Sommerstürme treten über städtischen Gebieten häufiger und stärker auf

Sommerstürme treten über Städten im Allgemeinen häufiger, intensiver und konzentrierter auf als über ländlichen Gebieten. Dies geht aus neuen, detaillierten Beobachtungen von acht Städten und ihrer Umgebung hervor. Die Ergebnisse könnten die Art und Weise verändern, wie sich Stadtplaner auf Überschwemmungen in ihren Städten vorbereiten, insbesondere angesichts der Ausdehnung städtischer Gebiete und der Veränderungen der globalen Wettermuster durch den Klimawandel.

Die neue Studie kommt zu dem Ergebnis, dass sich über städtischen Gebieten und ihren Grenzen mehr Stürme bilden als in den umliegenden Gebieten, und dass größere Städte die Regenfälle stärker verstärken als kleinere Städte. Die Untersuchung wurde veröffentlicht In Die Zukunft der Erde.

„Es wird erwartet, dass die Städte in den kommenden Jahrzehnten immer dichter bevölkert werden und größer werden“, sagte Herminia Torelló-Sentelles, Atmosphärenforscherin an der Universität Lausanne und Hauptautorin der Studie. „Die Fähigkeit, das Hochwasserrisiko in Städten zu quantifizieren, ist für die Stadtplanung und die Gestaltung städtischer Entwässerungssysteme wichtig.“

Der Regeneffekt wurde in Studien über einzelne Städte berichtet, aber die neue Forschung untersuchte Trends und Unterschiede zwischen mehreren Städten. Unterschiede in städtischen Niederschlagsmustern unterstreichen die Notwendigkeit, die Sturmaktivität in Städten auf der ganzen Welt weiter zu untersuchen, sagte Torelló-Sentelles.

Städte im Sturm erobern

Bei manchen Stürmen regnet es gleichmäßig wie bei einer Sprinkleranlage, bei anderen regnet es in konzentrierten Schüssen wie bei einem Feuerwehrschlauch. Die neue Studie zeigt, dass Städte Stürme in Feuerwehrschläuche verwandeln können, indem sie Regengüsse über kleinen städtischen Gebieten niedergehen lassen, anstatt den Regen über ein größeres Gebiet zu verteilen. Diese konzentrierten Regengüsse können das Hochwasserrisiko erhöhen, wenn die städtische Infrastruktur den Überschwemmungen nicht gewachsen ist.

In den meisten Städten gibt es mehr feuerwehrartige Stürme als auf dem Land. Städte bringen auch mehr Stürme hervor als ihr Umland, und größere Städte erzeugen stärkere Stürme als kleinere Städte.

„Bei der Betrachtung des Hochwasserrisikos kommt es nicht nur auf die Intensität des Regens an. Es kommt auch darauf an, wie er sich über den Raum verteilt“, sagte Torelló-Sentelles. „Wenn sehr große Regenmengen auf einer sehr kleinen Fläche fallen, kann das das Entwässerungssystem in einem städtischen Gebiet zum Zusammenbruch bringen.“

Mehrere Faktoren könnten die Entstehung und Intensivierung von Stürmen in Städten verursachen, sagte Torelló-Sentelles. Städte sind im Allgemeinen wärmer als ihre kühle, feuchte und vegetationsreiche Umgebung, was dazu führen könnte, dass Luft in Richtung der Städte gezogen und nach oben gehoben wird. Diese warme, nach oben gehobene Luft kondensiert dann zu Regenwolken über den Stadtzentren.

Stürme entstehen auch oft, wenn Luft über Gebirgsketten aufsteigt und auf den Berggipfeln Regenwolken entstehen. Wie kleine Gebirgsketten können Stadtsilhouetten günstige Umgebungen für den Auftrieb von Luftmassen und die Entstehung von Stürmen schaffen.

„Man kann sich eine Stadt wie ein Hindernis vorstellen“, sagte Torelló-Sentelles. „Wenn ein Sturm auf sie zukommt, kann die Luft darüber und darum herum aufgewirbelt werden.“

In der Atmosphäre über Städten schwebende Aerosolverschmutzung kann ebenfalls zu einer stärkeren oder schwächeren Niederschlagsmenge führen.

Die Forscher nutzten sieben Jahre hochauflösende Wetterdaten aus acht Städten in Europa und den Vereinigten Staaten (Mailand, Italien; Berlin, Deutschland; London und Birmingham, Großbritannien; Phoenix, Arizona; Charlotte, North Carolina; Atlanta, Georgia; und Indianapolis, Indiana), um die Entstehung und Intensität sommerlicher Stürme in Städten und ihrer Umgebung zu verfolgen. Die Städte unterschieden sich in Größe, Klima und Stadtform, aber alle liegen in relativ flachen Regionen und weit entfernt von großen Gewässern – Faktoren, die lokale Niederschlagsmuster beeinflussen könnten.

Die Forscher verfolgten die Entstehung und Entwicklung von Stürmen außerhalb von Städten und über ihren Grenzen und ermittelten die durchschnittliche Richtung, die durchschnittliche Intensität, die maximale Intensität und das Gebiet jedes Sturms.

Sie fanden heraus, dass sich insgesamt mehr Stürme über Städten und ihren Grenzen bildeten als über nahe gelegenen ländlichen Gebieten. Die Stürme waren typischerweise am heftigsten über Stadtzentren oder über den Stadträndern wie in Berlin und Birmingham. Größere Städte verzeichneten eine stärkere Niederschlagsintensität als kleinere Städte: In kleineren Städten intensivierten sich die Regenfälle um 0,9 % bis 3,4 %, während sie in den größten Städten im Vergleich zu Randgebieten zwischen 5,2 % und 11 % zunahmen. Einige Städte verzeichneten zu bestimmten Tageszeiten auch eine viel stärkere Niederschlagsintensität.

Auch die Niederschlagsmenge konzentrierte sich über städtischen Gebieten um bis zu 15 %. Konzentrierte Regenfälle können die städtischen Wassermanagementsysteme stärker belasten als gleichmäßig verteilte Niederschläge.

Starke Stürme erhöhen das Hochwasserrisiko in Städten

Immer größere Stadtgebiete könnten mehr Stürme erzeugen und verstärken als ihre Umgebung, obwohl der Klimawandel die Stürme weltweit weiter verschärft. Die kombinierten Auswirkungen von Stadtwachstum und Klimawandel könnten die städtischen Regenwassersysteme belasten und zu häufigeren und schwereren Überschwemmungen führen.

Während die Forscher in allen Städten einige übereinstimmende Trends fanden, veränderten sich die Niederschlagsmuster in jeder Stadt auf einzigartige Weise. Während es in den meisten Städten beispielsweise stärkere Regenfälle gab als in ihrer Umgebung, waren die Niederschläge in Berlin und Charlotte stärker verteilt. In Atlanta intensivierten sich die Stürme tagsüber am meisten, während sie sich in Birmingham nur über Nacht verstärkten. Und anders als in den anderen sechs untersuchten Städten gab es in Berlin und Phoenix nicht mehr Stürme als in den umliegenden Gebieten.

Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit individueller Stadtplanungsstrategien und Studien, die mehr Städte einbeziehen, sagte Torelló-Sentelles. Angesichts des Klimawandels und der Urbanisierung der Welt müssen einzelne Städte ihre eigenen Anpassungs- und Minderungsstrategien entwickeln.

„Wir müssen eine größere Vielfalt von Städten untersuchen, damit wir die Ergebnisse verallgemeinern und bestimmen können, welche Stadtmerkmale den größten Einfluss auf das Niederschlagsmodifizierungspotenzial von Städten haben“, sagte sie. „Die Mechanismen, die den städtischen Niederschlag bestimmen, sind ziemlich komplex und wir müssen diese Prozesse noch weiter erforschen.“