ClimatologyMicroclimate

Climatology, landscape and environmental studies.• ROHIT KUMAR

• ASSSISTANT PROFESSOR

MBS SPA 2015

MicroclimateAny local deviation from the climate of a larger area, whatever the scale may be.

Immediate local climatic conditions such as temperature, humidity, solar radiation, wind, etc.

Climate of a small area which is different from the larger area around it.

It can be of a space as small as the protected inner courtyard of a building and as large as a city which have different climatic conditions of the larger area around. 

Scale of microclimate• To a botanist, Microclimate can be of a single plant leaf, with its temperature and moisture conditions, its population of insects and micro organisms, on the scale of a few centimetres.

• To an urban geographer, micro climate may mean the climate of a whole town.

• SITE CLIMATE: Climate of the area available and is to be used for the given purpose, both in horizontal extent and in height.

• The task of the designer is to take advantage of the favourable and mitigate the adverse characteristics of the site and its climatic features

FACTORS AFFECTING LOCAL CLIMATE

LOCAL FACTORSFactors affecting the local deviation are:

• Topography: Slope, orientation, exposure, elevation, hills or valleys at or near the ground.

• Ground surface: (Whether natural or man‐made): affect in terms of reflectance, permeability and the soil temperature as these affect the vegetation and this in turn affects the climate. (woods, shrubs, grass, paving, water, etc.).

• Three dimensional objects: such as trees, tree belts, fences, walls and buildings as these may influence air movement, cast a shadow, etc. 

AIR TEMPERATURE• The air temperature near the ground is dependent on heat gained/lost by the earth surface.

• heat exchange varies with day/night, season, time of the year, latitude and cloud cover.

• During the day, with the heating of the earth surface, the air nearest to the ground(within 2 metres) gains most temperature. At night, the direction of heat flow is reversed.

•TEMPERATURE INVERSION• The phenomenon of decreasing temperature with increase in altitude.

• Cold air tends to settle in the deepest depressions and behaves as a liquid. It does not flow quite readily like water but like a highly viscous liquid.

• A difference of 7‐8 m in height can cause 5‐6 deg drop in temp.

Altitude/ Elevation

This is why hill stations are preferred locations during summer.

Elevation Temperature

Jaisalmer 830’ 45º CMt. Abu 4003’ 30º C

Jaisalmer

HUMIDITY• Relative humidity is inversely proportional to temperature.• During the day, when the lowest layer of air is heated by the ground surface, RH decreases rapidly. This leads to higher rate of evaporation(If there is water body, vegetation, etc.)  leading to increase in Absolute Humidity.

• At night, When dew point temperature is reached, fog formation takes place and if there is no further rapid cooling nor air movement, a deep layer (40‐50m) of fog develops.

PRECIPITATION• When ground level changes by more than 300m, the windward side receives more rainfall than the regional average.

• In an extreme case, on a large site located on the top of a hill and extending down to both the slopes, the leeward side receives only 25% of the rain received by the windward side.

• REASON: hill forces the air mass to rise which cools it down and it is no loner able to support the moisture carried. This effect can also be caused by towns. The opposite is also true.SKY CONDITIONS

• Abrupt change in topography may cause a permanent cloud cover like in the rock of Gibraltar.

Convective Air FlowWarm air risesCool air drops

Recognizing air channels can help reduce discomfort or enhance comfort

Rain & Snow ShadowsForm when moisture precipitates out as air moves up slopes

L: p.73 Fig. 5.2d

Earth: TopographyThe leeward side of a hill can protect from unwanted winds.

SOLAR RADIATION• Three ways:• Transparency of the atmosphere: Cloud formation, air pollution, smog, smoke, dust, etc. affect the intensity of solar radiation on the horizontal plane.

• Slope and orientation of the site: Intensity on the actual ground surface. At mid latitudes, a site sloping towards the pole will receive much less radiation than the site sloping towards equator. (Effect is negligible around equator)

• Obstructions like hills, trees, existing buildings which may cast a shadow on the site. The effect is most pronounced wen the objects like on east or west of the site.

AIR MOVEMENT• Air flowing across any surface is subjected to frictional forces. Wind speed near the round is less than the speed than higher up and the difference depends on the smoothness/evenness of the surface.

• On hilly sites, the greatest speeds are experienced at the crest of the hills. The valleys may experience I wind speed if their direction coincides wit the direction of the wind flow.

• Large stretches of water can give rise to local coastal breezes. On‐sore breezes (from water to land) during the day may lower the maximum temperature by 10 deg Celsius but are likely to increase humidity.

• On shore lake breezes are rarely effective beyond 400m but the sea breezes are much more effective.

• Wind speed can be reduced after a long horizontal barrier by 50% at a distance of ten times and by 25% at a distance of 20 times the height.

Jaisalmer

Warm air risesCool air drops

Morning and afternoon“diurnal winds” are intensified in canyons and on sloped surfaces and diverted by hills and ridges

Wind Movement

Water: Thermal MassLarge bodies of water moderate local temperatures

A thermal mass that can act as at thermal buffer/ heat sink

Lakes & OceansWarm temperatures are reduced in summer

Cool temperatures are raised in winter 10ºF

10ºF

72ºF80ºF

35ºF30ºF

Onshore winds occur when water temperature is lower than adjoining air temperature over land.

Offshore winds are the reverse process.

Large water bodies

VEGETATION• Vegetation is usually regarded as a function of climate but in itself it can influence the local or site climate.

• Forming an intermediate layer between the earth surface and the atmosphere, they have a moderating effect on air temperature, humidity, radiation and air movement.

• increase the surface of contact to a higher layer by a factor of 4 to 12 times. 

Trees provide shade and affect the micro climate of the place.

EVAPOTRANSPIRATION: Trees and shrubbery give off moisture that increase humidity

Ground Cover – Vegetation Trees, shrubbery, and grasses provide shade that prevents moisture from evaporating

Permeable surfaces reduce temperatures through evaporative cooling

Reeves House, Lopez Island, WACutler-Anderson, 2002

http://www.greenroofs.com/projects/pview.php?id=562

URBAN CLIMATE• Man‐made environments create micro climate of their own deviating from the regional climate. The factors causing deviation:

• Changed surface qualities: (pavements and buildings) : Increased absorbance of solar radiation, reduced evaporation.

• Buildings: Casting a shadow, acting as barriers to winds, channelizing winds, storing heat in their mass and releasing it at nit.

• Energy seepage: through walls and ventilation of heated buildings

• Atmospheric pollution: Presence of solid particles in urban atmosphere may assist in formation of fog and induce rainfall.

• Temperature can be 8 deg higher in cities tan the surrounding country side, humidity can be reduced by 5‐10%, wind velocity can be reduced by half.

Ground CoverImpermeable surfaces reduce evaporative cooling opportunities

Ground CoverGrass Pavers

Surface ColorLighter surfaces reflect radiant heat

Darker surfaces absorb radiant heat

The cloud, Chicago

Urban heat islandLarge concentrations of thermal masses with darker and/or impermeable surfaces create urban heat islands

Urban temperature transect

BIBLIOGRAPHY• Koenigsberger, O. H., Manual of Tropical Housing and building, Orient Longman private limited, 1973. 

• Presentations on microclimate