Stadtklima: Besonderheiten, Auswirkungen und wie es sich verbessern lässt

Das Klima in der Stadt ist oft etwas anders als das im Umland – man spricht deshalb auch vom "Stadtklima". Wir erklären dir, was hinter dem Begriff steckt.

Die klimatischen Bedingungen in einer Stadt unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von denen im Umland. Man spricht daher auch vom Stadtklima. Durch bauliche Gegebenheiten und Infrastruktur kommt es beispielsweise zu Wärmeinseln und Luftverschmutzung. Besonders Großstädte sind davon betroffen.

Das Klima der Stadt unterscheidet sich zu dem des Umlands in folgenden Aspekten:

• Lufttemperatur
• Luftfeuchtigkeit
• Windgeschwindigkeit 
• Niederschlagsraten

In den folgenden Abschnitten erklären wir dir, wie sich die besonderen Eigenschaften der Stadt auf das Klima auswirken und was das Stadtklima ausmacht.

Besondere Umstände im urbanen Raum

Stadtklima bildet sich aufgrund von baulichen und infrastrukturellen Umständen. Folgende Eigenschaften tragen so hauptsächlich zum Stadtklima bei:

• Ein großer Teil des Bodens ist durch Gebäude, Plätze und Verkehrswege versiegelt. Man spricht auch von Bodenversiegelung.
• Es gibt wesentlich weniger Pflanzen als auf dem Land.
• Gebäude stehen eng und ragen zum Teil hoch auf. Expert:innen (beispielsweise vom Deutschen Wetterdienst DWD) sprechen davon, dass die Oberfläche des Bodens hier besonders „rau“ ist.
• Fabriken und Fahrzeuge stoßen viele Schadstoffe wie Kohlenmonoxid, Stickoxide und Feinstaub aus. Diese bilden in der Luft zum Teil Aerosole oder reagieren zu anderen Substanzen weiter.
• Viele Menschen leben auf engem Raum.
• In einer Stadt gibt es viele (beheizte) Gebäude.

Durch diese besonderen Merkmale unterscheidet sich eine Stadt so sehr von ihrem Umland, dass sie das Klima direkt beeinflussen. Um die Besonderheit deutlich zu machen, spricht man vom „Stadtklima“.

Wenig Wind und Wärmeinsel: Merkmale des Stadtklimas

Ein Aspekt des Stadtklimas ist, dass in der Stadt meistens geringere Windgeschwindigkeiten herrschen als auf dem Land. Der DWD erklärt dieses Phänomen mit der vergleichsweise „rauen“ Oberfläche: Die hohen und engstehenden Gebäude bremsen den Wind aus. Allerdings bewirken sie auch, dass es beispielsweise an Straßenkreuzungen zu Verwirbelungen und Windböen kommen kann.

Die vielen Gebäude und geringeren Windgeschwindigkeiten bewirken auch, dass der Luftaustausch zwischen der Stadt und dem Umland beziehungsweise den Luftschichten über der Stadt häufig reduziert ist. Dies begünstigt, dass ein eigenes Stadtklima entstehen kann.

Der wahrscheinlich prägendste Faktor des Stadtklimas ist das Phänomen der „Wärmeinsel„. Es bezeichnet den Umstand, dass es in der Stadt häufig etwas wärmer ist als im Umland. Dem Deutschen Klimaportal zufolge ist es in einer Stadt im Jahresdurchschnitt zwei bis drei Grad Celsius wärmer als im Umland. Nachts kann der Unterschied bis zu zehn Grad Celsius betragen, so der Deutsche Wetterdienst. Das liege daran, dass Städte die Wärme tagsüber besser speichern.

Wie entsteht die Wärmeinsel?

Die Temperatur in der Stadt hängt von vielen Faktoren und komplexen klimatischen Vorgängen ab. Hier haben wir die wichtigsten Punkte für dich aufgeführt und zusammengefasst:

• Unsere wichtigste Wärmequelle ist die Sonne. Ihre Strahlung enthält sowohl sichtbares Licht als auch Wärmestrahlung.
• Die Erde nimmt einen Teil der Strahlung auf. Außerdem gibt sie selbst Wärmestrahlung ab, die wiederum teilweise von der Atmosphäre zurückgeworfen wird. Das ist der bekannte Treibhauseffekt.

Was unterscheidet nun eine Stadt vom Umland? Warum ist es dort oft wärmer? Dies sind die wichtigsten Gründe:

• In der Stadt gibt es üblicherweise wesentlich weniger Vegetation als im Umland. Das spielt eine entscheidende Rolle, da Pflanzen eine kühlende Wirkung auf die Umgebung haben. Sie nehmen aus dem Boden und der Luft Wasser auf und „atmen“ es in Form von Wasserdampf wieder aus. Für die Umwandlung des flüssigen Wassers in Wasserdampf ist allerdings Wärme nötig – deshalb kühlt sich die Umgebung ab. Man spricht von Verdunstungskälte.
• Gebäude und versiegelte Böden sind oft gute Wärmespeicher. Sie nehmen tagsüber viel Sonnenwärme auf und geben diese im Verlauf der Nacht wieder ab. Ihnen fehlt der Mechanismus der Verdunstung. Deshalb ist der Unterschied zwischen Land und Stadt vor allem nachts und im Sommer besonders stark zu beobachten.
• Zusätzliche Wärme produzieren Heizungen und Verbrennungsprozesse von Öfen, Fahrzeugen und Fabriken. Sie erwärmen das Stadtklima Heizungen ebenfalls.

Übrigens: Die Körperwärme der Menschen hat laut einer Studie aus Münster draußen keinen signifikanten Einfluss auf die Lufttemperatur.

Die hier beschriebenen Prozesse können dafür sorgen, dass die Temperatur in der Stadt gegenüber der auf dem Land ansteigt und eine Wärmeinsel entsteht. Besonders groß werden die Temperaturunterschiede im Sommer,

• wenn die Sonne stark scheint (also an wolkenlosen Tagen) und
• der Luftaustausch mit der Umgebung besonders gering ist (also an eher windstillen Tagen).

Wenn Städte sehr warm sind, findet über ihnen besonders viel Konvektion statt. Das bedeutet, dass warme Luftmassen aufsteigen. Dadurch kann es dem DWD zufolge vereinzelt zu Starkregen kommen – für die Stadt bedeutet das Überschwemmungsgefahr, da das Wasser auf einem versiegelten Boden nicht versickern kann. Davon abgesehen beeinflussen auch die Aerosole über der Stadt die Niederschläge. Je nach Aerosol kann der Effekt aber unterschiedlich sein.

Das Stadtklima als Belastung für die Gesundheit

Manchen gefällt die Vorstellung einer Wärmeinsel im Stadtklima möglicherweise. Doch der NABU warnt: Vor allem an heißen Sommertagen können die Hitze am Tag und die fehlende Abkühlung in der Nacht insbesondere für Senioren, Kinder und Kranke zu einer gesundheitlichen Belastung werden. Es kann beispielsweise zu Kreislaufproblemen bei Hitze kommen. 

Hinzu kommt die Luftverschmutzung. An heißen, windstillen Tagen ist auch sie besonders ausgeprägt:

• An windstillen Tagen ist der Luftaustausch mit dem Umland besonders gering.
• Unter dem Einfluss von Sonnenlicht entsteht durch Reaktionen von Luftschadstoffen wie Stickoxiden Ozon. Dieses ist in der Stratosphäre sehr wichtig (Stichwort Ozonloch), reizt laut Umweltbundesamt jedoch Augen und Atemwege, kann Herz-Kreislauf-Erkrankungen begünstigen und schädigt zudem viele Pflanzen und Tiere. In bodennahen Schichten ist Ozon deshalb ein Problem. Hohe Temperaturen begünstigen die Entstehung von Ozon zusätzlich. In manchen Städten ist die Ozonbelastung an heißen Sommertagen so groß, dass man von einem „Sommersmog“ spricht. Dieser enthält auch noch andere Schadstoffe, Ozon dominiert das Gemisch jedoch.

Durch die Klimakrise werden solche Tage in Zukunft wohl häufiger auftreten, da sich lokales städtisches Klima auch auf das globale Klima auswirkt.

Die akuten problematischen Auswirkungen des Stadtklimas lassen sich durch geeignete Maßnahmen jedoch abmildern.

Stadtklima verbessern: Diese Möglichkeiten gibt es

Stadtklima kann man kurz- und langfristig verbessern. Schließlich handelt es sich dabei um ein menschengemachtes Phänomen des anthropogenen Klimawandels, was bedeutet, dass wir es nicht nur verursachen, sondern auch umwandeln können. 

Mögliche Lösungsansätze zur Mitigation (also der Minderung des Klimawandels) im Stadtklima sind:  

• Mehr Pflanzen kühlen die Luft nicht nur, sondern filtern zum Teil auch Schadstoffe heraus. Das Umweltbundesamt rät daher zur Begrünung des urbanen Raums, beispielsweise mit einem Tiny Forest, Fassadenbegrünung oder Dachbegrünung.
• Besser gedämmte Gebäude geben weniger Wärme an die Umgebung ab und müssen im Winter weniger stark geheizt werden. Dieser Aspekt hilft also gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken. 
• Laut Modellrechnungen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben stark reflektierende Oberflächen wie helle Dach- und Fassadenflächen den größten kühlenden Effekt, so die Wissensplattform Erde und Umwelt (ESKP) der Helmholtz-Forschungsgemeinschaft. Diese Methode könnte allerdings durch die höhere Intensität der kurzwelligen Strahlung mit teilweise erhöhten bodennahen Ozonwerten einhergehen und muss deshalb noch weiter erforscht werden.
• Breitere Schneisen zwischen den Häuserreihen sorgen dafür, dass der Luftaustausch zwischen Stadt und Umland besser funktioniert. Sicherlich ist dieser Punkt jedoch städteplanerisch am schwersten umzusetzen. Er könnte allerdings bei Neubaugebieten zum Einsatz kommen.

Allerdings ist Vorsicht angebracht: Laut ESKP sorgt eine kühlere Stadt dafür, dass sich der Luftaustausch mit der Umgebung sogar noch verringert. Schadstoffe reichern sich bodennah deshalb noch stärker an (abgesehen vom Ozon, das eher bei hohen Temperaturen entsteht).

Was zeigt das? Nicht nur die Temperatur in den Städten muss sinken, sondern auch die Schadstoffkonzentrationen. Das wird hauptsächlich erreicht, indem wir auf erneuerbare Energien statt fossile Brennstoffe setzten.

Das kannst du selbst tun

Du kannst mithelfen, das Klima deiner Stadt zu verbessern:

• Nutze möglichst selten Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Fahre stattdessen nach Möglichkeit Fahrrad oder gehe zu Fuß. Wenn der Weg zu lang ist, dann nutze den öffentlichen Nahverkehr anstelle eines privaten Autos.
• Wenn du einen Garten oder Balkon hast, kannst du diesen bepflanzen und von den wohltuenden Effekten des Grüns profitieren. Mehr dazu hier: Balkongarten anlegen: Einfache Schritt-für-Schritt-Anleitung. 
• Um Pflanzen in der Stadt zu pflegen, kannst du im Sommer Stadtbäume gießen.
• Lasse dein Haus oder deine (Miet-)Wohnung dämmen, damit weniger Abwärme in die Umgebungsluft gelangt. 
• Trage dazu bei, dass es mehr natürlichen Boden und weniger Versiegelung gibt: Entsiegelung: Das kannst du selbst tun.

Im Sinne einer nachhaltigen Stadtentwicklung gibt es außerdem neue Konzepte, wie beispielsweise die Schwammstadt. So hoffen Gemeinden, auch urbane Räume gegen die Klimakrise zu wappnen.

Übrigens: Städtische Wärmeinseln lassen sich in manchen Fällen sogar als Energiequelle nutzen. Eine Studie im Rahmen des Wissenschaftsjahrs 2015 setzte sich damit auseinander: Sie untersuchte das Potenzial von erwärmtem Grundwasser unter Städten für Geothermie-Anlagen.

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Überarbeitet von Lina Brammertz

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