Stadtklima
Die World Meteorological Organisation (WMO) definiert das Stadtklima als das durch urbane Bebauung veränderte Klima, einschließlich der Abwärme und Emission von Luftschadstoffen.
Klimafaktoren
Das Stadtklima wird von verschiedenen Klimafaktoren geprägt, die sich in zwei Kategorien einteilen lassen:
- natürliche Faktoren
- anthropogene Faktoren
Zu den natürlichen Faktoren werden die geographische Lage, das Relief, die Höhenlage und der Anteil der noch bestehenden naturnahen Oberflächen innherhalb des Stadtgebietes gezählt.
Zu den anthropogenen Faktoren gehören im Wesentlichen die Art und Dichte der Bebauung, das Wärmespeichervermögen der Baustoffe und der Versiegelungsgrad des Bodens. Durch sie wird in Städten und industriellen Ballungsräumen der Strahlungs- und Wärmehaushalt beeinflusst. Dazu kommt aus lufthygienischer Sicht die Art und Zahl der Emittenten (Industrie, Haushalt, Kraftfahrzeuge) im Stadtgebiet, die bodennah und bodenfern durch Abgase, Stäube und Abwärme das Stadtklima beeinflussen.
Durch ihr Zusammenwirken bestimmen diese natürlichen und anthropogenen Faktoren die jeweilige Ausprägung des Stadtklimas. Dies bedeutet, dass kein einheitliches Stadtklima existieren kann.
Städtische Wärmeinsel
Die Wärmeinsel ist ein typisches Merkmal des Stadtklimas und wird durch die Wechselwirkung mehrerer unterschiedlicher Effekte hervorgerufen. Durch die Geometrie der Bebauung vergrößert sich die Oberfläche, auf der Sonnenstrahlung absorbiert wird. Dies führt besonders in austauscharmen, sommerlichen Schönwetterperioden zu einer Aufheizung der Baukörper. Im Gegensatz zu natürlichen Flächen, die wie eine Dämmschicht eine Aufheizung des Bodens verhindern, leiten versiegelte oder hochverdichtete Flächen die Wärme stärker in den Untergrund. Häuser und Straßen agieren so als Wärmespeicher. Die nächtliche Abstrahlung der Wärme wird durch die Einengung des Horizonts in Straßenschluchten teilweise unterbunden. Es treten Mehrfachreflexionen an den Häuserwänden auf. Durch die starke Aufwärmung tagsüber und die eingeschränkte Abkühlung nachts werdem die Städte im Vergleich zum Umland deutlich wärmer. Verstärkt wird dieser Effekt durch erhöhte Partikelkonzentrationen in der städtischen Luft, die, einem Glashauseffekt vergleichbar, die Abstrahlung von Wärme in Form von Infrarotstrahlung dämpfen.
Mit dem Infrarot-Aufnahmeverfahren koennen Oberflächentemperaturen ermittelt und farbig dargestellt werden.
Städtische Niederschläge
Durch die Ausprägung der Wärmeinsel ist die relative Luftfeuchtigkeit in Städten gegenüber dem Umland geringer. Dennoch ist zu beobachten das Starkregen und Gewitter hier häufig doppelt so lang anhalten und mehr Niederschlag abgeben. Ursache hierfür ist eine 3-5 mal höhere Konzentration an Kondensationskernen. Diese resultieren aus den Emissionen von Industrie und Autoverkehr. Der Einfluss des Verkehrs ist dabei so stark, dass sich im wöchentlichen Niederschlagsgang zwei Maxima beobachten lassen. So kommt es mit dem nach dem Wochenende verstärkt einsetzenden Verkehr am Dienstag bis Mittwoch vermehrt zu Niederschlägen und daraufhin erneut am Freitag bis Samstag.
Städtisches Windfeld
Die Rauhigkeit der Oberfläche ist in bebauten Gebieten größer als in unbebauten. Dadurch ist die Windgeschwindigkeit in Städten im Mittel niedriger als in freiem Gelände. An Gebäuden entstehen je nach Windrichtung Leewirbel, die kleinräumig starke Böen hervorrufen können. Zudem können an Bebauungslücken Düseneffekte auftreten, welche die Windgeschwindigkeit ebenfalls räumlich und zeitlich begrenzt stark erhöhen können. Hochhäuser, die weit über das mittlere Dachniveau einer Stadt hinausragen, können unter Umständen das (stärkere) Windfeld aus höheren Luftschichten ablenken und am Fuß des Gebäudes heftige Böen und Verwirbelungen hervorrufen.
Lufthygiene
Durch eine Vielzahl von Schadstoffemissionen (Hausbrand, Straßenverkehr, Industrie) ist die chemische Zusammensetzung der Luft in Städten verändert. Da aufgrund der geringeren mittleren Windgeschwindigkeit der Luftaustausch in Städten ebenfalls eingeschränkt ist, können sich Luftschadstoffe anreichern. Dies kann vor allem im Sommer zu troposphärischer Bildung des Reizgases Ozon führen.