Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Fysisk planering i Sverige har sedan länge inneburit att anpassa våra städer för ett kallt klimat. De pågående klimatförändringarna kommer dock kräva att den fysiska planeringen även omfattas av en anpassning för ett varmt sommarhalvårsklimat, där förekomsten av extrema väderhändelser kan komma att öka. För Sverige väntar ett framtida klimat som både blir blötare och varmare med kraftigare och mer frekventa värmeböljor. Städerna kan komma att bli särskilt sårbara för höga temperaturer, då städer redan har ett varmare klimat än sin omkringliggande landsbygd. Detta fenomen kallas värmeöeffekten eller Urban Heat Island. Urban heat Island effekten innebär att städer har högre lufttemperaturer än den omkringliggande landsbygden, en skillnad som är störst kvällstid. I amerikanska miljonstäder kan detta fenomen innebära temperaturskillnader på 12°C mellan stad och landsbygd, medan det i europeiska miljonstäder har uppmätts differenser på 7-8°C.
Strategiskt planerad grönstruktur är en av de få lösningar som effektivt kan komma att klimatanpassa våra städer inför kommande utmaningar. Vegetation har förmågan att förbättra luftkvalitén, sänka flödestoppar vid kraftig nederbörd samt skugga underliggande ytor vilket både ökar komforten för människorna som vistas i skuggan samtidigt som värmelagringen hindras i de skuggade byggnads- och gatumaterialen. På detta vis har urban grönska förmågan att verka temperatursänkande, vilket är av stort intresse för framtiden då lösningar som ökar stadens kylningsförmåga kommer efterfrågas. Kunskapen om grönskans inverkan och eventuella effekter på stadsklimatet är därmed avgörande, för att lyckas integrera den på bästa sätt.
Syftet med detta arbete är att belysa sambandet mellan en typisk urban struktur, dess specifika klimat samt hur klimatet eventuellt kan modifieras med hjälp av verktyget vegetation. Detta genom att först skapa en bred förståelse för de klimatförhållanden som är typiska i en stad, vilka faktorer som orsakar varierande klimatförhållanden samt hur vegetation kan komma att påverka sin närmiljö. Därefter kommer en egen studie i programvaran ENVI-met utföras med syfte att undersöka vad som sker med klimatet inom en gatukanjon när den har träd i sammanhängande växtbäddar respektive inte har träd eller växtbäddar. Testerna utförs ur ett framtidsperspektiv, med en beräknad höjning av medeltemperaturen på 4°C för Malmö i augusti. Testerna utförs på en utvald del av Södra Förstadsgatan, delen mellan Dalaplan och Södervärn. Klimatscenarierna som testerna utgår ifrån baseras på en vanlig framtida augustidag samt en framtida rekordvarm dag under en värmebölja med dygnsmedeltemperaturer på 21,6°C respektive 24,1°C.
Resultaten från simuleringsstudien visar att stadsträden och växtbäddarna har en stor inverkan på den termiska komforten, yttemperaturen och luftfuktigheten inom gatukanjonen samt en mindre inverkan på lufttemperaturen under kvälls- och nattid. Effekterna av trädens och växtbäddarnas närvaro är desamma mellan de två olika temperaturscenarierna, med undantag för den termiska komforten som försämras när lufttemperaturen stiger. Lufttemperaturen sänktes i fallen med träd upp till 0,51°C under kvälls- och nattid och gatumaterialets yttemperatur sänktes med 13,5°C under dagtid. Anmärkningsvärt är att växtbäddarna håller lägre yttemperatur än omgivande lufttemperatur vid samtliga tidpunkter som data plockades ut. Vid 14:00 och 16:00 har växtbäddarna 6°C lägre yttemperatur än omgivande lufttemperatur. Den termiska komforten (PPD) förbättras markant vid närvaron av stadsträd och växtbäddar. Dock var det endast vid 16:00 i scenariot för ökad medeltemperatur som komforten sänktes till accepterade nivåer.

Urban planning in Sweden has had a focus on adapting cities to a cold climate for a long time. The ongoing climate change will, however, require that urban planning is also subject to an adjustment for a warm summer climate where extreme weather events may increase. The future Swedish climate is expected to be both wetter and warmer with more frequent and complicated heat waves. The cities may be especially vulnerable to high temperatures, given that cities already have a warmer climate than the surrounding countryside. This phenomenon is referred to as The Urban Heat Island. This phenomonon can cause up to 12°C warmer air temperatures in large American cities, and 7-8°C warmer air temperatures in large European cities, compared to their surrounding rural area.
Strategically planned green areas is one of the few solutions that can effectively adapt the urban climate to future challenges caused by climate change. Vegetation has the ability to improve air quality, reduce flood peaks during heavy rainfall and to shade underlying surfaces which increases the comfort for the people staying in the shade at the same time as potential heat storage is prevented in the underlying building and ground materials. In this way, urban greenery is able to mitigate air temperatures, which is of great interest as solutions to improve the cities cooling abilities is highly demanded for in the future. The knowledge of the impact and possible effects of green areas on the urban climate is crucial in order to successfully integrate vegetation in the compact city.
The purpose of this master thesis is to address the relationship between a typical urban structure, its specific climate and how this climate may be affected by vegetation. A study in ENVI-met is carried out in order to study the climatic effects within a street canyon when it has trees and planting beds, respectively in the absence of trees or planting beds. The tests are performed from a future perspective and are based on an estimated increase of the average air temperature with 4 °C in Malmö, Sweden, in August. The tests are performed on a selected part of Södra Förstadsgatan, between Dalaplan and Södervärn in Malmö. Two different air temperature scenarios are being tested: a future ordinary day in August, and a future hot day in August with daily average temperatures of 21.6° C respectively 24.1°C.
The results of the ENVI-met study show that urban trees and planting beds have a significant impact on the thermal comfort, the surface temperature and the humidity inside the street canyon, and also a minor impact on air temperature during evening and nighttime hours. The effects of trees and planting beds are equal between the two temperature scenarios, except for the thermal comfort that is impaired when the air temperature rises. The air temperature inside the street canyons was reduced up to 0.51°C during the evening and nighttime hours and the surface temperature of the artificial ground material was reduced up to 13.5°C during the daytime due to the presence of urban trees and planting beds. Worth mentioning is that the planting beds had lower surface temperature than the ambient air temperature at all times when data was collected (14:00 - 01:00). The planting beds had 6 °C lower surface temperature than the ambient air temperature at 14:00 and 16:00. The thermal comfort (PPD) is significantly improved by the presence of urban trees and planting beds. However, it was only in the simulation of the ordinary future August day at 16:00 that the PPD levels was reduced to acceptable levels.