Städtische Wärmeinseln

Städtische Wärmeinseln

Eine Stadt ist vor allem aus Beton, Asphalt und Steinen erbaut. Da die Lufttemperatur an einem bestimmten Ort in hohem Maße von der Beschaffenheit der Oberflächen abhängt, ist sie in der Stadt höher als im Umland. Städtische Wärmeinseln haben ihre Ursache auch in einer hohen Einwohnerdichte und der meist damit verbundenen Emission von Wärme durch die Menschen.

In vielen Städten liegt die durchschnittliche Temperatur um 0,5 - 0,8°C höher als im Umland. Im Winter sind es oft sogar 1,1 - 1,6°C. Dieses Phänomen bezeichnet man als städtische Wärmeinsel (englisch: urban heat island UHI). Die Isothermen (Linien gleicher Temperatur auf einer Wetter- oder Wärmekarte) zeigen die Temperatur in der Stadt meist in Form von Kreisen um das Zentrum. Zu den Vororten hin sinken die Werte. Natürlich sind die Orte großer Wärmestrahlung nicht immer gleichförmig um die City gelagert. Große Fabriken und Kraftwerke können auch zu punktuellen Erhöhungen führen. Wir finden dann bisweilen eine zelluläre Struktur.

Wärmekarte von New York

Wärmekarte von New York

1. Wärmekarte von New York. Die wärmsten Oberflächen sind in rot dargestellt.
Quelle: System for World Surveillance, Inc.

Städtische Wärmeinseln zeigen eine gewisse Abhängigkeit von der Einwohnerzahl. In Großstädten mit 500.000 bis zu einer Million Einwohner liegt die Temperatur im Mittel 1,1 - 1,2°C höher als im nicht-städtischen Umland. Bei Städten mit mehr als einer Million Einwohner kann dieser Wert auf 1,2 - 1,5°C steigen. Die maximalen Unterschiede können natürlich noch deutlich höher ausfallen (siehe Abbildung).

Intensität städtischer Wärmeinseln

2. Abhängigkeit der maximalen Intensität einer städtischen Wärmeinsel von der Zahl der Einwohner in einer Stadt. Achtung! Es handelt sich nicht um Mittelwerte, sondern um Extremwerte.
Grafik: Anita Bokwa, Pawel Jezioro

Weiterhin spielen die Größe und die räumliche Struktur einer Stadt eine Rolle. Städtische Räume mit niedrigen Gebäuden, die relativ weit in der Landschaft verteilt liegen, bilden keine typischen Wärmeinseln aus.

Wie bereits diskutiert, bestimmen bei der Ausprägung der Wärmestruktur auch die vom Menschen verursachten Wärmeemissionen (Heizung, Klimaanlagen, Verbrauch in elektrischen Geräten) eine Rolle sowie die Luftverschmutzung und die Oberflächengestaltung in der Stadt. Nicht umsonst werden z.B. in den südlichen Ländern hell angestrichene Häuser bevorzugt. All das spielt für die Temperatur in der Stadt eine Rolle. Für die Intensität der städtischen Wärmeinsel (wir verstehen hierunter den Temperaturunterschied zwischen Stadtkern und Umland) sind aber auch meteorologische Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Bewölkung und Verdunstung von Bedeutung. Höhere Windgeschwindigkeiten und stärkere Bewölkung können die Intensität des Effektes abschwächen.

Profil einer städtischen Wärmeinsel

3. Skizze des Profils einer städtischen Wärmeinsel.
Quelle: Heat Island Group

Die Intensität der Wärmeinsel verändert sich in einem Jahreszyklus und einem Tageszyklus. In Klimaten mit deutlich kälterem Winter kann die Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland im Winter auf das doppelte klettern, verglichen mit dem Sommer. Hauptverantwortlich ist die Beheizung der Gebäude. Eine höhere Intensität wird auch während der Nacht beobachtet. In der Nacht erfolgt ein starker Wärmeübergang von den Oberflächen in die Atmosphäre. Z.B. in Tokio wurde auch beobachtet, dass die Intensität der UHI während der Wochenenden und Ferien sinkt.

Abgase als Wärmequelle

4. Autos emittieren nicht nur Abgase, sie sind auch eine Wärmequelle.
Foto: Sebastian Wypych

Die städtischen Wärmeinseln haben aber nicht nur eine horizontale Struktur. Auch in der Vertikalen zeigen sich typische Charakteristika: Die Stadtwärme reicht für gewöhnlich 200 - 300 m über den Erdboden, was der 3-5 fachen Höhe der Gebäude entspricht. An einem wolkenlosen Tag können sogar 500 m erreicht werden. Zwei Hauptschichten können wir unterscheiden:

1. Die Schicht des 'Stadtdaches'. In diese Lage wird über die Kamine und Außenhüllen die Wärme der Häuser getragen sowie die niedrigen Emissionen. Die Häuser absorbieren große Mengen an Energie und geben sie wieder ab. Auch der Verkehr trägt zur Erwärmung dieser Schicht bei.

2. Die Schornstein-Lage. In eine Schicht über dem Stadtdach werden die Wärme und Abgase der sogenannten hohen Emittenten entlassen. Hierzu gehören z.B. die Schornsteine von Kraftwerken.

Emissionen von Wärme durch Kühltürme

5. Emissionen von Wärme: Kühltürme eines Kraftwerks
Quelle: www.freefoto.com

Das Phänomen der Wärmeinsel beeinflusst natürlich das Klima in Städten. Verglichen mit dem nicht-städtischen Raum finden wir mehr heiße Tage und weniger Tage mit Bodenfrost. Die Vegetationsperiode ist länger, die Summe der Niederschläge höher und es werden öfter Cumulus-Wolken beobachtet. Bei der Positionierung einer Wetterstation in einer Stadt muss man berücksichtigen, inwieweit die gemessenen Daten über das Klima einer Region etwas aussagen.

Städtische Wärmeinseln sind meist von Nachteil für unsere Gesundheit. Insbesondere im Sommer besteht die Gefahr der Überhitzung. Grünanlagen und Wasserflächen in der Stadt können hier gewisse Abhilfe schaffen.

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Authors: Sebastian Wypych, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Anna Gorol
1. Scientific reviewer: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Jagiellonian University - Cracow / Poland - 2003-06-20
2. Scientific reviewer: Dr. Marek Nowosad - Maria Curie-Sklodowska University - Lublin / Poland - 2003-06-16
Übersetzung 2004 und letzte Überarbeitung 2007-09-07: Elmar Uherek - MPI für Chemie

Остання зміна: Monday 16 December 2019 20:12 PM