Die urbane Wärmeinsel

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1 Die urbane Wärmeinsel Wärmebild der Stadt Atlanta Quelle: NASA/GSFC Projektseminar Stadtklimatologie SS 2012 Neumann, Fischer Leitung: Dr. C. Beck

2 Inhalt 1. Definition: Wärmeinsel 2. Eigenschaften von Wärmeinseln 3. Räumliches Erscheinungsbild 4. Zeitliches Erscheinungsbild 5. Abhängigkeiten der städtischen Überwärmung 6. Auswirkungen der städtischen Überwärmung 7. Resultat der Überwärmung: Der Flurwind 8. Folgen für Mensch und Natur

3 1. Definition: Städtische Wärmeinsel Der Begriff städtische Wärmeinsel beschreibt eine sich vom kühleren Umland abhebende, meist inselartig auftretende urbane Überwärmung (nach Hupfer & Kuttler 2006). Wärmeinseleffekt nach Luke Howard. Wärmearchipel Hitzeinsel München Datenbasis: Landsat-7/ETM+; NOAA-17/AVHRR/LST Quelle: Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum des DLR Lufttemperaturverteilung Gelsenkirchen

4 2.Eigenschaften von Wärmeinseln Intensität: t= t Stadt t Umland Intensität proportional zum Logarithmus der Stadtbevölkerung: Auftreten am Beispiel Mitteleuropa: Autochthone Witterung (1) Sommer: ruhiges, sommerliches Strahlungswetter, nachts (2) Winter: anthropogene Einflüsse Temperaturunterschied zum Umland: 1 bis 2.5 C Abhängigkeit der maximalen städtischen Wärmeinselintensität von dem Logarithmus der Einwohnerzahl für Städte in Nordkorea, Westeuropa, Japan und Korea (Hupfer & Kuttler 2006, S.389)

5 3. Räumliches Erscheinungsbild

6 3. Räumliches Erscheinungsbild Verteilung der bodennahen Lufttemperaturdifferenzen bezogen auf den Mittelwert von drei Messfahrten (Hupfer P., Kuttler W. 2006, S.390)

7 3. Räumliches Erscheinungsbild Stadtgrenzschichtwärmeinsel Stadthindernisschichtwärmeinsel Bodenwärmeinsel

8 4. Zeitliches Erscheinungsbild von Wärmeinseln Sind Städte immer Wärmeinseln? Differenzen der Monatsmitteltemperaturen (grün)und Tagesmittelteperaturen (rot) Isoplethen der Lufttemperaturdifferenzen zwischen Basel zwischen einer Innenstadtstation (Basel Spalenring) und einer Messstation in Innenstadt und einer ländlichen Umgebung als Mittelländlicher Umgebung (Basel Lange Erlen) 1994,(Gebhardt et al. 2007, S.242). Wert für die Jahre auf der Basis von zehnminütiger Messungen (Gebhardt et al. 2007, S.243).

9 5. Abhängigkeiten der städtischen Überwärmung Geographische Lage und Relief Geographische Lage: Ökozone bzw. Klimazone, Lage im Gradnetz Relief: Tal Höhenrücken Hochfläche Ab 200m Höhenunterschied zwischen Berg und Tal: Berg-Tal-Windsystem Überwärmungsgrad nach Park (1987): Becken > Ebenen > Küsten

10 Städtische Energiebilanz Q + Q ANTHR. + Q MET. + Q H + Q E + Q B = 0 Q = Strahlungsbilanz Q ANTHR. = Anthropogene Wärmeflussdichte Q MET. = Metabolische Wärmeflussdichte Q H = Fühlbare Wärmeflussdichte Q E = Latente Wärmeflussdichte Q B = Bodenwärmestrom

11 Thermische Eigenschaften der Oberflächen Wie viel Energie kann aufgenommen, weitergeleitet und abgegeben werden? Abhängig von: Farbe Zusammensetzung der Oberfläche Versiegelungsgrad Oberflächenrauigkeit Wasserversorgung Einstrahlungswinkel Energietransport: 9-19 Uhr: Von der Oberfläche in den Boden 19-9 Uhr: Vom Boden an die Oberfläche

12 Thermische Eigenschaften der Oberflächen Die Tagesmittel der Strahlungstemperaturen verschiedener Oberflächen (Bendix J,, Lauer W. 2006, S. 300)

13 Thermische Eigenschaften der Oberflächen Tagesgang der Luft- und Asphalttemperaturen am in Wien (Hupfer P., Kuttler W. 2006, S. 378)

14 Meteorologische Umstände: Bewölkung: hoher Bedeckungsgrad tagsüber = Senkung der Wärmeinselintensität nachts. Windgeschwindigkeiten: Größere Reibung: Reduktion der Windgeschwindigkeit Ggf. Reduktion der Temperaturunterschiede durch Advektion Atmosphärische Schichtung: Stabile Schichtungsverhätnisse des Umlandes im Zusammenhang mit städt. Überwärmug

15 Stadtgestalt: Bauweise und Baumaterial Innerstädische Grünflächenanteil Parks kühlen nachts schneller ab; Alleen mit Schattenwirkung Energieverbrauchverhalten Los Angeles Die Gartenstadt nach Howard

16 Anthropogene Faktoren Aerosol: Absorption und Streuung der Sonnenstrahlung Verhinderung der Ausstrahlung in der Nacht Abwärme: Energieverbrauch durch Heizwärme, Kraftstoffe, Strom, Gas, Fernwärme

17 Sekundäre Wirkungen der Wärmeinsel Stefan & Boltzmann Gesetz: Wärmere Städte, mehr Strahlung, weniger Luftfeuchte Erwärmung eines Teils des Umlandes durch Drift der Warmluftglocke Geringere Frostperiode, wenig Schnee

18 6. Auswirkungen der städtischen Überwärmung: Stadt-Umland Vergleich Element Parameter Vergleich der Stadt mit dem Land (+=mehr,-=weniger) Temperatur Jahresmittel Wintermaximum Länge der frostfreien Zeit +0.7 C +1.5 C +2-3 Wochen möglich Windgeschwindigkeit Jahresmittel -20 bis 30% Extreme Böen -10 bis -20% Häufigkeit der Windstille +5-20% Relative Luftfeuchtigkeit Jahresmittel Saisonale Mittel Häufigkeit der Windstille -6% -2% (Winter), -8% (Sommer) +5 bis 20% Bewölkung Häufigkeit und Menge der Wolken Nebel +5% bis 10% +100% (Winter), +30% (Sommer) Niederschlag Mengen Tage Tage mit Schnee +5 bis 10% +10% -14% Verändert nach Goudie 2002, S.444

19 7.Resultat der städtischen Überwärmung: Der Flurwind Die lokale Windzirkulation im Bereich einer Großstadt a) nach Sonnenaufgang, b) nach Sonnenuntergang (Lauer&Bendix 2006, S.304).

20 8. Folgen für Mensch und Natur Thermische Belastung des menschlichen Körpers Höherer Energieverbrauch von Klimaanlagen Höhere Anzahl warmer Tage sowie heißer Nächte Vegetation: Verstärktes Vorkommen von frost- und kälteempfindlicher Arten 80% der Stadtpflanzen: Wintergrüne Pflanzen Häufig: Stickstoff und Licht liebend; Selten: Säure und Feuchtigkeit liebend

21 LITERATUR Bendix J., Lauer W. (2006): Klimatologie. 2.Aufl. Braunschweig. Fezer F. (1995): Das Klima der Städte. 1. Aufl. Bad Langensalza. Gebhardt H., Glaser R., Radtke U., Reuber P. [Hrsg.] (2007): Geographie. Physische Geographie und Humangeographie. Heidelberg. Goudie A. (2002): Physische Geographie. Eine Einführung. 4. Aufl. Berlin. Hupfer P., Kuttler W. [Hrsg.] (2006): Witterung und Klima. Eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie. 12. Aufl. Wiesbaden. Internet Links: Earth Observation Center DLR : Die Hitzeinsel München. Archiv