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Hitze und Stadtklima

[29.07.2019]

In der letzten Woche wurden in Frankreich und Deutschland neue Hitzerekorde gemessen. Vor allem in den Städten war es besonders warm. Aber warum gerade in den Städten?


In der vergangenen Woche lag Mitteleuropa unter einem starken Hoch, das uns weit und breit Sonne pur bescherte. Vor allem von Frankreich bis nach Deutschland brütete eine rekordbehaftete Hitze. In Frankreich wurden schon am 28. Juni ganze 46°C erreicht. In Deutschland wurden erst am 25. Juli die höchsten Rekorde verzeichnet. Vor allem im Westen des Landes wurden reihenweise Temperaturen von 41°C und mehr gemessen. Der Rekord wurde an der Wetterstation Lingen im Nordwesten Deutschlands registriert: 42,6°C.


Es gibt eine Reihe von Gründen, warum die Temperaturen so weit ansteigen konnten. Allen voran der Hochdruckeinfluss, bei dem die Luft über uns abwärts sinkt und sich aufgrund der geringen Feuchtigkeit um 1°C pro 100 Meter Höhenunterschied erwärmt. Luft, die aus der mittleren Wetteratmosphäre, der Troposphäre, von rund 5 km auf Bodenniveau absinkt, erwärmt sich dabei um 50°C. Zum Glück liegen die Temperaturen in 5 km Höhe meist weit unter dem Gefrierpunkt, sodass am Boden dadurch nur 25 bis 30°C erreicht werden.


Nun erwärmt sich die Luft aber nicht nur durch das Absinken aus der über uns liegenden Atmosphäre. Die Luft wird auch durch die Sonne erwärmt. Aber nur sehr geringfügig. Der weitaus größte Anteil erfolgt indirekt. Jeder kennt, gerade bei großer Hitze, den heißen Teer auf den Straßen und die warmen Wege und Wiesen, die sich ebenfalls deutlich aufheizen. Diese von der Sonne beschienenen Oberflächen sind primär die Erwärmungsquelle für die Luft.


Die Luft streicht über Wiesen und Straßen, Hausdächer und Glaswände. Dabei erwärmt sie sich und steigt dadurch bekanntermaßen auf. Die entstehende Zirkulation führt zur Konvektion, dem Aufsteigen von Luftmassen, und zieht durch den resultierenden Unterdruck in Bodennähe kühlere Luft aus der Höhe nach unten. Und gerade über Straßen, Parkplätzen, riesigen Gebäuden und Hallen, wird die Luft deutlich stärker erwärmt als über einer Wiese, einem Wald oder gar einem See.


Über einem See kommt es zum Beispiel kaum zu einer Erwärmung. Die Sonneneinstrahlung erwärmt zwar das Wasser, doch eine daraus erfolgende Erwärmung der darüber liegenden Luft ist sehr gering. Über einem Wald hingegen vollzieht sich dieser Prozess schon besser. Bei einer solch intensiven Sonneneinstrahlung wie an einem Sommertag in der vergangenen Woche, kann die Temperatur auf den Blättern von Büschen und Bäumen im Bereich des 50. Breitengrades schon einmal 45 bis 47°C erreichen. Diese Größenordnung ist gewaltig, aber für die Natur völlig normal. Die Luft wird bei Kontakt stark erwärmt, steigt auf und führt durch die Zirkulation in der Atmosphäre wieder kühlere Luft nach unten.


Wald gibt es in Deutschland gegenüber anderen Ländern zwar recht viel, aber dennoch gibt es viele waldfreie Regionen. Sicherlich hat jeder schon einmal den Effekt einer Stadt bemerkt. In ihnen ist es meist wärmer als im Umland. Das sogenannte Stadtklima resultiert aus dem deutlich geringeren Anteil an Grünflächen in Form von Wald oder Wiesen. Dementsprechend gibt es deutlich mehr versiegelte Flächen, wie z.B. Straßen, Gebäude und Industrieanlagen. Und gerade das macht den Unterschied.


Wiesen kommen in der freien Natur zwar auch vor, aber nicht so häufig wie im Umland von Städten oder in den Städten selbst. Bei intensiver Sonneneinstrahlung steigt auf Wiesen die Temperatur deutlich über die Werte von Büschen und Wäldern. Häufig muss an einem klaren Sommertag mit Höchstwerten von 58 bis 60°C gerechnet werden. Dadurch werden die unteren Luftschichten auf Temperaturen erwärmt, die rund 15°C höher liegen. Durch das Aufsteigen und Zirkulieren der erhitzen Luft wird zwar ein Großteil der Wärme abgeführt, doch die resultierende Lufttemperatur wird höher ausfallen.


Aber Wiesen sind in den Städten deutlich seltener als Straßen und Gebäude. Letztere machen den größten Anteil aus. Und dies wirkt sich dementsprechend auf die Lufttemperatur aus. Denn bei Bestrahlung von Dach- und Glaswänden, Beton- oder Teerflächen, wird die darüber streichende Luft schnell auf 60 bis 70°C erwärmt. Die Konvektion kann einiges von dieser Hitze abführen, doch auch hierbei resultiert ein stärkerer Temperaturanstieg als im Umland, das weniger versiegelte Flächen aufweist.


Aber nicht nur, dass sich in den Städten die versiegelten Flächen deutlich stärker aufheizen und dadurch direkt eine Temperaturerhöhung bewirken, sie führen auch zu einem Nachheizen. Wenn sich am Abend die Sonne dem Horizont neigt, gehen die Oberflächentemperaturen von Wäldern und Wiesen deutlich schneller zurück als über Beton, Glas oder Teer. Dadurch wird in den Städten die nächtliche Abkühlung stark verzögert. Es bleibt viel länger warm und kühlt bis zum Morgen auch insgesamt weniger ab.


Wer ein Grundstück besitzt und seinen Garten in einen reinen Rasen oder eine der modernen Steinlandschaften verwandelt, trägt damit unmittelbar zur Erwärmung der Region bei. Aber auch überregional wirkt sich dies in der Summe aus. Mehr Begrünung und weniger versiegelte Flächen sorgen für ein angenehmeres Klima, auch im eigenen Garten.


In den Städten kommt zudem die Wärme hinzu, die im Winter durch das Beheizen von Industrieanlagen, Büro- und Geschäftsräumen wie großen Einkaufszentren entsteht. Im Sommer müssen diese hingegen gekühlt werden. Die Anlagen zur Klimatisierung erzeugen jedoch gleichermaßen eine enorme Abwärme. Der Verkehr und die Industrie stößt desweiteren große Energiemengen aus, die ebenfalls zu einer Erwärmung führen.


Ein weiterer Faktor für höhere Temperaturen ist die weit um sich greifende Versiegelung auch im Umland. Gewerbegebiete für Büros und Einkaufszentren werden seit ein paar Jahrzehnten auf der grünen Wiese errichtet. Der Deutsche Wetterdienst konnte schon vor längerem einen deutlichen Rückgang von Nebeltagen an etlichen Wetterstationen verzeichnen. Dies bedeutet, dass versiegelten Flächen durch Einschränkung oder gar Unterbindung der Verdunstung die Luftfeuchtigkeit in allen Regionen Deutschlands reduziert hat. Auch das direkte Abführen von Regenwasser in die Kanalisation reduziert die Wassermenge, die verdunsten könnte. Feuchte fördert jedoch die Konvektion. Feuchte Luft kann leichter Aufsteigen und somit erwärmte Luft schneller nach oben abführen. Aufgrund des landesweiten Rückgangs der Feuchte wird das Abführen von Wärme aber ausgebremst. Folglich erwärmt sich auch außerhalb der Städte die Temperatur stärker und schneller als noch vor 100 Jahren.


Aber auch die Landwirtschaft führt genau dazu, was sie nicht braucht: zu höheren Temperaturen und mehr Trockenheit. Die heute verbreitet anzutreffenden Monokulturen auf riesigen Feldern erhöht die Erwärmung der Luft in Bodennähe und somit der unteren Atmosphäre. Oft liegen die Felder nach der Ernte monatelang brach. Gerade Maisfelder werden erst wieder zur Folgesaison bewirtschaftet. Bis dahin stellen sie eine fast endlose Erdlandschaft dar. Und blanke Erde erwärmt sich ebenfalls deutlich stärker als eine Wiese. Die Temperaturen können hier um rund 10°C höher liegen. Die daraus folgende Austrocknung des Bodens führt im Weiteren zu einer geringeren Verdunstung, die Hitze besser abführen könnte, und einer weiteren Austrocknung der umgebenden Landschaft.


Die oben genannten Effekte ließen sich durch Gegenmaßnahmen schnell und effektiv reduzieren. Jeden kann dabei seinen Beitrag leisten. Hitzewellen sind damit zwar nicht zu verhindern, aber wenn die erwärmende Basis kühler wäre, würden auch die Höchstwerte definitiv niedriger liegen. Eine heiße Wetterlage wäre somit erträglicher, auch für die Natur.


Redaktion meteo.plus