Dostosowanie do naprężeń cieplnych w Antwerpii (Belgia) w oparciu o szczegółowe mapowanie termiczne

W ramach europejskiej usługi zdrowotnej programu Copernicus VITO zastosowało swój model klimatu miejskiego UrbClim do mapowania temperatury powietrza i zasięgu miejskiej wyspy ciepła (UHI) 100 miast europejskich (w tym Antwerpii) z rozdzielczością poziomą 100 m. W przypadku Antwerpii wyniki pokazują obecność miejskiej wyspy ciepła, ze średnią roczną 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 dwukrotnie 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 z osobami mieszkającymi na pobliskich obszarach wiejskich.

Analiza przyszłych prognoz klimatycznych (wykonanych w ramach 7PR RAMSES i projektów H2020 Climate-fit.city) sugeruje, że liczba dni fali 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 efektu zmiany klimatu.

Zmotywowane wynikami badań miasto Antwerpia postanowiło wdrożyć środki adaptacyjne w celu rozwiązania problemu stresu cieplnego w mieście. Cele zidentyfikowanego zestawu środków są następujące: (i) ograniczenie lokalnego stresu cieplnego w jak największym stopniu poprzez zmiany w środowisku zbudowanym, (ii) informowanie obywateli o problemie, (iii) angażowanie ich za pośrednictwem obywatelskich kampanii naukowych oraz (iv) minimalizowanie wpływu na zdrowie za pomocą systemu prognozowania i ostrzegania w zakresie ciepła, ukierunkowanego na grupy szczególnie wrażliwe.

Aby osiągnąć optymalne wyniki, działania dostosowawcze są wdrażane jednocześnie w trzech skalach: 1) na terenie całego miasta, 2) lokalnie i 3) indywidualnie. Wdrażanie opisanych tutaj środków 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 dla całego miasta

Budowę budynków w Antwerpii reguluje kodeks budowlany, którego wszyscy mieszkańcy i deweloperzy muszą przestrzegać podczas renowacji lub budowy 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 20 m2 obowiązkowe jest zainstalowanie zielonego dachu na górze. To drastycznie obniża temperaturę dachu i chłodzi temperaturę powietrza, zatrzymując i ewapo-transpirując wodę deszczową. Ponadto zielone dachy zapewniają dodatkową izolację termiczną budynku, zmniejszając potrzebę ogrzewania i chłodzenia.
• Wszystkie nowe zainstalowane prywatne ogrody i otwarte parkingi muszą być zielone i przepuszczalne. Tylko 20m2 może być utwardzone w ogrodach < 60m2 i tylko 1/3 w ogrodach> 60m2. Wszystkie zewnętrzne prywatne parkingi muszą mieć przepuszczalną nawierzchnię trawiastą.
• Większość budynków w centrum miasta ma historyczne gipsowe fasady. Po renowacji fronty budynków muszą być pomalowane w oryginalnym świetle, najlepiej w kolorze białym. Białe budynki odbijają więcej światła słonecznego i nie rozgrzewają 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 miejska uwzględniła optymalizację sytuacji w zakresie 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 WBGT (Wet Bulb Globe Temperature) do oceny i optymalizacji wpływu planów renowacji na stres cieplny. WBGT, w przeciwieństwie do prostych pomiarów temperatury, uwzględnia obciążenie promieniowaniem (zarówno krótkofalowym, jak i długotrwałym), wilgotność i prędkość wiatru, które wpływają na komfort cieplny człowieka. VITO przeprowadziło kilka szczegółowych badań modelowania (rozdzielczość 1 m) 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, przepuszczalnych powierzchni, stawów wodnych, fontann).

Uzupełnieniem modelowania była kampania pomiaru nauki obywatelskiej latem 2018 r. w ramach projektu H2020 Ground Truth 2.0. Około 20 mieszkańców dzielnicy Sint-Andries zajmowało się pomiarami 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 w zakresie 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 fali upałów na obszarach miejskich niż w otoczeniu wiejskim. Aby zapewnić dokładniejszą prognozę naprężeń cieplnych w Antwerpii, VITO stworzyło krótkoterminowy (5-dniowy) system prognoz ciepła, oparty na połączeniu regularnego europejskiego modelu prognozy 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 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.

Rozpoczęto współtwórcze podejście między administracją miasta a zaangażowanymi firmami (VITO, UNESCO IHE, Antwerp Smart Zone) w celu utworzenia i przetestowania alarmu prognozy ciepła i platformy internetowej. Zorganizowano kilka warsztatów dla obywateli, podczas których administracja miejska i naukowcy przedstawili problem stresu cieplnego i omówili możliwe środki adaptacyjne. Uczestniczący obywatele byli zaangażowani w ocenę i testowanie pierwszych prototypów alarmu prognozy ciepła i platformy internetowej. Ponadto mieszkańcy odwzorowali stres cieplny i chłodne punkty w jednej z dzielnic miasta, opracowując jednocześnie strategie mające na celu poprawę komfortu cieplnego w ich sąsiedztwie, ze szczególnym uwzględnieniem ludności znajdującej się w trudnej sytuacji.

Głównym sukcesem badań nad stresem cieplnym i zmianami klimatycznymi w Antwerpii było podnoszenie świadomości na ten temat na szczeblu politycznym, generowanie woli politycznej (i finansowania) w celu rozwiązania tego problemu. Ponadto w wyniku tych badań dostosowano kodeks budowlany Antwerpii i uwzględniono go w planie Antwerpii dotyczącym klimatu do 2030 r. – planie łagodzenia zmiany klimatu i przystosowania się do niej w ramach Porozumienia Burmistrzów, które jest obecnie opracowywane.

Komunikacja staje się kluczową kwestią we współpracy między naukowcami a praktykami miejskimi. Dotyczy to komunikacji między poszczególnymi partnerami (np. w celu uzgodnienia celów projektu), komunikacji między poszczególnymi zaangażowanymi departamentami miasta 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 włączone do infrastruktury informatycznej miasta.

Badania nad stresem cieplnym i zmianą klimatu zostały sfinansowane głównie w ramach projektów europejskich (7PR RAMSES i NACLIM, H2020 Climate-fit.city i Ground Truth 2.0), które pokryły również część kosztów rzeczowych ponoszonych przez miasto Antwerpia. Tylko jedno konkretne badanie pomiaru i modelowania stresu cieplnego zostało sfinansowane przez samo miasto Antwerpia i kosztowało około 70 000 euro.

Wdrażanie środków przystosowawczych w skali całego 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, dlatego trudno jest określić ilościowo bezpośrednie koszty i korzyści.

Oprócz kosztów rzeczowych dla miasta Antwerpia, prognoza ciepła i system ostrzegania kosztowały około 20 000 euro, a roczne koszty utrzymania około 10 000 euro.

Dodatkowe korzyści obejmują poprawę komunikacji i współpracy między departamentami miast, zwiększenie stresu cieplnego i świadomości polityków i obywateli w zakresie zmiany klimatu, włączenie środków adaptacyjnych w zakresie 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 dotyczący 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 zmianami klimatu w Antwerpii rozpoczęły się w 2013 r. i są nadal w toku. Kilka elementów (np. mapy stresu cieplnego, kampanie pomiarowe) wykonano w dedykowanych przedziałach czasowych, zwykle trwających od kilku miesięcy do roku.

Wdrożenie środków przystosowawczych w skali lokalnej okazuje się powolnym procesem, a konkretne realizacje w skali całego miasta nie zostały jeszcze zrealizowane. Oczekuje się, że pełne wdrożenie i wyniki dla całego miasta zostaną ukończone dopiero do 2030 r.

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

Środki opisane powyżej (zmiany w kodeksie budowlanym, środki adaptacji do stresu cieplnego, prognoza stresu cieplnego) mają być długotrwale wbudowane w operacje miejskie i nie mają określonego zakresu 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 Ground Truth 2.0 w ramach programu „Horyzont 2020” i Climate-fit.city w ramach programu „Horyzont 2020”