Projecting 2100 urban growth to assess urban climate changes on Toulouse urban area (France): combining scenarios and land change / climate models

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Early adaptation to heat waves and future reduction of air-conditioning energy use in Paris

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Influence of air conditioning management on heat island in Paris air street temperatures

International audienceProjections of future climate suggest increases in extreme temperatures particularly in mid latitudes. In addition, the effect of heat waves, which are becoming a major “summer killer”, is exacerbated in urban areas owing to the heat island effect. Air conditioning (A/C) is a key parameter for health problems in case of heat waves since, on one hand, it reduces mortality but, on the other hand, depending on the heat management, it can increase street temperature therefore increasing the air cooling demand. Results of a meso-scale meteorological model (MESO-NH), coupled to an urban energy balance model including a simplified building model (TEB), are used. Simulations based on a realistic spatial cartography of air-cooled chillers and cooling towers in the city of Paris and surroundings have been performed. The simulation period corresponds to the extreme heat wave in Paris: 9–13 August 2003. Five scenarios will be discussed: firstly a baseline without air-conditioning (NO-AC scenario); secondly the actual situation including individual air dry coolers, wet cooling towers and an urban cooling network relying on free-cooling (water-cooled A/C with the river Seine) (REAL scenario). A third scenario will assume that all the heat is rejected as sensible heat in the atmosphere (DRY AC scenario). Two other scenarios correspond to a prospective where A/C is doubled. Scenario 4 assumes that all the heat is rejected as sensible heat in the atmosphere (DRY ACx2 scenario). On the opposite, scenario 5 assumes that all the heat is rejected underground or in the river Seine (NOREJ scenario). Results show that A/C affects the UHI depending on its management. A detailed analysis on selected districts shows that the local temperature variation resulting from heat island is proportional to the sensible heat rejected locally by A/C, indicating that a clever A/C management is all the more important to provide comfort and to mitigate heat island. Moreover, the incidence of the sky view factor is also discussed

How much can air conditioning increase air temperatures for a city like Paris, France?

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Projet ACCLIMAT - Adaptation au Changement CLIMatique de l’Agglomération Toulousaine: Méthodologie du projet et présentation des résultats

L’objectif du projet ACCLIMAT est d’étudier les interactions entre les processus de développement urbain, de micro climat urbain, et le changement climatique.L’étude est réalisée à l’échelle du siècle, pour tenir compte d’une part de l’inertie des modifications structurelles de la ville, et d’autre part des scénarios climatiques issus du 4ème rapport du GIEC (IPCC 2007a). Pour adapter les villes au climat de la fin du XXIème siècle, il est indispensable de commencer dès maintenant à modifier la conception des bâtiments et les stratégies de planification urbaine.Pour répondre à la complexité du système ville, ce projet s’appuie essentiellement sur la modélisation numérique des processus et leurs interactions (développement urbain et micro-climat urbain, expansion et spatialisation, morphologie urbaine et consommation énergétique), ainsi que sur le développement de méthodes (descente d’échelle, combinaison de bases de données et couplage de code).Le projet a ainsi permis d'apporter de nouveaux éclairages sur les impacts sur le très long terme de divers leviers d’aménagement urbains, en lien avec le changement climatique.Par exemple, nous avons montré que :· Une politique ambitieuse d'urbanisation à l'échelle de l'aire urbaine (par exemple pour mener à une ville compacte ou archipel) nécessite d'être mise en oeuvre rapidement.· Une ceinture verte peut avoir sur le long terme l'effet inverse de celui escompté au départ, augmentant fortement les mouvements pendulaires journaliers vers le centre-ville, au point d'être plus importants que si la périurbanisation diffuse continuait.· En ce qui concerne le climat en ville, l'influence de la végétation est bénéfique.· Un levier potentiellement efficace consiste à agir pour améliorer les comportements énergétiques des habitants et usagers.· Il faudra trouver des mécanismes d'incitation pour accélérer la rénovation des bâtiments existants.· Le réchauffement climatique induira une plus forte baisse de la consommation de chauffage. Il pourrait par contre, s'il est assez prononcé, conduire à un pic de consommation d'électricité en été, en cas de généralisation de la climatisation.Enfin, il faut anticiper le peak-oil pour mettre en place une politique d'aménagement urbain efficace pour s'y adapter, quelle qu'elle soit. Une augmentation démographique, si elle se poursuit, augmentera les tensions sur le foncier, le transport, la demande en énergie et le climat urbain. Sans politique concertée et cohérente, l'aménagement et la gestion du territoire devraient être d'autant plus difficile après 2040-2050

Projet ACCLIMAT - Adaptation au Changement CLIMatique de l’Agglomération Toulousaine: Méthodologie du projet et présentation des résultats

L’objectif du projet ACCLIMAT est d’étudier les interactions entre les processus de développement urbain, de micro climat urbain, et le changement climatique.L’étude est réalisée à l’échelle du siècle, pour tenir compte d’une part de l’inertie des modifications structurelles de la ville, et d’autre part des scénarios climatiques issus du 4ème rapport du GIEC (IPCC 2007a). Pour adapter les villes au climat de la fin du XXIème siècle, il est indispensable de commencer dès maintenant à modifier la conception des bâtiments et les stratégies de planification urbaine.Pour répondre à la complexité du système ville, ce projet s’appuie essentiellement sur la modélisation numérique des processus et leurs interactions (développement urbain et micro-climat urbain, expansion et spatialisation, morphologie urbaine et consommation énergétique), ainsi que sur le développement de méthodes (descente d’échelle, combinaison de bases de données et couplage de code).Le projet a ainsi permis d'apporter de nouveaux éclairages sur les impacts sur le très long terme de divers leviers d’aménagement urbains, en lien avec le changement climatique.Par exemple, nous avons montré que :· Une politique ambitieuse d'urbanisation à l'échelle de l'aire urbaine (par exemple pour mener à une ville compacte ou archipel) nécessite d'être mise en oeuvre rapidement.· Une ceinture verte peut avoir sur le long terme l'effet inverse de celui escompté au départ, augmentant fortement les mouvements pendulaires journaliers vers le centre-ville, au point d'être plus importants que si la périurbanisation diffuse continuait.· En ce qui concerne le climat en ville, l'influence de la végétation est bénéfique.· Un levier potentiellement efficace consiste à agir pour améliorer les comportements énergétiques des habitants et usagers.· Il faudra trouver des mécanismes d'incitation pour accélérer la rénovation des bâtiments existants.· Le réchauffement climatique induira une plus forte baisse de la consommation de chauffage. Il pourrait par contre, s'il est assez prononcé, conduire à un pic de consommation d'électricité en été, en cas de généralisation de la climatisation.Enfin, il faut anticiper le peak-oil pour mettre en place une politique d'aménagement urbain efficace pour s'y adapter, quelle qu'elle soit. Une augmentation démographique, si elle se poursuit, augmentera les tensions sur le foncier, le transport, la demande en énergie et le climat urbain. Sans politique concertée et cohérente, l'aménagement et la gestion du territoire devraient être d'autant plus difficile après 2040-2050

Projet MUSCADE, Modélisation Urbaine et Stratégies d’adaptation au Changement Climatique pour Anticiper la Demande et la production Énergétique

La ville est un système complexe particulièrement concerné par le changement climatique: ses bâtiments consomment de l’énergie et rejettent des gaz à effet de serre ; son climat local est accentué par la formation d’îlots de chaleur urbains ; les usages de climatisation ou chauffage de ses habitants sont variés ; ses modifications structurelles sont soumises à une forte inertie qui obligent à raisonner, tout comme pour le changement climatique, à l'échelle du siècle.Dans ce contexte, quelles mesures auront un effet significatif sur le climat urbain et la consommation d’énergie des bâtiments d’une ville : L’application du Grenelle de l’environnement concernant les bâtiments et l’énergie ? La production d’énergie locale ? Les usages énergétiques des bâtiments ? La végétalisation des toits ? La forme urbaine ? Le verdissement de la ville ? Les avancées technologiques ?Le projet MUSCADE étudie les interactions entre ces différents processus et propose des stratégies d’adaptation qui mettent en perspective la consommation énergétique de la ville et ses capacités de production d’énergie. En se plaçant à l’échelle du siècle, le projet MUSCADE vise ainsi à apporter des éléments d’évaluation aux décideurs urbains qui doivent bâtir la ville durable de demain.UN MODELE NUMERIQUE POUR EVALUER DES STRATEGIES D’ADAPTATION DE L’AGGLOMERATION PARISIENNE AU CHANGEMENT CLIMATIQUE. Pour représenter le système ville, son évolution et les processus liés à l’énergie, un modèle numérique a été développé à partir de plusieurs modèles :Le modèle NEDUM d’expansion urbaine du CIRED (Viguié 2012, Viguié, Hallegatte 2012) reproduit les mécanismes socio-économiques sous-jacents à la dynamique du système urbain et permet de représenter son évolution des années 1900 jusqu’à la fin du XXIème siècle. La morphologie à l’échelle du quartier est obtenue grâce au modèle GENIUS développé par le LRA et le GAME, qui permet de générer des cartes archétypales et de simuler l’évolution îlots. Le modèle Town Energy Balance du CNRM-GAME (TEB, Masson 2000) simule le microclimat urbain à partir des processus physiques liés à la géométrie urbaine, et le calcul du bilan interne du bâti (Bueno et al, 2012) permet de représenter la consommation énergétique de la ville.Une analyse par le LIENS de l’expansion passée de l’agglomération parisienne et une étude paramétrique de l’énergétique du bâtiment par le CSTB ont permis de valider les modèles jusqu’au périodes contemporaines. Enfin, pour représenter la ville future, des projections ont été construites en combinant des hypothèses climatiques, macroéconomiques (prix de l'énergie, croissance, démographie), évolutions du domaine urbain (ville étendue, compacte), techniques de bâti (matériaux, réglementations) et production d'énergie décentralisée (technologies, choix d’implantation). PRODUCTION SCIENTIFIQUELa production scientifique disciplinaire du projet représente au total 18 conférences internationales et 11 articles en anglais de rang A, et porte principalement sur l’énergétique du bâtiment dans le modèle de climat urbain, les différents types d’expansion urbaine (NEDUM), l’analyse des formes urbaines, le rôle de la morphologie de l’îlot dans la production d’énergie et les forçages climatiques. La simulation intégrée « ville–énergie-climat » a déjà fait l’objet de 4 conférences scientifiques ou de vulgarisation, et une production interdisciplinaire est attendue sur l’évaluation des stratégies d’adaptation de la ville au changement climatique.ILLUSTRATION RESULTATS MAJEURS DU PROJETLe modèle développé permet d’évaluer le climat urbain et l’efficacité énergétique pour répondre de façon transversale aux questionnements d’architectes (quel type de bâti est le mieux adapté au climat futur ? ) d’urbanistes (quelle morphologie de quartier permet la meilleure performance énergétique ?) et de collectivités (quel est l’impact de la forme urbaine sur le climat des villes ? sur les loyers ?). Il est ainsi possible de comparer différentes stratégies d’adaptation de l’agglomération parisienne au changement climatique.Ainsi, les résultats majeurs concernent :- les comportements des habitants et usagers apparaissent comme un gisement potentiel important de diminution des consommations d'énergie- la végétation, qui si elle est arrosée, peut sensiblement améliorer le confort extérieur en été. Les toits végétalisés ont une influence limitée sur le confort extérieur mais peuvent améliorer l'isolation du bâti.- Les panneaux solaires, outre leur propriété intrinsèque de production d'énergie, permettent d'atténuer l'îlot de chaleur urbain.- Une ville étalée ne consomme pas plus d'énergie pour le chauffage et la climatisation qu'une ville dense, mais elle produira plus d'énergie solaire. Toutes choses égales par ailleurs, les deux types de villes présentent des bilans énergétiques comparables Ainsi, au final, les deux villes sont aussi efficaces en termes d'énergétique du bâti. En climat futur, du fait de la baisse de consommation d'énergie liée au chauffage, la ville pourrait produire plus d'énergie qu'elle en consomme pour le bâti

Adapting cities to climate Change : a systemic modelling approach

International audienceTo answer the climate change challenge, all states have to reduce their greenhouse gas emissions, but also to adopt adaptation measures to limit the negative impacts of global warming on the population, the economy and the environment. The question arises especially for cities.Because of complex interactions between climate change, the evolution of cities and its inhabitants, studying adaptation strategies for cities requires a strong interdisciplinary approach: urban planners, architects, meteorologists, building engineers, economists, social sciences.Our four-step methodology consists firstly of defining interdisciplinary scenarios at several scales influencing the city evolution; secondly of simulating long term city evolution based on socio-economic and land-use models; thirdly of calculating impacts with physical models, and finally of calculating the indicators quantifying the adaptation strategies.Interdisciplinary systemic modelling performs well to evaluate several adaptation strategies for a very broad range of topics. Some of the results obtained for the agglomeration of Paris through our interdisciplinary research projects VURCA and MUSCADE will be discussed:A finding is that Urban planning strategies may have unexpected influence on city expansion when considered on the very long term of the climate change. Another is that the combine effect of global warming and UHI can lead in the future to larger energy consumption in summer than in winter.Indeed, air-conditioning will probably be necessary in 2100, because of expected stronger, and longer, heat waves. Limiting the UHI intensity allows for energy savings, and hence contributes to climate change mitigation. Adaptation strategies exist to limit air-conditioning use, both in time and intensity.Analysis of several vegetation strategies, at several spatial and planning scales (from agricultural practices in the city surroundings to urban trees and green-roofs) have been performed and evaluated. Architectural choices also allow to reduce the UHI. Finally, inhabitants' use and practices seem to be an efficient lever to reduce energy consumption in buildings and its impact on the urban climate

Adapting Cities to Climate change: a systemic modelling approach

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Columbia University forum : a quarterly journal of fact and opinion

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