Städtische Wärmeinsel

27. Juni 2019, 24 Kommentare

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.

Quelle: www.unsplash.com
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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.

Vergrösserte Ansicht: Figur 2. Temperaturdifferenz Stadt (Zürich Kaserne) minus Land (Zürich Affoltern) im Tagesgang. Die Grafik beginnt um 12 Uhr mittags und geht bis 11 Uhr mittags am Folgetag. Gezeigt werden die Differenzen in den Sommermonaten Juni, Juli, August für die einzelnen Jahre. Jahre mit warmen Sommern sind rot und Jahre mit kühlen Sommern sind blau dargestellt.
Figur 2. Temperaturdifferenz Stadt (Zürich Kaserne) minus Land (Zürich Affoltern) im Tagesgang. Die Grafik beginnt um 12 Uhr mittags und geht bis 11 Uhr mittags am Folgetag. Gezeigt werden die Differenzen in den Sommermonaten Juni, Juli, August für die einzelnen Jahre. Jahre mit warmen Sommern sind rot und Jahre mit kühlen Sommern sind blau dargestellt.

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.

Vergrösserte Ansicht: Figur 3. Anzahl Tropennächte (Miniumumtemperatur ≥ 20 °C) und Hitzetage (Maximumtemperatur ≥ 30 °C) in der Stadt (Zürich Kaserne) und auf dem Land (Zürich Affoltern).
Figur 3. Anzahl Tropennächte (Miniumumtemperatur ≥ 20 °C) und Hitzetage (Maximumtemperatur ≥ 30 °C) in der Stadt (Zürich Kaserne) und auf dem Land (Zürich Affoltern).

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.

Links

MeteoSchweiz Fachbericht (2018) „Städtische Wärmeinsel in der Schweiz – Klimatologische Studie mit Messdaten aus fünf Städten

BAFU (2018), Hitze in Städten: Grundlagen für eine klimagerechte Stadtentwicklung

Klimaanalysekarten Kanton Zürich

NCCS-Themenschwerpunkt Klimawandel und Gesundheit

Kommentare (24)

  1. Gunter, 02.08.2019, 16:15

    Interessanter Artikel.
    Ich habe mich schon oft gefragt welche Auswirkungen auf die Temperaturen Klimaanlagen in der Innenstadt haben?

  2. Helen, 11.07.2019, 10:11

    Hallo - mir fällt auf, dass die Stadt Zürich auf dem Niederschlagsradar oft vom Regen umgangen wird. D.h. die Regenwolken treiben auf die Stadt zu, teilen sich dann, um links und rechts an der Stadt vorbei zu ziehen. Der von Mensch, Tier, Pflanzen langersehnte Regen fällt anderswo... Kann das einen Zusammenhang mit der Wärmeinsel haben ? Danke für die Antwort !
    Helen Zürich Fluntern

  3. Urs Zürcher, 07.07.2019, 10:36

    und wieder viel gelernt... herzlichen dank!

  4. Sabine, 04.07.2019, 16:45

    Sehr gute Erklärungen. Dankeschön.

  5. Kelvin, 01.07.2019, 16:38

    Es war den gut Informierten schon lange klar, dass es in der Stadt waermer ist als auf dem Land. Allerdings bin ich ueber das Ausmass schon etwas erstaunt.
    Was tun? Die Staedte der Zukunft muessen anders aussehen. Statt der geplanten Verdichtung muessen mehr naturnahe Zonen geschaffen werden, mehr Gruen ist das Gebot der Stunde. Also statt staedtischer Waermeinseln staedtische Naturinseln.

    1. Alex, 02.07.2019, 17:55

      Genau! Ganz einfach.
      Ein Detail: Über den Stil von Hundertwasser lässt sich streiten, aber seine Ideen einer naturnahen Architektur sind aktueller den je...

  6. Lugauer Matthias, 30.06.2019, 21:45

    Es sieht vielleicht nach Haarspalterei aus, aber müsste es statt
    "Während den meisten Nächten kühlte die Temperatur in der Stadt nicht unter 20 °C ab."
    nicht eher heißen
    " ... kühlte die Luft in der Stadt nicht unter 20°C ab."
    Klar die Temperatur ändert sich, aber das sie sich abkühlt, klingt in meinen Ohren etwas komisch.
    Verzeihen Sie, falls Sie das etwas kleinlich finden. Ich lese Ihren Blog trotzdem gern.

    1. Leudolph, 02.07.2019, 08:26

      Das mit der Luft ist exakt

  7. r. pistorio, 30.06.2019, 17:44

    Ich lebe in Zürich, Ecke Zurlinden-Eschwiesenstrasse. Die Temperaturen sind bis 8 Grad höher, als das, was für Zürich angegeben wird.

    Es fehlt eine Messstation in den Niederungen der Stadt, im Industriequartier.

    Uetliberg und Fluntern sind m. E. nicht repräsentativ.

  8. D. Keller, 30.06.2019, 14:36

    Neu für mich: MeteoSchweiz betreibt keine Messstellen in Städten. Die meisten medialen Wetterprognosen oder -berichte beziehen sich aber häufig auf die grossen Städte (Zürich, Bern, Basel, Genf usw.). Sind diese Stadttemperaturen dann nur berechnet oder beruhen diese auf anderen realen Messstationen?
    Auch wenn die Wärmeinseln lokal sind, haben sie aber sicher auch einen Temperatureinfluss auf die Umgebung? Oder muss man sich das vorstellen wie eine scharf trennende Käseglocke?
    Wird die Jahresmitteltemperatur Schweiz auch ohne Stadtmesswerte berechnet?
    Wieviel Einfluss haben die weltweiten wachsenden Megacitys auf die globale Jahresmitteltemperatur? Ist das Vernachlässigbar oder ein beachtlicher Einflussfaktor? Gibts es Untersuchungen darüber?

    1. Rocky, 02.07.2019, 01:14

      Meteoschweiz betreibt Messstellen in den Staedten (Zuerich-Fluntern, Basel-Binningen, Genf-Cointrin, Neuenburg, Luzern etc.) Jedoch liegen diese nicht in den Zentren, wegen des UHI (Urban Heat Index, urbane Waermeinsel). Wenn man in den Zentren messen wuerde, koennte man das Vergleichen mit Temperaturen im 19. und 20. Jahrhundert vergessen. Die Messstellen lagen damals meist auf dem Land. Die Schweiz sieht heute voellig anders aus als vor 100 oder 150 Jahren (Verstaedterung).
      In anderen Laendern ist dieses Phaenomen natuerlich auch vorhanden.

    2. MeteoSchweiz, 10.07.2019, 07:25

      Um die von Ihnen erwähnten innerstädtischen Entwicklungen zu beobachten, verwendet MeteoSchweiz wie im Fachbericht zur Städtischen Wärmeinsel bei Bedarf Daten von Partnerstationen. Partnernetze sind Lufthygienemessnetze von Städten und Kantonen, Messstationen von Universitäten und das Nationale Beobachtungsnetz für Luftfremdstoffe (NABEL) des Bundesamts für Umwelt.

  9. E.Minder, 28.06.2019, 08:56

    Danke für diesen informativen Beitrag. Obwohl nicht für die derzeitigen Hitzewelle relevant würde mich interessieren, ob die höheren städtischen Nachttemperaturen auch für den Winter gelten. Ich frage deshalb, weil in städtischer Umgebung gelegentlich Pflanzenarten überleben, die eigentlich in wärmeren Klimazonen zuhause sind.

    1. MeteoSchweiz, 28.06.2019, 09:34

      Die städtische Wärmeinsel ist auch im Winter vorhanden. Resultate aus dem zitierten Fachbericht zeigen, dass während Winternächten die Temperaturen rund 1-2 °C über denen des Umlands liegen. Am Tag sind sie an vielen Stationen um 0.5 °C höher. Im Winter spielt auch die Wärmefreisetzung durch Heizungen eine Rolle.

      Freundliche Grüsse, MeteoSchweiz

  10. Patrick, 28.06.2019, 06:35

    Danke für diesen interessanten Bericht.

  11. Roman, 27.06.2019, 22:49

    Tropennächte schaden der Gesundheit? Sind den die Menschen in den Tropen alle krank?

    1. Sabin, 29.06.2019, 07:52

      Menschen in den Tropen sind Tropennächte von Geburt an gewöhnt; so wie Menschen in nordischen Ländern im Winter weniger depressiv werden, als Zugezogene, die mit der langen Dunkelheit schlechter umgehen können. So wie es aussieht, werden wir uns an Tropennächte aber anpassen lernen müssen und wenn wir das mit Hilfe von AC tun, wird sich die Lage noch schneller verschärfen.

    2. Matteo, 01.07.2019, 11:37

      Das Thema Hitze und Gesundheit interessiert mich ebenfalls sehr und ich habe seit einiger Zeit dazu verschiedene Informationen verfolgt. Während kurzfristige Hitzeschocks (übrigens genau so wie kurzfristige Kälteschocks) wie z.B. in der Sauna, bei gesunden Menschen sehr positive Auswirkungen haben (inzwischen vielfach wissenschaftlich nachgewiesen) gibt es einen in der Allgemeinheit doch eher wenig bekannten, jedoch ebenfalls wissenschaftlich nachgewiesenen negativen Zusammenhang bei kontinuierlich hohen Temperaturen. So ist klar, dass die Lebenserwartung von Säugetieren, inkl. dem Menschen, bei kontinuierlich höheren Umgebungstemperaturen in der Regel kürzer ist, als in kühleren Regionen. Mit Tropennächten sind in diesem Zusammenhang jedoch wohl letztendlich relativ kurzfristige Belastungen in unseren Breitengraden gemeint. Diese können für schwächere (kranke), insbesondere ältere und auch sehr junge Menschen belastend oder gar gefährlich sein.

  12. Charles Aufranc, 27.06.2019, 21:43

    Dass ist doch genau wo der Klimaerwärmung anfängt. Alles wurde zubetoniert, der Regen fliesst in die Kanalisationen anstatt in den Boden wo er wieder verdampft, Cu bildet, die den Sonnenschein dämpfen oder auch wieder als Cb ausleeren.
    Sehr interessanter blog, merci.

  13. Philipp Mischler, 27.06.2019, 21:21

    Falls dieser lehrreiche Beitrag eine Folge einer kürzlichen Blog-Kommentar-Debatte über die Temperaturen in Innenstädten ist, dann ist es die bestmögliche Folge. Man dankt (und schwitzt unweit vom blau- grünlichen Hochhaus auf dem Titelfoto des Blog-Eintrags)!

    1. MeteoSchweiz, 28.06.2019, 08:02

      Grüezi Herr Mischler

      Genau, der Blog wurde aufgrund wiederholter Debatten in der Kommentarspalte und natürlich auch wegen der aktuellen Hitzewelle verfasst.

      Freundliche Grüsse, MeteoSchweiz

  14. Patrick Werner, 27.06.2019, 17:50

    Hi Team.
    Ich komm wieder mit meinem Anliegen. Und zwar Temp-Messer exponiert an der Sonne und Chillfaktor in die Temp einrechnen.
    Es geht mir darum das zb. der Juni 20 Grad durchschnitt hat und der Juli zb. auch. Aber im Juni immer die Sonne scheint und im Juli nicht. In der Temp Grafik bei euch sieht der Juni genau gleich aus wie der Juli. Aber der Mensch der nicht immer im windstillen Schatten steht hat den Juni als einiges Wärmer in Errinnerung.
    Es würde reichen wenn zb in Bern/Zollikofen ein solcher Tempmesser steht der mit dem Windmesser zusammem eben diese 'wie fühlt der Mensch' Grafik zeigt.
    Klar kann man das aussrechnen aber ich hätte die Daten gerne Real. Ich fände so eine Grafik Superspannend.
    Merci und liebe Grüsse Patrick Werner, Krauchthal

  15. Peter, 27.06.2019, 16:41

    Coole Berichte

  16. Gian, 27.06.2019, 16:40

    Ja finde ich auch.