Die Sonne ist längst untergegangen, doch zwischen den Häusern bleibt die Luft warm. Am Stadtrand oder auf einer Wiese außerhalb des bebauten Gebiets kann es zur selben Zeit deutlich kühler sein. Dieser Unterschied gehört zu den typischen Merkmalen des Stadtklimas.
Fachleute sprechen von einer städtischen Wärmeinsel. Gemeint ist der Temperaturunterschied zwischen einem wärmeren Stadtgebiet und seinem kühleren Umland. Besonders ausgeprägt kann er nach sonnigen Tagen in klaren, windschwachen Nächten sein.
Dahinter steckt ein Zusammenspiel aus gespeicherter Wärme, fehlender Verdunstung und eingeschränktem Luftaustausch. Auch die Form der Bebauung und zusätzliche Wärmequellen spielen eine Rolle. Deshalb reicht es nicht, nur einen einzelnen besonders heißen Platz zu betrachten.
Die Wärme des Tages bleibt in der Stadt
Straßen, Dächer und Gebäudefassaden nehmen während des Tages Energie aus der Sonnenstrahlung auf. Ein Teil wird in den Materialien gespeichert und später wieder abgegeben.
Nach Sonnenuntergang fällt die direkte Sonneneinstrahlung weg. Die gespeicherte Energie verschwindet jedoch nicht sofort. Aufgeheizte Oberflächen geben weiterhin Wärme an ihre Umgebung ab und verzögern dadurch die Abkühlung.
Wie stark dieser Effekt ausfällt, hängt von mehreren Eigenschaften ab. Dazu gehören das Material, seine Farbe, die Beschattung und die Größe der bestrahlten Oberfläche. Auch die Menge der bebauten Substanz ist relevant.
Die Stadtklimaanalyse von Linz berücksichtigt deshalb unter anderem das Gebäudevolumen. Es hilft dabei, die mögliche Wärmespeicherung räumlich einzuordnen.
Ein dicht bebauter Straßenzug und eine locker bebaute Siedlung mit vielen Grünflächen können sich somit unterschiedlich verhalten, obwohl beide innerhalb derselben Stadt liegen.
Enge Straßenräume verändern die Abkühlung
Zwischen Gebäuden ist häufig nur ein begrenzter Teil des Himmels sichtbar. Diese Geometrie beeinflusst den Austausch von Wärmestrahlung.
In offenen Bereichen können Oberflächen unter geeigneten Wetterbedingungen nachts wirksam Wärme abstrahlen. In engen Straßen und Innenhöfen begrenzen umliegende Gebäude diesen Austausch mit dem freien Himmel. Auch deshalb kann die nächtliche Abkühlung dort langsamer verlaufen.
Gleichzeitig verändert die Bebauung den Wind. Gebäude können Strömungen umlenken oder abschwächen. Dadurch wird Wärme unter Umständen weniger gut abtransportiert und kühlere Luft gelangt schlechter in bestimmte Bereiche.
Das bedeutet nicht, dass jede schmale Straße tagsüber besonders heiß sein muss. Gebäude können auch Schatten spenden. Die Bedingungen am Nachmittag und in der Nacht müssen deshalb getrennt betrachtet werden.
Eine Gestaltung, die zu einer bestimmten Tageszeit angenehm wirkt, kann zu einer anderen Zeit andere Auswirkungen haben.
Versiegelte Flächen verändern den Wasserhaushalt
Auf natürlichen oder begrünten Flächen kann Wasser im Boden und in der Vegetation gespeichert werden. Verdunstet dieses Wasser, wird dafür Energie benötigt. Dieser Vorgang kann die Erwärmung der Umgebung begrenzen.
Versiegelte Flächen bieten dafür weniger Möglichkeiten. Niederschlag wird häufig rasch abgeleitet, statt im Boden gespeichert zu werden. Zugleich fehlen dort Pflanzen, die Wasser aufnehmen und über ihre Blätter abgeben.
Die Folge ist eine veränderte Verteilung der verfügbaren Energie: Wo weniger Wasser verdunstet, steht dieser kühlende Prozess nur eingeschränkt zur Verfügung.
Für die nächtliche Wärmeinsel ist das auch deshalb relevant, weil sich bereits während des Tages mehr Wärme aufbauen kann. Was tagsüber weniger stark aufgeheizt wird, muss später auch weniger gespeicherte Energie abgeben.
Die Kühlung durch Verdunstung ist allerdings an verfügbares Wasser gebunden. Eine begrünte Fläche erfüllt ihre Funktion nicht unabhängig von Bodenbedingungen und Wasserversorgung.
Nicht jede Hitzeinsel beschreibt dasselbe
Ein unbeschatteter Platz kann tagsüber sehr heiß sein. Die städtische Wärmeinsel bezeichnet dagegen einen Temperaturunterschied zwischen Stadt und Umland, der sich besonders nachts zeigt.
Hinzu kommt eine weitere Unterscheidung: Oberflächentemperatur und Lufttemperatur sind verschiedene Messgrößen.
Eine Wärmebildaufnahme kann zeigen, wie warm ein Dach oder eine Asphaltfläche ist. Daraus lässt sich die Lufttemperatur in einem Schlafzimmer oder auf einem Gehweg nicht unmittelbar ablesen.
Wer Temperaturangaben vergleicht, sollte deshalb prüfen, was gemessen wurde, zu welchem Zeitpunkt und an welchem Ort. Eine besonders hohe Oberflächentemperatur darf nicht als entsprechende Lufttemperatur dargestellt werden.
Ebenso beschreibt eine Messstation nicht automatisch die Verhältnisse in jedem Innenhof und jeder Wohnung einer Stadt.
Warum klare, windschwache Nächte besonders relevant sind
Die Stärke der Wärmeinsel hängt auch vom Wetter ab. Klare und windschwache Bedingungen können große Temperaturunterschiede zwischen bebauten und offenen Flächen begünstigen.
Im Umland können geeignete Oberflächen dann rascher auskühlen. In dicht bebauten Bereichen wird gleichzeitig weiterhin gespeicherte Wärme freigesetzt. Wenig Wind begrenzt den Austausch der Luft.
Bei stärkerem Wind werden Luftmassen besser durchmischt. Dadurch kann der Gegensatz zwischen Stadt und Umland geringer ausfallen.
Die Wärmeinsel ist deshalb kein fester Temperaturaufschlag, der jede Nacht gleich groß wäre. Auch die Lage der Stadt, die Geländeform und unterschiedliche Windverhältnisse beeinflussen ihre Ausprägung.
Eine allgemeine Aussage wie „In der Stadt ist es immer fünf Grad wärmer“ wird diesen Zusammenhängen nicht gerecht.
Was eine Tropennacht aussagt
GeoSphere Austria bezeichnet Nächte als Tropennächte, wenn die minimale Temperatur 20 Grad Celsius nicht unterschreitet.
Der Begriff beschreibt damit eine Schwellenüberschreitung. Er erklärt für sich genommen noch nicht, warum die Nacht warm geblieben ist.
Auch außerhalb dicht bebauter Gebiete können Tropennächte auftreten. Umgekehrt kann eine Stadt gegenüber ihrem Umland deutlich wärmer bleiben, obwohl ihre Temperatur unter 20 Grad fällt.
Tropennächte und Wärmeinseleffekt sind daher miteinander verbunden, aber nicht identisch. Für den Wärmeinseleffekt ist der Unterschied zwischen Orten entscheidend. Für die Tropennacht zählt die erreichte Mindesttemperatur.
Bei länger anhaltenden Hitzeperioden gewinnt die fehlende nächtliche Entlastung besonders an Bedeutung. Gebäude und Wohnungen können dann schlechter auskühlen.
Bäume wirken vor allem durch Schatten und Verdunstung
Bäume können die Hitzebelastung auf mehreren Wegen verringern. Ihre Kronen beschatten Oberflächen und reduzieren dadurch deren direkte Erwärmung. Zusätzlich kann die Abgabe von Wasser über die Blätter zur Kühlung beitragen.
Für die Wirkung zählen Standort, Größe und Zustand des Baums. Eine neu gepflanzte kleine Krone bietet zunächst weniger Schatten als ein großer vorhandener Baum.
Auch der Untergrund ist wichtig. Ausreichender Wurzelraum und eine geeignete Wasserversorgung gehören zu den Voraussetzungen für einen langfristig funktionsfähigen Standort.
Daraus folgt eine planerische Aufgabe: Baumpflanzungen sollten mit dem Umgang mit Regenwasser und Bodenflächen verbunden werden. Das bloße Zählen neuer Bäume sagt noch wenig darüber aus, wie stark sich ein bestimmter Straßenraum tatsächlich verändert.
Wo Begrünung geplant wird, müssen außerdem Beschattung und Luftaustausch gemeinsam betrachtet werden.
Kühle Luft braucht Entstehungsflächen und Wege
Nächtliche Kaltluft entsteht unter geeigneten Bedingungen über unbebauten Oberflächen. Die angrenzende Luft kühlt sich ab und kann abhängig von Gelände und Bebauung weiterströmen.
Damit sie andere Bereiche erreicht, sind die räumlichen Verbindungen wichtig. Ein kühler Grünraum allein garantiert noch keine ausreichende Abkühlung benachbarter dichter Bebauung.
Stadtklimaanalysen untersuchen deshalb Kaltluftentstehungsgebiete, Luftleitbahnen und mögliche Hindernisse. Wien und Linz nutzen solche Analysen als Grundlage für die Planung.
Eine Freifläche kann dadurch eine Funktion besitzen, die über ihre unmittelbare Umgebung hinausgeht. Wird sie bebaut oder ihr Luftaustausch verändert, müssen mögliche Auswirkungen auf andere Stadtteile mitbetrachtet werden.
Solche Zusammenhänge lassen sich nicht zuverlässig allein anhand eines Luftbilds beurteilen. Dafür sind fachliche Untersuchungen erforderlich.
Entsiegelung und Gebäudeschutz ergänzen sich
Weniger versiegelte Fläche kann Raum für Vegetation und einen veränderten Umgang mit Regenwasser schaffen. Wie groß der Beitrag zur Kühlung ist, hängt von der konkreten Umsetzung ab.
Auch Gebäude können so angepasst werden, dass sie sich weniger aufheizen. Außenliegender Sonnenschutz, geeignete Begrünung und andere bauliche Maßnahmen setzen an unterschiedlichen Stellen an.
Die Wirkung innerhalb eines Hauses ist dabei von der Wirkung auf einen gesamten Stadtteil zu unterscheiden. Eine Maßnahme kann den Komfort einzelner Räume verbessern, ohne die Lufttemperatur im umliegenden Quartier im selben Ausmaß zu verändern.
Klimaanlagen können Innenräume kühlen, geben aber Wärme nach außen ab. Sie lösen damit ein konkretes Problem im Gebäude, beseitigen jedoch nicht die Ursachen der städtischen Wärmeinsel.
Eine tragfähige Planung verbindet deshalb den Schutz der Innenräume mit Maßnahmen im öffentlichen und privaten Außenraum.
Wärmeinsel und Klimawandel sind verschiedene Vorgänge
Der städtische Wärmeinseleffekt entsteht wesentlich durch die Gestaltung und Nutzung bebauter Räume. Er ist nicht erst mit dem gegenwärtigen Klimawandel entstanden.
Die allgemeine Erwärmung verändert jedoch die Ausgangsbedingungen. Treffen heiße Wetterlagen auf eine Stadt, die nachts ohnehin langsamer auskühlt, kann die Belastung zunehmen.
Anpassungsmaßnahmen können die Bedingungen vor Ort verbessern. Sie ersetzen aber nicht die Verringerung von Treibhausgasemissionen.
Für die Stadtplanung bedeutet das, mehrere räumliche Ebenen zusammenzuführen: den einzelnen Baumstandort, den Straßenraum, das Gebäude und die größeren Luftaustauschsysteme. Entscheidend ist, wo tagsüber Wärme vermieden werden kann und wie die Stadt nachts wieder Entlastung erhält.
