EARTH SCIENCES CENTRE
GÖTEBORG UNIVERSITY
B183 1999
DAGG OCH NETTOSTRÅLNING I OCH
UTANFÖR GÖTEBORGS VÄRMEÖ
Björn Sandström
Mats Lindqvist
Department of Physical Geography
GÖTEBORG 1999
GÖTEBORGS UNIVERSITET
Institutionen för geovetenskaper
Naturgeografi
Geovetarcentrum
DAGG OCH NETTOSTRÅLNING I OCH
UTANFÖR GÖTEBORGS VÄRMEÖ
Björn Sandström
Mats Lindqvist
ISSN 1400-3821
Postadress
Centre Geovetarcentrum
S-405 30 Göteborg
B183
Projektarbete
Göteborg 1999
Besöksadress
Geovetarcentrum
Guldhedsgatan 5A
Telefo
031-773 19 51
Telfax
031-773 19 86
Earth Sciences
Göteborg University
S-405 30 Göteborg
SWEDEN
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
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
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
ABSTRACT
1
SAMMANFATTNING
2
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
3
FÖRORD
4
INLEDNING
Syfte och frågeställningar
Luftfuktighet
Dagg
Bra förhållanden för daggutfällning
Stadens värmeö
Strålning
5
5
5
6
6
7
8
OMRÅDESBESKRIVNING
10
METODIK
Strålningsmätningar
Daggmätningar
Fukt och temperaturmätningar
12
13
16
18
RESULTAT
Nettostrålning
Kviberg
Femman-huset
Skillnad i nettostrålning mellan Kviberg och Femman-huset
Dagg
Luftfuktighet och temperatur
19
19
19
20
21
24
25
DISKUSSION
Nettostrålning
Skillnaden i nettostrålning mellan Femman-huset och Kviberg
Daggutfällning, luftfuktighet och temperatur
28
28
28
28
SLUTSATSER
30
REFERENSER
31
3
FÖRORD
Denna C-uppsats är ett självständigt arbete på 10p som ingår i fördjupningskurs
1, 41-60p, i geografi vid Göteborgs Universitet hösten 1998.
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
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
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
•
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
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:
Rn = QH + QE + QG
(Formel 1)
Där Rn 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, Rn , 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, Rn 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
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
OMRÅDESBESKRIVNING
Göteborg ligger på 57°42’N och 11°58’O på Sveriges västkust och har en
befolkning på ca 500 000 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
300
mm
250
°C
15
200
10
Medelnederbörd
1951-1990
150
5
100
0
50
J
F M A M
J
J
A
S O N
D
-5
0
Figur 2. Årlig nederbörd och temperatur i Göteborg.
Annual precipitation and temperature in Göteborg.
(World Climate 1998)
10
Medeltemp
1951-1990
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
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
METODIK
Våra mätningar är utförda under hösten 1998. 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: 29-30 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
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/m2 använder man sig av följande formel:
Nettostrålningen (W/m2 ) = mW × k
(formel 2)
De två pyrradiometrarna som vi använt har två olika kalibreringskonstanter (k):
Pyrra 1:
Pyrra 2 :
k = 20,76
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
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
Daggmätningar
Mängden dagg redovisar vi i enheten g/m2 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)
A
Där:
(Formel 3)
D = Daggmängd (g/m2 )
T = Totalvikt av plastfilm, blixpåse och insamlad dagg (g)
P = Plastfilm (g)
B = Blixpåse (g)
A = Plastfilmens area (m2 )
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 29-30 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
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
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
100×T
(Formel 4)
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 )
Td = Tc – 0,2 × ( 95 – Rh )
om Rh > 85 %
om Rh < 85 %
(Formel 5)
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
RESULTAT
Nettostrålning
Kviberg
29-30 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
0
18:25
19:25
20:25
21:25
22:25
23:25
00:25
01:25
02:25
03:25
04:25
05:25
06:25
-10
-20
29-30/9
-30
5-6/10
6-7/10
2-3/11
W/m²
-40
-50
-60
-70
-80
-90
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.
29-30 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
0
18:25
19:25
20:25
21:25
22:25
23:25
00:25
01:25
02:25
03:25
04:25
05:25
06:25
-10
-20
29-30/9
-30
5-6/10
6-7/10
2-3/11
W/m²
-40
-50
-60
-70
-80
-90
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
29-30 sep
5-6 okt
6-7 okt
2-3 nov
W/m² Femman
W/m² Kviberg
-42,31
-57,56
-60,05
-57,82
-69,96
-70,42
-64,73
-71,52
21
0
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
-10
-20
-30
Kviberg
-40
W/m²
Femman
-50
-60
-70
-80
-90
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.
0
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
-10
-20
-30
Kviberg
W/m²
-40
Femman
-50
-60
-70
-80
-90
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
0
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
-10
-20
-30
Kviberg
Femman
W/m²
-40
-50
-60
-70
-80
-90
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.
0
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 06:25
-10
-20
Kviberg
-30
Femman
W/m²
-40
-50
-60
-70
-80
-90
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
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.
16
14
12
Femman g/m²
10
Kviberg g/m²
8
6
4
2
0
29-30 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
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
14
9
°C
g/m³
12
8,5
10
8
8
6
Temp (°C)
Daggpunkten (°C)
Fukt g/m³
4
7,5
2
7
0
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
00:00
01:00
02:00
-2
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
6,5
-4
-6
6
Figur 20. Nattlig temperatur, absolut fuktighet och daggpunktstemperatur på
Femman-huset den 29–30 september.
Nocturnal temperature, absolute humidity and dewpointstemperature on the
Femman–building the 29-30 September.
25
14
8,2
°C
g/m³
12
Temp (°C)
7,7
Daggpunkten (°C)
10
Fukt g/m³
8
7,2
6
6,7
4
2
6,2
0
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
-2
5,7
-4
-6
5,2
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.
14
8,2
°C
g/m³
12
Temp (°C)
7,7
Daggpunkten (°C)
10
Fukt g/m³
8
7,2
6
6,7
4
2
6,2
0
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
00:00
01:00
02:00
-2
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
5,7
-4
-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
14
°C
g/m³
6
12
10
Temp (°C)
Daggpunkten (°C)
5,5
Fukt g/m³
8
5
6
4
4,5
2
4
0
17:00 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
-2
3,5
-4
-6
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
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
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 2tiden. 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
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
REFERENSER
Ackerman B., 1987, Climatology of Chicago Area Urban-Rural Differences in
Humidity. Journal of Climate and Applied Meteorology, volume 26, number 3, s.
427-430.
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 29-32.
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. 322-341.
Oke T. R., 1987, Boundary layer climate, second edition. Routledge, London,
345 s.
Rudberg S., 1970, Naturgeografiska seminarieuppsatser vid Göteborgs
Universitet, ht 1959 – vt 1969. Gothia 10, 164 s.
SMHI, 1998-11-10, http://www.smhi.se/sgmain/index.htm
Wallberg M. & Wänström C., 1997, Dagg- och rimfrostutfällning i staden och
på landsbygden. Earth Science Centre, Göteborg University, B47. 31 s.
World Climate, 1998-12-14, http://www.worldclimate.com/
Fotografierna i denna uppsats är tagna av Björn Sandström.
31
