Urban Heat Island: Ursachen und Folgen

Was ist eine städtische Wärmeinsel?

Städtische Wärmeinseln kommen, wie der Name schon sagt, in Ballungsräumen vor. Es ist definiert als das Vorhandensein signifikant höherer Temperaturen in städtischen Gebieten im Vergleich zu den Temperaturen in umgebenden ländlichen Gebieten. Städtische Wärmeinseln treten in den Winter- und Sommermonaten stärker in Erscheinung, insbesondere nachts und bei schwachem Wind. Die Innenstädte sind oft mehrere Grad wärmer als die umliegenden, weniger entwickelten Gebiete. Tagsüber kann dieser Temperaturunterschied zwischen 1, 8 ° und 5, 4 ° Fahrenheit liegen. Abends kann sich dieser Unterschied um bis zu 20 ° Fahrenheit erhöhen.

Was verursacht eine städtische Wärmeinsel?

Die höheren Temperaturen der städtischen Wärmeinseln sind auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen, insbesondere auf Veränderungen der Landoberfläche. Die Stadtentwicklung erfordert die Verwendung beträchtlicher Mengen von Zement und Asphalt zur Überdachung und zur Pflasterung von Bürgersteigen und Straßen. Diese Materialien haben thermische Bulk-Eigenschaften, die mehr Sonnenstrahlung absorbieren als die Oberflächen in ländlichen Gebieten. Zusätzlich haben diese Materialien unterschiedliche Oberflächenstrahlungseigenschaften, was bedeutet, dass sie Energie als Wärmestrahlung oder Wärme abgeben.

In vielen städtischen Gebieten mangelt es auch an grüner Bedeckung, beispielsweise durch Vegetation. Pflanzen tragen zur Evapotranspiration bei, einem wichtigen Stadium des Wasserkreislaufs. Während der Evapotranspiration finden zwei Austauschvorgänge statt: Verdunstung und Transpiration. Bei der Verdunstung verdunstet Wasser aus dem Boden, den Baumkronen und den Gewässern in die umgebende Luft. Bei der Transpiration geht der Pflanzenwassergehalt als Dampf durch die Spaltöffnungen der Pflanzenblätter verloren. Der Evapotranspirationsprozess trägt zur Kühlung der Umgebungsluft bei. Städte haben nicht nur eine geringere Evapotranspiration als ländliche Gebiete, sondern auch weniger kühlende Schattenbereiche und eine geringere Entfernung von Kohlendioxid (ein Treibhausgas, das zu erhöhten Temperaturen beiträgt).

Forscher haben festgestellt, dass städtische Wärmeinseln auch durch den städtischen Canyon-Effekt verursacht werden. Dies geschieht aufgrund hoher Gebäude in unmittelbarer Nähe, die mehrere Oberflächen zum Reflektieren und Absorbieren von Sonnenlicht bieten. Darüber hinaus verhindern diese Gebäude, dass Wind durch die Stadt strömt. Wo der Wind nicht frei fließen kann, tritt keine Konvektionskühlung auf und die Luftverschmutzung kann stagnieren und zunehmen. Die Zunahme der Sonnenlichtabsorption und -reflexion, die Entstehung von Verschmutzung und die fehlende Konvektionskühlung tragen ebenfalls zur Erhöhung der Umgebungstemperatur bei. Wenn die Temperaturen in der Stadt aufgrund dieser Kombination von Ereignissen steigen, steigt auch der Ozonspiegel in der Stadt.

Der Einfluss der städtischen Wärmeinseln auf die Wetterbedingungen

Städtische Wärmeinseln haben neben steigenden Temperaturen auch Einfluss auf die örtlichen Witterungsbedingungen. Einige dieser Änderungen der Wetterbedingungen umfassen: Niederschlagsmenge, Wolkendecke, Nebelpräsenz, Luftfeuchtigkeit und Windmuster. Erhöhte Niederschlags- und Gewitteraktivität tritt auf, weil die heißeren Temperaturen zu einer Aufwärtsbewegung der Umgebungsluft führen. Diese Aufwärtsbewegung hat den größten Einfluss zwischen 32 und 60 km vor dem Wind in der Innenstadt, wo die Niederschlagsmenge 28% höher sein kann als vor dem Wind in der Innenstadt.

Tagsüber herrscht auf städtischen Wärmeinseln ein niedriger Druck, wodurch sich feuchte Luft aus ländlichen Gebieten in der Nähe ansammeln kann. Diese feuchte Luft wirkt der heißen Stadtluft entgegen und schafft die ideale Voraussetzung für Bewölkung und erhöhte Luftfeuchtigkeit.

Das Stadtklima ist jedoch aufgrund der turbulenten Vermischung innerhalb der städtischen Wärmeinsel weniger anfällig für schwache Tornadoaktivitäten. Ein weiterer potenzieller Vorteil der städtischen Wärmeinseln besteht darin, dass sie dazu beitragen, die Vegetationsperioden in der Nähe zu verlängern. Beispielsweise haben einige Studien ergeben, dass Anbauflächen, die sich etwa 10 km außerhalb der Stadtgrenzen befinden, um durchschnittlich 15 Tage verlängert werden.

Der Einfluss der städtischen Wärmeinseln auf Tiere

In einigen Fällen ziehen städtische Wärmeinseln mehr Tierleben an. Dies gilt insbesondere für kolonisierende Arten wie Ameisen, Hausgeckos und grauköpfige Flughunde. Der grauköpfige Flughund zum Beispiel wurde kürzlich wegen des erhöhten Hitzeindex innerhalb der Stadtgrenzen nach Melbourne, Australien, gelockt. Diese erhöhte Temperatur hat das Winterklima der Stadt dem in den nördlichen Regionen üblichen Lebensraum der Arten ähnlich gemacht.

In anderen Fällen beeinträchtigen städtische Wärmeinseln die Nahrungs- und Wasserversorgung innerhalb der Stadtgrenzen. Beispielsweise ist die Oberflächentemperatur von Stadtgebäuden deutlich höher als die Umgebungsluft. Der Regen läuft dann von diesen viel heißeren Gebäuden ab und erwärmt sich dabei. Dieser wärmere Abfluss gelangt in nahegelegene Bäche, Flüsse, Seen und andere Gewässer. Wenn der erwärmte Abfluss in diese Gewässer eindringt, steigt auch deren Temperatur an. Dies wird als thermische Verschmutzung bezeichnet und kann die Wassertemperatur um bis zu 20 ° bis 30 ° Fahrenheit erhöhen. Thermische Verschmutzung wirkt sich negativ auf die lokale Fischpopulation aus und führt zu einem thermischen Schock.

Da die Pflanzenwachstumszeit auf städtischen Wärmeinseln häufig verlängert wird, ist auch die Nahrungsversorgung für andere Tierarten betroffen. Tiere, die bestimmte Pflanzen als festen Bestandteil ihrer Ernährung verwenden, beginnen, ihre natürlichen Brutzeiten an die Vegetationsperiode der Pflanzen anzupassen. Dies hat wiederum eine Kettenreaktion auf andere Pflanzen- und Tierarten in der Region zur Folge.

Der Einfluss der städtischen Wärmeinseln auf die menschliche Gesundheit

Städtische Wärmeinseln wirken sich nicht nur auf die Gesundheit der Umwelt und der lokalen Tierwelt aus, sondern auch auf die Gesundheit der Menschen. Erhöhte Stadttemperaturen können bei sommerlichen Hitzewellen besonders für Senioren tödlich sein. Allein in den USA sterben jährlich durchschnittlich 1.000 Menschen an extremer Hitze, die durch städtische Wärmeinseln exponentiell erhöht wird. Die Stadtbewohner leiden auch unter Hitzewellen, weil die städtische Wärmeinsel verhindert, dass die Nachttemperaturen sinken, wie dies in ländlichen Gebieten der Fall ist. Untersuchungen haben ergeben, dass städtische Wärmeinseln nicht nur die Temperaturen während der Hitzewellen erhöhen, sondern auch deren Dauer verlängern.

Extreme Temperaturen führen zu Hitzekrämpfen, Hitzschlag und Hitzeerschöpfung. Hitzschlag kann zu Atemnotsyndrom, eingeschränkter Mobilität oder vermindertem Bewusstsein führen. Personen mit bereits empfindlichen Gesundheitszuständen wie Parkinson oder Demenz sind besonders anfällig für eine signifikante Beeinträchtigung der kognitiven Funktionen während Hitzewellen. Darüber hinaus wird Personen mit Diabetes, Adipositas, Asthma, Schlafentzug oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen empfohlen, sich der Hitze auszusetzen. In diesen Fällen kann die Hitzeexposition die Symptome verschlimmern und verstärken. Wenn diese resultierenden hitzebedingten Zustände stark genug sind, können bleibende Organschäden auftreten. Übersteht eine Person extreme Hitzewellen mit bleibenden Organschäden, besteht ein erhöhtes Risiko für einen frühen Tod.