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13.1

Wärmeinsel-Intensität

Kühlung als städtebauliches Ziel zunehmend wichtiger

Mittlere und maximale urbane Wärmeinsel-Intensität (UHII) in Kelvin (K) im Sommer (Juni, Juli, August) in Bochum - Differenz zwischen Ludger-Mintrop-Stadtklima-Station (LMSS) und der Rudolf-Geiger-Freilandklima-Station (RGS) im Zeitraum 1997-2020 (Datengrundlage: RUB).

Datenstand 31.12.2020
Messgröße Mittlere und maximale Wärmeinselintensität pro Jahr, in Kelvin
Räumliche Abdeckung Aachen, Bochum, Bonn, Köln
Datenquelle Ruhr-Universität Bochum (RUB), Universität Bonn, Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV),
Deutscher Wetterdienst (DWD)
Fortschreibungsturnus jährlich
DPSIR-Indikator Impact
  • Bezug zum Klimawandel

    Höhere Lufttemperaturen wirken sich negativ auf die menschliche Gesundheit aus. Vor allem während des Sommers können extreme Temperaturen hitzebedingte Belastungen und Krankheiten hervorrufen. Dies gilt besonders in den Nachtstunden, wo ggf. derart hohe Temperaturen anfallen (Tropennächte, siehe Indikator 9.4 Tropennächte in Innenstädten), dass keine erholsame Nachtruhe erfolgen kann. Die Auswirkungen des Klimawandels in Städten als Aufenthaltsraum der Menschen stehen besonders im Fokus. Städte sind stärker durch Hitze und höhere thermische Belastungen betroffen als das weniger dicht bebaute Umland – dieses Phänomen wird als städtische Wärmeinsel (Urban Heat Island = UHI), ihre Ausprägung als Urban Heat Island Intensity (UHII) bezeichnet. Aufgrund der stark ansteigenden Temperaturen (siehe Indikatoren 1.1 Jahreslufttemperatur, 1.2 Jahreszeitenlufttemperatur und 1.4 Temperaturkenntage warm zum Beispiel) werden die Urbanen Wärmeinseln immer mehr von Bedeutung für die Ballungsräume werden.

  • Definition und Berechnung

    Das Klima wird kleinräumig durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Im städtischen Raum und im Umland sind dies in erster Linie die Flächennutzung, die Bebauungsdichte, der Versiegelungsgrad, die Oberflächenstruktur, das Relief und die Vegetationsart (VDI 2015). Kleinräumige Bereiche, die hinsichtlich des Mikroklimas einheitliche Gegebenheiten aufweisen werden als Klimatope bezeichnet (VDI 2015). Als Indikator wird die Intensität der UHI im meteorologischen Sommer (Juni, Juli, August) verwendet. Die UHII ist die Lufttemperaturdifferenz zwischen der (überwärmten) Innenstadt und dem (möglichst unbeeinflussten) Umland. Zur Berechnung der Lufttemperaturdifferenz werden Zeitreihen von zwei Stationen benötigt, wovon eine im städtischen Bereich, die andere im Umland liegen sollte. In der Darstellung wird als Beispiel die Stadt Bochum verwendet. Die Werte der Stationspaare der Städte Aachen, Bonn und Köln werden nachrichtlich genannt.

    Für alle Zeitreihen erfolgt eine Trendberechnung nach der Methode des Umweltbundesamtes zum Monitoringbericht 2019 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel, kurz "DAS - Methode" genannt. Die Entwicklung der Trends wird tabellarisch dargestellt. Zusätzlich wird die Veränderung über die Zeitreihe berechnet. Für eine kurze Einführung in die Trendberechnung steht ihnen die Seite zur Methodik im Serviceteil zur Verfügung.

    Literatur:

    Verein Deutscher Ingenieure (VDI) (2015): VDI-Richtlinie 3787 Blatt 1. Umweltmeteorologie – Klima- und Lufthygienekarten für Städte und Regionen. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN – Normenausschuss KRdL. Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf.

  • Zeitreihe und Trend

    Die bei den UHII verwendeten Stationspaare haben unterschiedlich lange Zeitreihenlängen. Die Stationspaare Aachen liefern erst ab 2011 Daten für eine Zeitreihe (2011-2020). Das jährliche Mittel aller Tagesmaxima liegt in Aachen bei 4,5 Kelvin (K), das mittlere höchste jährliche Maximum liegt in Aachen bei 7,4 K.  Für die Stationspaare Bochum liegt die längste Zeitreihe (1997-2020) vor. Das jährliche Mittel aller Tagesmaxima liegt bei 1,9 K, das mittlerehöchste Maxium des Jahres liegt hier bei 4,2 K. Das Stationspaar Bonn verfügt über die zweitlängste Zeitreihe (2006-2020), jedoch gibt es hier Lücken und daher sind Mittelwertsberechungen nicht unbedingt belastbar. Für Bonn liegt bei den jährlichen Mittelwerten aller Tagesmaxima ein Wert von 3 K vor, bei den mittleren jeweiligen höchsten Tagesmaxima liegt der Wert bei 5,1 K.  Die Zeitreihe des Stationspaares für Köln (2010-2020) ist die zweitkürzeste. Hier liegt das jährliche Mittel aller Tagesmaxima bei 4,4 K und das mittlere Höchstmaximum bei 7,6 K.  Somit liegen für Aachen und Köln die jeweils höchsten Mittelwerte vor. Während jedoch in Aachen die hohen Unterschiede durch die klimatisch günstige Umgebung mit hohem Abkühlungspotenzial erklärt werden können, wiegt in Köln einfach die Größe der Metropole schwerer. Dass Bochum die relativ geringsten Mittelwerte besitzt, kann damit erklärt werden, dass die Umlandstation eher dichter besiedelt ist, was im Ballungsraum Ruhrgebiet auch nahe liegt. Nichtsdesto trotz wird Bochum als längste Zeitreihe als Diagramm dargestellt.

    Die Trendberechnung nach der "DAS-Methode" ergab lediglich für Bonn und Köln statistisch signifikante Trends. Sowohl bei den mittleren Tagesmaxima als auch bei den mittleren Höchstmaxima pro Jahr liegen jeweils für Bochum und Köln signifikant linear ansteigende Trends vor. Vergleicht man den Anfangs- und Endwert der mittleren Tagesmaxima und der mittleren Höchstmaxima, so ergeben sich für Bochum Steigerungen von 0,9 beziehungsweise 1,4 K bei der UHI. Für Köln liegen die Anstiege bei wesentlich kürzerer Zeitreihe bei 1,8 und 1,9 K. Somit ist der Anstieg für Köln steiler als für Bochum.

    Die Abbildung zeigt, dass die mittlere und maximale sommerliche UHII über die Gesamtzeitreihe in Bochum angestiegen ist. Jahre mit besonders intensiven Sommern, wie 2003 und 2019 (Indikator 1.2 "Durchschnittliche Jahreszeitenlufttemperatur), treten darin durch die hohe maximale UHII deutlich vor. Durch die Einordnung eines Stadtgebietes in verschiedene Klimatop-Typen können einerseits städtische Bereiche erfasst werden, die von Hitzesituationen besonder betroffen und damit anfälliger gegenüber klimawandelbedingten Temperaturerhöhungen sind. Andererseits lassen sich naturnahe Klimatope abgrenzen, die eine hohe klimaökologische Funktionalität besitzen und als Ausgleichsflächen für thermisch belastete Gebiete dienen. 

    Wärmeinsel-
    Intensität (UHII) in K
    TrendMittelwertÄnderung
    UHII mittel Aachen (2011-2020)kt4,5-
    UHII max Aachen (2011-2020)kt7,4-
    UHII mittel Bochum (1997-2020)-s1,9+0,9
    UHII max Bochum (1997-2020)-s4,2+1,4
    UHII mittel Bonn (2006-2020)kt3-
    UHII max Bonn (2006-2020)kt5,1-
    UHII mittel Köln (2010-2020)-s4,4+1,8
    UHII max Köln (2010-2020)-s7,6+1,9
  • Legende Trendsymbole

    Trendbeschreibung

    kssteigender Trend
    kffallender Trend
    kuTrend mit Trendumkehr: zuerst fallend, dann steigend
    knTrend mit Trendumkehr: zuerst steigend, dann fallend
    kqfallender quadratischer Trend
    ktkein Trend

    Trendbewertung

    +s+f+u
    +n+q
    günstige Entwicklung
    -s-f-u
    -n-q
    ungünstige Entwicklung
    kskfku
    knkqkt
    keine Bewertung der Entwicklung möglich oder gleichzeitig günstige und ungünstige Entwicklungsaspekte vorhanden

     

  • Stärken des Indikators

  • Schwächen des Indikators

  • Weiterentwicklung des Indikators

  • Datenquellen / Ergänzungen

Indikatoren des Handlungsfeldes Stadtentwicklung und kommunale Planung

Bochum 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
UHII mittel (aller Tagesmaxima) 1,5 1,3 1,3 1,1   1,4 1,6 1,7   1,9 1,6 1,9 1,8 1,7 1,8 2,8 2,6 2,1 2,3 2,3 1,9 2 2,1 1,9
UHII max (jeweiliges Max des Jahres) 3,3 3,2 3,3 3,0   2,7 6,6 4,2   4,9 4,0 4,1 4,3 3,7 3,6 4,9 4,8 3,9 4,0 4,9 4,2 3,8 6,3 4,7