Mittlerweile lebt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten, in denen es oft deutlich heißer ist als in der ländlichen Umgebung. Straßen, Gebäude und gepflasterte Flächen absorbieren und speichern tagsüber Wärme und geben sie nach Sonnenuntergang langsam wieder ab. Dies ist als städtischer Wärmeinseleffekt bekannt.
Diskussionen darüber, warum Städte überhitzen, konzentrieren sich verständlicherweise meist auf Gebäude. Wohn- und Bürogebäude absorbieren nicht nur Sonnenstrahlung, sondern verbrauchen auch viel Energie durch Beleuchtung, Heizung und Klimatisierung. Sie geben Abwärme ab und formen die Luftströmung durch die umliegenden Straßen.
Eine andere Quelle städtischer Wärme wird jedoch weitaus weniger beachtet: der Verkehr.
Motorisierte Fahrzeuge geben Wärme direkt an die städtische Umgebung ab. Dies gilt insbesondere für Benzin- und Dieselfahrzeuge, bei denen ein Großteil der Kraftstoffenergie als Abwärme von Verbrennungsmotoren und Abgassystemen verloren geht. Reifen, Bremsen und Reibung mit der Straßenoberfläche tragen zu dieser Wärmeemission bei.
In Straßen mit starkem Verkehr und eingeschränkter Belüftung kann der Verkehr eine erhebliche Quelle menschengemachter Wärme sein – wie meine aktuelle Studie mit Kollegen aus zwei europäischen Großstädten zeigt.
In der südfranzösischen Stadt Toulouse ergab unsere Modellierung, dass die Verkehrswärme die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur um etwa 0,4 °C erhöht. In Manchester, einer normalerweise kühleren Stadt im Norden Englands, stieg die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur aufgrund des Verkehrs um etwa 0,25 °C.
Diese Zahlen mögen klein klingen, aber im Hinblick auf das Stadtklima sind sie aussagekräftig. Während Hitzewellen können selbst geringfügige Erhöhungen der Lufttemperatur die thermischen Beschwerden verschlimmern, Gesundheitsrisiken erhöhen und den Bedarf an Kühlung erhöhen.
Unsere bisherigen Untersuchungen haben gezeigt, dass die Intensität, Häufigkeit und Länge städtischer Hitzewellen bis 2070 in vielen Teilen der Welt voraussichtlich zunehmen wird (siehe Karten). Dazu gehören Städte in Nordamerika, Europa, Indien und China. Unsere neuesten Arbeiten deuten darauf hin, dass dieser Anstieg teilweise durch eine Reduzierung des städtischen Benzin- und Dieselverkehrs abgemildert werden könnte.
Wie Manchester und Toulouse vergleichen
Das Community Earth System Model ist ein weit verbreitetes Open-Source-Modell zur Simulation von Wechselwirkungen zwischen Land, Atmosphäre, Klima und menschlichen Aktivitäten – es wurde 2010 vom US-amerikanischen National Center for Atmospheric Research ins Leben gerufen.
Allerdings wurde verkehrsbedingte Wärme im Modell nicht berücksichtigt – daher haben wir ein neues Modul dafür entwickelt, das die erzeugte Wärme anhand von Faktoren wie Verkehrsaufkommen, Fahrzeugtyp, Straßeneigenschaften und Wetterbedingungen schätzt. Unsere Ergebnisse ändern sich je nach Tageszeit, zum Beispiel je nach Art des Verkehrs und den örtlichen Wetterbedingungen.
Wir haben herausgefunden, dass die meisten Hitzebelastungen im Allgemeinen ein hohes Verkehrsaufkommen sind – und welche Art von Fahrzeugen in diesen Staus vorherrschen. Herkömmliche Benzin- und Dieselfahrzeuge stoßen deutlich mehr Abwärme aus als Elektrofahrzeuge. In Städten mit vielen dieser Fahrzeuge können die Hauptverkehrszeiten zu wichtigen Quellen für Wärmeemissionen werden.
Wir haben den Verkehr in zwei europäischen Städten – dem zentralen Capitole-Viertel von Toulouse und dem Zentrum von Manchester – anhand von Verkehrsdaten von Transport for Greater Manchester und anderen offenen Datensätzen modelliert.
Toulouse und Manchester haben recht unterschiedliche Klimazonen, Stadtlandschaften und Verkehrsmuster – alle beeinflussen nicht nur, wie viel Wärme durch den Verkehr freigesetzt wird, sondern auch, wie sich diese Wärme auf die einzelnen Städte auswirkt.
In Toulouse baute sich die morgendliche Verkehrshitze den ganzen Tag über auf und hielt bis in die Nacht an. Im Gegensatz dazu trug die abendliche Hauptverkehrszeit in Manchester zu einer stärkeren Erwärmung über Nacht bei, wobei die verkehrsbedingte Lufttemperatur im Durchschnitt gegen 3 Uhr morgens ihren Höhepunkt erreichte.
In beiden Städten war der verkehrsbedingte Erwärmungseffekt im Winter stärker als im Sommer. Unsere Modellierung ergab, dass die Lufttemperatur in Toulouse im Winter um durchschnittlich 0,5 °C und im Sommer um 0,3 °C anstieg, während in Manchester der Anstieg im Winter 0,35 °C und im Sommer 0,16 °C betrug.
Die Rolle des Verkehrs bei der städtischen Erwärmung
Das Bewusstsein für das Risiko städtischer Hitze nimmt zu, aber die Rolle des Verkehrs wird bei der Anpassung an das städtische Klima und der Verkehrsplanung immer noch kaum berücksichtigt.
Da Städte weiter wachsen und Klimaextreme häufiger auftreten, benötigen Regierungen bessere Instrumente, um zu verstehen, woher die städtische Wärme kommt und wie sie reduziert werden kann. Unsere Arbeit ist ein weiterer Schritt hin zu realistischeren Simulationen zukünftiger Städte.
Unser Modell könnte genauere Antworten auf wichtige Fragen bieten, wie zum Beispiel: Wie stark wird die Elektrifizierung von Fahrzeugen die Hitzeentwicklung reduzieren? Wie wirken sich Änderungen in der Straßengestaltung, der Fahrzeugnutzung und den Staumustern auf die lokale Hitzebelastung aus? Und inwieweit können Änderungen in den städtischen Transportmethoden die Auswirkungen prognostizierter zukünftiger Hitzewellen begrenzen?
Dabei handelt es sich natürlich nicht nur um wissenschaftliche Fragen, sondern auch um politische und gestalterische Fragen. Bedenken hinsichtlich der Erwärmung von Städten konzentrieren sich häufig auf Bäume, Parks, kühle Dächer und Gebäudedesign. Aber Verkehr ist nicht nur eine Quelle von Umweltverschmutzung und Kohlenstoffemissionen – er kann auch Teil unserer Planung kühlerer, gesünderer und widerstandsfähigerer Städte sein.
Zhonghua Zheng, Assistenzprofessor für Datenwissenschaft und Umweltanalytik, Universität Manchester
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