Verkoelend effect van grasvelden onder verschillend beheer

Verdamping van o.a. grasvegetaties zorgt voor een lagere temperatuur, wat met name in stedelijke omgeving van belang is. In tegenstelling tot grasvelden die regelmatig worden beregend was van groei of verdamping op de geel verkleurde oppervlakken niet of nauwelijks sprake.

Om inzicht te krijgen op onder andere het verkoelend effect van verschillende grassoorten- en mengsels, en de invloed van beregenen en maaibeheer (het wekelijks of tweemaal wekelijks afmaaien op drie cm en zes cm hoogte), zijn metingen uitgevoerd op een speciaal daarvoor ingericht proefveld op de campus van de Wageningen Universiteit – locatie Nergena. Verder zijn metingen gedaan in diverse praktijksituaties om de gevoelstemperatuur boven verschillende verharde oppervlakken te vergelijken met grasvelden.

Proefveld

De observaties voor het verkoelend effect van grasvegetaties onder verschillend beheer vonden plaats op veldjes van vier bij vier meter, bestaande uit een parkmengsel (roodzwenkgras, Engels raaigras en veldbeemdgras), een sportveldmengsel (Engels raaigras en veldbeemdgras) en twee monoculturen (rietzwenk en tetraploid Engels raaigras). Rietzwenk en tetraploid Engels raaigras zijn tijdens het aanleggen van het veld mede uitgekozen omdat deze soorten eigenschappen bezitten die interessant zijn in het kader van het huidige proces van klimaatverandering. Zo is van rietzwenk bekend dat het relatief diep wortelt, wat gunstig kan zijn bij een lange periode van droogte. Tetraploid Engels raaigras blijft beter groen in droge perioden in vergelijking met diploid Engels raaigras.

Het proefveld is opgedeeld in twee delen. De ene helft werd twee maal per week beregend met twintig millimeter per keer, de andere helft werd niet beregend waardoor natuurlijke verdroging plaats kon vinden. Binnen zowel het beregende als het niet beregende vlak is een onderverdeling gemaakt, waarbij de helft twee maal per week op drie centimeter hoogte werd afgemaaid en de andere helft op zes centimeter hoogte.

Klimaatmetingen hebben gedeeltelijk in juni plaatsgevonden voorafgaand aan de extreem droge periode, maar voornamelijk in de maanden juli en augustus. In laatstgenoemde maanden waren de verschillen tussen beregenen/niet beregenen overduidelijk aanwezig terwijl dit in juni nog niet het geval was, toen waren namelijk alle plots groen en voorzien van ruim voldoende vocht in de bodem. De klimaatmetingen bestonden uit het vastleggen van allerlei meteorologische- en bodemvocht gegevens voor zowel het beregende als niet beregende gedeelte. Daarnaast is de oppervlaktetemperatuur bepaald door middel van het inzetten van infrarood sensoren. Naast deze observaties zijn op basis van literatuuronderzoek albedo en Bowen ratio bepaald voor de verschillende oppervlakken. Deze gegevens zijn gebruikt voor het vaststellen van de fysiologisch equivalente temperatuur (PET) boven de verschillende grasvelden onder verschillend beheer. PET is de mate van hitte (of koude) stress bij mensen en nauwkeuriger alternatief voor de veelgebruikte term ‘gevoelstemperatuur’.

Enkele resultaten proefveld Nergena

Voorafgaand aan de lange droge en warme periode van juli tot september zijn er op Nergena metingen uitgevoerd om verhard oppervlak te vergelijken met groen gras. Met infrarood sensoren zijn acht oppervlakken 24 uur lang continu gemeten (datapunt elke tien minuten), waarbij twee sensoren boven een betonstrook waren gepositioneerd en zes sensoren op verschillende grasvelden. Tijdens de 24-uurs metingen op 29 juni, toen het hele veld een hoog bodemvochtgehalte had, was de maximumtemperatuur 27 graden. In figuur 1 is te zien dat in de ochtend alle oppervlakken om en nabij dezelfde temperatuur hadden, waarna aan het einde van de ochtend de betonstrook duidelijk hogere temperaturen liet zien. De toename van de oppervlaktetemperatuur van de betonstrook vlakte af rond vier uur in de middag (wanneer de grasvelden al weer langzaam afkoelen), maar het verschil in oppervlaktetemperatuur tussen beton en gras bleef de hele avond en nacht groot. Op het moment dat de grassen weer wat begonnen op te warmen door de zon (rond acht uur ’s ochtends) was de temperatuur van alle oppervlakken weer nagenoeg gelijk.

In figuur 2 zijn resultaten van oppervlaktetemperatuur metingen op Nergena op 9 augustus afgebeeld. Er waren toen zeer duidelijke verschillen in kleur te zien op plots met verschillend beheer. Metingen zijn uitgevoerd een of twee dagen na beregenen zodat er geen sprake kon zijn van verdamping van irrigatiewater van het bladoppervlak tijdens het uitvoeren van de metingen. In figuur 2 zijn de resultaten voor zes centimeter maaihoogte en niet beregenen weggelaten omdat op enkele plots sprake was van afvloeiing van irrigatiewater vanaf de verderop gelegen wel-beregenende plots. Resultaten van metingen op andere warme dagen lieten vergelijkbare resultaten zien als in figuur 2. De belangrijkste conclusie is dat beregenen ten opzichte van niet beregenen zorgt voor een duidelijk lagere oppervlaktetemperatuur. Bij de behandeling kort afmaaien en niet beregenen was de oppervlaktetemperatuur van het groene rietzwenkgras vaak vijf of zelfs tien graden lager in vergelijking met de andere verdroogde grasvelden. Visueel was rietzwenkgras ook onder de zwaarste omstandigheden relatief groen, wat er op duidt dat het bovengrondse gedeelte van de vegetatie nog leefde en in staat was om water uit de bodem op te nemen ten behoeve van groei en er daardoor verdamping plaats vond op dit grasvelden. Er is wel variatie binnen plots zelf te vinden en ook tussen plots onderling, waarbij met mengsels het onder andere een rol kan spelen dat de percentages opgekomen soorten binnen een plot nooit exact gelijk zijn aan de percentages die zijn ingezaaid.

Het verschil in PET tussen behandelingen is kleiner dan het verschil in oppervlaktetemperatuur tussen behandelingen. Dit komt doordat PET een optelsom is van allerlei fysiologische en meteorologische parameters. Oppervlaktetemperatuur is een belangrijke parameter in het berekenen van PET en ook een parameter die sterk beïnvloed kan worden door het type gemeten oppervlakte en welke behandeling er op wordt toegepast.

Resultaten proef Sportpark de Bongerd Wageningen

Naast metingen op het aangelegde proefveld op de campus van de Wageningen Universiteit zijn ook metingen uitgevoerd in praktijksituaties. Zo zijn er metingen verricht op een sportcomplex, om verschillen in PET te onderzoeken tussen verschillende oppervlakken. De gekozen oppervlakken zijn een sportveld bestaande uit gras met een beregend en niet beregend gedeelte, een kunstgrasveld en een naastgelegen parkeerplaats. Gedurende de dag zijn op zowel het sportveld, het kunstgrasveld als de parkeerplaats een volledig weerstation geplaatst om meteorologische gegevens te loggen. Daarnaast is op elk oppervlak minimaal elk uur de oppervlaktetemperatuur gemeten, en bij het sportveld de bodemtemperatuur en bodemvochtpercentage.

In figuur 3 is af te lezen dat de PET boven het kunstgras gedurende de dag veruit het hoogste was. De PET startte al hoog in de ochtend en is kwam rond het middaguur bij een luchttemperatuur van tegen 30 graden Celsius op het niveau extreme hittestress. Hoewel voor het sportveld de luchttemperatuur structureel iets lager was (en vooral in de middag), was de PET boven het sportveld veel lager dan boven het kunstgras. Later op de middag bleef de PET boven de parkeerplaats gestaag doorstijgen terwijl de PET boven het sportveld iets afvlakte. Zowel het beregende als het niet beregende deel van het sportveld bleven ruim onder de waarden van de verharde oppervlakken, en zijn ook de enige oppervlakten die gedurende de dag nooit in de gradatie extreme hittestress vielen. De resultaten zijn in lijn met de verwachting dat een grasveld met voldoende beschikbaar vocht in de bodem een groter verkoelend effect heeft dan gras op droge grond (aangezien eerstgenoemde meer kan verdampen), en dat gras in het algemeen een groter verkoelend effect heeft dan verharde oppervlakken.

Bronnen

1. Matzarakis, A., Rutz, F., Mayer, H., 2007: Modelling Radiation fluxes in simple and complex environments - Application of the RayMan model. International Journal of Biometeorology 51, 323-334.
2. Matzarakis, A., Rutz, F., Mayer, H., 2010: Modelling Radiation fluxes in simple and complex environments - Basics of the RayMan model. International Journal of Biometeorology 54, 131-139.
3. Matzarakis, A., Fröhlich, D. 2018: Influence of urban green on human thermal bioclimate - application of thermal indices and micro-scale models. Acta Horticul. 1215, 1-9. Doi: 10.17660/Acta Hortic.2018.215.1 4. Matzarakis, A., Gangwisch, M., Fröhlich, D., 2021: RayMan and SkyHelios Model. In: Palme, M., Salvati,A. (eds) Urban Microclimate Modelling for Comfort and Energy Studies. Springer, Cham., 339-361
4. Fröhlich, D., Gangwisch, M., Matzarakis, A., 2019: Effect of radiation and wind on thermal comfort in urban environments - Application of the RayMan and SkyHelios model. Urban Climate 27, 1-7