówno krótkofalowym, jak i długofalowym), wilgotność i prędkość wiatru, które wpływają na komfort cieplny człowieka. VITO przeprowadziło kilka szczegółowych (1m rozdzielczość) badań modelowania w celu ilościowego określenia lokalnych wartości WBGT i oceny potencjalnego wpływu planowanych środków przystosowawczych. Doprowadziło to do włączenia do planów renowacji zielono-niebieskich środków infrastrukturalnych (np. drzew, powierzchni przepuszczalnych, stawów wodnych, fontann).

Modelowanie zostało uzupełnione kampanią pomiaru nauki obywatelskiej latem 2018 r. w ramach projektu H2020 Ground Truth 2.0. Około 20 mieszkańców dzielnicy Sint-Andries zajmowało się pomiarem WBGT w różnych lokalizacjach. Oprócz walidacji wyników modelu kampania ta podniosła świadomość problemu stresu cieplnego i pobudziła dyskusję na temat możliwych środków adaptacyjnych.

Skala indywidualna

W Belgii „plany działania na rzecz zdrowia cieplnego” są uruchamiane na podstawie prognoz temperatury na obszarach wiejskich. Prowadzi to do niedoszacowania stresu cieplnego w miastach takich jak Antwerpia, gdzie znaczny efekt miejskiej wyspy ciepła powoduje dwa razy więcej dni fal upałów na obszarach miejskich niż w otoczeniu wiejskim. Aby zapewnić dokładniejszą prognozę stresu cieplnego dla Antwerpii, VITO stworzył krótkoterminowy (5-dniowy) system prognozowania ciepła, oparty na połączeniu regularnego europejskiego modelu prognozy przez ECMWF i modelu UrbClim. System dostarcza prognozy dla każdej dzielnicy Antwerpii, biorąc pod uwagę efekt miejskiej wyspy ciepła. Umożliwia to skuteczne rozmieszczenie zasobów pomocowych, skierowanych głównie do osób starszych i dzieci znajdujących się w trudnej sytuacji, w miejscach, w których są one najbardziej potrzebne. Ponadto miasto Antwerpia opracowało platformę internetową w celu wydawania ostrzeżeń o falach upałów pracownikom pomocy zdrowotnej i innym odpowiednim zainteresowanym stronom, w tym porad, co należy zrobić w przypadku fali upałów. System jest aktywny w ciepłych miesiącach roku w Belgii (kwiecień-wrzesień) i jest zarządzany przez administrację miejską.

Administracja miasta i zaangażowane przedsiębiorstwa (VITO, UNESCO IHE, Antwerp Smart Zone) rozpoczęły współtworzenie i testowanie alarmu prognozy ciepła i platformy internetowej. Zorganizowano kilka warsztatów dla obywateli, podczas których administracja miejska i naukowcy przedstawili problem stresu cieplnego i omówiono możliwe środki adaptacyjne. Uczestniczący obywatele byli zaangażowani w ocenę i testowanie pierwszych prototypów alarmu prognozy ciepła i platformy internetowej. Ponadto obywatele zmapowali stres cieplny i chłodne miejsca w jednej z dzielnic miasta, a jednocześnie opracowali strategie mające na celu poprawę komfortu cieplnego w ich sąsiedztwie, ze szczególnym uwzględnieniem słabszych grup społecznych.

Głównym sukcesem badań nad stresem cieplnym i zmianą klimatu w Antwerpii było podniesienie świadomości na ten temat na szczeblu politycznym, generując wolę polityczną (i finansowanie) w celu rozwiązania tego problemu. Ponadto badania te doprowadziły do dostosowania kodeksu budowlanego Antwerpii i stanowią wkład w plan Antwerpii dotyczący klimatu do 2030 r. – plan łagodzenia zmiany klimatu i przystosowania się do niej w ramach Porozumienia Burmistrzów, który jest obecnie opracowywany.

Komunikacja pojawia się jako kluczowa kwestia we współpracy między badaczami a praktykami miejskimi. Dotyczy to komunikacji między poszczególnymi partnerami (np. w celu uzgodnienia celów projektu), komunikacji między poszczególnymi zaangażowanymi departamentami miast oraz odpowiednich form komunikacji między urzędnikami miejskimi lub naukowcami a obywatelami.

Naukowcy napotkali również pewne problemy techniczne, ponieważ wykorzystanie danych w czasie rzeczywistym nie zostało jeszcze w pełni uwzględnione w infrastrukturze informatycznej miasta.

Badania nad stresem cieplnym i zmianą klimatu były finansowane głównie z projektów europejskich (FP7 RAMSES i NACLIM, H2020 Climate-fit.city i Ground Truth 2.0), które obejmowały również część kosztów rzeczowych dla miasta Antwerpia. Tylko jedno konkretne badanie dotyczące pomiaru i modelowania stresu cieplnego zostało sfinansowane przez samo miasto Antwerpia i kosztowało około 70 000 euro.

Wdrażanie środków przystosowawczych w skali miasta i w skali lokalnej (zielone dachy, drzewa, nieutwardzone powierzchnie, stawy, fontanny itp.) jest w toku, ale w większości nadal znajduje się w fazie planowania, więc trudno jest określić ilościowo bezpośrednie koszty i korzyści.

Oprócz kosztów rzeczowych dla miasta Antwerpia, system prognozowania ciepła i ostrzegania kosztował około 20 000 euro, a roczny koszt utrzymania około 10 000 euro.

Dodatkowe korzyści obejmują poprawę komunikacji i współpracy między departamentami miast, zwiększenie stresu cieplnego i świadomości na temat zmiany klimatu wśród polityków i obywateli, włączenie środków adaptacji do stresu cieplnego do planowania miasta (które mają również korzystny wpływ na zdrowie, różnorodność biologiczną, powodzie, susze itp.).

Badania nad stresem cieplnym i przystosowaniem się do zmiany klimatu doprowadziły do konkretnych zmian w kodeksie budowlanym Antwerpii, który reguluje budowę budynków w Antwerpii. Stanowi on również wkład w plan Antwerpii na rzecz klimatu do 2030 r., plan łagodzenia zmiany klimatu i przystosowania się do niej w ramach Porozumienia Burmistrzów, który jest obecnie opracowywany.

Badania nad stresem cieplnym i zmianą klimatu w Antwerpii rozpoczęły się w 2013 r. i nadal trwają. Kilka komponentów (np. mapy stresu cieplnego, kampanie pomiarowe) wykonano w dedykowanych oknach czasowych, zwykle trwających od kilku miesięcy do roku.

Wdrażanie działań adaptacyjnych w skali lokalnej okazuje się powolnym procesem, a konkretne realizacje w skali całego miasta jeszcze się nie zmaterializowały. Pełne wdrożenie i wyniki dla całego miasta mają zostać ukończone dopiero do 2030 r.

System prognozowania ciepła i platforma internetowa zostały opracowane i utworzone w niecały rok.

Środki opisane powyżej (zmiany kodeksu budowlanego, środki adaptacji do stresu cieplnego, prognoza stresu cieplnego) mają być długotrwale wbudowane w działalność miasta i nie mają określonego przedziału czasowego ani okresu eksploatacji.

Dirk Lauwaet
VITO
Boeretang 200, 2400 Mol, Belgium
E-mail: dirk.lauwaet@vito.be 

Griet Lambrechts
Stad Antwerpen
Francis Wellesplein 1, 2018 Antwerpen, Belgium
E-mail: griet.lambrechts@antwerpen.be 

Projekty H2020 Ground Truth 2.0 i H2020 Climate-fit.city