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Städtische Wärmeinsel
In den Städten sind die Nächte während Hitzeperioden um mehrere Grad wärmer als auf dem Land. Am Tag sind die Unterschiede zwischen Stadt und Land nicht so gross und die Lufttemperatur in Städten ist nur wenig erhöht. Diese Eigenschaft wird als städtische Wärmeinsel bezeichnet.
Dichte Bebauung, wenig Vegetation, Emissionen, geringere Durchlüftung und Abwärme verändern das Lokalklima in Städten. Städte wärmen sich am Tag stärker auf und kühlen in der Nacht langsamer ab als das Umland, denn die Bausubstanz ist ein guter Wärmespeicher. Die städtische Wärmeinsel ist ein typisches Merkmal des Stadtklimas. Sie ist während Hochruckwetterlagen am grössten, d.h. bei windschwachen, bewölkungsarmen und strahlungsintensiven Wetterlagen, also besonders während Hitzeperioden.
Messstationen in Schweizer Städten
MeteoSchweiz betreibt selbst keine Messstationen in den Städten, da hier die international vorgeschriebenen Messbedingungen (v.a. relativ freie und natürliche Umgebung) nicht gegeben sind. Ein Messstandort im MeteoSchweiz-Messnetz muss für eine grössere Region repräsentativ sein. Mit städtischen Messstationen von Partnernetzen können jedoch Angaben über die Ausbildung der städtischen Wärmeinsel gemacht werden. Partnernetze sind Lufthygienemessnetze von Städten und Kantonen, Messstationen von Universitäten und das Nationale Beobachtungsnetz für Luftfremdstoffe (NABEL) des Bundesamts für Umwelt. Da die beeinflussenden Faktoren wie die Bebauungsdichte und -art oder der Vegetationsanteil in der Stadt ein buntes Mosaik bilden, sind auch die Temperaturunterschiede in der Stadt sehr unterschiedlich. Eine einzige Messstation ist repräsentativ für ihren lokalen Standort, aber nicht für die ganze Stadt.
Am Beispiel der NABEL-Stationen Zürich Kaserne zeigen wir, wann die Temperaturen in der Stadt höher sind und um wieviel. Als Vergleichsstation wird die ländliche MeteoSchweiz-Station Zürich Affoltern verwendet. Die städtische Wärmeinsel wird dabei als Temperaturdifferenz der städtischen Station minus der ländlichen Station angegeben.
Warme Nächte in der Stadt
Figur 1 zeigt den Temperaturverlauf an beiden Stationen während der Hitzewelle im Sommer 2018. Deutlich sichtbar ist, dass die grossen Temperaturunterschiede zwischen der Stadt und dem Land während der Nacht auftreten. Die Nächte waren zwischen 4 und 6 °C wärmer. Während den meisten Nächten kühlte die Temperatur in der Stadt nicht unter 20 °C ab. Am Tag waren die Unterschiede der Lufttemperatur nicht so gross, denn auch ländliche Gebiete können sich stark erwärmen. Die Differenzen am Tag erreichten höchstens 1 °C. Lokal und direkt über Asphalt können jedoch auch die Tagestemperaturen in der Stadt höher sein
Dieses Muster der warmen Nächte zeigt sich auch, wenn alle Jahre seit 1995 betrachtet werden (Figur 2). Die Grafik zeigt die mittlere Temperaturdifferenz Stadt minus Land der Sommermonate im Tagesverlauf. Im Mittel sind die Temperaturen am Tag an der Messstation Zürich Kaserne 0.5‒1 °C höher als in Zürich Affoltern. Ab 20 Uhr abends baut sich die städtische Wärmeinsel schnell auf, weil die Stadt viel langsamer abkühlt und die Wärme speichert. Während der Nacht liegen die Temperaturen in der Stadt im Mittel zwischen 2 und 4 °C über denjenigen des Landes, währen sehr warmen Sommern etwas höher als während kühleren Sommern. In den Morgenstunden mit Sonnenaufgang gehen die Unterschiede zwischen Stadt und Land wieder zurück.
Tropennächte und Hitzetage
Die hohen Nachttemperaturen haben eine direkte Auswirkung auf die Häufigkeit der Tropennächte. Das sind Nächte, in denen die Temperatur nicht unter 20 °C fällt. Solche Nächte belasten die Gesundheit, weil die nächtliche Erholung ungenügend ist. In Zürich Kaserne wurden jedes Jahr Tropennächte gemessen, während in Zürich Affoltern bisher nur wenig Tropennächte auftraten (Figur 3). Am meisten Tropennächte, 26 bzw. 27 wurden in den Hitzesommern 2003 und 2015 registriert. Im Hitzesommer 2018 waren es 15 Tropennächte. Auch Hitzetage (Maximum der Temperatur über 30 °C) gab es in der Stadt Zürich mehr, allerdings waren da die Unterschiede nicht ganz so markant wie bei den Tropennächten. Am meisten Hitzetage wurden in Zürich Kaserne im Sommer 2003 mit 41 Hitzetagen gemessen, in Zürich Affoltern waren es im gleichen Sommer 31 Hitzetage.
Und in anderen Städten?
In einer Untersuchung der städtischen Wärmeinsel in fünf Schweizer Städten (Fachbericht MeteoSchweiz) zeigte sich, dass die städtische Wärmeinsel in allen untersuchten Städten während des ganzen Jahres vorhanden ist. Maxima werden im Sommer erreicht. Die Unterschiede sind ähnlich wie in Zürich und die Nächte sind im Mittel um über 2 °C wärmer als auf dem Land. In weniger dicht bebauten Gebieten sind sie zwischen 1 und 2 °C wärmer. Im Maximum werden an den untersuchten Stationen rund 6-7 °C höhere Nachttemperaturen verzeichnet. In den wärmsten Nächten sinkt die Temperatur in den Stadtzentren nicht unter 24-25 °C ab.
Wichtig zu wissen ist, dass die berechnete Temperaturdifferenz auch von der Lage und der Umgebung der ländlichen Vergleichsstation abhängt. Die Analyse von Stationspaaren Stadt-Land gibt einen guten Hinweis auf die Grössenordnung der städtischen Wärmeinsel, aber sie gilt streng genommen nur für die lokalen Bedingungen des Stationspaars. Mit Modellen lässt sich die städtische Wärmeinsel grossflächig berechnen, so zum Beispiel in der Klimaanalysekarte des Kanton Zürichs.
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