LUFTFUKTIGHETSVARIATIONER I HÖJDLED SAMT DEN EVENTUELLA KOPPLINGEN TILL INKOMMANDE LÅNGVÅGIG STRÅLNING

Transkript

1 EARTH SCIENCES CENTRE GÖTEBORG UNIVERSITY B LUFTFUKTIGHETSVARIATIONER I HÖJDLED SAMT DEN EVENTUELLA KOPPLINGEN TILL INKOMMANDE LÅNGVÅGIG STRÅLNING - en studie utförd vid Skanskaskrapan i Göteborg, våren 1997 Annika Forsler Department of Physical Geography GÖTEBORG 1998

2

3 GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för geovetenskaper Naturgeografi Geovetarcentrum LUFTFUKTIGHETSVARIATIONER I HÖJDLED SAMT DEN EVENTUELLA KOPPLINGEN TILL INKOMMANDE LÅNGVÅGIG STRÅLNING - en studie utförd vid Skanskaskrapan i Göteborg, våren 1997 Annika Forsler ISSN B156 Projketarabete Göteborg 1998 Postadress Besöksadress Telefo Telfax Earth Sciences Centre Geovetarcentrum Geovetarcentrum Göteborg University S Göteborg Guldhedsgatan 5A S Göteborg SWEDEN

4

5 SAMMANFATTNING I städer finns en värmeö och en luftfuktighetsö på natten. I det här arbetet utreds hur luftfuktigheten varierar i höjdled samt kopplingen till den ingående långvågiga strålningen. För att mäta luftfuktigheten på olika höjder sattes mätare ut på balkongerna på Göteborgs högsta byggnad, Skanskaskrapan. Strålningsmätningen utfördes på husets tak samt på en öppen plats nära Skanskaskrapan. Resultaten indikerar att luftfuktigheten är högre på 60 och 6 meters höjd än på 30 meter. Att det blir en sänkning av luftfuktigheten vid hustaknivå kan bero på daggutfällning på husens tak. En annan anledning kan vara att partiklar och föroreningar från bilarna från Götaälv bron har en förmåga att dra till sig fukt. Något samband mellan strålning och luftfuktighet kunde inte iakttagas utan strålningen påverkas till största delen av värme. Strålningen är avtagande under natten och är högre vid 84 meters höjd än vid marken trots att temperaturen och luftfuktigheten är tvärtom. En teori till att strålningen är högre på 84 meters höjd än vid marken kan vara ett eventuellt partikellager ovanför 84 meters höjd, som sänder ut mer strålning. SUMMARY Air humidity variations with height and the possible relationship with the incoming longwave radiation - a study carried out at the Skanska buildning in Göteborg, SW Sweden, spring In cities there are a heat island and a humidity island during the night. This essay is dealing with how the air humidity varies in height and the relationship with the incoming longwave radiation. In order to measure the air humidity in different heights, instruments were placed on the balconies of the highest building in Gothenburg, Skanskaskrapan. The radiation was measured on the roof of the house and in an open place close to Skanskaskrapan. The results indicate that the air humidity is higher on 60 and on 6 meters height than on 30 meters height. The decreasing of the air humidity at the level of the house roofs may be explained by the dew formation on the roofs. An other explanation can be particles and pollution from the cars crossing the Götaälv bridge, they have the ability to absorb humidity. No relationship between radiation and air humidity was found, the radiation instead seems to be influenced mainly by heat. The radiation is decreasing during the night and is higher at the 84 metres level than at the ground level. However, both the temperature and the humidity are the other way around. A theory that the radiation is higher at 84 metres height than at the ground level may be explained by an aerosol layer above 84 metres height, which sends out more radiation. 3

6 FÖRORD Denna D-uppsats i geografi är gjord under 1997 och Mätningarna utfördes på våren Jag vill främst tacka min handledare Dr. Björn Holmer för tid och hjälp med utformning av arbetet samt för konstruktiva ideér när apparaterna krånglade. Jag vill också tacka följande personer: - Dr. Manuel Nunez, för instruktioner om strålningsmätaren. - Hans Alter, för montering av dataloggar och lagning av trasig apparatur. - Kartriterskan Solveig Svensson, för lån av pennor och ritfilm till kartorna. - Fastighetsskötarna Roger Sundbom och Matti Olsson på Skanska Fastigheter AB, för att de låst upp dörrarna varje gång mätarna skulle läsas av och hjälpt till att ställa upp strålningsmätaren på taket. - Jan Brandberg på Miljö- och Hälsoskyddsförvaltningen, som skickat värdefull information - Jesper Lindqvist för hjälp med fish-eye fotografering. -Sofia Thorsson och mina föräldrar för att de hållit mig sällskap under strålningsmätnigarna på nätterna. 4

7 5

8 SAMMANFATTNING s.4 SUMMARY s.4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING s.5 1. INLEDNING s.6 Introduktion s.6 Bakgrund s.6 Luftfuktighet i allmänhet och i staden s.6 Långvågig strålning - Allmänt s.8 Ingående långvågig strålning i staden s.8 Finns ett samband mellan en stads värmeö och dess s.9 luftfuktighetsö samt ingående långvågig strålning? Syfte och frågeställningar s.9 2. OMRÅDESBESKRIVNING s METODIK s.12 Luftfuktighetsmätning s.12 Korrigering av värden s.14 Strålningsmätning s.15 Sky-View-Faktor s RESULTAT s.18 Specifik luftfuktighetsvariation s.18 Luftfuktighetens dygnsvariation s.18 Luftfuktighetens variation i höjdled s.19 Den ingående långvågiga strålningens variation s.21 Strålningens variation i höjdled s.22 Summering av resultat s DISKUSSION s SLUTSATSER s KÄLLFÖRTECKNING s.27 6

9 7

10 INLEDNING Introduktion Bakgrund Ett stadsklimat uppkommer genom att urbanisering tillsammans med människans koncentrerade aktivitet i städerna leder till ett annorlunda klimat i staden jämfört med landsbygden. Ett väldokumenterat fenomen i stadsklimatet är värmeön. Undersökningar (Chandler 1967, Hage 1975, Lee 1991) visar att även en fuktighetsö utvecklas under klara vindsvaga nätter, där det är fuktigare inne i staden än omgivande landsbygd. Luftföroreningar spelar t ex stor roll vid förbränning av fossila bränslen. Deras återstrålningseffekt höjer temperaturen, möjligen kan även luftfuktigheten fungera som återstrålningseffekt och deras förmåga att fungera som kondensationskärnor minskar luftfuktigheten över staden. Ett annat exempel är byggnadernas struktur och material. Höga byggnader medför att vindens hastighet minskas vilket minskar borttransporten av värme (Mattson 1979). Utbytet av naturliga ytor, t ex skog, med andra, t ex asfalt, som har olika värmekaraktärer ändrar ytans värmebalans och den i sin tur kan påverka fuktbalansen. Högre temperatur och fuktighet i staden får en mängd följder. Det leder till att blommor och träd blommar tidigare i staden, dessutom blir växtsäsongen längre. För människan kan ökad värme och fuktinnehåll i luften vara stressande om man lever i ett redan varmt och fuktigt område. En viktig aspekt är att föroreningar i luften löses i luftfuktigheten och föroreningarna kan också förändra sin kemiska karaktär och bli skadliga för människans hälsa (Oke 1987). Luftfuktighet i allmänhet och i staden Vattnets kretslopp innebär att vattenmolekyler avlägsnas från marken och transporteras upp i atmosfären - det avdunstar. Därifrån faller det sedan tillbaka till marken i form av nederbörd. Vattenångans mängd i atmosfären är atmosfärens luftfuktighet. Luftens halt av vattenånga påverkas av temperaturen samt möjligheter för upptagning av fuktighet från jordytan. Vattenångan i atmosfären är den mest variabla delen av luften och innefattas därför inte i atmosfärens så kallade fasta komponenter. Halten kan variera från 1% till 4%. Luftens halt av vattenånga växlar såväl mellan olika delar av jorden och mellan olika höjdskikt som från dag till dag och från årstid till årstid. Vattenångan förekommer till största delen i atmosfärens lägre delar. Ångtrycket är högre under sommaren än under vintern då luften kan hålla mer vattenånga eftersom temperaturen är högre. Det är högst ångtryck morgon och kväll men lägre på natten (Liljequist 1970). Tidigt på eftermiddagen sker en liten sänkning av luftfuktigheten. Det beror p.g.a. turbulens (Oke 1987). 8

11 Luftfuktigheten är annorlunda i staden jämfört med omgivande landsbygd. Chandler (1967) visar i sina undersökningar att stadens ångtryck är högre på natten och lägre på dagen i jämförelse med landsbygden. Andra författare kommer till samma slutsats, som t ex Hage (1975). Han utnyttjade 13 års väderobservationer i staden och på landsbygden för att se hur en snabbt växande stad förändrar luftens relativa och absoluta fuktighet. Hage visar att Edmonton under dagtid är torrare än omgivningen mars till och med oktober och något fuktigare under november till och med februari. Hage hävdar att värmeön påverkar luftfuktighetsön. Den senare har dock inget samband med värmeöns intensitet. Vilken roll luftfuktigheten har i utvecklingen av en värmeö undersöker också Holmer och Eliasson (1998). De har använt data från olika stationer belägna i Göteborg samt stadens omgivande landsbygd från sex år. De kommer bland annat fram till att stora ångtryckskillnader mellan stad och landsbygd har inflytande på utvecklingen av värmeön. Viktigt är också att se staden i en tredimensionell bild och inte bara se de horisontala skillnaderna. Hur förändras temperaturen och luftfuktigheten med höjden? Är värmeön och fuktighetsön fenomen som endast förekommer mellan husen eller även ovanför? För att kunna besvara frågor som dessa behövs bl.a. undersökningar om hur luftfuktigheten varierar med höjden i en stad. Kopplat till dessa frågor undersöks även strålningen, eftersom strålningen i luften bl.a. påverkas av hur mycket vattenånga som finns i den (Oke 1987). Enligt Oke (1987) delas stadens lager in i Urban Canopy Layer (UCL) som är precis vid marken och Urban Boundary Layer (UBL) som är ovanför. På landet finns Rural Boundary Layer (RBL) (figur 1). Fig.1 Staden delas in i olika lager: UBL, UCL och RBL (Oke 1987). The city is devided in different layers: UBL, UCL and RBL. Tapper (1988) har gjort luftfuktighetsundersökningar i höjdled i staden Christchurchs Urban Boundary Layer i Nya Zealand. Han samlade in värden på specifik luftfuktighet på en urban plats och en plats på landsbygden med hjälp av ett tethersond system. Han mätte också temperaturen. Värmeöns höjd fick han till 290 meter och under sommaren ökar stadens fuktighet mellan marken och 50 meters höjd för att nå en maxluftfuktighetskillnad mellan stad och landsbygd på 2,0 g/kg. Ovanför 50 meters höjd minskar det mycket sakta. Detta gäller under lugna och klara dagar. Om all data samlas blev resultatet en ökning av stadens fukthalt upp till 100 meter med en 9

12 maxluftfuktighetskillnad på 1,7 g/kg. Därefter minskar fuktskillnaden mellan stad och landsbygd och vid 350 meters höjd finns ingen skillnad. 10

13 Långvågig strålning - Allmänt För att inte jorden skall öka eller minska i temperatur (under en lång tidsperiod) måste det råda en strålningsbalans, dvs lika mycket strålning som kommer in till jorden skall också strålas bort från den. Under dagen kommer kortvågig strålning från solen. Det kommer också en mindre mängd långvågig strålning som har låg fotonenergi. Bort från jorden strålar värme, sådan strålning som emiteras från jordens yta och sådan (både långvågig och kortvågig) som reflekteras mot ytan och strålas bort igen. Under natten, när solen gått ner, kommer enbart långvågig strålning (L ) ner till jorden. Bort från jorden strålar utgående långvågig strålning (L ), dvs den strålning som reflekteras samt den som strålas ut från markytan (Mattson 1979). De regionala variationerna i den långvågiga strålningen beror på olika förhållanden i atmosfären. Det blir variationer på den långvågiga strålningen om det är olika lufttemperatur, luftfuktighet och olika mängd med aerosoler, dvs partiklar i luften. Ingående långvågig strålning i staden Undersökningar om hur strålningen ser ut i staden och vad det kan bero på har utförts av Oke och Fuggle (1971). Deras mätningar utfördes i Montreal, Kanada, från augusti 1969 till juli Deras resultat visar att en stor stad mottager en större mängd långvågig strålning på natten i jämförelse med det som närliggande landsbygd mottager. De hävdar att en mycket viktig orsak till att det är så är för att staden har en urban plym av varm luft. Denna gör att strålningen blir högre i staden. Kobayashi (1982) gjorde fältundersökningar i Tokyo, Japan under vintern Resultaten visade att den ingående långvågiga strålningen ökar med 6,9% i genomsnitt över en stad. Ökningen beror inte bara på vertikala temperaturer- och fuktprofiler över staden jämfört med landet utan även på strålning från ett aerosollager över staden. Kobayashi hävdar att nästan hälften av ökningen av den ingående långvågiga strålningen över staden beror på luftföroreningar. Adabayo (1990) gjorde fältundersökningar dagtid i Nigeria. Han fick samma resultat som Kobayashi. Lindgren (1997) mätte den ingående långvågiga strålningen i Göteborg under åtta nätter på sensommaren Hans resultat är att den ingående långvågiga strålningen visar en stabil trend under hela natten, däremot är variationen större mellan nätterna. Finns ett samband mellan en stads värmeö och dess luftfuktighetsö samt ingående långvågig strålning? Beror luftfuktighetsön och värmeön i en stad av varandra och vilken är i sådana fall den drivande? Denna fråga har flera forskare funderat över och de har kommit fram till olika saker. Således är svaret ännu inte funnet. 11

14 Chandler (1967) visar att fuktskillnaden mellan stad och landsbygd inte verkar spela någon roll i bildandet av värmeön. Däremot visar Lee (1991) i sina undersökningar från London en god relation mellan månadsmedelvärden vad gäller ångtryckskillnader och månadsmedelvärden för värmeöintensitet. Holmer och Eliasson (1998) hävdar att stadens fuktighetsöverskott höjer värmeön på grund av ökad ingående långvågig strålning och att den effekten är starkare ju torrare luften är. Orsaken till att strålningen är högre i staden än på landet är enligt Oke och Fuggle (1971) att staden har en urban plym av varm luft. Kobayashi (1982) hävdar att inte bara värme och fukt i luften påverkar strålningen över staden utan även aerosoler till stor del. Adabayo (1990) hävdar samma sak. Syfte och frågeställningar Mitt syfte med uppsatsen är att undersöka hur luften ser ut i en stad från marknivå och upp ovanför husen, till 60 meters höjd, vad gäller luftfuktighet. Mitt syfte är också att undersöka strålningen i staden och se om det finns något samband med luftfuktigheten. Mina frågeställningar är: * Hur varierar den specifika luftfuktigheten under dygnet i en stad? * Hur ser den specifika luftfuktighetens höjdprofil ut i en stad? Det finns olika möjligheter, varav någon av de schematiska linjerna 1-5 i figur 2 är mest trolig. Fig. 2. Schematisk bild över möjligheter som luftfuktigheten kan variera på i höjdled. Schematisk picture of the possibilities the air humidity may vary in height. * Hur varierar strålningen mellan olika nätter och under samma natt? * Vad påverkas strålningen av? * Hur ser strålningen ut på 84 meters höjd jämfört med marken och vad beror det på? 12

15 OMRÅDESBESKRIVNING Göteborg (57 42 N) är Sveriges näst största stad och ligger på västkusten, figur 3. Göteborg Fig.3 Sverige kartan visar Göteborgs läge. Göteborgskartan visar delar av Göteborgs centrum. The map of Sweden shows where Göteborg is situated. The map of Göteborg shows parts of the centre of Göteborg. 13

16 Staden är uppbyggd runt Göta älvs stränder. Stor-Göteborg har en befolkning på ungefär människor. Göteborgs stadskärna är planerad av nederländska ingenjörer. De gav staden en karaktäristisk design med ett kanalsystem och vallgravar. Klimatet i Göteborg är maritimt med milda vintrar. Det är många regndagar, särskilt på vintern. Det är också förhållandevis blåsigt med en medelvindhastighet omkring 7 m/s på vintern och något lägre på sommaren (Holmer och Eliasson 1998). Undersökningen av luftfuktighet och strålning i vertikalled har ägt rum i Göteborgs högsta byggnad, den så kallade Skanskaskrapan. Huset byggdes vid kanalen och Götaälv bron (Lilla Bommen) år 1994 av Skanska Fastigheter AB ritat av arkitekten Ralph Erskines (Skanska Fastigheter Väst AB 1994). Skanskaskrapan har 22 våningsbalkonger som vätter mot Götaälv bron. De är i första hand till som brandbalkonger (se figur 4). Fig. 4. Skanskaskrapan från Götaälvbron. Skanskaskrapan from the view of the Götaälv bridge. 14

17 METODIK Luftfuktighetsmätning Man kan redovisa luftfuktighet på olika sätt. Absolut fuktighet innebär gram vattenånga per kubikmeter luft. Ångtrycket (hpa) utgör det tryck som härrör från vattenångan i luften. För att beskriva luftfuktighetens inverkan på människans komfort använder man sig av relativ luftfuktighet. Det anger förhållandet mellan rådande ångtryck och mättnadstryck vid rådande temperatur. Måttet säger alltså ingenting om det faktiska innehållet av vattenångan i luften. Ett annat sätt att redovisa luftfuktighet på är specifik luftfuktighet. Detta måttet mäts i g/kg och är oberoende av höjdförändringar. Om man känner till luftens temperatur och ett av fuktighetsbegreppen kan man härleda de övriga. För att samla in luftfuktighetsdata har jag använt mig av dataloggar av model Mikromec. Till loggarna har en sensor kopplats som känner av temperaturen och den relativa luftfuktigheten. Tre mikromec användes och de placerades på balkongerna på våning 2 (6 meter), 10 (30 meter) och 20 (60 meter). Före utplaceringen tillverkade jag strålningsskydd för att förhindra direkt solstrålning och regn på sensorn. Strålningsskydden tillverkades av två stycken avloppsrör av plast med olika diametrar. Avloppsrören sågades i ca tre dm långa delar och placerades i varandra. Det yttre röret kläddes med aluminiumfolie - då reflekteras strålningen så att röret inte blir varmare än omgivande luft. Trots det upptas en liten del av strålningen av röret. Den värmen som då strålas in kommer inte på sensorn utan på det andra röret som är placerad inuti det första. Rören är vinklade och därför leds värmen ut som i en skorsten. Det blir då ett effektivt strålningsskydd. Sensorn placeras fritt hängande inuti det inre röret (figur 5). På balkongen placerades strålningsskydden så att de lutar 30 mot syd - då blir det svårt för solstrålarna att komma in i röret (figur 6). Fig. 5. Sensorn placeras fritt hängande i det dubbla strålningsskyddet. The sensor is placed freely hanging in the double radiation protector. 15

18 Fig. 6. Strålningsskydden lutar 30 mot syd. The radiation protectors are hanging 30 south. Mikromecen programmerades på 30 minuters medelvärde. Var sjätte dag hämtades Mikromecarna och tömdes på information med hjälp av datorprogrammet Serial. Därefter laddades de ca 6 timmar för att sedan sättas ut igen. Mikromecen satt ute på balkongerna, med avbrott, från 20 februari till 31 maj Det blev dock en del problem med icke fungerande apparatur och korrekt insamlad data finns därför endast för sammanlagt 20 dagar. Molnmängden har jag själv varje dag observerat och antecknat. Uppgifter om vindhastighet, vindriktning och partikelmängd har erhållits av Jan Brandberg som arbetar på miljö - och hälsoskyddsförvaltningen i Göteborg. Vidhastigheten och vindriktningen är mätt vid Lejonet som ligger 1100 meter nordost från skanskaskrapan i Göteborg. Landskapet omkring är öppet. Partikelmängden är mätt vid Femmanhuset som ligger bredvid centralstationen i Göteborg. För att omvandla den relativa luftfuktigheten som dataloggarna mäter till specifik luftfuktighet, som är oberoende av höjder, har jag gjort på följande sätt: q = specifik luftfuktighet U = relativ luftfuktighet T = temperatur Pv = ångtryck P = lufttryck (8meter = 1hPa) Pv = U 100/(6,1 10 (7,5 T/(237,3+T) ) (Cerquetti 1988) q = 0,622 Pv P (Stull 1995) 16

19 Temperaturen och den relativa luftfuktigheten som sensorn som är kopplad till mikromecen mäter används alltså för att räkna ut ångtrycket. Ångtrycket används sedan i sin tur för att räkna ut den specifika luftfuktigheten med hjälp av lufttrycket på de olika våningarna. Det normala lufttrycket är på 1010 hpa och det används vid marknivån. Varje våning är på tre meter och därför blir lufttrycket på våning två: /8=1009,25 hpa, våning tio: /8=1006,25 hpa, och på våning 20: /8=1002,5 hpa. Den specifika luftfuktigheten har räknats ut med hjälp av datorprogrammet Excel. Korrigering av värden Innan utplaceringen testade jag att mikromecarna visade samma värden genom att låta dem samla in mätvärden när de står på samma ställe. Detta gjordes inomhus och även utomhus och de visade då likadan luftfuktighet och temperatur. Trots det kan det hända att sensorerna inte mäter exakt likadant efter utplaceringen. För att få helt tillförlitliga värden måste det därför undersökas om så är fallet och i så fall korrigera det. När det är blåsigt och mulet ute sker maximal omblandning av luften och de tre sensorerna borde visa samma värden. Så är dock inte fallet. Sensorn på våning två visar hela tiden 0,3 g/kg högre specifik luftfuktighet än våning 10 och 20, som visar lika vid sådana tillfällen (figur 7). 3,0 2,5 2,0 Spec.Luftfukt. (g/kg) 1,5 1,0 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Tid (h) Fig. 7. Den 22/ är en mulen och blåsig dag (ca 6m/s). Luftfuktigheten borde vara samma på alla tre våningarna. Våning två visar dock 0,3g/kg högre. The 22 nd April 1997 is a cloudy and windy day (about 6m/s). The air humidity should be the same on all three nights. The lowest night is, however, 0,3 g/kg higher. 0,3 g/kg subtraheras därför från andra våningens samtliga värden, (figur 8). 17

20 3,0 2,5 2,0 Spec.Luftfukt. (g/kg) 1,5 1,0 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Tid (h) Fig / Efter korrigering visar alla tre sensorerna likadana värden. The 22 nd April After correction all three sensors record the same values. Under de tidsperioder som regn har fallit visar den relativa luftfuktigheten på 103%. Eftersom det inte kan vara över 100% luftfuktighet i luften måste det ha fastnat regndroppar på sensorn. Dessa värden räknas därför bort och redovisas inte i resultatet. Strålningsmätning För att se hur strålningen varierar i relation med luftfuktigheten och temperaturen i luften utfördes mätningar med en strålningsmätare (Swissteco Model S-1). Mätaren placerades ca 150 meter från Skanskaskrapan i västlig riktning. De klara och lugna nätterna 23/5, 28/5, 30/5, 31/5, 2/6, och 3/6 mättes. Den 7/5 och 8/5 mättes strålningen på Skanskaskrapans tak samtidigt som den mättes vid marken. En mikromec placerades på taket och en vid marken. En datalogger saknades till den strålningsmätare som var placerad på marken, varför dessa värden avlästes och antecknades manuellt. Därför är de två nätternas strålningsvärden inte kontinuerliga. Endast lugna och klara förhållanden valdes för att då påverkas inte strålningen av störande moln som minskar strålningen eller av vind som blandar om luften. Anledningen till att mätning skedde på natten och inte på dagen är att vid mätning på natten erhåller man endast den långvågiga strålningen. Skulle mätningarna utförts på dagen skulle den långvågiga strålningen adderas till den stora mängd kortvågig strålning som finns då solen är uppe. Värdet på strålningen skulle då bli mycket högt och de små skillnader som beror på bl.a. luftfuktigheten och temperaturen i luften ovanför skulle inte synas i resultatet. Strålningsmätaren fästes på en ställning 1,5 meter ovanför marken. Strålningsmätaren sticker ut som en arm och överst längst ut finns en plastbubbla, som skyddar mot vind och underst finns en liten burk som på insidan är absolut svart (figur 9). 18

21 Fig. 9. Strålningsmätaren uppmonterad på sin ställning på Skanskaskrapans tak. The radiation recorder is placed on its frame on the roof of Skanskaskrapan. För att det inte skall bildas imma på insidan eller utsidan av plastbubblan på strålningsmätaren leds torr luft in i bubblan och även till utsidan av bubblan (se figur 10). Fig.10. Torkningsystemet för strålningsapparaten. The drying system of the radiation recorder. Ett batteri (a) kopplas tillpumpen (b) som pumpar luft in i en tub (c) som är fylld med kiselgel. Detta är blå kristaller som torkar luften, dvs de tar åt sig vattnet i luften och färgas då rosa. När kristallerna är rosa måste de därför torkas innan de kan användas på nytt. Den torra luften leds till en reglerare (d) som gör att endast lite luft leds in i plastbubblan (e) - annars sprängs den. Från plastbubblan leds luften ut igen genom en slang (f). Med den slangen kan man se hur mycket luft som kommer in i plastbubblan genom att det kommer luftbubblor i ett glas med vatten (g). En bubbla i sekunden är lagom. Från luftregleraren (d) leds resten av den torra luften till utsidan plastbubblan (e) så att det inte heller där skall bildas någon imma. Burken är kopplad till en kopparledning som leds till en logger av modell CR 10 och en termos med krossad is i vattenbad. Termosen används som referens (0 C) för att få fram ett millivoltvärde från den absolut svarta kroppen. Detta voltvärde kan omvandlas till den svarta kroppens temperatur genom att använda formeln: 19

22 Temperaturen (Tc) = Voltvärdet 40,1 40,1 µv C -1 är kopparledningens elektropotentiala konstant (Lindgren 1997). Strålningsmätaren är kopplad till samma logger (CR 10) som burken. Loggen noterar netto strålningen L* i volt. Kalibrationskonstanten (k) är 1mV= 20,76 Wm -2 för strålningsmätaren NO 8250 och 1mV=20,8 5Wm-2 för strålningsmätaren NO 8241 (Lindgren 1997). L* räknas ut genom att multiplicera konstanten från den mätare som använts med voltvärdet som loggern ger från strålningsmätaren. L* = k V Burkens temperatur T c används för att räkna ut den utgående långvågiga strålningen L. Eftersom burken är absolut svart på insidan har den emmissiviteten 1. Stefan Boltzmanns lag ger då uttrycket: L = σt c 4 T c = temperaturen i burken σ = 5, Under natten är det mer utgående strålning än ingående och därför ger strålningsmätaren ett negativt värde. Genom att man nu vet den totala strålningen och den utgående kan den ingående långvågiga strålningen beräknas: L = k V+σT c 4 Sky-View-Faktor Sky-View-Faktor (SVF) är en parameter som används för att uttrycka förhållandet mellan strålning som är mottagen av en plan yta från himlen med det som är mottaget från hela hemisfäriska strålningsomgivningen (Eliasson 1993). Strålningsmätaren mäter strålningen från hela himlen. Om det står hus i vägen blir det mer strålning som kommer in i strålningsmätaren än vad det skulle gjort om himlen var helt fri. För att ta hänsyn till detta kan man räkna ut SVF för platsen. Det kan man göra genom att ta ett fotografi taget med en fisheye lins. Metoden utvecklades av Steyn (1980) och den modifierades av Holmer (1992) för att förenkla uträkningen. 20

23 RESULTAT Specifik luftfuktighetsvariation Luftfuktighetens tidsvariation i en stad beror till störst del på molnmängden och vindhastigheten. När det är liten molnmängd blir det stabil skiktning på natten och labil på dagen och vid låg vindhastighet står luften nästan still och ingen omblandning sker. Vid mulet och blåsigt väder är luftfuktigheten i det 60 meter höga luftpaketet lika hög (figur 8 sidan 15). Därför undersöks de perioder som har helt klart väder och låg vindhastighet ur all insamlad data. Som gränsvärde för låg vindhastighet valdes 3,3m/s. Anledningen till att just detta gränsvärde valdes är för att SMHI:s benämning för svag vind är från 0 till 3,3m/s. Luftfuktighetens dygnsvariation Hur luftfuktigheten varierar vid 6 meters höjd vid dygn med klart väder och en medelvindhastighet under dygnet på mindre än 3,3m/s visar figur 11. Fig. 11. Diagrammet visar den specifika luftfuktighetens variation vid 6 meters höjd under följande dygn: - 6/4, - 16/4, - 16/5, - 28/5, - 3/6. Data saknas fram till klockan 9.30 den 16/5 och 28/5. The diagram shows the variation of the specific humidity at 6 meters height during the following days: - 6/4, - 16/4, - 16/5, - 28/5, - 3/6. Data is missing before 9.30 the 16/5 and 28/5. Ur figuren kan man se att dygnen har olika luftfuktighet trots att samma förhållanden vad gäller molnmängd och vindhastighet råder. Luftfuktigheten stiger på kvällen fram till natten den 6/4, 16/5 och den 3/6. Även de andra två nätterna har en ökning i luftfuktigheten, den inträffar dock inte förrän längre fram på natten och syns därför inte i diagrammet. Vidare kan man utläsa att det är högre luftfuktighet på morgonen än mitt på dagen då det oftast sker en minskning. Den 3/6 har en kraftig 21

24 minskning av luftfuktigheten ca 19.00, luftfuktigheten stiger sedan igen. Denna avvikelse kan ha flera orsaker, en kan vara att det blåst förhållandevis mycket några timmar innan (3-4 m/s), efter sjunker vindhastigheten till nära 0. Vinden kan således ha transporterat bort fukten vid marken. Fuktvariationerna följer varandra över dygnet även ovanför hustaken i en stad. Den specifika luftfuktigheten varierar på samma sätt vid marken som 60 meter upp i luften över dygnet enligt de resultat jag erhållit. Luftfuktighetens variation i höjdled Ur all insamlad data väljs de perioder som har helt klart väder och en vindhastighet som genomgående är mindre än 3,3m/s. Detta inträffar nattetid under sex nätter. Den specifika luftfuktigheten undersöks på 6, 30 och 60 meters höjd för att se hur fukten varierar i höjdled över en stad. De sex nätterna är uppdelade på två diagram, figur 12 och 13, för att variationerna skall vara lättare att urskilja. 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Spec.Luftfukt. (g/kg) 1,5 1,0 0,5 0, Tid (h) Fig. 12. Luftfuktighetens variation på olika höjd: - 6 meter, - 30 meter, - 60 meter, under nätterna 6/4, 15/4 och 16/4. The variation of air humidity at different heights: - 6 meter, - 30 meter, - 60 meter, during the nights 6/4, 15/4 and 16/4. I figur 12 och 13 kan man urskilja hur den specifika luftfuktigheten varierar över natten. Samtliga nätter utom den 3/6 har en snabb ökning av luftfuktighet med ett maximum runt Den minskar sedan igen för att öka en gång till framåt morgonen. Anledningen till att den 3/6 inte följer detta mönster kan vara att vindhastigheten före var förhållandevis hög (ca 3-4 m/s) och kan således ha blandat om luften, innan nattens inträde. Den 3/6 har också en mycket kraftig ökning av luftfuktigheten på morgonen. Det beror förmodligen på att solen gått upp och temperaturen är så hög som 19 C klockan Värmen gör att det blir avdunstning från marken. Luften är dock stabilt skiktad så fukten kan inte transporteras bort. Värdena från de sex dagarna tyder på att luftfuktigheten är som lägst vid 30 meters höjd, detta gäller inte för den 6/4. Den specifika luftfuktigheten i höjdled har alltså en profil som mest liknar linje 4 i figur 2 sidan 9. 22

25 9,0 8,5 8,0 Spec.Luftfukt. (g/kg) 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5, Tid (h) Fig. 13. Luftfuktighetens variation på olika höjd: - 6 meter, - 30 meter, - 60 meter, under nätterna 16/5, 2/6 och 3/6. The variation of air humidity at different height: - 6 meter, - 30 meter, - 60 meter, during the nights 16/5, 2/6 and 3/6. Partikelmängden i luften kan ha viss betydelse för luftfuktigheten. Partiklar i luften drar till sig fukt och luften borde därför bli mer torr. De sju nätterna har ungefär samma partikelmängd, mellan 10-20µg/m 3. På morgonen ( ) ökar dock partikelmängden drastiskt, särskilt den 15/4 och den 16/4 med upp till 62µg/m 3. Den ökning kommer med all sannolikhet från alla de bilar som körs över Götaälvbron på morgonen, när människor skall till arbetet. Bilar släpper dock inte bara ut partiklar utan även vattenånga, vilket leder till högre luftfuktighet. Det kan vara anledningen till fuktökningen som kan urskiljas den 15/4 och 16/4, på morgonen. Vindriktningen kan också ha en del inverkan. Om vindens riktning är från citykärnan mot Skanskaskrapan borde luften som den för med sig vara varmare och fuktigare p.g.a. all den aktivitet som finns i staden. Alla ovanstående undersökta dagar har en vindriktning från älven mot Skanskaskrapan, utom den 16/5 vars vindriktning är från citykärnan mot Skanskaskrapan. Denna natt är fukten vid 60 meters höjd högst jämfört med 30 och 6 meters höjd. Alla de andra undersökta nätterna (utom den 6/4) har högst luftfuktighet vid 6 meters höjd. En anledning kan alltså vara att vinden, trots att den är mycket svag, har fört fuktig luft upp i luftlagren från citykärnan. Avvikande vindriktning ger alltså avvikande resultat. Perioder då det inte är helt klart eller vindhastigheten är högre än 3,3 m/s, har inte luftfuktighetsprofilen samma tendenser som de ovan presenterade. Då varierar höjden för det högsta luftfuktighetsvärdet och det förändras också snabbt under dygnet. Vid hög vind finns endast ytterst små skillnader i höjdled vad gäller den specifika luftfuktigheten. Det är alltså viktigt med svaga vindar för att kunna se skillnader. 23

26 Den ingående långvågiga strålningens variation Platsen där strålningsmätaren var placerad ligger ca 150 m norr om Skanskaskrapan på en öppen plats. Ett fisheye foto togs på det ställe som mätaren stod för att kunna räkna ut SVF på platsen (figur 14). SVF räknades ut till 0,95 vilket betyder att den ingående långvågiga strålning som mäts i stort sett endast kommer från himlen. Fig. 14. Fisheye foto taget på platsen där strålningsmätaren placerades. A fisheye photo on the spot where the radiation recorder was placed. Hur strålningen varierar vid marken under klara lugna nätter visar figur Strålning (Wm -2 ) Tid (h) Fig. 15. Variationen av strålningen under de fem nätterna. 23/5, 28/5, 31/5, 2/6, 3/6. The variation of the radiation during the five nights. 23/5, 28/5, 31/5, 2/6, 3/6. 24

27 Ur diagrammet kan man se att strålningen är olika under olika nätter. Alla nätter utom 28/5 har en avtagande trend. En del plötsliga ökningar i strålningen förekommer, som t.ex. runt den 23/5. Det beror förmodligen på att det då kom två stora bussar och ställde sig runt om mätaren. SVF blir då mycket högre under den perioden. Andra stora ökningar beror på att nyfikna grupper av människor ställde sig och tittade över mätaren, enstaka personers närvaro har dock inte gett något utslag. Kraftiga minskningar den 28/5 runt tiden samt den 23/5 ca beror på mätfel. Anledningen till att den 28/5 inte följer mönstret kan vara att förhållandena den natten inte är perfekta, på himlen finns en tunn slöja och det finns också en liten vind. Parallellt med strålningen mättes temperaturen och den specifika luftfuktigheten vid marken. De resultaten visar att temperaturen sjunker precis som strålningen under natten och att den specifika luftfuktigheten ökar något under natten. Självklart är det skillnad mellan olika nätter vad gäller temperatur och specifik luftfuktighet. Strålningens variation i höjdled. För att få en inblick i hur strålningen varierar i höjdled i en stad mättes strålningen den 7/5 och 8/5 på 84 meters höjd, parallellt med mätning vid marken. Viktigt att påpeka är att detta resultat bygger på endast två mättillfällen samt att tillfällena följer direkt på varandra. Dessutom finns, vad gäller den här mätningen, en del andra felkällor: De två strålningsmätarna står inte precis ovanför varandra och även om de justerades för att mäta exakt likadant före utplaceringen kan inställningen ha ändrats lite när instrumentet bars upp på Skanskaskrapans tak samt att SVF inte är exakt samma på de två platserna. Hur strålningen varierar med tiden på 84 meters höjd samt vid marken visar figur 16. Fig.16. Strålning vid 84 meters höjd jämfört med marken. 7/5 - taket, - marken. 8/5 - taket, - marken. Radiation at 84 meters height compared with the groundd level. 7/5 - roof, - ground. 8/5 - roof, - ground. 25

28 Ur figur 16 kan man utläsa att strålningen genomgående är högre på 84 meters höjd än vad den är vid marken. Figur 17 och 18 visar hur temperaturen och den specifika luftfuktigheten varierar under de två nätterna vid de två höjderna Temperatur (C o ) Tid (h) Fig.17. Temperaturens variation under nätterna 7/5 och 8/5. 7/5 - taket, - marken. 8/5 - taket, - marken. The variation of the temperature during the nights 7/5 and 8/5. 7/5 - roof, - ground. 8/5 - roof, - ground. Figur 17 visar att temperaturen genomgående är högre vid marken än på 84 meters höjd. Detta resultat är naturligt eftersom temperaturen avtar med höjden. Figur 18 visar att den specifika luftfuktigheten den 7/5 är högre vid marken än på 84 meters höjd. Den 8/5 är det i stort sett nästan lika fuktigt vid marken som på 84 meters höjd. Temperaturen är den avgörande faktorn vad gäller strålningens mängd i stort samt hur den skall variera under tiden. Luftfuktigheten inverkan i detta sammanhang verkar inte vara stor. Vad gäller små ändringar i strålningen i höjdled måste dock någon annan faktor ha betydelse, t ex ett partikellager. 26

29 5 4 3 Spec.Luftfukt. (g/kg) Tid (h) Fig. 18. Den specifika luftfuktighetens variation under nätterna 7/5 och 8/5. 7/5 - taket, - marken. 8/5 - taket, - marken. The specific humidity variation during the nights 7/5 and 8/5. 7/5 - roof, - ground. 8/5 - roof, - ground. Summering av resultat Luftfuktighetens dygnsvariation varierar i stort på det vis som är allmänt vedertagna och tidigare publicerats av författare som Liljequist och Oke: Luftfuktigheten är högst morgon och kväll och lägre på natten. Tidigt på eftermiddagen sker en liten sänkning av luftfuktigheten. Luftfuktighetens höjdvariation har en minskning vid 30 meters höjd, med högre fuktvärden vid 6 och 60 meters höjd. Under natten ökar fukten på alla höjdnivåer. Strålningen har en avtagande trend under natten och det är olika strålning olika nätter. Detta beror till största del av temperaturen. Luftfuktighetens eventuella inverkan har inte kunnat urskiljas. Strålningen är högre på 84 meters höjd än vid marken. Detta till trots att både temperaturen och luftfuktigheten är högre vid marken än uppe i luften. Andra faktorer måste således påverka strålningen i höjdled. 27

30 DISKUSSION Enligt figur 12 (sidan 19) och 13 (sidan 20) kan man dra slutsatsen att den specifika luftfuktighetens höjdprofil liknar den schematiska linjen fyra i figur 2 sidan 9. Viktigt att ha i tankarna när man tolkar detta resultat är att figur 12 och 13 inte visar hela höjdprofilen utan bara tre ställen i den och bara upp till 60 meters höjd. I verkligheten kan kurvan se ut på flera olika sätt, varav två exempel visas i figur 19. Fig. 19. Den verkliga fuktvariationen i höjdled kan se ut på en mängd olika sätt. The humidity variation in height can be in many different ways in reality. Helt klart är dock att den specifika luftfuktigheten är mindre vid 30 meters höjd än vad den är vid 6 och 60 meters höjd. Det kan bero på flera anledningar. Wallberg och Wänström (1996) har utfört mätningar vad gäller daggutfällningen i stadsmiljö samt landsbygdsmiljö. Deras resultat är att daggmängderna är större utanför värmeön än i den. Deras resultat visar dock samtidigt att även om det är liten mängd dagg i staden bildas det mest på hustaken och endast en mycket liten del bildas på asfalten på marken. När dagg bildas sjunker luftfuktigheten och om utfällningen sker på hustaken (som i en stad ofta är höghus) borde luftens halt av fukt sjunka vid denna nivå. Daggutfällning kan vara en möjlig anledning till luftfuktighetens höjdprofil. En annan anledning kan vara att Götaälv bron ligger precis bredvid Skanskaskrapan en bit ovanför marknivå. Bilarnas avgaser innehåller partiklar och ämnen som drar till sig vatten och därmed minskar luftfuktigheten på den höjden. Finns någon koppling mellan luftfuktighet och strålning? Jag fann inget belägg för att strålningen är starkt kopplad till luftfuktigheten. Istället verkar temperaturen ha störst betydelse för strålningen. Hög temperatur ger också hög strålning. Denna slutsats kom också Oke och Fuggle (1971) fram till. Deras slutsats är att staden har en urban plym av varm luft. Den gör att strålningen blir högre i staden. Om temperatur och strålning är starkt kopplade till varandra är det inte konstigt att strålningen sjunker under natten. Strålningen är högre på 84 meters höjd än vid marken, trots att temperaturen och luftfuktigheten är högre vid marken än på 84 meters höjd. Karlsson (1996) mätte kolvätehalten i luften vid Skanskaskrapan 1992 och Han fann att det är en förhöjning av aerosoler vid 85 meters höjd. Partiklar sänder ut strålning och således kan de vara anledningen till att strålningen är högre på 84 meters höjd än vid marken. Kobayashi (1982) hävdar att nästan hälften av ökningen av den ingående långvågiga strålningen över Tokyo beror på luftföroreningar. 28

31 SLUTSATSER Den specifika luftfuktighetens höjdprofil vid lugna klara nätter har lägre luftfuktighet vid 30 meters höjd än vid 6 och 60 meters höjd. Något direkt samband mellan strålningen och den specifika luftfuktigheten kunde inte hittas. Strålningen beror mest på luftens temperatur. Den har en avtagande trend under lugna klara nätter. Strålningen är högre på 84 meters höjd än vad den är vid marken. Detta trots att temperaturen och luftfuktigheten är högre vid marken än 84 meter upp i luften. 29

32 KÄLLFÖRTECKNING Adabayo Y R (1990) Aspects of variation in some characteristics of radiation budget within the urban canopy of Ibadan, Atmospheric Environment, Vol 24B, No 1, s Cerquetti F (1988) Acquisition, checking and management of meteorological data, Meteorological Magazine 117, s Chandler T J (1967) Absolute and relative humidities in towns, American Meteorological Society 48, s Eliasson I (1993) Urban Climate Related to Street Geometry, Vasastaden bokbinderi AB, Göteborg GUNI Rapport 33 Hage K D (1975)Urban - Rural Humidity Differences, Journal of Applied Meteorologi, Vol 14, s Holmer B (1992) A simple operative method for determination of sky view factors in a complex urban canyons from fisheye photographs, Meteorol. Zeitschrift N. F. 1, s Holmer B och Eliasson I (1998) Urban-rural vapour pressure differences and its signinficance to the urban heat island development, Manuskript. Karlsson B (1996) Mätning och analys av några olika kolvätens vertikala fördelning vid framför allt stabila förhållanden, Manuskript. Kobayashi M (1982) Influence of urbanized atmosphere on long-wave radiation field at night, Geographical Review of Japan 55-6, s Lee D O (1991) Urban - Rural Humidity differences in London, International Journal of Climatology, vol 11, s Liljequist G (1970) Klimatologi, Generalstabens Litografiska anstalt, Stockholm, 527 sidor. Lindgren J (1997) Nocturnal incoming radiation in and around Göteborg, Sweden, Department of Physical Geography, Göteborg, 44 sidor. Mattsson J O (1979) Introduktion till Mikro - och Lokalklimatologin, Liber Läromedel, Malmö, 198 sidor. Oke T R (1987) Boundary layer climate, The University press, Cambridge, 435 sidor. Oke T R och Fuggle R F (1971) Comparison of urban/rural counter and net radiation at night, Boundary - Layer Meteorology 2, s Skanska Fastigheter Väst AB (1994) Lilla Bommen, Göteborg Fälthus, Värnamo. 30

33 Steyn D G (1980), The calculation of view factors from fisheye lens photographs, Atmosphere - ocean 18, s

34 Stull R B (1995), Meteorology Today for Scientists and Engineers, West Publishing co, USA. Tapper N J (1988) Urban influences on boundary layer temperature and humodity: Results from Christchurch, New Zealand, Atmospheric Environment Vol 24B, No 1, s Walllberg M och Wänström C C (1996) Dagg- och rimfrostutfällning i staden och på landsbygden, Naturgeografiska Institutionen, Göteborgs Universitet. 32