Modeling of urban and intra-urban scale thermal effect of climate change in the 21th century for cities in Carpathian basin  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
120346
Type K
Principal investigator Unger, János
Title in Hungarian A klímaváltozás termikus hatásainak város és városrész léptékű modellezése Kárpát-medencei településekre a 21. század folyamán
Title in English Modeling of urban and intra-urban scale thermal effect of climate change in the 21th century for cities in Carpathian basin
Keywords in Hungarian klímaváltozás, városklíma, hőstressz, modellezés
Keywords in English climate change, urban climate, heat stress, modeling
Discipline
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Climatology
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Department of Climatology and Landscape Ecology (University of Szeged)
Participants Gál, Tamás
Molnár, Gergely
Skarbit, Nóra
Starting date 2016-12-01
Closing date 2021-08-31
Funding (in million HUF) 34.370
FTE (full time equivalent) 10.12
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Fő cél, hogy a klímaváltozás és a városklíma együttes hatásait figyelembe véve előrejelzést készítsünk a hőstresszt jellemző klímaindexek (pl. nyári napok, trópusi éjszakák) várható alakulására a század végéig Kárpát-medencei városok példáján. További cél, hogy a végeredmények és modellkísérletek alapján olyan ajánlásokat fogalmazzunk meg várostervezők, városvezetők számára, amelyekkel csökkenthetővé válnak a klímaváltozás várható kedvezőtlen hatásai városi területeken. A vizsgálat főbb lépései és egyben részcéljai a következők:
- A német és osztrák meteorológiai szolgálatok (DWD és ZAMG) által fejlesztett MUKLIMO lokális városklíma modell adaptálása és optimalizálása szegedi mintaterületen. Új eljárás kidolgozása, amellyel lehetővé válik a lokális klímazónák (LCZ) rendszerének alkalmazása a klímamodellhez szükséges városi felszínadatbázisként.
- A kidolgozott modellezési eljárás és beállítások validációja az URBAN-PATH városklíma monitoring rendszerek adatbázisának felhasználásával Szeged és Novi Sad esetében.
- A lokális klímazónák térképezése a Kárpát-medence több városára.
- A városklíma modell alkalmazása a Kárpát-medence ugyanezen városaira a jelenlegi éghajlati viszonyok (1981-2010) és a várható klímaszenáriók esetén az évszázad közepére (2021-2050) és végére (2071-2100). A klímaváltozás városok területén várható hatásainak széleskörű bemutatása a nyilvánosság és a helyi döntéshozók számára.
- Modellkísérletek segítségével annak elemzése, hogy a városi zöldfelületek és parkok kialakítása, mint várostervezési eszközök hogyan járulhatnak hozzá a regionális klímaváltozás hatásinak mérsékléséhez. Az eredmények alapján várostervezési ajánlások megfogalmazása.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A klímaváltozás vizsgálata a klimatológiának az egyik legismertebb részterülete. Számos vizsgálat koncentrál arra, hogy előre jelezze a klímaváltozás várható hatásait globális és regionális szinten. Fel kell azonban hívni a figyelmet, hogy a városi területek klímáját nem csak a globális és regionális folyamatok befolyásolják. A települési környezetek megváltozott felszínborítása, felszíngeometriája és az emberi tevékenység jelentős hatással van az energia és vízegyenlegre és így kialakul a speciális tulajdonságokkal rendelkező lokális klímamódosulás, a városklíma. A város klímamódosító hatása összemérhető a globális változások nagyságrendjével, például egy közepes méretű városban az évi középhőmérséklet legalább 1°C-kal eltér a környező külterületekétől. Mivel a lakosság nagy része a városokba koncentrálódik, ezért ha az a célunk, hogy a klímaváltozás emberekre gyakorolt hatásait elemezzük, nem hagyhatjuk figyelmen kívül a városklimatológiai folyamatokat.
A tervezet kutatás számos kérdést igyekszik megválaszolni. Hogyan lehetséges a városok termikus viszonyainak és a hőstresszt jellemző klímaindexek hosszú távú előrejelzése? Hogyan lehet optimálisan alkalmazni a lokális klímazónák rendszerét városi léptékű klímamodellezéshez? Milyen hatásai lesznek a klímaváltozásnak az évszázad közepére és végére a Kárpát-medence városaiban? Mely városi területek és beépítési típus tekinthető a klímaváltozás szempontjából legsérülékenyebbnek? Milyen várostervezési elvek segíthetnek a várható hatások mérséklésében? A városszerkezet milyen változásait szükségszerű elkerülni a klímára gyakorolt negatív hatásai miatt?

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A vizsgálatok eredményei alapkutatási oldalról szemlélve jelentős újításnak tekinthetőek hazai és nemzetközi téren is. A lokális klímazónák alkalmazása klímamodellekben a városklíma vizsgálatok egyik fő kérdése, így egy új és innovatív módszerre nemzetközi szinten is jelentős lehet az érdeklődés, továbbá nemzetközi együttműködések alapja is lehet. A másik jelentős alapkutatási terület a klímaváltozás és a városklíma közötti összefüggések és kölcsönhatások mélyebb megértése és elemzése. A kutatás arra is rá kívánja irányítani a figyelmet, hogy a klímaváltozás modellezésének és a várható klíma előrejelzésének fontos és megkerülhetetlen része a városokra koncentráló lokális léptékű leskálázás és modellezés. A kutatás egyik jelentős eredménye lehet egy új szemléletmódú és átfogó elemzés, amely összegzi azt, hogy a klímaváltozás és a városklíma együttes hatására hogyan módosulhat az évszázad végéig a hőstresszt jellemző klímaindexek a Kárpát-medence városaiban.
A kutatás jelentőségének egy másik hasonlóan fontos aspektusa a városokra koncentráló alkalmazott kutatásokhoz alapadatok és ismeretek szolgáltatása. Hazánkban az elmúlt években megszaporodtak az olyan fórumok és egyéni kezdeményezések, amelyek során a városi vezetők, főépítészek és várostervezők komoly érdeklődést mutattak a klímaváltozás saját lakókörnyezetük esetén várható hatásait illetően. Az ilyen jellegű kérdésekre nem lehet érdemben felelni részletes és megalapozott alapkutatások eredményei nélkül. A tervezett kutatás lényegében egy hiánypótló munka, amelyet a társadalom és döntéshozók a klímaváltozás hatásainak megismerésére vonatkozó jogos igénye hívott életre.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A klímaváltozás vizsgálata a klimatológiának az egyik legismertebb részterülete. Számos vizsgálat irányul arra, hogy előre jelezze Földünk éghajlatának változását az évszázad végéig. Fel kell azonban hívni a figyelmet, hogy a városi területek klímáját nem csak a regionális és globális folyamatok befolyásolják. A településeken a természetestől jelentősen eltérő lesz a felszín és ez kihat a hőmérséklet, szél és további időjárási elemek alakulására és ezek a változások eredőjeként kialakul az igen jellegzetes városklíma. A jelenség fontosságát kiemeli, hogy a városi hatás miatt a globális klímaváltozással hasonló nagyságrendű különbségeket figyelhetünk meg, például egy közepes méretű magyar város esetén az évi átlagos hőmérséklet 1 fokkal magasabb, mint a város közvetlen környezetében. Mivel a lakosság nagy része a városokba koncentrálódik, ezért ha az a célunk, hogy a klímaváltozás emberekre gyakorolt hatásait elemezzük, nem hagyhatjuk figyelmen kívül a városklimatológiai folyamatokat.
A kutatás fő célja így az, hogy a klímaváltozás és a városklíma együttes hatásainak figyelembevételével előrejelzést készítsen a hőstresszt jellemző klímaindexek (pl. nyári napok, trópusi éjszakák) várható alakulására az évszázad végéig több Kárpát-medencei város példáján. A projekt további célja, hogy a végeredmények és modellkísérletek alapján olyan ajánlásokat fogalmazzon meg várostervezők, városvezetők számára, amelyekkel csökkenthetővé válnak a klímaváltozás várható kedvezőtlen hatásai városi területeken. A téma fontosságára és a nagyszámú érintettre tekintettel a kutatás eredményeit az érintett városok lakossága és döntéshozói számára is könnyen elérhetővé tenni.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The overall aim of the research is the prediction of climate indices (e.g. summer days, tropical nights) describing the heat stress conditions in selected urban areas of the Carpathian-basin for the 21th century. For this climate prediction the combined effect of climate change and urban climate will be considered. An additional aim of the project is to summarize recommendations for local authorities and urban planners about the possibilities of the mitigation of climate change in urban areas. For this complex modelling process the following distinct tasks have to be solved:
- Adaptation and optimization of MUKLIMO urban climate model developed by DWD and ZAMG in the case of the study area in Szeged. Development of a new methodology for the optimal implementation of the local climate zones (LCZ) scheme as a surface parametrization in the model.
- Validation of the complex climate modelling process in case of Szeged and Novi Sad using the URBAN-PATH urban climate measurement networks.
- Mapping of local climate zones in several urban areas of the Carpathian-basin.
- Application of the urban scale climate modelling process in the selected cities using the current (1981-2010) climate and future climate scenarios for the middle (2021-2050) and end (2071-2100) of 21th century. Presentation and dissemination of the results for the public and local authorities.
- Model experiments for the testing of the effect of urban green areas and parks for the urban climate and mitigation of the regional climate change. Drafting of the urban planning recommendations.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Investigation of the climate change is the most prevalent field of climatology. Numerous studies concentrate on the modeling the effect of climate change at global and regional scales. It is important to draw the attention for urban areas, because there not only the global and regional scale processes have influence on the climate parameters. The special characteristics of the surface and the human activities modify the energy and water budget in urban areas, and finally a typical local scale climate modification appears the so called urban climate. The climate modification has a similar magnitude in urban-rural scale as the observed changes caused by the climate change. For example in a medium sized city the mean annual temperature is 1°C higher than the surrounding rural areas. If our aim is to predict the possible effects of climate change on the population it is crucial to take into account the special urban climate processes, too.
The planned research tries to answer several questions. How is it possible to predict the thermal characteristics and climate indices describing the heat stress situations in long time scale? What is the optimal way for the use of local climate zones as surface parameter input for urban scale climate modelling? What will be the effect of the climate change in the urban areas of the Carpathian-basin? What are the most vulnerable types of urban landform related to climate change? What kind of urban planning actions can help to mitigate the climate change? What changes in the urban landform and structure necessary to avoid due to their negative climate effects?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The expected results of the project could be regarded as a new and important basic research outcome for national and international community. The application of local climate zones in climate modeling is a prevalent research field, therefore a new and innovative methodology would be interesting for wider scientific community and also it could be a basis of international cooperation. The other importance of this basic research project is the expected deeper understanding of the interactions between urban climate and the climate change. This research also tries to prove the importance of the urban scale modeling or downscaling during the analysis of the possible effect of climate change. The main result of this research could be a complex overview about the effect of climate change and urban climate until the end of the 21th in the Carpathian-basin.
The other aspect of the importance of this research is to provide basic data and knowledge for applied research in urban areas. In the last years in Hungary growing number of events and other initiatives were organized where the local authorities and urban planners tried to get information about the effects of climate change in their particular city. Providing the needed information is not possible without the detailed basic research results in this topic. Therefore this planned research actually tries to answer to the demand of the society and local governments.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Investigation of the climate change is the most prevalent field of climatology. Numerous studies concentrate on the modeling the effect of climate change at global and regional scales. It is important to draw the attention for urban areas, because there not only the global and regional scale processes has influence on the climate parameters. The special characteristics of the surface and the human activities modify the climate in urban areas (e.g. temperature, wind), and finally a typical local scale climate modification appears the so called urban climate. The climate modification has a similar magnitude in urban-rural scale like the observed changes caused by the climate change. For example in a medium sized city the mean annual temperature is 1°C higher than the surrounding rural areas. If our aim is to predict the possible effects of climate change on the population it is crucial to take into account the special urban climate processes, too.
The overall aim of the research is the prediction of climate indices (e.g. summer days, tropical nights) describing the heat stress conditions in selected urban areas of the Carpathian-basin for the 21th century. For this climate prediction the combined effect of climate change and urban climate will be considered. An additional aim of the project is to summarize recommendations for local authorities and urban planners about the possibilities of the mitigation of climate change in urban areas.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt általános célja a Kárpát-medence kiválasztott városainak hőterhelési viszonyait leíró klímaindexek (pl. nyári napok, trópusi éjszakák) előrejelzése volt a 21. sz. folyamán. Ehhez a regionális klímaváltozás és a városklíma együttes hatását vettük figyelembe. Ezen összetett modellezési folyamat során a következő részfeladatokat oldottuk meg: − Adaptáltuk és optimalizáltuk a DWD által fejlesztett MUKLIMO városklíma modellt a szegedi mintaterületen. Új eljárás dolgoztunk ki, amellyel lehetővé vált a lokális klímazónák (LCZ) rendszerének alkalmazása a modellhez szükséges felszínadatbázisként. − Validáltuk a modellezési eljárást és a beállításokat a szegedi városklíma monitoring rendszer adatainak felhasználásával. − Feltérképeztük az LCZ-ket a 26 kiválasztott városban. − Alkalmaztuk a városi léptékű modellt a 26 városban a jelenlegi (1981-2010) éghajlatra vonatkozóan, valamint a 21. sz. közepéhez (2021-2050) és végéhez (2071-2100) kapcsolódó jövőbeli éghajlati forgatókönyvek (RCP4.5 és RCP8.5) esetében. − Modellkísérleteket végeztünk a városi zöldterületek eltérő elrendezésének értékelésére a városklíma és a regionális klímaváltozás együttes hatásainak mérséklése érdekében. A városrendezési kérdések kapcsán megvizsgáltuk a különböző városi zöldterületek jelenlegi és jövőbeli hatásait. − Ajánlásokat fogalmaztunk meg a várostervezők számára, amelyekkel csökkenthetővé válnak a klímaváltozás várható kedvezőtlen hatásai városi területeken.
Results in English
The overall aim of the project was to predict the climate indices (e.g. summer days, tropical nights) describing the heat load conditions of the selected urban areas in the Carpathian-basin during the 21st century. For this, we considered the combined effects of regional climate change and urban climate. During this complex modelling process, we solved the following subtasks: − We adapted and optimized the MUKLIMO urban climate model developed by DWD in the Szeged study area. We developed a new procedure that made it possible to use the system of LCZs (local climate zones) scheme as a surface parametrization for the model. − We validated the modelling procedure and settings using the data of the Szeged urban climate monitoring network. − We mapped LCZs in the selected 26 urban areas. − We applied the urban-scale model for the current (1981-2010) climate in the selected 26 cities, as well as for future climate scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) related to the middle (2021-2050) and the end (2071-2100) of the 21st century. − Model experiments were performed to evaluate the different layouts of urban green spaces in order to mitigate the combined effects of urban climate and regional climate change. In relation to urban planning issues, we examined the current and future impacts of different urban green spaces. − We have made some recommendations to urban planners to reduce the expected adverse effects of climate change in urban areas
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=120346
Decision
Yes





 

List of publications

  
Skarbit N, Gál T, Molnár G, Unger J: Projected changes in heat load in Carpathian Basin cities during the 21st century, Acta Climatologica 55, 27-71, 2021
Skarbit N, Stewart ID, Unger J, Gál T: Employing an urban meteorological network to monitor air temperature conditions in the ‘local climate zones’ of Szeged, Hungary, Int. J. Climatology 37/S1, 582-596 10.1002/joc.5023, 2017
Unger J, Skarbit N, Gál T: Szegedi városklíma mérőállomás-hálózat és információs rendszer, Légkör 61, 114-118, 2017
Skarbit N, Unger J, Gál T: Humánkomfort viszonyok elemzése városklíma monitoring hálózat hosszú távú mérései alapján, In: Cserny T, Alpek BL (szerk.): HUNGEO 2017: Magyar földtudományi szakemberek XIII. világtalálkozója. Pécs, 2017.08.16-20, 36-37., 2017
Gál T, Skarbit N, Unger J: A hőhullámokat jellemző klímaindexek várható alakulása a magyar városi területeken a 21. század során, In: Cserny T, Alpek BL (szerk.): HUNGEO 2017: Magyar földtudományi szakemberek XIII. világtalálkozója. Pécs, 2017.08.16-20, 34., 2017
Bokwa A, Dobrovolný P, Gál T, Geletič J, Gulyás Á, Hajto MJ, Hollósi B, Kielar R, Lehnert M, Skarbit N, Šťastný P, Švec M, Holec J, Unger J, Walawender JP, Žuvela-Aloise M: Urban climate in Central European cities and global climate change, Acta Climatol 51-52, 7-35, 2018
Gál T, Unger J, Skarbit N: Spatial and temporal variation of urban heat load in different local climate zones based on the long term temperature measurements in Szeged, Hungary, EGU2018-3425, 2018
Skarbit N, Gál T, Unger J: Evaluation of spatial and temporal distribution of air temperature in local climate zones based on long term database in Szeged, Hungary, ICUC10 paper 109, 2018
Gál T, Skarbit S, Molnár G, Gyöngyösi AZ: Weather and climate modeling possibilities using local climate zone concept and observation network in Szeged, Hungary, ICUC10 paper 193, 2018
Bechtel, B; Alexander, PJ; Beck, C; Böhner, J; Brousse, O; Ching, J; Demuzere, M; Fonte, C; Gál, T; Hidalgo, J et al.: Generating WUDAPT Level 0 data – Current status of production and evaluation, Urban Climate 27, 24-45, 2019
Bokwa, A., Geletič, J., Lehnert, M., Žuvela-Aloise, M., Hollósi, B., Gál, T., Skarbit, N., Dobrovolný, P., Hajto, M.J., Kielar, R., Walawender, J.P., Šťastný, P., Holec, J., Ostapowicz, K., Burianová, J., Garaj, M: Heat load assessment in Central European cities using an urban climate model and observational monitoring data, Energy and Buildings 201, 53-69, 2019
Unger J, Skarbit N, Gál T: Szegedi városklíma mérőállomás-hálózat és információs rendszer, Légkör 61, 114-118, 2017
Gál T, Skarbit N, Unger J: A hőhullámokat jellemző klímaindexek várható alakulása a magyar városi területeken a 21. század során, In: Cserny T, Alpek BL (szerk.): HUNGEO 2017: Magyar földtudományi szakemberek XIII. világtalálkozója. Pécs, 2017.08.16-20, 34., 2017
Bokwa A, Dobrovolný P, Gál T, Geletič J, Gulyás Á, Hajto MJ, Hollósi B, Kielar R, Lehnert M, Skarbit N, Šťastný P, Švec M, Holec J, Unger J, Walawender JP, Žuvela-Aloise M: Urban climate in Central European cities and global climate change, Acta Climatol 51-52, 7-35, 2018
Gál T, Skarbit S, Molnár G, Gyöngyösi AZ: Weather and climate modeling possibilities using local climate zone concept and observation network in Szeged, Hungary, ICUC10 paper 193, 2018
Bechtel, B; Alexander, PJ; Beck, C; Böhner, J; Brousse, O; Ching, J; Demuzere, M; Fonte, C; Gál, T; Hidalgo, J et al.: Generating WUDAPT Level 0 data – Current status of production and evaluation, Urban Climate 27, 24-45, 2019
Unger J, Skarbit N, Gál T: Projection of present and future daily and evening urban heat load patterns, Acta Climatol 54, 2020
Fricke C, Pongrácz R, Gál T, Savic S, Unger J: Using local climate zones to compare remotelysensed surface temperatures in temperate cities and hot desert cities, Moravian Geographical Reports 28, 2020
Gál T, Mahó SI, Skarbit N, Unger J: Numerical modelling for analysis of the effect of different urban green spaces on urban heat load patterns in the present and in the future, Computers, Environment and Urban Systems 87, 2021
Gál T, Skarbit N, Molnár G, Unger J: Projections of the urban and intra-urban scale thermal effects of climate change in the 21st century for cities in the Carpathian Basin, Hung Geogr Bull 70, 2021
Unger J, Skarbit N, Gál T: Klímaváltozás a városokban, Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék honlap - A klímaváltozás termikus hatásainak város és városrész léptékű modellezése Kárpát-medencei településekre a 21. szd. folyamán, 2021




 

Events of the project

  
2018-02-08 20:17:20
Résztvevők változása



Back »