2. Microclimate

Lecture presentation of Climatology subject presented at the MBS School of Planning and Architecture.

1. Climatology
Microclimate
Climatology, landscape and environmental studies.
•ROHIT KUMAR
•ASSSISTANT PROFESSOR
MBS SPA 2015

2. Microclimate
Any 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. 

3. 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

4. FACTORS AFFECTING LOCAL CLIMATE

5. LOCAL FACTORS
Factors 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. 

7. 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.

8. Altitude/ Elevation
This is why hill stations are preferred locations during 
summer.
Elevation Temperature
Jaisalmer 830’ 45º C
Mt. Abu 4003’ 30º C

9. Jaisalmer

11. 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.

12. 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.

13. Convective Air Flow
Warm air rises
Cool air drops
Recognizing air channels can help reduce 
discomfort or enhance comfort

14. Rain & Snow Shadows
Form when 
moisture 
precipitates out as 
air moves up slopes
L: p.73 Fig. 5.2d

15. Earth: Topography
The leeward side of a hill can protect from unwanted 
winds.

16. 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)
•Obstructionslike 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.

17. 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 400mbut 
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.

18. Jaisalmer

20. Warm air rises
Cool air drops
Morning and afternoon
“diurnal winds” are 
intensified in canyons and 
on sloped surfaces and 
diverted by hills and ridges
Wind Movement

21. Water: Thermal Mass
Large bodies of water 
moderate local 
temperatures
A thermal mass that 
can act as at thermal 
buffer/ heat sink

22. Lakes & Oceans
Warm 
temperatures 
are reduced in 
summer
Cool 
temperatures 
are raised in 
winter
10ºF
10ºF
72ºF
80ºF
35ºF
30ºF

23. Onshore winds occur 
when water temperature 
is lower than adjoining air 
temperature over land.
Offshore winds are the 
reverse process.
Large water bodies

24. 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

25. 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, WA
Cutler-Anderson, 2002
http://www.greenroofs.com/projects/
pview.php?id=562

26. 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.

27. Ground Cover
Impermeable surfaces reduce 
evaporative cooling opportunities

28. Ground Cover
Grass Pavers

29. Surface Color
Lighter surfaces 
reflect radiant 
heat
Darker surfaces 
absorb radiant heat

30. The cloud, Chicago

32. Urban heat island
Large concentrations 
of thermal masses 
with darker and/or 
impermeable surfaces create 
urban heat islands

33. Urban temperature transect

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