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Stadtklima: die städtischen Wärmeinseln und ihre Bedeutung

die WI-Effekte und das klimatische Geschehen

Klimasystem der Erde
Quelle: Max-Planck-Institut für Meteorologie
Klimasystem der Erde
Wärminseleffekt-Statistik, DWD 2008, in Umweltbundesamt
städtische Wärmebelastungen von 1986 bis 2017, Quell: DWD
Wärminseleffekt-Statistik, DWD 2008, in Umweltbundesamt

In den letzten drei Jahren überschlugen sich die Medien mit Hiobsbotschaften. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) verkündete 2018, dass der Sommer mit durchschnittlich 19,3 Grad der wärmste Sommer seit 2003 gewesen wäre. Statista.com verzeichnete für 2019 eine sommerliche Durchschnittstemperatur von 10,3 Grad und Wetteronline.de verzeichnete für den Sommer 2020 eine Durchschnitts-temperatur von 10,4 Grad. Wobei Trier mit 38,7 Grad zu den Ausreißern gehörte. Der Bayerische Rundfunk meldete daraufhin, dass das der heißeste Sommer seit Beginn der Wetteraufzeichnungen gewesen wäre.

Und natürlich war man auch in den letzten drei Jahren bemüht, stets und ständig darauf hinzuweisen, dass das die Auswirk-ungen des vom Menschen gemachten Klimawandels durch die Verbrenn-ung fossiler Energien wäre.

Mal abgesehen von der Tatsache, dass eine Erwärmung durch Kohlenstoffdioxid, insbesondere die antrophogen erzeugten Emisionen, wissenschaftlich (Per Review) nicht nachgewiesen werden konnte (das räumte sogar der politische Verein IPCC= Weltklimarat) bereits 2013 in seinem jährlich Arbeitsbericht ein, wird in den Medien kaum untersucht, was es mit den städtisch-en Wärmeinseleffekten auf sich hat, die die betroffene Stadt-bevölkerung fälscherlichweise als Folge der Klimaerwärmung wahrnimmt.

Wir wollen das im Folgenden nachholen.

Wir wollen daher zunächst klären, was die Meteorologie unter dem Begriff des Stadtklimas versteht. Sodann klären wir den Begriff Stadtklima und zum Schluß erläutern wir, welche Um-stände zu den erhöhten Temperaturen im Sommer in den Städten führen können. 

was versteht man unter dem Begriff Stadtklima ?

Die Weltorganisation für Meteorologie WMO definiert das Stadtklima als durch Bebauung und Emissionen gegenüber dem Umland verändertes Lokalklima. Wobei das Lokalklima sich durch verschiedene Parameter wie Lufttempereatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität, Strahlungsintensität und Windstärke auszeichnet. Mit anderen Worten: ein ganzer Strauß von Einflussfaktoren.   

was sind städtische Wärmeinseln ?

Die städtische Wärmeinsel ist ein typisches Merkmal des Stadtklimas. Hierbei werden die Lufttemperaturdifferenzen in der wärmeren Stadt mit den Lufttemperaturen des kühleren Umlands verglichen. Das Maximum erreicht die Wärmeinsel bei wolkenfreiem Himmel und windschwachen Wetterbe-dingungen in der Nacht. Die Differenz kann bis zu 10 Kelvin ( 1 Grad = 274,15 K) betragen.

Darüber hinaus hängt die Lufttemperatur in Städten von der Gebäudegeometrie, der Bausubstanz, der Strahlungsfläche der Oberflächen und der antrophogenen Wärmefreisetzung ab. Hierzu zählt die Verbrennung mit Öl und Gas in den Häusern sowie von fossilen Brennstoffen im Autoverkehr und in den Industriebetrieben, soweit diese sich in der Stadt befinden.

Die Auswirkungen können für die Stadtbewohner in warmen Sommermonaten ganz erheblich sein. Hitzestress ist gerade für ältere Menschen für das Herz-Kreislaufsystem besonders belastend und kann zum Tod führen.

Die immer wieder als erstes genannte Einflussgröße, nämlich das CO2, spielt dabei allerdings die geringste Rolle. Vielmehr sind es die von Menschen gebauten Häuser, die eng beinan-der und gegenüber stehen, so das sich in solchen Räumlich-keiten die warme Luft leichter stauen kann. Hinzu kommt das Wärmespeichervermögen in modernen Häusern. Durch die vielen Straßen und Gehwege ist der Boden weitgehend ver-siegelt, so das auch die bodennahen Abgase und Abwärme reflektiert werden, was ebenso zu einer höheren Temperatur beiträgt.

Durch die Geometrie der Bebauung vergrößert sich die Ober-fläche, auf der die Sonnenstrahlung absorbiert wird. Das führt zu einer Aufheizung der Baukörper. Der Boden unbebauter Flächen (z.B. Ackerflächen) heizt sich dagegen weniger starkt auf. Aufgrund der Flächenversiegelung läuft das Nieder-schlagswasser bei Regen schnell in die Kanalisation und steht daher nicht für die Verdunstung zur Verfügung.

Es ist daher kein Wunder, das die Landbevölkerung weniger stark unter den hochsommerlichen Temperaturen zu leiden hat, da Flüsse und Bäche sowie der offene Boden für Kühlung sorgen. U-Bahn-Schächte und Unterführungen tun das allerdings auch.

                                        Halten wir also fest:

Durch Naturzerstörung ( z.B. durch den Bau von immer mehr Windkraftanlagen), Überbauung und Trockenlegung freier Flächen trägt der Mensch erheblich zu einer Erhöhung der Temperaturen in den Innenstädten bei. Der Einfluss der Sonne ist allerdings stärker, weil auch trockengelegte freie Flächen miterhitzt werden. 

Trotz Wärmeinseleffekte keine Erhöhung der sommerlichen Durchschnittstemperaturen im Zeitablauf 1989 bis 2020

Die Daten der rd. 2000 Wetterstationen des Deutschen Wetterdienstes zeigen für den Monat August  2021 keinerlei signifikante natürliche  Temperaturerhöhungen seit 1989. Das gilt allerdings für die Wärmeinseleffekt in den Ballungs-zentren nicht. Die obige Grafik verdeutlich das anschaulich. So lagen die Durschnittstemperaturen in den Städten Berlin, Frankfurt und München bei 30 Grad, während die Durch-schnittstemperaturen im Gebietsmittel von Deutschland bei rund 14 Grad lagen.

Quellennachweise:

PM-Magazin vom 22.08.2021; Sturm, Rainer: Der Photovoltaik-Wärmeinsel-Effekt: große Solarparks lassen die lokale Temperatur steigen, in: Eike.de vom 30.03.2021; Kämpfe, Stefan: Der Wärme-inseleffekt (WI) in Deutschland – mehr als nur inselhaft wirksam (Teil 1), in: Eike.de vom 10.09.2021; Kowatsch, Josef: August in Deutschland: Zunehmender Wärmeinseleffekt, Austrocknung der Landschaft, mehr Sonnenschein und geänderte Großwetterlagen-Häufigkeiten, in: Eike.de vom 13.09.2021; DWD-Statistik, in: Deutscher Klimaatlas;  wikipedia.org (Definition Stadtklima); Statista.com vom 05.01.2021; Wetteronline.de vom 01.09.2020, Bayerischer Rundfunk vom 30.12.2020; DWD.de /Forschung vom 10.04.2020 sowie RK-Redaktion vom 05.10.2021

Fotonachweis:
Header:Bessi, pixabay.com, Veränderung: Revierkohle 

Grundsätzlich muß man aber sagen, dass überall dort, wo der Mensch in die Ursprungslandschaft eingreift, hat das fast immer eine Temperaturerhöhung zur Folge. Dies geschieht z.B. durch Trockenlegung von Böden. Dadurch wird die Ver-dunstungsmöglich-keit minimiert. Die Vegetation kann ihre schattengebende und kühlende Rolle nur noch eingeschränkt wahrnehmen. Flüsse werden durch Einleitung von Klär-und Kühlwässern erwärmt. Durch die Veränderung von Nieder-schlagsmengen und eines hohen Versiegelsungsgrades mit Beton erhöht sich die Gefahr von Über-schwemmungen.

In den Ruhrgebietsstädten trägt zum  Wärmeinseleffekt zusätzlich die Grubenwasserhaltung bei. Die rd. 150 Mio. Liter Grubenwässer, die in den bestehenden Grubenwasserzechen pro Jahr gefördert werden, sind 20 bis 28 Grad warm und erwärmen damit die Oberflächengewässer und den Rhein.

Inwieweit der Ausbau von Photovoltaik-Anlagen auf den Hausdächern zu einem Wärmeinseleffekt beiträgt, ist noch nicht ausreichend untersucht worden. Hier bestehen zur Zeit nur Modellsimulationen. PV-Analgen im großflächigen Verbund sind dagegen schon besser untersucht worden.

Hiebei hat man festgestellt, dass die Albedo (Helligkeit eines Körpers, der die Sonnenstrahlen zurückreflektieren kann) sich reduziert. Es wird dunkler. Somit absorbieren die Photovol-taikpanels die Wärme sowohl nach oben als auch nach unten in den Boden. PV-Module sind daher oft 20 Grad wärmer als die Umgebungstemperatur. Dadurch wird der Wärmeaus-tausch im Boden drastisch reduziert.

PV-Großflächenanlagen werden meistens auf ehemaligen Militärflächen. entlang von Bahnlinien und Autobahnen oder auf Konversionsflächen errichtet. Der Bau von PV-Anlagen auf landwirtschaftlichen Flächen wird nicht mehr gefördert.          

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