EARTH SCIENCES CENTRE GÖTEBORG UNIVERSITY B DAGG OCH NETTOSTRÅLNING I OCH UTANFÖR GÖTEBORGS VÄRMEÖ

Transkript

1 EARTH SCIENCES CENTRE GÖTEBORG UNIVERSITY B DAGG OCH NETTOSTRÅLNING I OCH UTANFÖR GÖTEBORGS VÄRMEÖ Björn Sandström Mats Lindqvist Department of Physical Geography GÖTEBORG 1999

2

3 GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för geovetenskaper Naturgeografi Geovetarcentrum DAGG OCH NETTOSTRÅLNING I OCH UTANFÖR GÖTEBORGS VÄRMEÖ Björn Sandström Mats Lindqvist ISSN B183 Projektarbete Göteborg 1999 Postadress Besöksadress Telefo Telfax Earth Sciences Centre Geovetarcentrum Geovetarcentrum Göteborg University S Göteborg Guldhedsgatan 5A S Göteborg SWEDEN

4

5 ABSTRACT Dew and net radiation in and outside Göteborg's urban heat island The purpose of this paper was to examine the correlation between netradiation and the amount of dew inside and outside of the urban heat island (UHI) in Göteborg on the Swedish westcoast, the difference in netradiation inside and outside the UHI of Göteborg and the impact of air humidity and temperature on the amount of dew. The measurements of netradiation were made with two pyrradiometers which together with dew plates were placed out on two places, one inside the UHI of Göteborg on the Femman-building and one outside the UHI at the Kviberg cemetery. The measurements were made when the conditions for dew were good. We have received values of air humidity and temperature on the Femmanbuilding from Miljöförvaltningen in Göteborg. Measurements of the netradiation have shown a more negative netradiation in Kviberg outside Göteborg s UHI then on the Femman-building, the cause of this may be that there are more aerosols in the air in the UHI. The impact of the netradiation on the amount of dew have been difficult to distinguish because sometimes we have had more dew when the negative netradiation been high and sometimes the opposite. Overall though we have had more dew inside Göteborg s UHI then outside which we did not expect, the cause to this may have been the big heat conductivity of the sheet-iron roof. The influence of air humidity and temperature on the amount of dew have also been hard to distinguish because of the amount of factors involved and because we have only had access to measurements inside the UHI of Göteborg. 1

6 SAMMANFATTNING Syftet med denna C-uppsats var att undersöka sambandet mellan nettostrålning och daggutfällning i och utanför Göteborgs värmeö på Sveriges västkust, skillnaden i nettostrålning i och utanför Göteborgs värmeö och luftfuktigheten och temperaturens inverkan på daggutfällningen. Strålningsmätningarna gjordes med två stycken pyrradiometrar vilka tillsammans med daggplattor placerades ut på två platser, en i Göteborgs värmeö på Femman-husets tak och en utanför på Kvibergs kyrkogård. Mätningarna utfördes då förhållandena var gynnsamma för daggutfällning. Luftfuktighetsoch temperaturvärden från Femman-husets tak har vi fått från Göteborgs miljöförvaltning. I Kviberg har vi inte haft tillgång till några luftfuktighets- och temperaturvärden. Mätningarna av nettostrålningen har visat på en mer negativ nettostrålning i Kviberg utanför Göteborgs värmeö än på Femman-huset, detta kan bla bero på att det finns fler aerosoler i luften i värmeön. Nettostrålningens inverkan på daggutfällningen har varit svår att urskilja då vi ibland fått mer dagg när den negativa nettostrålningen varit liten och ibland tvärt om. Överlag har vi dock uppmätt mer dagg i värmeön vilket inte stämde med vad vi hade väntat oss, anledningen kan vara plåttakets stora värmeledningsförmåga. Luftfuktigheten och temperaturens inverkan på daggutfällningen har också varit svår att påvisa då det är så många faktorer som spelar in och pga att vi bara haft tillgång till mätvärden i Göteborgs värmeö. 2

7 INNEHÅLLSFÖRTECKNING ABSTRACT 1 SAMMANFATTNING 2 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 3 FÖRORD 4 INLEDNING 5 Syfte och frågeställningar 5 Luftfuktighet 5 Dagg 6 Bra förhållanden för daggutfällning 6 Stadens värmeö 7 Strålning 8 OMRÅDESBESKRIVNING 10 METODIK 12 Strålningsmätningar 13 Daggmätningar 16 Fukt och temperaturmätningar 18 RESULTAT 19 Nettostrålning 19 Kviberg 19 Femman-huset 20 Skillnad i nettostrålning mellan Kviberg och Femman-huset 21 Dagg 24 Luftfuktighet och temperatur 25 DISKUSSION 28 Nettostrålning 28 Skillnaden i nettostrålning mellan Femman-huset och Kviberg 28 Daggutfällning, luftfuktighet och temperatur 28 SLUTSATSER 30 REFERENSER 31 3

8 FÖRORD Denna C-uppsats är ett självständigt arbete på 10p som ingår i fördjupningskurs 1, 41-60p, i geografi vid Göteborgs Universitet hösten Vi vill tacka vår handledare Dr. Björn Holmer för bla hjälp med val till ämne och handledning. Vidare vill vi tacka doktorand Sofia Thorsson för hennes stora hjälp med strålningsinstrumenten och andra nyttiga råd. Vi vill också tacka Jan Brandberg på Göteborgs miljöförvaltning för de data från väderstationen på Femman-husets tak som vi har fått. Tack också till Hans Alter som har hjälpt oss med den tekniska utrustningen. 4

9 INLEDNING Syfte och frågeställningar Våra huvudsyften har varit att mäta nettostrålningen och dagg/rimfrostutfällningen under natten i och utanför stadens värmeö för att undersöka sambandet mellan dessa olika faktorer. Vi har också i viss mån mätt andra viktiga faktorerna för daggutveckling: lufttemperatur och luftfuktighet. Vad vi vet så har inga undersökningar i större grad utförts om nettostrålningens direkta inverkan på daggutvecklingen. Även värmeöns inverkan på daggutvecklingen är föga undersökt, Wallberg & Wänström (1997) har dock i ett tidigare arbete sett en tendens till en mindre daggutveckling i staden än på landsbygden. Våra frågeställningar är: Hur påverkas daggutvecklingen av nettostrålningen? Skiljer sig daggutvecklingen i och utanför stadens värmeö? Hur påverkas daggutvecklingen av luftfuktigheten? Skiljer sig nettostrålningen i och utanför stadens värmeö? Luftfuktighet Vattnets kretslopp innebär att vattenmolekyler avlägsnas från jordytan genom evapotranspiration och transporteras upp i atmosfären av ostabila luftmassor eller mekanisk konvektion. Den mest betydande delen av vattenmolekylerna förs sedan tillbaka till jordytan i form av nederbörd men tillförseln kan också ske genom direkt kondensation eller sublimation som dagg eller rimfrost och genom tillförsel av vattendroppar från dimma. Evapotranspirationen är som störst under dagen men fortsätter ofta, även om i reducerad form, under natten (Oke 1987). Avdunstningen är stor då den avdunstande ytan är varm, då luften är relativt torr och då vindhastigheten är hög. Således är avdunstningen störst på sommaren och därmed har den varma luften på hösten den största fuktigheten under året. Vid utbytet av vattenånga mellan jord och atmosfär frigörs det stora mängder bunden energi, latent värme. När jordytan kyls av under de sena eftermiddagstimmarna stabiliseras luftlagren närmast marken och därmed minskar möjligheten för vattenånga att transporteras upp till högre höjder. Därmed ökar också koncentrationen av vattenånga i de lägre liggande luftlagren (Oke 1987). Under natten brukar luften vara torrare utanför värmeön än i, detta kan enligt Ackerman (1987) bero på att den ökade daggutvecklingen pga den större nattliga utstrålningen utanför staden medför att delar av luftens fuktighetsinnehåll avsätts på marken. Ackerman ser också en snabb minskning i skillnaden mellan stadens och omgivningens luftfuktighet direkt efter soluppgången, vilket då kan bero på 5

10 daggens avdunstning och transpiration från växter, vilket också är mer gynnsamt på landsbygden. Dagg Dagg är en avsättning på objekt vid eller nära marken av vattendroppar, vilka bildats genom kondensation av vattenånga från den omgivande klara luften (Mattson 1979). Detta innebär att ett föremål genom negativ nettostrålning har avkylts till en temperatur under luftens daggpunkt, den närmast omgivande luften kyls då också ner under daggpunkten och kan därför inte hålla kvar vattenångan vilket leder till att vattenångan kondenseras till dagg på föremålet i fråga. När luften vid en viss temperatur innehåller så mycket vattenånga som den kan hålla kvar säger man att luften är mättad. Om den mättade luften avkyls så kondenseras en del av vattenångan. Luft som inte är mättad kommer vid avkylning att nå en temperatur då vattenångan börjar kondenseras, temperaturen då vattenånga börjar kondenseras kallas för daggpunktstemperaturen (Koeppe & De Long 1958). Rimfrost är detsamma som dagg förutom att vattenångan där avsätts direkt som iskristaller istället för vattendroppar på grund av temperaturförhållandena. Denna process kallas istället för kondensation för sublimation. Det finns två källor till dagg/rimfrost den ena är destillation där vattenånga som kommer från marken avsätts på närliggande ytor i omgivningen i form av vattendroppar eller iskristaller. Den andra källan är dagg eller rimfrostnedfall som bildas då fuktig luft från den omgivande atmosfären rör sig ned mot markytan och där kyls ner till under daggpunkten och då avsätter en del av sitt fuktinnehåll ut i form av dagg eller rimfrost. Under sensommaren och hösten är luftens fuktighetsinnehåll som störst plus att det ofta skiljer ganska mycket mellan dags- och natt- temperatur, detta leder till att de största daggmängderna bildas under denna period (Monteith 1957). Dagg är i områden med dåliga regnvattenresurser ett viktigt tillskott med vatten, daggfällor konstrueras t.ex. i regioner med vinstockar på ön Lanzarote som tillhör Kanarieöarna (Henderson-Sellers & Robinson 1986). Bra förhållanden för daggutfällning Hög relativ fuktighet i den omgivande luften. En kraftig sänkning av temperaturen vid objektets yta till under daggpunkten. Detta gynnas av bla klar och ren luft, ringa molnmängd (ger kraftig utstrålning), hög lufttemperatur under dagen och långa nätter som ger en lång period med negativ strålningsbalans. 6

11 Svag vind, vilket ger en jämn tillförsel av fuktig luft. Vid för kraftig vind förs kall torr luft ner från de övre luftskikten och tränger undan den fuktiga luften vid marken, vid för lite vind tillförs inte ny fuktig luft. Vinden bör enligt Mattson (1979) vara mellan 0,5 och 3,0 meter per sekund på 2 meters höjd. Närhet till varma vattenytor. Även objektets egenskaper spelar in på daggutvecklingen, gynnsamma egenskaper är enligt Mattsson (1971) bla : Stor utstrålningsförmåga (t.ex. ett stort och tunt blad). God exponering mot natthimlen (t.ex. gräsmattor, platta hustak). Bra värmeledningsförmåga hos objektet ifråga, vilket leder till en snabb avkylning. Stadens värmeö Mycket forskning har gjorts om stadens påverkan på lokalklimatet och man kan bla se en höjd temperatur i de centrala delarna av staden jämfört med omlandet, en s.k. värmeö. Skillnaden i temperatur är störst under klara lugna nätter (Mattsson 1979). Orsakerna är enligt Holmer (1980) bla: Material med andra värmeegenskaper än de naturliga växt- och jordmaterial dominerar helt området. T.ex. glas, asfalt, plåt och betong. Bebyggelsen har en annan relief med vertikala och horisontella ytor vilket leder till ändrade strålningsförhållanden (t.ex. en mindre utstrålning) och en ökad vindturbulens. Den snabba underjordiska dräneringen forslar snabbt bort nederbördsvattnet vilket minskar avdunstningen från markytan. De stora mängderna föroreningar leder till en lokal växthuseffekt med en reflektion av den långvågiga utstrålningen och en stor mängd med kondensationskärnor för vattendroppar. Stora mängder antropogen värme produceras i staden. Värmeöns utveckling är beroende av stadens storlek. Värmeöintensiviteten, d.v.s. skillnaden i temperatur mellan den varmaste delen av staden och den omgivande landsbygden, är i de flesta Nordamerikanska och Europeiska tätorter proportionell med invånarantalet (Oke 1987). 7

12 Strålning Strålning är en form av energi som utsänds från alla materia med en temperatur över den absoluta nollpunkten, -273 C (0 Kelvin). Strålning är den enda formen av energi som kan färdas genom vakuumet i rymden och är därigenom den enda energin som kan utbytas mellan jorden och rymden (Henderson & Sellers 1986). Den helt dominerande strålningskällan som tillför jorden energi är solen. Den delen av strålningen som träffar jordytan direkt kallas för direkt strålning medan den strålning som reflekteras och splittras av partiklar i luften och som därefter når jordytan kallas för diffus strålning (Oke 1987). Den kortvågiga solstrålningen absorberas av jordytan som sedan emitterar långvågig strålning som i sin tur värmer upp luften. Nettostrålningen är den inkommande strålningen minus den utgående strålningen. När man talar om nettostrålningen under en längre tidsperiod brukar den kallas för strålningsbalansen och den är under ett längre tidsperspektiv globalt sett ungefär lika med 0. På våra breddgrader är strålningsbalansen i genomsnitt positiv under sommaren och negativ under vintern (Mattsson 1979). Energiflödena vid markytan kan beskrivas med följande formel: R n = QH + QE + QG (Formel 1) Där R n är nettostrålning, QH och QE är sensibla och latenta värmeflöden till och från luften och QG är värmeflöden till och från marken. Under dagen är nettostrålningen, R n, vid marken positiv, vilket leder till ett överskott av energi. Markytan måste därför avge energi till marken och luften ( figur 1a). Utstrålningen från markytan till luften består dels av sensibel värmeutstrålning, QH, och dels latent värmeutstrålning, QE, som bildas genom att markytan kyls av genom evaporation. Under natten är nettostrålningen, R n negativ vilket leder till att markytan förlorar energi, detta kompenseras av värmeflöden från marken och luften, QG och QH. Under vissa förhållanden tillförs också markytan energi i form av latent värme, QE, som bildats genom kondensation under daggbildning (Arya 1988) (figur 1b). 8

13 Figur 1. Schematisk figur av energiflöden vid markytan under dagen (a) och under natten (b). Schematic figure of surface energi flux during daytime (a) and nighttime (b) (Efter Arya 1988). 9

14 OMRÅDESBESKRIVNING Göteborg ligger på N och O på Sveriges västkust och har en befolkning på ca invånare. Klimatet domineras av västvindar med passerande lågtryck, vilket ger ganska milda vintrar. Lågtrycken bryts av högtryck vissa vintrar som kan vara under långa perioder, vilket kan medföra relativt kalla perioder. Medeltemperaturen är 7,5 C och årsnederbörden 748,6 mm (World Climate 1998) (figur 2). Staden ligger i ett område där tre dalgångar på möts. Dalgångarna är ca 90 meter djupa och har en bredd på 500 till 1000 meter och består av glaciala marina leror medan de omgivande bergen är relativt kala med branta sluttningar. Vi har utfört våra mätningar på två platser i Göteborg Den första mätstationen har legat på Femman-husets tak i centrala Göteborg, centrum som ligger på södra sidan av Göta Älv består av en blandning av gammal och modern bebyggelse som genomskärs av en kanal och en vallgrav. Femman-huset är ett stort sammanhängande affärscentrum, ca 6 våningar högt med plåttak. Den andra mätstationen låg på Kvibergs kyrkogård i östra Göteborg en bit utanför värmeön. Området består av gräsmattor och lägre häckar med korsande asfaltsvägar. Omgivningen runt kyrkogården består av en skogsklädd höjd och bostadsområden med trevåningshus. 20 C J F M A M J J A S O N D 300 mm Medelnederbörd Medeltemp Figur 2. Årlig nederbörd och temperatur i Göteborg. Annual precipitation and temperature in Göteborg. (World Climate 1998) 10

15 Figur 3. Karta över Södra Sverige och Göteborg med de två mätstationerna utmärkta. Map over Southern Sweden and Göteborg with the two measuring sites pointed out. Figur 4. Foto taget från berg nära mätstation 2 in över centrala Göteborg med mätstation 1 utmärkt. Photo taken on a hill near measuring site 2 toward the central parts of Göteborg with measuring site 1 pointed out. 11

16 Våra mätstationer har vi valt pga deras läge innanför respektive utanför Göteborgs värmeö. Mätstation 1 på Femman-husets tak ligger mitt inne i centrum medan mätstation 2 ligger cirka 4,5 km utanför centrum, enligt tidigare undersökningar har man sett en tydlig cliff cirka 4 km öster om centrum där temperaturen ändras med ungefär 2 grader (Haeger-Eugensson & Holmer 1998) (figur 5 och 6). Figur 5. Temperaturprofil med tydligt utmärkt cliff cirka 4 km öster om centrum. Temperature profile with pronounced cliff approximately 4 km east of the central city. (Efter Haeger-Eugensson & Holmer 1998). Figur 6. Karta med värmeöns cliff utmärkt tillsammans med de två mätstationerna. Map with the heat island cliff marked out together with the two measuring sites. (Efter Haeger-Eugensson & Holmer 1998) 12

17 METODIK Våra mätningar är utförda under hösten Pga att dagg inte bildas under för starka vindar har vi försökt att vara ute nätter med svag vind. För att kunna mäta daggen har det också varit nödvändigt med nätter utan nederbörd. Antalet nätter vi har varit ute har helt styrts av väderförhållandena. Eftersom vi har haft som syfte att jämföra nettostrålningen med daggutvecklingen har det inte heller varit någon idé att utföra mätningar med pyrradiometer under förhållanden som inte är gynnsamma för dagg. De nätter som vi har varit ute är: sep, 5-6 okt, 6-7 okt och 2-3 nov. Helst hade vi velat få fler mättillfällen för att få säkrare resultat, men förhållandena denna hösten med rekordmängder av nederbörd, hösten 1998 har det i Göteborg kommit cirka 200% mer nederbörd än normalt (SMHI 1998), och hårda vindar tillsammans med begränsad tid har kraftigt reducerat antalet lämpliga mätnätter. Strålningsmätningar För våra mätningar av nettostrålningen har vi använt oss av två stycken pyrradiometrar av märket Swissteco Model S-1. De två som vi har använt oss av har varit NO 8241 (Pyrra 1) och NO 8250 (Pyrra 2). Pyrradiometern mäter skillnaden mellan den inkommande strålningen och den utgående strålningen med hjälp av två sensorer som sitter skyddade innanför ett plasthölje. För att det inte ska bildas kondens på plasthöljet kopplas en pump till pyrradiometern som tillför torr luft i och utanför höljet, luften torkas genom att den går igenom en behållare med silicagel. Silicagelet förvaras i en genomskinlig cylinder så att man kan se när den börjar ändra färg från blå till rosa, vilket den gör när den börjar bli mättad på fukt. När detta har hänt har vi bytt ut silicagelet. Vi har använt oss av en akvariepump vid mätstation 1 där vi hade tillgång till 220V och en 12V pump vid mätstation 2 där vi kopplade den till bilens cigarettuttag som var den enda strömkällan på platsen. För att reglera så att lufttillförseln inte blev för stor till pyrradiometern användes en luftregulator i form av en slangklämma. För att kontrollera mängden luft som passerade instrumentet stoppades slangen med utgående luft från plasthöljet i vatten så att man kunde räkna bubblorna i vattenbehållaren, ungefär 2 bubblor per sekund innebar en lagom luftgenomströmning (figur 7). Till pyrradiometern kopplas en logger som registrerar datan i mw. Vi har använt oss av två loggar av märket Campbell Scientific CR10. De två pyrradiometrarna kalibrerades mot varandra och stämde bra överrens. 13

18 Figur 7. Schematiskt figur över Pyrradiometer med system för lutftorkning och dataloggning. Schematic figure of Net Radiometer with systems for drying air and logging data. För att sedan omvandla mw till W/m 2 använder man sig av följande formel: Nettostrålningen (W/m 2 ) = mw k (formel 2) De två pyrradiometrarna som vi använt har två olika kalibreringskonstanter (k): Pyrra 1: k = 20,76 Pyrra 2 : k = 20,85 Pyrradiometern som var placerad vid mätstation 1 (Pyrra 1), stod över ett plåttak (figur 8). Pyrra 1 registrerade data kontinuerligt under mätnätterna medan pyrradiometern vid mätstation 2 (Pyrra 2), som stod placerad över kort gräs (figur 9), registrerade data en kvart varje timma pga luftpumpen bara klarade av att köras 15 minuter i taget för att inte bli överansträngd. Från de data vi har fått från båda instrumenten har vi sedan tagit ett värde per timma vid en och samma tidpunkt vid både mätstation 1 och 2. Tidpunkten för mätvärdet har tagits med hänsyn till att värdena i början och slutet av mätperioden vid mätstation 2 kan ha påverkats av omgivande faktorer som t.ex. att vi själva var tvungna att gå nära instrumentet för att sätta igång luftpump och logger. Därför valde vi ett av värdena i mitten av mätperioden. Värdet är ett medelvärde som sträcker sig över 5 minuter. Felkällor hos pyrradiometern kan vara om tillförseln av torr luft är för liten så att kondens uppstår på plasthöljet, därför är det viktigt att kontrollera instrumentet regelbundet om man inte har ett fullgott lufttorkningssystem. 14

19 Eftersom skyview faktorn var större på Femman-huset än i Kviberg så kan man räkna med att vid likartade förhållanden borde den nattliga nettostrålningen vara mer negativ om skyview faktorn varit densamma på båda platserna (låg skyview faktor = skymd himmel). Figur 8. Pyrra 1 på Femman-husets tak. Pyrra 1 on the roof of the Femman building Figur 9. Pyrra 2 på Kvibergs kyrkogård. Pyrra 2 at the Kviberg cemetary. 15

20 Daggmätningar Mängden dagg redovisar vi i enheten g/m 2 per timma. Under den sista av våra mätnätter, 2-3 november, fick vi rimfrost istället för dagg men eftersom mängden inte skiljer sig från dagg nämner vi i fortsättningen för enkelhetens skull dagg/rimfrost som enbart dagg. För att mäta mängden dagg som bildades under en natt använde vi oss av masonitplattor (3,5 mm tjock) stående på vinkorkar (3 cm höga) med en plastfilm över (21,3x25 cm), plastfilmen klipptes ut ur en plastficka. Masonit användes för att den har en yttemperatur som mest liknar den hos plåttak, gräs och asfalt (Wallberg & Wänström 1997). Likheten är dock inte total bör tilläggas. Vi placerad vid varje mätstation ut fyra daggplattor på olika platser runt pyrradiometern av vilka vi sedan räknade ut ett genomsnitt av daggen. Vid mätstation 1 var daggplattorna uteslutande placerade på plåttak (figur 10), medan de på mätstation 2 var utplacerade på kort gräs (figur 11), lite längre gräs och på asfalt. Sedan räknade vi ut ett genomsnitt av dagg från de fyra olika daggplattorna på respektive mätstation. Plastfilmen vägdes före mätningarna på en våg med en noggrannhet på 4 decimaler i enheten gram. Masonitplattorna placerades ut strax innan solnedgången och samlades in strax efter soluppgången. Vid insamlandet stoppades plastfilmen med insamlad dagg direkt in i blixpåsar som också hade vägts innan. Därefter vägdes blixpåsarna med plastfilmen och daggmängden räknades ut med följande formel: D = T (P + B) (Formel 3) A Där: D = Daggmängd (g/m 2 ) T = Totalvikt av plastfilm, blixpåse och insamlad dagg (g) P = Plastfilm (g) B = Blixpåse (g) A = Plastfilmens area (m 2 ) För att daggvärdena som samlades in på Femman-huset och i Kviberg skulle vara jämförbara delades den totala daggmängden som samlades in under natten med antalet timmar som daggplattorna varit utplacerade. Detta var nödvändigt då daggplattorna stod ute i ungefär en timma längre på Femman-huset än de vid Kviberg pga det tog tid att transportera sig mellan platserna. Vid varje mättillfälle utom oktober kunde vi observera att dagg hade börjat fällas ut redan vid utplaceringen av daggplattorna. Som felkälla kan nämnas att en liten mängd dagg kan försvinna då man tar i plastfilmerna med händerna vid insamlingen av daggplattorna. Ett annat problem var att det inte fanns samma underlag att ställa daggplattorna på vid de två 16

21 mätstationerna vilket kan ha lett till att daggmängderna på de olika platserna inte är fullt jämförbara. Figur 10. Daggplatta på Femman-husets tak vid mätstation1. Dew-plate on the roof of the Femman building at measuring site 1. Figur 11. Närbild på daggplatta i Kviberg vid mätstation 2 med dagg. Close up on dew-plate in Kviberg at measuring site 2 with dew. 17

22 Fukt och Temperaturmätningar Pga att vi inte hade tillgång till någon luftfuktighetsmätare vid mätstationen i Kviberg kan vi bara redovisa värden från mätstationen på Femman-husets tak som vi fått från Miljövårdsförvaltningen i Göteborg. Därifrån har vi fått värden för relativ fuktighet och temperatur. För att sedan räkna ut absoluta fuktigheten har vi använt oss av följande formel (Oke 1997): Ah = 2,17 e* Rh (Formel 4) 100 T Där: Ah = Absolut fuktighet (g/m³) e* = Mättnadsångtryck (Pa) (Tabell A3.2 i Oke 1987) Rh = Relativ luftfuktighet (%) T = Lufttemperatur ( K) Sedan har vi med hjälp av relativ luftfuktighet och temperatur räknat ut daggpunktstemperaturen enligt följande formel (Wallberg & Wänström 1997): Td = Tc 0,133 ( 100 Rh ) om Rh > 85 % (Formel 5) Td = Tc 0,2 ( 95 Rh ) om Rh < 85 % Där: Td = Daggpunktstemperatur ( C) Tc = Lufttemperatur ( C) Rh = Relativ fuktighet (%) Temperaturmätaren på Femman-husets tak är placerad 1,8 meter ovanför taket där daggplattorna har varit utplacerade vilket leder till att temperaturen vi redovisar inte stämmer helt med yttemperaturen på plåttaket eller daggplattorna. 18

23 RESULTAT Nettostrålning Kviberg september: Nettostrålningen var svagt negativ i början av kvällen då det var ganska mulet. Vid 20-tiden började det dock klarna upp och nettostrålningen blev då mer negativ. Sedan höll sig nettostrålningen på en jämn nivå fram till kl. 01 då det började mulna på igen. Samtidigt blev nettostrålningen markant mindre negativ. Mellan kl. 01 och 03 höll sig nettostrålningen på en låg nivå, för att öka igen mellan kl. 03 och 05 då molntäcket sprack upp lite. Sedan minskade nettostrålningen under de två sista mättimmarna då det åter igen mulnade på. 5-6 oktober: Mellan kl. 19 och 03 var det klart med enstaka inkommande molnflak. Nettostrålningen varierade ganska kraftigt under dessa timmarna. Vid kl. 03 blev det kraftigt mulet och man ser då en minskning och stabilisering av nettostrålningen. 6-7 oktober: Den negativa nettostrålningen låg på en hög och jämn nivå under hela natten. Hela natten var i stort sett klar förutom vid kl. 21 då det låg ett molnflak vid horisonten. 2-3 november: Hela natten låg den negativa nettostrålningen på en hög och jämn nivå förutom vid kl. 20:25 då molnflak hade kommit in över oss. Denna natten har vi bara mätvärden fram till kl. 03:25 pga att batteriet till loggen troligtvis tog slut. Denna natten hade vi också bytt till vintertid vilket gjorde att vi var tvungna att börja våra mätningar en timma tidigare. 19

24 :25 19:25 20:25 21:25 22:25 23:25 00:25 01:25 02:25 03:25 04:25 05:25 06: W/m² /9 5-6/10 6-7/10 2-3/ Figur 12. Nattlig nettostrålning i Kviberg. Nocturnal netradiation in Kviberg. Femman-huset För molnförhållandena på Femman-husets tak kan vi inte redogöra med någon större säkerhet eftersom vi inte var på platsen. Molnförhållandena var dock troligen lika de vid Kviberg under samtliga nätter, detta visas bla av hur nettostrålningen följer varandra under mätnätterna i Kviberg och Femman september: Nettostrålningen under natten var till att börja med låg, fram till kl 21 ökade den negativa nettostrålningen sedan kraftigt för att sedan stabilisera sig fram till kl 23. Därefter minskade den igen och höll sig låg resten av natten. 5-6 oktober: Den nattliga negativa nettostrålningen var hög och jämn fram till kl. 22 varefter den minskade lite och varierade sedan fram till kl. 5 då nettostrålningen minskade kraftigt. 6-7 oktober: Den negativa nettostrålningen var hög och jämn hela natten. 2-3 november: Den negativa nettostrålningen var också denna natten hög och jämn, man kan dock se en minskning kl. 04 då vi i Kviberg hade ett stort molnflak över oss. Denna natten hade vi som tidigare nämnt gått över till vintertid. 20

25 :25 19:25 20:25 21:25 22:25 23:25 00:25 01:25 02:25 03:25 04:25 05:25 06: W/m² /9 5-6/10 6-7/10 2-3/ Figur 13. Nattlig nettostrålning på Femman-huset. Nocturnal netradiation on the Femman-building. Skillnad i nettostrålning mellan Kviberg och Femmanhuset Nettostrålningen låg under de flesta nätter på ungefär samma nivå med en viss tendens till att den negativa nettostrålningen var högre i Kviberg än på Femmanhuset, figur 14 är ett väldigt tydligt exempel på det. Det var bara under natten mellan den 5:e och 6:e oktober som den genomsnittliga negativa nettostrålningen var större på Femman-huset än i Kviberg (tabell 1 och diagram 14 till 17). Resultaten från natten mellan den 2:a och 3:e november gäller fram till kl. 03:25 i tabell 1 för både Femman och Kviberg för att dessa skulle vara jämförbara. Tabell 1. Genomsnittlig nattlig nettostrålning på Femman-huset och i Kviberg. Average nocturnal netradiation on the Femman-building and in Kviberg. Datum W/m² Femman W/m² Kviberg sep -42,31-57, okt -60,05-57, okt -69,96-70, nov -64,73-71,52 21

26 0-10 kl 18:25 kl 19:25 kl 20:25 kl 21:25 kl 22:25 kl 23:25 kl 00:25 kl 01:25 kl 02:25 kl 03:25 kl 04:25 kl 05:25 kl 06: W/m² Kviberg Femman Figur 14. Skillnad i nettostrålning i Kviberg och på Femman-huset under natten mellan den 29 och 30 september. Difference in netradiation at Kviberg and on the Femman-building during the night between the 29th and the 30th September kl 18:25 kl 19:25 kl 20:25 kl 21:25 kl 22:25 kl 23:25 kl 00:25 kl 01:25 kl 02:25 kl 03:25 kl 04:25 kl 05:25 kl 06: W/m² Kviberg Femman Figur 15. Skillnad i nettostrålning i Kviberg och på Femman-huset under natten mellan den 5:e och 6:e september. Difference in netradiation at Kviberg and on the Femman-building during the night between the 5th and the 6th October. 22

27 0-10 kl 18:25 kl 19:25 kl 20:25 kl 21:25 kl 22:25 kl 23:25 kl 00:25 kl 01:25 kl 02:25 kl 03:25 kl 04:25 kl 05:25 kl 06:25-20 W/m² Kviberg Femman Figur 16. Skillnad i nettostrålning i Kviberg och på Femman-huset under natten mellan den 6:e och 7:e september. Difference in netradiation at Kviberg and on the Femman-building during the night between the 6th and the 7th October kl 17:25 kl 18:25 kl 19:25 kl 20:25 kl 21:25 kl 22:25 kl 23:25 kl 00:25 kl 01:25 kl 02:25 kl 03:25 kl 04:25 kl 05:25 kl 06: Kviberg Femman -40 W/m² Figur 17. Skillnad i nettostrålning i Kviberg och på Femman-huset under natten mellan den 2:a och 3:e december. Difference in netradiation at Kviberg and on the Femman-building during the night between the 2th and the 3th November. 23

28 Dagg Under den första mätnatten fick vi ingen dagg överhuvud taget på någon av mätstationerna. Det var också den enda natten då vi hade kraftig vind som dock mojnade vid kl.00. Under de andra mättillfällena var vinden svag under hela nätterna. Vid två tillfällen var daggmängden större på Femman-huset än i Kviberg. Den 2-3 november fick vi vid båda mätstationerna rimfrost istället för dagg Femman g/m² Kviberg g/m² sep 5-6 okt 6-7 okt 2-3 nov Femman g/m² 0 5,7 7,01 14,7 Kviberg g/m² 0 4,63 12,47 8,06 Figur 18. Daggmängden under mätnätterna på Femman-huset och i Kviberg redovisat i g/m² per timma. The amount of dew during the measuring nights on the Femman-building and in Kviberg showed in g/m² per hour. Figur 19. Jämförelse mellan dagg (g/m²/h) och den genomsnittliga nettostrålningen under natten (W/m²),(K = Kviberg, F = Femman-huset). Comparision between dew (g/m²/h) and the average nocturnal netradiation (W/m²), (K = Kviberg, F = the Femman building). 24

29 Vid en jämförelse mellan den genomsnittliga nettostrålningen under mätnätterna och daggutvecklingen är det svårt att se något direkt samband, dock kan man se ett litet samband i mätresultaten från Kviberg medan de från Femman-huset avviker mer från en tänkt trendlinje (figur 19). Nettostrålningsvärdena från natten mellan den 2:a och 3:e november i figur 19 gäller fram till kl. 03:25 för både Femman och Kviberg för att dessa skulle vara jämförbara. Skillnaden i mängd dagg mellan den daggplatta som hade mest och den som hade minst i Kviberg under de tre mätbara mättillfällena var som mest 3,21 g/m²/h. På Femman-taket var skillnaden som mest 2,02 g/m²/h. Luftfuktighet och Temperatur Under alla mättillfällen har temperaturen aldrig understigit daggpunktstemperaturen vilket troligtvis beror på mätinstrumentets placering inte har varit densamma som daggplattorna och plåttaket. Man kan se en minskning av den absoluta luftfuktigheten Observera också ökningen av absolut fuktighet under den senare delen av natten mellan den 5:e och 6:e oktober, (figur 21). Annars så kan man se en minskning av samtliga värden under de andra nätterna (figur 20 och 22-32). Under alla nätter utan den första (figur 20), kan man också se att temperaturen sjunker mest i början av natten C g/m³ , Temp ( C) Daggpunkten ( C) Fukt g/m³ 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 8 7,5 7 6,5 6 Figur 20. Nattlig temperatur, absolut fuktighet och daggpunktstemperatur på Femman-huset den september. Nocturnal temperature, absolute humidity and dewpointstemperature on the Femman building the September. 25

30 C Temp ( C) Daggpunkten ( C) Fukt g/m³ g/m³ 8,2 7,7 8 7, , :00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 6,2 5,7-6 Figur 21. Nattlig temperatur, absolut fuktighet och daggpunktstemperatur på Femman-huset den 5-6 oktober. Nocturnal temperature, absolute humidity and dewpointstemperature on the Femman building the 5-6 October. 5, C Temp ( C) Daggpunkten ( C) Fukt g/m³ g/m³ 8,2 7,7 7, , :00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 6,2 5,7-6 5,2 Figur 22. Nattlig temperatur, absolut fuktighet och daggpunktstemperatur på Femman-huset den 6-7 oktober. Nocturnal temperature, absolute humidity and dewpointstemperature on the Femman building the 6-7 October. 26

31 14 C g/m³ Temp ( C) Daggpunkten ( C) 5,5 8 Fukt g/m³ , :00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 4 3,5 3 Figur 23. Nattlig temperatur, absolut fuktighet och daggpunktstemperatur på Femman-huset den 2-3 november. Nocturnal temperature, absolute humidity and dewpointstemperature on the Femman building the 2-3 November. 27

32 DISKUSSION Nettostrålning Nettostrålningen har under alla mättillfällen stämt väl överens med molnförhållandena på det sättet att ju mer moln på himlen desto mindre negativ nettostrålning har vi uppmätt, detta stämmer väl överens med vad vi hade förväntade oss. I alla fall över Kviberg där vi kunde iaktta molnförhållandena. Dock ser man i figur 14 till 17 att strålningsvärdena följer varandra relativt bra både vid mätstation 1 och 2, vilket borde innebära att molnförhållandena var likvärdiga över båda mätstationerna. Skillnaden i nettostrålning mellan Femman-huset och Kviberg Under de mätningar vi gjort har vi sett att nettostrålningen i de flesta fallen är mer negativ utanför värmeön i Kviberg än i värmeön på Femman-huset. Detta kan bero på att mängden aerosoler i luften är större i staden än utanför. Då dessa aerosoler liksom all annan materia utsänder strålning borde den inkommande långvågiga strålningen i staden vara större. Även den utgående långvågiga strålningen hindras av aerosolerna i luften. Då den absoluta luftfuktigheten enligt Ackerman (1987) också brukar vara större i staden än utanför borde också detta påverka nettostrålningen på samma sätt som aerosolerna. De nätter då nettostrålningen inte var mer negativ i Kviberg än på Femman-huset beror detta troligtvis på att dessa nätter så hade vi inte samma molnförhållanden över de båda mätstationerna. Att sedan skyview faktorn var mindre i Kviberg och att vi trots detta fått mer negativ nettostrålning i Kviberg när den istället borde ha varit mindre negativ pga minskad utstrålning, förstärker den egentliga skillnaden mellan de två mätstationerna. Daggutfällning, luftfuktighet och temperatur Vid en jämförelse mellan daggmängd och den genomsnittliga nettostrålningen under natten är det svårt att se något tydligt samband då det bla under natten mellan den 2:a till 3:e november bildades mer dagg på Femman-huset samtidigt som den negativa nettostrålningen var mindre där. Natten mellan den 5:e och 6:e oktober var dock den negativa nettostrålningen större i Kviberg samtidigt som det också bildades mer dagg där. Man kan dock se ett litet samband i Kviberg om man ser till de mätresultaten separat vilket tyder på att daggutvecklingen är större när den negativa nettostrålningen är hög. Anledningen till att det skiljer mellan Kviberg och Femman-huset kan vara att mätstationen på Femman-huset varit mer känslig för andra faktorer med det känsliga plåttaket och det utsatta läget för bla vind. Med fler mättillfällen kanske man hade kunnat se ett tydligare samband. 28

33 Att daggmängden var störst i staden vid de flesta mättillfällena var förvånande men beror troligtvis på att plåttaket kyldes av kraftigt då plåten är en bra värmeledare och att husets isolering hindrade värme att tränga upp underifrån. På taket av en relativt hög byggnad kan man också räkna med att temperaturen är lägre än den är mellan husen på marknivå där husväggarna hjälper till att hålla kvar värmen under natten. Om vi hade placerat daggplattorna på marknivå mellan husen kan man anta att vi hade fått betydligt mycket mindre dagg eller ingen alls. Tidigare undersökningar av bla Wallberg & Wänström (1997) som bla mätte daggen vid gatuplan i staden visade på mycket små daggmängder där. Dock består en stor del av staden av tak så det är inte en obetydlig del för stadens klimat. Att skillnaden mellan den daggplatta som hade mest respektive minst dagg var störst i Kviberg är inte förvånande eftersom daggplattorna där stod på olika underlag med olika värmeegenskaper vilka troligtvis var olika gynnsamma för daggutveckling. På Femman-huset bestod underlaget uteslutande av plåttak vilket resulterade i att variationerna inte blev så stora. Mer precisa undersökningar om daggutfällningen på olika underlag har utförts av bla Wallberg & Wänström (1997). Vid det första mättillfället minskade den absoluta fuktigheten kraftigt (figur 19), ändå kunde vi inte se någon daggutfällning. Förklaringen till detta är troligtvis att den kraftiga vinden förde ner kall och torr luft som trängde undan den fuktiga luften vid marken. Detta stämmer bra överens med det Mattson (1979) skrev om vindens påverkan på daggutfällningen, se avsnittet bra förhållanden för daggutfällning (s 6). Vid det andra mättillfället (figur 20), så ökade den absoluta fuktigheten vid 2- tiden. Detta skulle kunna bero på att ett luftpaket med varmare och fuktigare luft kommit in. Detta stödjs av att man även kan se temperaturen stiga vid ungefär samma tidpunkt. Det är svårt att se något direkt samband mellan daggutfällning och luftfuktighet/ temperatur. Man kan dock i våra mätningar se en svag antydning på att det fälls ut mer dagg ju mer temperaturen sjunker under natten. Att utskilja en viss faktors inverkan på daggutfällningen är svårt eftersom det är så många olika variabler som spelar in, som t.ex. nettostrålning, luftfuktighet, temperatur, vindförhållanden och objektets värmeledningsförmåga. 29

34 SLUTSATSER Mätningarna av nettostrålningen har visat på en större negativ nettostrålning i Kviberg utanför Göteborgs värmeö än på Femman-huset. Daggmätningarna har varit mer svårtolkade då det få antalet bra mättillfällen och deras variation har gjort det väldigt svårt att dra några slutsatser. Vara mätningar har dock visat på mer dagg på Femman-huset, detta tror vi främst beror på plåttakets värmeledningsförmåga och placeringen på 25 meters höjd. Det var också svårt att se något direkt samband mellan nettostrålningen och daggutfällningen. Dock kunde man om man såg på mätresultaten från Kviberg separat se en viss tendens till att daggutvecklingen var större då den negativa nettostrålningen var stor. Från luftfuktighet och temperatur har vi inte kunnat dra några direkta slutsatser pga att vi bara fått mätvärden från Femman-huset, Man kan dock se en svag tendens till att daggutfällningen är större ju mer temperaturen sjunker under natten. För att mer grundligt undersöka nettostrålningens påverkan på daggutfällningen skulle det vara nödvändigt att ha tillgång till betydligt fler mattillfällen. Detta gäller till stor del också för luftfuktighet och temperaturmätningarna, för dessa skulle det också vara en stor fördel med mätvärden från Kviberg. 30

35 REFERENSER Ackerman B., 1987, Climatology of Chicago Area Urban-Rural Differences in Humidity. Journal of Climate and Applied Meteorology, volume 26, number 3, s Arya S. P., 1988, Introduction to Micrometeorology. Academic Press Inc. London, 307 s. Haeger-Eugensson M. & Holmer B., 1998, Advection caused by the UHIC as a regulating factor on the nocturnal UHI. Accepted for publication in International Journal of Climatology. Henderson-Sellers A. & Robinson P.J., 1986, Contemporary climatology. Longman Scientific & Technical, Harlow, England, 439 s. Holmer B., 1980, Klimatet i bebyggda områden. Naturgeografiska Institutionen Göteborgs Universitet, Göteborg, 40 s. Koeppe C. E. & de Long G.C., 1958, Weather and climate. McGraw-Hill Book Company Inc. New York. 341 s. Mattsson J. O., 1971, Dagg som klimatindikator, Svensk Geografisk Årsbok volym 47, s Mattsson J. O., 1979 Introduktion till mikro- och lokalklimatologin. LiberLäromedel, Malmö, 201 s. Monteith J. L., 1957, Dew. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, volym 83, s Oke T. R., 1987, Boundary layer climate, second edition. Routledge, London, 345 s. Rudberg S., 1970, Naturgeografiska seminarieuppsatser vid Göteborgs Universitet, ht 1959 vt Gothia 10, 164 s. SMHI, , Wallberg M. & Wänström C., 1997, Dagg- och rimfrostutfällning i staden och på landsbygden. Earth Science Centre, Göteborg University, B s. World Climate, , Fotografierna i denna uppsats är tagna av Björn Sandström. 31