7.3-Wärmeinselintensität

Einheit: [Kelvin]
Stand: 31.12.2018

Bezug zum Klimawandel

Höhere Lufttemperaturen durch den Klimawandel wirken sich auf die menschliche Gesundheit aus. Vor allem während des Sommers können extreme Temperaturen hitzebedingte Belastungen und Krankheiten hervorrufen. Die Auswirkungen des Klimawandels sind in Städten als Aufenthaltsraum der Menschen von besonderem Interesse. Durch das Ausbilden einer sogenannten städtischen Wärmeinsel (Urban Heat Island = UHI) sind Städte stärker durch Hitze und höhere thermische Belastungen betroffen als das unbebaute Umland.

Definition und Berechnung

Die UHI ist als Lufttemperaturdifferenz zwischen der (überwärmten) Innenstadt und dem (möglichst unbeeinflussten) Umland definiert. Als Indikator wird die Intensität der UHI im meteorologischen Sommer (Juni, Juli, August) verwendet. Zur Berechnung der Lufttemperaturdifferenz werden Zeitreihen von zwei Stationen benötigt, wovon eine im städtischen Bereich, die andere im Umland liegen sollte.

Für diese Bedingungen liegen in NRW nur sehr wenige Stationspaare und Zeitreihen vor, die meist nur einen Zeitraum von weniger als 10 Jahren umfassen. Die UHI wurde daher für drei dem LANUV vorliegende Paarungen berechnet: Bochum (Stationen und Daten des Geographischen Instituts der Ruhr-Universität Bochum), Bonn (Stationen und Daten des Geographischen Instituts der Universität Bonn) sowie Köln (Stationen und Daten des LUQS-Messnetzes des LANUV). Die Daten liegen dem LANUV für diese Stationen seit dem jeweiligen Messbeginn vor (Bochum ab 1997, Bonn ab 2006, Köln ab 2010). Die Messwerte wurden nur verwendet, wenn an mindestens 90 % der Sommertage Daten vorlagen. Die Station in Bonn weist aufgrund von Messausfällen Datenlücken in den Jahren 2008, 2013, 2014, 2018 und 2019 auf, die Station Bochum 2001 und 2005.

Die Temperaturdifferenz wurde auf Basis von Stundenwerten erstellt, als Differenz zwischen der städtischen und der ländlichen Station. Die Berechnung der Intensität der UHI basiert auf Stundenwerten. Für die Auswertung und Darstellung der UHI-Intensität wird jeweils das Tagesmaximum der UHI verwendet und in die drei Intensitätsstufen (>1 bis 3 Kelvin, >3 bis 6 Kelvin und >6 Kelvin) eingeteilt. Zusätzlich wird der Mittelwert aus allen Tagesmaxima der UHI (mittlere UHI) sowie das absolute Maxima der UHI (maximale UHI) im Sommer berechnet.

Für die drei Stationspaare wird die Auftrittshäufigkeit der maximalen täglichen UHI-Intensitätsstufen pro Sommer seit dem jeweiligen Messbeginn dargestellt. Zusätzlich wird die mittlere und die maximale UHI des Sommers in einer separaten Grafik angegeben. Eine Signifikanzprüfung und Trendberechnung nach dem Mann-Kendall-Test wird für die Zeitreihe der mittleren und maximalen sommerlichen UHI-Intensität durchgeführt, sofern die Zeitreihen mehr als 10 Werte enthalten. Ein signifikanter Trend wird als lineare Trendgerade in der Grafik dargestellt.

Zeitreihe und Trend

In den direkt vergleichbaren Jahren seit 2010 weist Köln insgesamt den größten Anteil an hohen UHI-Intensitätsklassen auf, insbesondere in den Sommern 2018 und 2019. Dies ist mit der höheren Einwohnerzahl und Größe Kölns, die sich auf die UHI-Ausbildung auswirkt, zu erklären. Köln weist auch bei der Zeitreihe der maximalen sommerlichen UHI mit Werten zwischen 6 und 9 Kelvin durchgängig hohe Werte auf. Das absolute Maximum trat mit 8,8 Kelvin im Jahr 2019 auf. Die mittlere UHI zeigt ein geringeres Niveau, allerdings ist ein, nach dem Mann-Kendall-Test, signifikant ansteigender Trend zu sehen: So hat sich die mittlere UHI um 1,8 Kelvin erhöht (Differenz zwischen Beginn und Ende der Trendgeraden).

Bei den Reihen aus Bonn und Bochum wird der Einfluss einzelner „heißer“ Sommer deutlich: in Bochum wird der Maximalwert mit 6,6 Kelvin im Jahr 2003 erreicht, der somit noch über den 6,3 Kelvin aus 2019 liegt. In Bonn wurde (u.a. bedingt durch Messausfälle in den Sommern 2018 und 2019) 2010 die höchste maximale UHI der Reihe mit 5,3 Kelvin verzeichnet. Darüber hinaus zeigt auch die Reihe der mittleren UHI in Bochum einen nach dem Mann-Kendall-Test statistisch hochsignifikanten Trend: die Zunahme der mittleren sommerlichen UHI um 1,1 Kelvin seit 1997.

Die Interpretation der ansteigenden UHI-Werte muss noch vorsichtig erfolgen, da aufgrund der sehr kurzen Zeitreihen die meist hohen WErte der beiden letzten Sommer 2018 und 2019 deutlich ins Gewicht fallen. Einige Studien weisen auch darauf hin, dass sich die Temperatur insgesamt, sowohl im ländlichen als auch im städtischen Raum, erhöhen wird; weiterhin ist aber im städtischen Bereich mit einer im Vergleich höheren Wärmebelastung zu rechnen (vergleiche UBA 2019)


Abb.:
Wärmeinselintensitätsklassen Bochum


Abb.:
Wärmeinselintensitätsklassen Köln


Abb.:
Wärmeinselintensität Köln


Abb.:
Wärmeinselintensität Bochum


Abb.:
Wärmeinselintensitätsklassen Bonn


Abb.:
Wärmeinselintensität Bonn