Herausforderung Stadtklima fakten und impulse aus der wissenschaft. The Challenge Of Urban Climate facts we need to know.

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1 Herausforderung Stadtklima fakten und impulse aus der wissenschaft The Challenge Of Urban Climate facts we need to know

2 Stadtklima = globales Klima + städtische Klima faktoren Urban Climate = Global Climate + Urban Factors Quelle / Source: KlimaCampus 2009 Siedlungsdichte, Vegetation, Industrie und Verkehr beeinflussen das Stadtklima. Urban density, vegetation, industry and traffic influence the urban climate. Städte verfügen über ein eigenes Mikro klima, in dem globale Klima merkmale mit städtischen Faktoren wie Bebauung, Grün anlagen oder Luftverschmutzung zusammenwirken. Entscheidend für das Stadtklima sind die geografische und topografische Lage sowie die Klima änderungen in jüngerer Zeit. Aber auch städtische Faktoren spielen eine wichtige Rolle: Sie können die Folgen des globalen Klimawandels lokal verstärken, aber auch verringern. Wie wirken städtische Klimafaktoren? Bebaute Flächen speichern Sonnenwärme und verzögern die Abkühlung in der Nacht. Zudem verdrängen sie Grünflächen, die durch Verduns tung zu einer natürlichen Kühlung beitragen. Industrie erzeugt Abwärme und heizt Stadtgebiete zusätzlich auf. Verkehr produziert Feinstaub-Partikel, so genannte PMx, die die Luft belasten, die Einstrahlung der Sonne vermindern und den Niederschlag beeinflussen. Cities develop a micro-climate, created by elements of the urban environment: built up areas, green space, and air pollution. The most significant influences on the urban climate are the geographical location and topography, and, more recently, ever increasing temperatures of climate change. However, urban fac tors also play an important role with the potential to increase, or reduce, the effects of global climate change. How do Urban Factors work? Built up areas absorb heat from the sun, and cool down more slowly at night. These areas also limit the number of trees, whose trans piration has a natural cooling effect. Industry produces waste heat, heating areas of the city even further. Traffic produces fine dust particles, known as PMx which pollute the air, reduce the sun s radiation and affect rainfall patterns.

3 Stadtklima unter der Lupe Urban Climate under the Microscope Quelle / Source: KlimaCampus 2009 Modelle mit sehr kleinen Skalen machen es möglich, Klimaprognosen für Städte und sogar Stadtteile zu berechnen. Providing climate prognoses for cities and even suburbs requires models based on a very small scale. Moderne Klimaforschung basiert auf komplexen Rechen modellen, die die Welt in dreidimensionale Analyse-Boxen rastern. Bisher konzentrierte sich die Forschung auf globale und regionale Berechnungen. Kleinskalige Klimamodelle Um Wechselwirkungen mit städtischen Klimafaktoren zu untersuchen, sind jedoch feinere Raster notwendig, so genannte urbane Klimamodelle. Wissenschaftler des Hamburger KlimaCampus entwickeln derzeit solche Modelle mit einer Auflösung von Metern. Damit soll das Stadtklima stadtteilgenau untersucht werden. Modern climate research is based on complex research models which divide the world into three dimensional grids. So far, most of the research has focused on the global and regional picture. Small Scale Climate Models To study the interactions with urban factors, much finer grids must be used known as the urban smallscale climate model. Researchers from the KlimaCampus of the University of Hamburg have developed just such a model, using a resolution of meters, to enable them to look at the urban climate suburb by suburb.

4 Wärme-Stress in Städten Heat Stress in Cities a) b) Abbildung a) Beispiel Berlin: Heiße Tage und tropische Nächte von 1950 bis 2009 Abbildung b) Oberflächen heizen sich unterschiedlich schnell und stark auf. Zudem speichern sie die Wärme unterschiedlich lange. Figure a) Hot days and tropical nights in Berlin from 1950 to 2009 Figure b) Surfaces absorb heat at different rates and intensities and retain this heat for different lengths of time. Der Klimawandel kann in Städten einen erhöhten Wärme-Stress verursachen. Das würde bedeuten: mehr heiße Tage, an denen die Temperatur 30 C überschreitet mehr tropische Nächte, in denen die Temperatur nicht unter 20 C sinkt Hamburg ist nicht Osaka Je nach Lage sind Städte unterschiedlich stark betroffen. So wirkt in Hamburg die Nähe zu Nordsee und Elbe mäßigend. Auch Hamburgs Partnerstadt Osaka liegt am Fluss. Jedoch ist die Jahresmitteltemperatur dort, fast 20 Breitengrade südlicher, rund sechs Grad höher. Zudem ist in Osaka die Bevölkerungsdichte höher und es gibt weniger Straßenbäume und Grünflächen. Die Unterschiede in Bebauung und Vegetation spielen für das Stadtklima ebenfalls eine wichtige Rolle: Je dichter eine Stadt bebaut und dadurch versiegelt ist, desto mehr Wärme speichert sie und desto weniger kühlt sie nachts ab. Climate change can lead to increased heat stress in cities, resulting in: More hot days with a temperature exceeding 30 More tropical nights with a temperature not dropping below 20 C Hamburg is not Osaka Every city is affected differently, depending on its location. Hamburg s proximity to the North Sea and the Elbe River has a mitigating effect on urban climate. Osaka, Hamburg s sister city, is also on a river. However, at almost 20 degrees further south, and with a higher population and fewer trees and green space, its annual average temperature is about six degrees higher. These differences in built up areas and vegetation play an important role in urban climate the higher the building density, the more heat is absorbed and the less it cools down at night.

5 Wärme-Stress und Wohlbefinden Heat Stress and Well-being Quelle: In Anlehnung an Koppe / Jendritzky / Pfaff 2003 Source: based on Koppe / Jendritzky / Pfaff 2003 Umgebungstemperatur und Wohlbefinden Ambient Temperature and Comfort Levels Erreichen Temperatur und Feuchte Werte, die außerhalb der engen Komfortzone liegen, empfinden Menschen dies als unangenehm und können sich nur noch mit Mühe anpassen. Etwa, indem sie sehr viel trinken und schwitzen oder ihre Bewegung einschränken. Urbaner Wärme-Stress kann die Lebensqualität in Städten deshalb deutlich herab setzen und für alte und kranke Menschen sogar lebensbedrohlich werden. Hinzu kommt, dass auch Stadtbäume unter der Hitzebelastung leiden können und nur noch eingeschränkt zur natürlichen Kühlung beitragen. All dies führt dazu, dass mehr Energie für Klimaanlagen aufgebracht werden muss und sich der Klimawandel weiter beschleunigen kann. Durch ein intelligentes Bebauungs- und Grünflächenmanagement können Städte dem Wärme-Stress vorbeugen und Prozesse natürlicher Kühlung unterstützen. Outside of a certain comfort zone, people begin to feel uncomfortable and find the temperature and humidity difficult to deal with. To adapt, they need to increase fluid intake and perspiration rate or to reduce movement. Urban heat stress can lead to a serious reduction in the quality of life for everyone, and it can even be life threatening for elderly people or those suffering from illness. The trees of a city also suffer in the heat and reduce their contribution to the cooling process. This all leads to higher energy consumption to run air-conditioners and similar appliances, which in turn may increase global warming. Intelligent build ing development planning, with the integration of green spaces, can reduce heat stress for the city as a whole and contribute to natural cooling processes.

6 Wärmewirkung von Gebäuden Warming Effects of Buildings a) b) Würde die Hamburger Alster (im Bild schwarz umrissen) durch Bebauung versiegelt, könnte die zusätzliche Wärme in die umliegenden Stadtteile hineinreichen: Abbildung a) zeigt den Effekt bei nördlicher Anströmung, Abbildung b) bei west licher Anströmung. Jeweils um Uhr an einem Junitag, berechnet mit dem Hamburger Modell METRAS. If Hamburg s Alster Lake (outlined in black) were to be filled and built upon, the additional heat absorbed could extend into the city: Figure a) shows the effect of A northerly inflow, Figure b) of a westerly inflow. Both figures are calculated for 12pm on a day in June, calculated using the Hamburg METRAS model. Stadtklima-Forschung am KlimaCampus Hamburger Wissenschaftler untersuchen die Wechselwirkung von globalem Klimawandel und städtischen Faktoren mit Hilfe von hochauflösenden Modellen und experimentellen Analysen. Sie liefern Detail wissen über regio nale und lokale Klimazusammenhänge und geben so wichtige Impulse für ein klimaoptimiertes Städtemanagement. Analysen am Hamburger Modell Anhand eines numerischen Modells für Hamburg können Forscher vom KlimaCampus erstmals die Klimawirkung von Bebauung, Vegetation und Wasserflächen stadtteilgenau prognostizieren. So lässt sich etwa zeigen, wie weit die kühlende Wirkung einer großen Wasser- oder Grünfläche unter bestimmten Rahmenbedingungen reicht. Urban Climate Research at the KlimaCampus Scientists in Hamburg have been researching the inter actions of global climate change and urban factors using high-resolu tion models and experi mental data. They provide detailed information on the relationship between the regional and local climate, providing important informa tion for climate optimized city management. Small Scale Model Analysis of the Hamburg Climate Researchers from the KlimaCampus can examine the effects of built up areas, vegetation and water bodies on the climate, using a newly developed city climate model for Hamburg. This shows, for example, how much of a cooling effect water bodies or city woodlands have under particular circumstances.

7 Nahfeldanalysen im Windkanal Wind Tunnel Near-field Analysis Quelle / Source: KlimaCampus 2009 Hohe Gebäude können die Be- und Entlüftung von Städten verbessern. Glatte Fassaden können dabei jedoch den Windkomfort auf Fußgängerniveau beeinträchtigen. High buildings can improve the ventilation of a city. Flat façades, however, can reduce wind comfort at pedestrian level. Um Windlasten an Gebäuden und auf Fußgängerniveau zu untersuchen, arbeiten die Forscher am KlimaCampus mit hochmodernen Grenzschicht-Windkanälen. Experimente mit Laserlichtschnitten und Rauchpartikeln zeigen, dass sich Gebäude gezielt zur Be- und Entlüftung von Städten nutzen lassen. Die Windlenkung muss jedoch sehr genau justiert werden, um Böen zu vermeiden, die zu Schäden führen oder das Wohlbefinden des Menschen einschränken (Windkomfort). KlimaCampus researchers work with special boundary layer wind tunnels to measure the wind loads on buildings and at street level. Visualization tests using a sheet of laser light and smoke particles show that the buildings can be used as a means of city ventilation. The (re)direction of wind must be considered carefully to prevent strong gusts that may cause damage to property or reduce the quality of life of the city s inhabitants (wind comfort).