Herausforderung Stadtklima

Herausforderung Stadtklima
fakten und impulse aus der
wissenschaft
The Challenge Of Urban Climate
facts we need to know
www.klimacampus.de
Stadtklima = globales Klima + städtische Klima­faktoren
Urban Climate = Global Climate + Urban Factors
Quelle / Source: KlimaCampus 2009
Siedlungsdichte, Vegetation, Industrie und Verkehr beeinflussen das
Stadtklima.
Urban density, vegetation, industry and traffic influence the urban
climate.
Städte verfügen über ein eigenes Mikro­klima, in dem
globale Klima­merkmale mit städtischen Faktoren wie
Bebauung, Grün­anlagen oder Luftverschmutzung
zusammenwirken.
Cities develop a micro-climate, created by elements of
the urban environment: built up areas, green space,
and air pollution.
Entscheidend für das Stadtklima sind die geografische
und topografische Lage sowie die Klima­änderungen
in jüngerer Zeit. Aber auch städtische Faktoren spielen
eine wichtige Rolle: Sie können die Folgen des globalen Klimawandels lokal verstärken, aber auch verringern.
Wie wirken städtische Klimafaktoren?
Bebaute Flächen speichern Sonnenwärme und
verzögern die Abkühlung in der Nacht. Zudem verdrängen sie Grünflächen, die durch Verduns­tung
zu einer natürlichen Kühlung beitragen.
Industrie erzeugt Abwärme und heizt Stadtgebiete
zusätzlich auf.
Verkehr produziert Feinstaub-Partikel, so genannte
PMx, die die Luft belasten, die Einstrahlung der
Sonne vermindern und den Niederschlag beeinflussen.
The most significant influences on the urban climate
are the geographical location and topography, and,
more recently, ever increasing temperatures of climate
change. However, urban fac­tors also play an important role – with the potential to increase, or reduce,
the effects of global climate change.
How do Urban Factors work?
Built up areas absorb heat from the sun, and cool
down more slowly at night. These areas also limit
the number of trees, whose trans­piration has a
natural cooling effect.
Industry produces waste heat, heating areas of the
city even further.
Traffic produces fine dust particles, known as PMx
which pollute the air, reduce the sun’s radiation
and affect rainfall patterns.
Stadtklima unter der Lupe
Urban Climate under the Microscope
Quelle / Source: KlimaCampus 2009
Modelle mit sehr kleinen Skalen machen es möglich, Klimaprognosen
für Städte und sogar Stadtteile zu berechnen.
Providing climate prognoses for cities and even suburbs requires
models based on a very small scale.
Moderne Klimaforschung basiert auf komplexen
Rechen­modellen, die die Welt in dreidimensionale
Analyse-Boxen rastern. Bisher konzentrierte sich die
Forschung auf globale und regionale Berechnungen.
Modern climate research is based on complex
research models which divide the world into three
dimensional grids. So far, most of the research has
focused on the global and regional picture.
Kleinskalige Klimamodelle
Um Wechselwirkungen mit städtischen Klimafaktoren
zu untersuchen, sind jedoch feinere Raster notwendig, so genannte urbane Klimamodelle. Wissenschaftler des Hamburger KlimaCampus entwickeln derzeit
solche Modelle mit einer Auflösung von 250 × 250 Metern. Damit soll das Stadtklima stadtteilgenau untersucht werden.
Small Scale Climate Models
To study the interactions with urban factors, much
finer grids must be used – known as the urban smallscale climate model. Researchers from the KlimaCampus of the University of Hamburg have developed just
such a model, using a resolution of 250 × 250 meters,
to enable them to look at the urban climate suburb by
suburb.
Wärme-Stress in Städten
Heat Stress in Cities
a)
b)
Abbildung a) Beispiel Berlin: Heiße Tage und tropische Nächte von
1950 bis 2009
Abbildung b) Oberflächen heizen sich unterschiedlich schnell und
stark auf. Zudem speichern sie die Wärme unterschiedlich lange.
Figure a) Hot days and tropical nights in Berlin from 1950 to 2009
Figure b) Surfaces absorb heat at different rates and intensities and
retain this heat for different lengths of time.
Der Klimawandel kann in Städten einen erhöhten
Wärme-Stress verursachen. Das würde bedeuten:
mehr heiße Tage, an denen die Temperatur 30 ° C
überschreitet
mehr tropische Nächte, in denen die Temperatur
nicht unter 20 ° C sinkt
Climate change can lead to increased heat stress in
cities, resulting in:
More hot days with a temperature exceeding 30°
More tropical nights with a temperature not
dropping below 20°C
Hamburg ist nicht Osaka
Je nach Lage sind Städte unterschiedlich stark betroffen. So wirkt in Hamburg die Nähe zu Nordsee und
Elbe mäßigend. Auch Hamburgs Partnerstadt Osaka
liegt am Fluss. Jedoch ist die Jahresmitteltemperatur
dort, fast 20 Breitengrade südlicher, rund sechs Grad
höher. Zudem ist in Osaka die Bevölkerungsdichte
höher und es gibt weniger Straßenbäume und Grünflächen.
Die Unterschiede in Bebauung und Vegetation spielen
für das Stadtklima ebenfalls eine wichtige Rolle: Je
dichter eine Stadt bebaut und dadurch versiegelt ist,
desto mehr Wärme speichert sie und desto weniger
kühlt sie nachts ab.
Hamburg is not Osaka
Every city is affected differently, depending on its
location. Hamburg’s proximity to the North Sea and
the Elbe River has a mitigating effect on urban climate. Osaka, Hamburg’s sister city, is also on a river.
However, at almost 20 degrees further south, and with
a higher population and fewer trees and green space,
its annual average temperature is about six degrees
higher.
These differences in built up areas and vegetation play
an important role in urban climate – the higher the
building density, the more heat is absorbed and the
less it cools down at night.
Wärme-Stress und Wohlbefinden
Heat Stress and Well-being
Quelle: In Anlehnung an Koppe /
­J endritzky / Pfaff 2003
Source: based on Koppe / Jendritzky / Pfaff 2003
Umgebungstemperatur und Wohlbefinden
Ambient Temperature and Comfort Levels
Erreichen Temperatur und Feuchte Werte, die außer­
halb der engen Komfortzone liegen, empfinden
Menschen dies als unangenehm und können sich nur
noch mit Mühe anpassen. Etwa, indem sie sehr viel
trinken und schwitzen oder ihre Bewegung einschränken. Urbaner Wärme-Stress kann die Lebensqualität
in Städten deshalb deutlich herab­setzen und für alte
und kranke Menschen sogar ­lebensbedrohlich werden.
Hinzu kommt, dass auch Stadtbäume unter der Hitzebelastung leiden können und nur noch eingeschränkt
zur natürlichen Kühlung beitragen.
Outside of a certain comfort zone, people begin to
feel uncomfortable and find the temperature and
humidity difficult to deal with. To adapt, they need
to increase fluid intake and perspiration rate or to
reduce movement.
All dies führt dazu, dass mehr Energie für Klima­
anlagen aufgebracht werden muss und sich der
Klimawandel weiter beschleunigen kann. Durch ein
intelligentes Bebauungs- und Grünflächenmanagement können Städte dem Wärme-Stress vorbeugen
und Prozesse natürlicher Kühlung unterstützen.
This all leads to higher energy consumption to run
air-conditioners and similar appliances, which in turn
may increase global warming. Intelligent build­ing
development planning, with the integration of green
spaces, can reduce heat stress for the city as a whole
and contribute to natural cooling processes.
Urban heat stress can lead to a serious reduction in
the quality of life for everyone, and it can even be life
threatening for elderly people or those suffering from
illness. The trees of a city also suffer in the heat and
reduce their contribution to the cooling process.
Wärmewirkung von Gebäuden
Warming Effects of Buildings
a)
b)
Würde die Hamburger Alster (im Bild schwarz umrissen) durch
Bebauung versiegelt, könnte die zusätzliche Wärme in die
umliegenden Stadtteile hineinreichen:
Abbildung a) zeigt den Effekt bei nördlicher Anströmung,
Abbildung b) bei west­l icher Anströmung. Jeweils um 12.00 Uhr an
einem Junitag, berechnet mit dem Hamburger Modell METRAS.
If Hamburg’s Alster Lake (outlined in black) were to be filled and
built upon, the additional heat absorbed could extend into the city:
Figure a) shows the effect of A northerly inflow,
Figure b) of a westerly inflow. Both figures are calculated for 12pm
on a day in June, calculated using the Hamburg METRAS model.
Stadtklima-Forschung am KlimaCampus
Hamburger Wissenschaftler untersuchen die Wechselwirkung von globalem Klimawandel und städtischen
Faktoren mit Hilfe von hochauflösenden Modellen und
experimentellen Analysen. Sie liefern Detail­wissen
über regio­nale und lokale Klimazusammenhänge und
geben so wichtige Impulse für ein klimaoptimiertes
Städtemanagement.
Urban Climate Research at the KlimaCampus
Scientists in Hamburg have been researching the
inter­actions of global climate change and urban factors using high-resolu­tion models and experi­mental
data. They provide detailed information on the relationship between the regional and local climate, providing important informa­tion for climate optimized city
management.
Analysen am Hamburger Modell
Anhand eines numerischen Modells für Hamburg können Forscher vom KlimaCampus erstmals die Klimawirkung von Bebauung, Vegetation und Wasserflächen
stadtteilgenau prognostizieren. So lässt sich etwa
zeigen, wie weit die kühlende Wirkung einer großen
Wasser- oder Grünfläche unter bestimmten Rahmenbedingungen reicht.
Small Scale Model Analysis of the Hamburg
Climate
Researchers from the KlimaCampus can examine the
effects of built up areas, vegetation and water bodies
on the climate, using a newly developed city climate
model for Hamburg. This shows, for example, how
much of a cooling effect water bodies or city woodlands have under particular circumstances.
Nahfeldanalysen im Windkanal
Wind Tunnel Near-field Analysis
Quelle / Source: KlimaCampus 2009
Hohe Gebäude können die Be- und Entlüftung von Städten verbessern. Glatte Fassaden können dabei jedoch den Windkomfort auf
Fußgängerniveau beeinträchtigen.
High buildings can improve the ventilation of a city. Flat façades,
however, can reduce wind comfort at pedestrian level.
Um Windlasten an Gebäuden und auf Fußgänger­
niveau zu untersuchen, arbeiten die Forscher am
KlimaCampus mit hochmodernen Grenzschicht-Windkanälen. Experimente mit Laserlichtschnitten und
Rauchpartikeln zeigen, dass sich Gebäude gezielt zur
Be- und Entlüftung von Städten nutzen lassen.
KlimaCampus researchers work with special boundary layer wind tunnels to measure the wind loads on
buildings and at street level. Visualization tests using
a sheet of laser light and smoke particles show that
the buildings can be used as a means of city ventilation.
Die Windlenkung muss jedoch sehr genau justiert
werden, um Böen zu vermeiden, die zu Schäden führen oder das Wohlbefinden des Menschen einschränken (Windkomfort).
The (re)direction of wind must be considered carefully to prevent strong gusts that may cause damage
to property or reduce the quality of life of the city’s
inhabitants (wind comfort).