Mapping effects of heatwaves on urban systems: a comparison Greater London -Métropole du Grand Paris - Archive ouverte HAL Access content directly
Conference Poster Year :

Mapping effects of heatwaves on urban systems: a comparison Greater London -Métropole du Grand Paris

Cartographie de l’impact des canicules sur les systèmes urbains : cas d’étude comparatif Grand Paris / Greater London

(1) , (1, 2) , (3) , (4)
1
2
3
4

Abstract

Densely urbanized areas are affected by heat urban island effect, resulting in a thermal gradient between the center and outskirts. This gradient is driven by different factors: 1) trapped heat due to elevated and dense mineral surfaces 2) restricted airflow 3) heat directly produced by industrial or other human activities 4) limited part of vegetal, agricultural and/or non-covered soils and water surfaces. More than heat fluxes, biophysical and geographical properties of urban built environment also affect water cycle, giving strengthened surface run-off et low humidity levels, comparatively with rural outskirts. At a global scale, it is known that if the observed increase of urban temperatures is an insignificant factor in global warming, however, the latter contributes to heighten frequency of extreme temperatures during heatwaves in urban areas. The Greater London (GL) and Métropole du Grand Paris (MGP) are two megalopolis now subject to prevalent and strong heatwaves, comparatively to the recent past. During summers, atmospheric conditions leading to heat urban island effects and heatwaves are at stake for living organisms who need to evacuate their internal heat surplus. For human populations, heatwaves worsen comorbidities, whereas urban animal and vegetal communities have to handle with supplementary thermal and hydrological stresses. In that respect, according to criteriums defined by respective national health and meteorological authorities (MGP: Min & Max T°C >21 and 31°C over 3 days; GL: Tmax >90% observed T°C over 30 years), heatwaves episodes are chosen using 1990-2022 daily time series, from Heathrow airport and Parc Montsouris meteorological observations. From that start, we propose a classification of atmospheric situations using reanalysis, at the scale of western Europe. After those preliminary steps, selected nights during 2002-2022 heatwaves are used to calculate an overall mean of night Land Surface Temperatures (LST; MODIS 11A2). By urban island and borough, median household income, land and vegetal cover are taken into account for a comparison between GL and MGP based upon those socio-economical and biophysical indicators. First results challenge the definition of heatwaves, as described by British and French authorities. As a matter of fact, when taking into account of given thermal indicator, only a very few headcount of days/nights remains. Decisions is made to examine days/nights where thermal thresholds are reached, setting aside the lengths of heatwaves. For instance, considering Paris-Montsouris between 1990-2022, a total 70 days/nights exceeded the thermal thresholds of Tmin>21°C and Tmax>31°C. For the continental scale, the most recurrent atmospheric state related to heatwaves are anticyclonic blocking situations and ridge of high pressures. Regionally, results show that night LSTs during heatwaves are typically fresher for GL compared to MGP (respectively 17,7°C and 23,4°C). Even if regional and local climates are slightly different, strong differences in urban organization contributes to these discrepancies for night LSTs during heatwaves. For instance, continuous urban fabric is about 20% in MGP, while 2% in GL. Water surfaces and semi-natural land covers are about 15% for GL, 10% for MGP. For MGP during heatwaves, night cooling is limited by a continental regional climate, the strong artificialization of the Seine river including channelization which add up to a very concentrated urban morphology with numerous isolated urban forests. Concerning links between night LSTs, land cover and median household incomes, a slightly positive but significant Spearman correlation (R=+0,2) is found, and describe what is called the “Haussmann paradox”, with most richer but denser, lowly-vegetated neighborhood. Reliability of those very first results should be strengthened and balanced. For example, data acquisition of MODIS LST have to be more thoroughly filtered to give more accurate emissivity/LST, without aerosols for the lowest layers of the atmosphere.
En ville, l’îlot de chaleur urbain (ICU) implique un différentiel de température important entre centre/périphérie, commandé par différents facteurs : 1) piégeage de la chaleur sur des surfaces minéralisées à la géométrie dense et haute, 2) limitation de la ventilation, 3) chaleur générée par les activités humaines, et 4) fraction limitée en zones végétalisées, sols naturels et surfaces en eau. Les propriétés biophysiques et géographiques du bâti urbain altèrent également le cycle de l’eau, avec pour conséquences principales des écoulements superficiels intensifiés, et des taux d’humidité moins importants comparativement aux zones rurales adjacentes. Plus globalement, , si l’augmentation des T°C urbaines contribue peu au changement climatique actuel, le changement climatique actuel contribue bien à augmenter la fréquence des extrêmes de températures nocturnes en ville. Londres (GL) et Paris (MGP) sont deux mégalopoles désormais soumises à de fréquentes et intenses vagues de chaleur. En été, les effets d’îlots de chaleur urbain (ICU) en situation synoptique de vague de chaleur (VC) constituent des risques prononcés pour les organismes vivants. Pour les populations humaines, les ICU exacerbent les comorbidités, tandis que les communautés animales et végétales urbaines doivent gérer un stress thermique et hydrique supplémentaire (transpiration). Ainsi, d’après les critères définis par les autorités sanitaires anglaises et françaises (MGP : Tn & Tx >21 et >31°C sur 3 j. ; GL : Tx >90% sur 30 ans), les épisodes de VC sont sélectionnés dans les chroniques journalières pour les 30 dernières années (1992-2022). Une typologie des situations atmosphériques propices aux VC est réalisée, à l’échelle de l’Europe médiane. Après sélection des nuits tropicales, celles-ci sont agrégées temporellement pour cartographier les températures de surface nocturnes (LST ; MODIS 11A1, 2002-2022) à l’échelle de MGP et GL. Par îlot urbain/boroughs, les revenus des ménages, la couverture végétale et les types d’occupation des sols sont pris en compte, en vue d’une comparaison des LST nocturnes entre GL et MGP, sur indicateurs socio-économiques et biophysiques. Le premier résultat interroge en premier lieu la définition même de VC. Après prise en compte des indicateurs thermiques donnés par les instituts météorologiques et les autorités sanitaires anglaises et françaises sur les Tn et Tx donnés à Montsouris et à Heathrow, il ne reste qu’un faible effectif de nuits tropicales respectant tous les éléments de définition des VC. On décide donc de ne prendre en compte que l’indicateur thermique de dépassement de seuils journaliers. A titre d’exemple, pour Paris-Montsouris, le dépassement des seuils de TN>21°C et TX>31°C est franchi pour 70 journées entre 1992 et 2022. A l’échelle continentale, les situations de blocages et de dorsales anticycloniques sont les plus régulièrement retrouvés, et associés aux épisodes de VC. Régionalement, les résultats montrent que pour les deux villes, les LST nocturnes sous ICU sont bien plus fraîches à GL que MGP (respectivement, 17,7 et 23,4°C). Cette régionalisation des LST nocturnes sous ICU est exacerbée par l’hétérogénéité du tissu urbain entre les deux villes. Par exemple, le tissu urbain dense représente ~20% de la surface totale de MGP, contre ~2% pour GL. A contrario, les surfaces en eau et semi-naturelles comptent pour ~15% de la surface totale de GL, contre 10% pour MGP. Pour MGP, le climat continental plus marqué, la forte chenalisation et l’enserrement de la Seine, une morphologie urbaine plus compacte et l’isolement des bois urbains contribuent à un très faible rafraîchissement nocturne, comme en témoignent la quantification des LST sous VC. Dans la MGP, les revenus des ménages sont positivement corrélés avec les températures nocturnes, ceci correspondant au « paradoxe haussmannien », c’est-à-dire au fait que dans Paris et sa banlieue, les quartiers habités par des ménages aisés ont tendance à être plus denses et peu végétalisés. Ces premiers résultats doivent être relativisés, notamment par la qualité d’acquisition des données LST-MODIS, les mesures fiables de l’émissivité des sols restant fortement conditionnées par le couvert nuageux lors de la prise de vue, et plus largement par la présence d’aérosols en basse couche.
Fichier principal
Vignette du fichier
poster_ICU_ClimatsImpacts.pdf (1.32 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Files produced by the author(s)

Dates and versions

hal-03874792 , version 1 (28-11-2022)

Licence

Attribution - CC BY 4.0

Identifiers

  • HAL Id : hal-03874792 , version 1

Cite

Romain Courault, Marianne Cohen, Laurence Eymard, Serge Muller. Mapping effects of heatwaves on urban systems: a comparison Greater London -Métropole du Grand Paris. 7ème édition du colloque "Climat et Impacts", Nov 2022, Gif-sur-Yvette, France. . ⟨hal-03874792⟩
0 View
0 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More