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Die städtische Wärmeinsel
Die städtische Wärmeinsel ist ein typisches Merkmal des Stadtklimas. Sie beschreibt den Unterschied der Lufttemperatur zwischen der wärmeren Stadt und ihrem kühleren Umland. Besonders stark ausgeprägt ist der Effekt bei wolkenfreien, windschwachen Wetterlagen mit intensiver Sonneneinstrahlung, also vor allem während Hitzeperioden. Die Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland kann in der Schweiz bis zu 6 Grad betragen (Gehrig et al., 2018).
Die erhöhte Lufttemperatur in Städten ist das Ergebnis dichter Bebauung, wenig Vegetation und Wasserflächen, Emissionen, geringer Durchlüftung sowie Abwärme. Städte wärmen sich am Tag stärker auf und kühlen in der Nacht langsamer ab als das Umland. Der Temperaturunterschied zwischen Stadt und ländlicher Umgebung ist daher in der Nacht besonders ausgeprägt. Am Tag hingegen sind die Unterschiede meist geringer und die Lufttemperatur in den Städten ist oft nur leicht erhöht.
Die Auswirkungen der städtischen Wärmeinsel sind vielfältig. Vor allem die hohen nächtlichen Temperaturen in den Städten erhöhen die Gefahr von Hitzestress deutlich. Ältere Menschen, Menschen mit Vorerkrankungen und Kleinkinder können sich nicht ausreichend an die intensivere Hitzebelastung anpassen und sich nachts kaum noch von der Tageshitze erholen. Die Hitzebelastung in den Städten wird aufgrund des Klimawandels in Zukunft weiter zunehmen. Informationen über die zukünftigen klimatischen Bedingungen in Städten sind daher nötig, um Massnahmen zur Anpassung und Minderung des städtischen Wärmeinsel-Effektes zu entwickeln und die Stadtbevölkerung vor der Hitze zu schützen.
Neue Hitzeindikatoren für fünf Schweizer Städte
Die aktuellen CH2018-Klimaszenarien sind bisher für zahlreiche Umlandstationen, also Stationen ausserhalb der Stadt, verfügbar. Sie zeigen, dass in Zukunft mit einem weiteren Anstieg der Temperaturen zu rechnen ist. Die zunehmende Lufttemperatur führt dazu, dass bestimmte Grenzwerte für Hitze vermehrt überschritten werden. Erreicht der Tageshöchstwert 25 °C oder mehr, spricht man von einem Sommertag. An Hitzetagen steigt die Temperatur sogar auf 30 °C und höher. Eine Tropennacht ist erreicht, wenn die Tagesminimumtemperatur über 20 °C liegt. Kenngrössen wie die Anzahl Sommertage, Hitzetage oder Tropennächte pro Jahr werden auch als Hitzeindikatoren bezeichnet. Der Klimawandel sorgt für einen Anstieg all dieser Indikatoren, was sich in längeren und intensiveren Hitzeperioden äussert.
Mithilfe eines statistischen Verfahrens wurden nun auf Basis von Beobachtungsdaten und den CH2018-Klimaszenarien Hitzeindikatoren für ausgewählte Innenstädte berechnet. Für die Innenstädte Basel, Bern, Genf, Lausanne und Zürich sind nun über den CH2018-Webatlas unter «Indikatoren an Stationen» die Indikatoren Tropennächte, Sommertage und Hitzetage abrufbar. Dabei kann zwischen drei verschiedenen Emissionsszenarien ausgewählt werden: einem Szenario mit konsequentem Klimaschutz (RCP2.6), mit begrenztem Klimaschutz (RCP4.5) oder ohne Klimaschutz (RCP8.5). Für die Stadtstationen wählen Sie jeweils die Station zuunterst in der Liste mit der Ergänzung «INNENSTADT» aus.
Tropennächte in der Stadt und im Umland
Vergleicht man die nächtlichen Temperaturen in der Stadt mit einer nahegelegenen Umlandstation wird der städtische Wärmeinseleffekt besonders deutlich. Die Anzahl der Tropennächte ist deshalb in Schweizer Innenstädten deutlich höher als im Umland, dies sowohl heute als auch in Zukunft. So werden in einem Szenario ohne Klimaschutz Ende des 21. Jahrhunderts für das Stadtumland von Zürich (Fluntern) ca. 20 Tropennächte pro Jahr erwartet, während in der Innenstadt (Kaserne) mehr als doppelt so viele Tropennächte erwartet werden.
Auch tagsüber liegen die Temperaturen in der Stadt meist höher als im Umland. Hier ist der Unterschied allerdings nicht so ausgeprägt wie in der Nacht. Ein Blick auf die Stadt Bern und das Umland macht diesen Effekt deutlich.
Wie kann der städtische Wärmeinsel-Effekt abgemildert werden?
Verschiedene stadtplanerische und architektonische Massnahmen können helfen, den städtischen Wärmeinsel-Effekt zu reduzieren. Ausreichend Grün- und Wasserflächen sowie Frischluftkorridore, begrünte Dächer und Wände, helle Dachflächen mit hoher Reflexionskraft, Vermeidung der klassischen Betonbauweise und Förderung von kühlen Baumaterialien wie Holz sind nur einige der Massnahmen, welche die Hitze in der Stadt reduzieren können. Die Gebäudearchitektur und -technik sowie der Energiebedarf von Gebäuden können heute optimal für ein zukünftig wärmeres Klima geplant werden. Dazu steht eine schweizweite Grundlage in Form von Klimadatensätzen für die Zukunft für die Anwendung in Gebäudesimulationen zur Verfügung. Diese Klimadatensätze wurden im Rahmen des Projektes "Klimaangepasstes Bauen - Grundlagen für die Zukunft" von MeteoSchweiz in Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Ingenieur und Architektenverein (SIA) und weiteren Partnern erstellt. Die Datensätze sind über https://map.geo.admin.ch (Link zum Download) frei erhältlich.