Was ist eine urbane Wärmeinsel?
Städtische Wärmeinseln kommen, wie der Name schon sagt, in Ballungsgebieten vor. Es wird definiert als das Vorhandensein von deutlich höheren Temperaturen in städtischen Gebieten im Vergleich zu den Temperaturen in den umliegenden ländlichen Gebieten. In den Winter- und Sommermonaten sind die städtischen Wärmeinseln besonders während der Nachtstunden und bei niedrigem Wind stärker ausgeprägt. Stadtzentren sind oft mehrere Grad wärmer als die umliegenden, weniger entwickelten Gebiete. Während des Tages kann diese Temperaturdifferenz zwischen 1.8 ° und 5.4 ° Fahrenheit liegen. Am Abend kann sich dieser Unterschied um 20 ° Fahrenheit erhöhen.
Was verursacht eine städtische Wärmeinsel?
Die höheren Temperaturen der städtischen Wärmeinseln können auf menschliche Aktivitäten zurückgeführt werden, insbesondere auf Veränderungen der Landoberflächen. Stadtentwicklung erfordert die Verwendung von erheblichen Mengen an Zement und Asphalt für Dacheindeckungen und zum Pflastern von Gehwegen und Straßen. Diese Materialien haben thermische Bulk-Eigenschaften, die mehr Sonnenstrahlung absorbieren als die Oberflächen in ländlichen Gebieten. Zusätzlich haben diese Materialien unterschiedliche Strahlungseigenschaften, dh sie emittieren Energie als Wärmestrahlung oder Wärme.
In vielen städtischen Gebieten mangelt es auch an Grünflächen wie der Vegetation. Pflanzen helfen dabei, Evapotranspiration zu erzeugen, eine wichtige Phase des Wasserkreislaufs. Während der Evapotranspiration treten zwei Austausche auf: Verdunstung und Transpiration. Beim Verdunsten verdunstet Wasser aus dem Boden, Baumkronen und Gewässern in die umgebende Luft. Bei der Transpiration geht der Pflanzenwassergehalt als Dampf durch die Stomata von Pflanzenblättern verloren. Der Evapotranspirationsprozess hilft dabei, die umgebende Luft zu kühlen. Städte haben nicht nur eine geringere Evapotranspiration als ländliche Gebiete, sie haben auch weniger Schattenbereiche und weniger Kohlendioxid (ein Treibhausgas, das zu erhöhten Temperaturen beiträgt).
Forscher haben festgestellt, dass urbane Wärmeinseln auch durch den Urban-Canyon-Effekt verursacht werden. Dies geschieht aufgrund der hohen Gebäude in unmittelbarer Nähe, die mehrere Oberflächen zur Reflexion und Absorption von Sonnenlicht bietet. Zusätzlich verhindern diese Gebäude, dass der Wind durch die Stadt fließt. Wo der Wind nicht frei fließen kann, findet keine Konvektionskühlung statt und die Luftverschmutzung kann stagnieren und zunehmen. Die Zunahme der Sonnenlichtabsorption und -reflexion, der Aufbau von Verschmutzung und der Mangel an Konvektionskühlung arbeiten alle zusammen, um auch die Umgebungstemperatur zu erhöhen. Da die städtischen Temperaturen aufgrund dieser Kombination von Ereignissen steigen, steigt auch die Ozonkonzentration in der Stadt.
Die Auswirkungen der städtischen Hitze Inseln auf Wetterbedingungen
Neben den steigenden Temperaturen beeinflussen die städtischen Wärmeinseln auch die lokalen Wetterbedingungen. Einige dieser Änderungen an den Wetterbedingungen umfassen: Niederschlagsniveaus, Bewölkung, Nebelpräsenz, Feuchtigkeitswerte und Windmuster. Erhöhte Niederschläge und Gewitteraktivität treten auf, weil die heißeren Temperaturen zu einer Aufwärtsbewegung der Umgebungsluft führen. Diese Aufwärtsbewegung hat ihren größten Einfluss zwischen 20 und 40 Meilen vor dem Wind des Stadtzentrums, wo die Niederschlagsmengen um 28% höher sein können als in der Nähe des Stadtzentrums.
Während des Tages erfahren die städtischen Wärmeinseln einen niedrigen Druck, wodurch sich feuchte Luft aus den umliegenden ländlichen Gebieten sammeln kann. Diese feuchte Luft wirkt der heißen, urbanen Luft entgegen und schafft die ideale Voraussetzung für Wolkenbedeckung und erhöhte Luftfeuchtigkeit.
Das Stadtklima ist jedoch aufgrund der turbulenten Vermischung innerhalb der städtischen Wärmeinsel weniger anfällig für schwache Tornadoaktivität. Ein weiterer potenzieller Vorteil der städtischen Wärmeinseln besteht darin, dass sie die Pflanzenwachstumszeiten in der Nähe erhöhen. Zum Beispiel haben einige Studien ergeben, dass Anbaugebiete in der Umgebung von 6.2-Meilen außerhalb der Stadtgrenzen um durchschnittlich 15-Tage erweitert werden.
Der Einfluss der städtischen Heat Islands auf Tiere
In einigen Fällen ziehen städtische Wärmeinseln mehr Tierleben an. Dies gilt insbesondere für kolonisierende Arten, wie Ameisen, Hausgeckos und grauhaarige Flughunde. Der grauhaarige Flughund zum Beispiel wurde kürzlich wegen des erhöhten Hitzeindex innerhalb der Stadtgrenzen nach Melbourne, Australien, gezogen. Diese erhöhte Temperatur hat das Winterklima der Stadt ähnlich gemacht wie der Lebensraum der Arten in den nördlichen Regionen.
In anderen Fällen beeinträchtigen städtische Wärmeinseln die Nahrungs- und Wasserversorgung innerhalb der Stadtgrenzen. Zum Beispiel ist die Oberflächentemperatur von Stadtgebäuden wesentlich heißer als die Umgebungsluft. Der Regen läuft dann von diesen viel heißeren Gebäuden ab und erwärmt sich dabei. Dieser wärmere Abfluss fließt in nahe gelegene Bäche, Flüsse, Seen und andere Gewässer. Wenn der erwärmte Abfluss in diese Gewässer eintritt, erhöht er auch seine Temperatur. Dies wird als thermische Verschmutzung bezeichnet und kann die Wassertemperaturen um so viel wie 20 ° bis 30 ° Fahrenheit erhöhen. Thermische Verschmutzung wirkt sich negativ auf die lokale Fischpopulation aus und führt zu einem Temperaturschock.
Da die Pflanzenwachstumszeit häufig auf städtischen Wärmeinseln ausgedehnt wird, ist auch die Nahrungsmittelversorgung für andere Tierarten betroffen. Tiere, die sich auf bestimmte Pflanzen als Bestandteil ihrer Ernährung verlassen, beginnen ihre natürlichen Brutzeiten so anzupassen, dass sie der Pflanzenwachstumssaison entsprechen. Dies wiederum hat eine Kettenreaktion auf andere Pflanzen- und Tierarten in diesem Gebiet.
Der Einfluss der städtischen Heat Islands auf die menschliche Gesundheit
Städtische Wärmeinseln beeinträchtigen nicht nur die Gesundheit der Umwelt und der lokalen Tierwelt, sondern auch die Gesundheit der Menschen. Erhöhte Temperaturen in der Stadt können im Sommer Hitzewellen, vor allem für Senioren tödlich sein. Allein in den USA sterben jedes Jahr durchschnittlich 1,000-Menschen aufgrund extremer Hitze, die durch urbane Wärmeinseln exponentiell zunimmt. Städtische Bewohner leiden auch unter Hitzewellen, weil die städtische Wärmeinsel verhindert, dass die Nachttemperaturen sinken, wie dies in ländlichen Gebieten der Fall ist. Forschungen haben ergeben, dass städtische Wärmeinseln nicht nur die Temperaturen während der Hitzewellen erhöhen, sondern auch deren Dauer verlängern.
Extreme Temperaturen führen zu Hitzekrämpfen, Hitzschlag und Hitzeausbrüchen. Hitzschlag kann Atemnotsyndrom, eingeschränkte Mobilität oder vermindertes Bewusstsein verursachen. Personen mit bereits sensiblen Gesundheitszuständen, wie zum Beispiel der Diagnose von Parkinson oder Demenz, sind besonders anfällig für signifikant beeinträchtigte kognitive Funktionen während Hitzewellen. Darüber hinaus wird Personen mit Diabetes, Fettleibigkeit, Asthma, Schlafentzug oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen empfohlen, Hitze zu exponieren. In diesen Fällen kann die Hitzeexposition die Symptome verschlimmern und verstärken. Wenn diese resultierenden hitzebedingten Bedingungen stark genug sind, können bleibende Organschäden auftreten. Wenn eine Person extreme Hitzewellen mit permanenten Organschäden überlebt, haben sie ein erhöhtes Risiko eines frühen Todes.
