Warm streets, cool leaves? Exploring vegetation phenology with daily heating patterns: Brussels 2022

Abstract

Urban vegetation is a key strategy for climate adaptation in increasingly dense and warming cities. While some studies look at urban seasonal trends in plant phenology, fewer look at continuous dynamic phenology measures. This study investigates the relationship between the Plant Phenology Index (PPI) and Land Surface Temperature (LST) across Brussels in 2022, using satellites Sentinel-2-derived PPI and Landsat 8 and 9 LST. The land surface temperatures of green spaces were consistently lower than those of urban areas, exhibiting differences of up to 8.5°C. While forests were particularly effective in cooling, showing temperatures up to 6.1°C lower than those in parks. Despite these patterns, overall results revealed weak spatial correlations between PPI and LST, with no significant association (ρ = -0,033, p > 0,05). More pronounced negative correlations, though still moderate, were found in urban (ρ = -0.55, p < 0.001***) and vegetative (ρ = -0.41, p < 0.001***) areas between the two variables. When examining LST and PPI dynamics within green areas and in a 100 m buffer outside them, the expected trends were observed: lower LST and higher PPI within vegetated environments and vice-versa outside. However, a two-way ANOVA revealed this difference was not statistically significant (p > 0.05). Although PPI decreases more outside parks and LST increases, the temperature rise is not simply due to reduced phenology index. Instead, vegetation type and spatial context play a critical role in mitigating urban heat. This research offers insights into the dynamics of PPI as a remote sensing metric in urban environments but also highlights the need to incorporate vegetation type and climate parameters in future studies to better understand urban heat island vegetation mitigation strategies.

Abstract (Swedish)

Att göra städer grönare är en central strategi för klimatanpassning i allt varmare urbana miljöer. Många studier undersöker säsongsvariationer i urban fenologi, men det är mycket få av dem som fokuserar på kontinuerliga och dynamiska fenologiska mått. Denna studie analyserar sambandet mellan Plant Phenology Index (PPI) och markytetemperatur (Land Surface Temperature, LST) i Bryssel under år 2022, med data från Sentinel-2 (PPI) och Landsat 8/9 (LST) satteliter. Markytetemperaturen var konsekvent lägre i grönområden, med skillnader på upp till 8,5°C jämfört med urbana miljöer. Skogar visade sig särskilt effektiva för kylning, med temperaturer upp till 6,1°C lägre än i parker. Trots dessa mönster, visade analyserna svaga korrelationer mellan PPI och LST på stadsnivå, utan signifikant samband (ρ = -0,033, p> 0,05). Tydligare, men fortfarande måttliga, negativa korrelationer observerades i urbana områden (ρ = -0,55, p < 0,001***) och i grönområden (ρ = -0,41, p < 0,001***). Vid analys av dynamiken mellan markytetemperatur (LST) och växtfenologindex (PPI) inom grönområden och i en 100 m buffertzon utanför dem observerades de förväntade trenderna: lägre LST och högre PPI inom vegeterade områden, och det omvända utanför. En tvåvägs variansanalys (ANOVA) visade dock att denna skillnad inte var statistiskt signifikant (p > 0,05). Även om PPI minskar mer utanför parker och LST ökar, kan temperaturökningen inte enbart förklaras av en minskad fenologi. Både vegetationstyp och dess placering i stadsmiljön har en avgörande betydelse för hur värmeeffekterna påverkas. Denna studie belyser PPI:s potential som fjärranalysindikator i urbana miljöer, men understryker också behovet av att inkludera fler klimatparametrar och vegetationstyper i framtida forskning för att förbättra strategier mot urbana värmeöar och stödja hållbar stadsgrönska.

Popular Abstract (Swedish)

I takt med att våra städer blir varmare och tätare blir gröna områden som parker och skogar allt viktigare för att hålla nere temperaturen och skapa en behagligare stadsmiljö. Men hur mycket hjälper egentligen grönskan till att kyla städer, och hur kan vi mäta detta?
I mitt projekt har jag undersökt detta i Bryssel under 2022, med hjälp av satellitbilder från Sentinel-2 och Landsat 8/9. Jag har studerat ett mått på växtlighet som kallas Plant Phenology Index (PPI) och hur det hänger ihop med markens yttemperatur.
Resultaten visar att grönområden är betydligt svalare än de omgivande stadsområdena, med skillnader på upp till 8,5 grader Celsius. Skogar kyler extra mycket och är till exempel över 6 grader kallare än parker. Men sambandet mellan hur “grönt” det är och temperaturen är inte helt enkelt. På hela stadens nivå fanns ingen tydlig koppling mellan fenologi växtlighet och temperatur.
Varför visar PPI inget samband med temperaturen?
När jag istället tittade närmare på grönområden och stadsområden för sig, såg jag att mer växtlighet oftast innebar lägre temperaturer, men sambanden var måttliga. Dessutom påverkar vilken typ av växtlighet det är och var den ligger i staden hur mycket den kan kyla.
Den här studien visar att satellitdata och växtfenologiska mått som PPI kan vara värdefulla verktyg för att förstå och planera stadens grönområden. Men vi behöver ta med fler faktorer och olika typer av vegetation för att bättre kunna förstå urbana värmeöar och skapa hållbara, svala städer i framtiden.

• author: Giolito, Nora
• supervisor: Lars Eklundh
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Varma gator, svala löv? Undersökning av växtfenologi med dagliga uppvärmningsmönster: Bryssel 2022
• course: NGEM01 20251
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Ecosystem Analysis, Physical Geography, Plant Phenology, Land Surface Temperature, Landsat 8 and 9, Sentinel 2, Urban green policy, Urban Heat Island, Parks and forests, Urban vegetation, Brussels.
• publication/series: Student thesis series INES
• report number: 729
• language: English
• id: 9206323
• date added to LUP: 2025-06-27 11:39:58
• date last changed: 2025-06-27 11:39:58