Serie: 18.01.2021, 13:00 Uhr

Städte im Klimawandel – Allgemeine Beschreibung stadtklimatischer Probleme

Städte modifizieren das übergeordnete Klima durch Oberflächenversiegelung, hohe Bebauungsdichte und Freisetzung von Abwärme und luftfremden Stoffen. Niedrige Windgeschwindigkeit reduziert zudem den Abtransport von Wärme und Luftverunreinigungen. Der zweite Teil unserer Serie Städte im Klimawandel beschreibt allgemeine stadtklimatische Probleme.

Erträgliches Stadtklima durch Beschattung und Begrünung – ein Beispiel für die Vielfalt möglicher Maßnahmen. Foto: Catharina Fröhling

Erträgliches Stadtklima durch Beschattung und Begrünung – ein Beispiel für die Vielfalt möglicher Maßnahmen.

Foto: Catharina Fröhling

Städte werden von den Auswirkungen des globalen Klimawandels besonders betroffen sein – und zwar durch häufiger und länger anhaltende Überwärmung sowie durch mögliche Überflutung nach Starkregenereignissen. Die Gesundheitsbeeinträchtigungen der Stadtbevölkerung lassen sich an den meist erhöhten Erkrankungs- und Sterberaten während Hitzeepisoden im Vergleich zum Umland erkennen. Zurückzuführen sind derartige thermische Probleme des urbanen Siedlungsraums nicht nur auf die tagsüber vorherrschenden hohen Luft- und Oberflächentemperaturen, sondern insbesondere auch auf die verminderte nächtliche Abkühlung des Stadtkörpers. Bei austauscharmer Witterung können städtische Wärmeinseln (engl. Urban Heat Island, UHI) um ein Mehrfaches ihres Betrags stärker sein, verglichen mit „normalen“ Sommerwerten. Kleinräumig auftretende Bebauungsunterschiede spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Partikel erhöhen die Lufttemperatur in bodennahen Schichten

Die thermische Belastung von Stadtgebieten geht vielfach einher mit einer Verschlechterung der Luftqualität. Herrschen starke Sonneneinstrahlung und hohe Lufttemperatur in der bodennahen urbanen Grenzschicht vor, werden die Entstehung bestimmter gas- und partikelförmiger Spurenstoffe sowie die Freisetzung pflanzlicher Pollen in Gang gesetzt bzw. verstärkt.

Auch in hygrischer Hinsicht können Städte anfällig für die Wirkungen des Klimawandels sein, da Starkregen vielerorts zu Überflutungen führen kann. Schäden an Gebäuden und Infrastruktur sind dann meist die Folge − von dem damit verbundenen menschlichen Leid ganz abgesehen.

Handlungsmöglichkeiten für Entscheidungsträger der Stadtklimatologie

In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, welche Handlungsmöglichkeiten von Seiten der Stadtklimatologie den städtischen, aber auch privaten Entscheidungsträgern gegen Überwärmung und Überflutung zu empfehlen sind. Grundsätzlich lassen sich vier Maßnahmengruppen nennen, die zu einer Reduzierung der genannten Wirkungen führen können. Dazu zählen: Beschattung, Begrünung, Belüftung und Regenwassermanagement.

Kühlung durch Beschattung

Beschattung, die künstlich oder natürlich durch Vegetation (z. B. Bäume oder hohe Sträucher) gegeben ist, sorgt in erster Linie für eine Verringerung der Oberflächentemperatur und damit für eine überproportional starke Verminderung der langwelligen Ausstrahlung (Stefan-Boltzmann-Gesetz) im Vergleich zum sonnenexponierten Bereich. Da der menschliche Organismus infrarotsensitiv ist, profitiert er vom „Kühleffekt“ in besonderem Maße. Im Vergleich zu künstlichen Beschattungen sind diejenigen natürlicher Art effektiver, da neben der Freisetzung geringerer Strahlungswärme durch den Schatteneffekt auch noch Energie für den latenten Wärmestrom durch Verdunstung aufgewendet wird. Diese Energie steht dann nicht für die Lufterwärmung zur Verfügung, sondern wird dem verdunstenden Medium entnommen, wodurch sich dieses und seine Umgebung abkühlen. Zusätzlich soll Schatten unter großkronigen Bäumen einen optimalen UV-Schutz für den sich dort aufhaltenden Menschen bieten. Neben der Beschattung können helle Gebäudeoberflächen deren Oberflächentemperatur senken, wodurch jedoch eine zusätzliche, eher negative Strahlungswirkung auf den sich dort aufhaltenden Menschen entsteht. Überdies wäre das Aufbringen von Thermochrom­farben, deren Farbton sich nach den vorherrschenden thermischen Verhältnissen richtet (hell bei starker und dunkel bei geringer Einstrahlung) zum Beispiel für Hausanstriche dann das Mittel der Wahl, um im Sommer einer Überwärmung und im Winter einer Auskühlung vorzubeugen.

Einfluss der Begrünung

Die Vegetation und damit die Begrünung in Städten setzt sich überwiegend aus Rasenflächen, Sträuchern und Baumbeständen sowie gelegentlich aus Fassaden- und Dachbegrünung zusammen. Während lang anhaltender hoher sommerlicher Temperaturen sollte für eine ausreichende Bewässerung der Pflanzen gesorgt werden. Insbesondere Rasenflächen können ihren Kühleffekt gänzlich verlieren, wenn sie längere Zeit großer Trockenheit ausgesetzt sind. Der Vorteil baum- und strauchbestandener Flächen liegt im Vergleich zu Rasen in der wesentlich höheren Transpiration und Interzeption, wodurch über den höheren latenten Wärmestrom größere Abkühlungseffekte erreicht werden. Auch sind die Depositionsgeschwindigkeiten für Luftinhaltsstoffe über Rasenflächen im Allgemeinen niedriger als bei Baumbeständen, wodurch letztere eine stärkere Filterwirksamkeit aufweisen. Stark befahrene Alleen sollten so angelegt werden, dass es zu keinem Kronenschluss der beidseitigen Baumreihen über der Straße kommt, denn dadurch könnte ein Tunneleffekt entstehen, der einer Aufkonzentrierung von Kfz-Emissionen Vorschub leistet. Fassaden- und Dachbe­grünung führen in erster Linie zu einer Verbesserung der klimatischen Verhältnisse entsprechend ausgestatteter Gebäude. Herrscht jedoch eine Vielzahl derartiger Begrünungen vor, könnten sich auf Grund von Summationseffekten klimatische Verbesserungen auf Straßen- oder gar auf Stadtteilebene auswirken.

Kühlung durch Belüftung

Der Belüftung eines Stadtgebiets fällt insbesondere während Hitzewellen eine besondere Rolle zu. Die Versorgung mit kühler und sauberer Umlandluft hängt von deren Volumenstrom und Eindringtiefe in den Stadtkörper ab. Luftleitbahnen, die das Umland mit dem Stadtzentrum verbinden, sollten deshalb eine ausreichende Breite aufweisen und möglichst hindernisarm, das heißt strömungsbegünstigt, angelegt sein.

Regenwassermanagement

Städte sollten über ein dezentrales Regenwassermanagement verfügen. Bauliche Maßnahmen können zum Beispiel dem Hochwasser- und Überflutungsschutz dienen: durch Einrichtung unterirdischer Wasserspeicherung zur Vorhaltung für die Bewässerung während Trockenheitsphasen („Schwammstadtprinzip“) sowie durch Versickerungsflächen in Gestalt von Tiefbeeten und Baumrigolen.

Diese hier nur in aller Kürze angerissenen Probleme werden neben weiteren – auch planungsrechtlichen Ausführungen – ausführlich in der aktuellen Richtlinie VDI 3787 Blatt 8 behandelt, die sich mit dem wichtigen Thema „Stadtentwicklung im Klimawandel“ beschäftigt.

Prof. (i. R.) Dr. rer. nat. Wilhelm Kuttler,Universität Duisburg-Essen, Duisburg.

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