Urban Heat Island Dynamics and 2030 Thermal Scenario in Pokhara, Nepal Using Landsat and CA– Markov Modeling

Steden zijn niet slechts verzamelingen van gebouwen en wegen; het zijn complexe machines die interageren met de zon en de lucht op manieren die het lokale klimaat veranderen. Wanneer natuurlijke grond bedekt met bodem en planten wordt vervangen door beton, asfalt en daken, verandert het oppervlak de manier waarop het warmte absorbeert en vasthoudt. Vegetatie koelt de lucht door een proces dat lijkt op zweten, waarbij water uit bladeren verdampt, terwijl kale bodems en verharde oppervlakken zonne-energie absorberen en deze langzaam weer afgeven, wat het gebied vaak aanzienlijk warmer maakt dan het omliggende platteland. Dit fenomeen, bekend als een stedelijk hitte-eiland, is een groeiende zorg voor stadsplanners en bewoners, aangezien stijgende temperaturen energiesystemen onder druk zetten, de luchtkwaliteit verslechteren en de menselijke gezondheid bedreigen. Het begrijpen van hoe deze thermische patronen evolueren, vereist dat men naar de stad kijkt, niet alleen als een kaart van straten, maar als een levend oppervlak dat ademt, opwarmt en afkoelt in reactie op het land eronder.

In het hart van de Himalaya ondergaat de stad Pokhara, Nepal, een snelle transformatie die een duidelijk beeld geeft van dit proces. Een recente studie richtte zich op het centrale stedelijke gebied van de stad, een specifieke zone van ongeveer 37 vierkante kilometer waar de meest intense ontwikkeling plaatsvindt. Onderzoekers wilden begrijpen hoe de verschuiving van landbouwgrond naar bebouwing de temperatuur van de grond gedurende het laatste decennium heeft veranderd. Ze bekeken satellietbeelden uit 2014, 2019 en 2024 om veranderingen in de bedekking van het land te volgen. Door geavanceerde computertools te gebruiken, brachten ze in kaart waar gewassen, bossen, water en nederzettingen zich bevonden, en maten ze vervolgens de werkelijke temperatuur van het aardoppervlak in diezelfde jaren. Ze gebruikten ook een wiskundig model om te projecteren hoe de stad er in 2030 uit zou kunnen zien, waardoor ze konden zien hoe deze veranderingen toekomstige hitte-niveaus zouden kunnen beïnvloeden.

De resultaten schetsen een beeld van een stad die warmer wordt naarmate zij groeit. In 2014 werd het studiegebied gedomineerd door landbouw, waarbij gewassen bijna 78 procent van het land besloegen, terwijl nederzettingen slechts ongeveer 20 procent innamen. Tegen 2024 was de balans drastisch verschoven. Het gebied dat bedekt werd door nederzettingen, inclusief wegen, gebouwen en luchthaveninfrastructuur, was gegroeid naar bijna 38 procent, terwijl het land dat voor landbouw werd gebruikt, was gekrompen tot ongeveer 56 procent. Dit verlies van groen, cultuurland werd vervangen door ondoordringbare oppervlakken die de lucht niet koelen. Naarmate de landbedekking veranderde, steeg de temperatuur van de grond scherp. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur in het studiegebied steeg van net onder de 30 graden Celsius in 2014 naar bijna 37,5 graden Celsius in 2024. De heetste plekken, die in 2014 temperaturen boven de 36 graden bereikten, schoten omhoog naar meer dan 44 graden in 2024.

De studie bevestigde dat het type landbedekking de primaire drijfveer is van deze temperatuurverschillen. Gebieden bedekt met bossen en dichte vegetatie bleven het koelst, terwijl braakliggend land, blootgestelde bodem en bouwplaatsen het heetst werden. Nederzettingen, met hun mix van gebouwen en wegen, registreerden ook zeer hoge temperaturen, die vaak wedijverden met de kale aarde. De onderzoekers ontdekten dat naarmate de stad uitbreidde, de stukjes groene vegetatie meer gefragmenteerd raakten, waardoor het continue verkoelende effect dat grote velden en bossen bieden, werd doorbroken. Deze fragmentatie betekende dat het verkoelende effect van planten werd verminderd, waardoor hitte zich gemakkelijker kon opbouwen in de nieuw ontwikkelde gebieden. De gegevens toonden een duidelijke link: waar de vegetatie-index daalde, steeg de grondtemperatuur.

Om de nauwkeurigheid van hun metingen te waarborgen, vergeleken de onderzoekers hun satellietgegevens met andere bronnen. Ze controleerden hun grondtemperatuurmetingen tegen gegevens van een ander satellietensysteem dat bredere beelden met een lagere resolutie biedt, waarbij ze een sterke overeenkomst vonden tussen de twee. Ze bekeken ook de luchttemperatuurgegevens van een lokaal weerstation om te zien of de trends overeenkwamen. Hoewel de door satellieten gemeten grondtemperatuur van nature hoger was dan de luchttemperatuur gemeten op twee meter boven de grond, waren de trends consistent, wat aantoonde dat het oppervlak inderdaad opwarmde in lijn met de groei van de stad. Deze kruiscontrole gaf de onderzoekers het vertrouwen dat hun hittekaarten betrouwbaar waren.

Vooruitblikkend gebruikten de onderzoekers een computermodel om de toekomst van de stad te simuleren op basis van de geobserveerde trends van het afgelopen decennium. Het model suggereert dat als de huidige patronen aanhouden, het gebied met nederzettingen zal uitbreiden tot meer dan de helft van de kernstedelijke zone tegen 2030, waardoor minder dan de helft voor landbouw overblijft. Deze projectie geeft aan dat de gebieden die de meest intense hitte ervaren, ook zullen groeien. Het model voorspelt dat tegen 2030 meer dan de helft van het studiegebied in de categorieën hoge of extreem hoge hitte-intensiteit zou kunnen vallen. Deze hittezones zullen naar verwachting concentreren rond de dichte stedelijke kern, de luchthaven en belangrijke transportcorridors, waardoor een landschap ontstaat waar hitte het dominante kenmerk is.

De bevindingen dienen als een waarschuwing en een gids voor de toekomst. De studie benadrukt dat de snelle omzetting van landbouwgrond en open ruimtes in bebouwde gebieden direct verantwoordelijk is voor de intensiverende hitte in Pokhara. Het suggereert dat zonder interventie de stad zal blijven opwarmen, waarbij de heetste zones zullen uitbreiden om een meerderheid van de stedelijke kern te beslaan. De onderzoekers benadrukken dat het beschermen van de resterende groene ruimtes, het beheren van blootgestelde oppervlakken en het integreren van verkoelingsstrategieën in de stadsplanning essentiële stappen zijn om deze trend te verzachten. Door satellietgegevens te gebruiken om deze veranderingen te monitoren, kunnen stadsplanners de gebieden identificeren die het meest kwetsbaar zijn en inspanningen prioriteren om vegetatie terug te brengen in het stedelijk weefsel, om zo te garanderen dat de stad leefbaar blijft terwijl zij blijft groeien.