Miami-Dade-Studie stellt die Zuverlässigkeit der Landoberflächentemperatur für die Bewertung des Hitzerisikos in Frage

Eine in der Zeitschrift veröffentlichte Studie Plus Klima am 2. Oktober 2024 untersucht die Wirksamkeit der Verwendung von Landoberflächentemperaturen (LSTs) als Proxys für Oberflächenlufttemperaturen (SATs) in subtropischen, saisonal feuchten Regionen.

Wissenschaftler der University of Miami Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science untersuchten mithilfe von Satellitenfernerkundungsdaten, wie LST die menschliche Hitzeexposition in Miami-Dade County, Florida, widerspiegelt. Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf Strategien zur Anpassung an die Hitze in Städten und werfen die Frage auf, wie gut LST das volle Ausmaß der Hitzeexposition im Freien in dieser Region und darüber hinaus erfasst.

Landoberflächentemperatur als Indikator für die Hitzeeinwirkung

„Durch Satellitenbilder gesammelte LST-Daten werden seit langem zur Schätzung der Oberflächenlufttemperatur verwendet – der Temperatur, die Menschen im Freien erleben“, sagte Nkosi Muse, ein Doktorand. Kandidat im Abess Graduate Program in Environmental Science and Policy an der Rosenstiel School und Hauptautor der Studie.

„LSTs sind eine Schlüsselkomponente von Prozessen in der unteren Atmosphäre und können mit hoher Auflösung untersucht werden – wichtig für das Verständnis städtischer Hitzerisiken und die Entwicklung von Anpassungsstrategien, insbesondere wenn Städte aufgrund des Klimawandels und der Stadtentwicklung immer heißer werden“, stellt er fest.

Die Forscher weisen darauf hin, dass die Genauigkeit des LST als Proxy je nach geografischen und klimatischen Faktoren variieren kann. Während die Beziehung zwischen LST und SAT in gemäßigten Zonen umfassend untersucht wird, ist sie in subtropischen Regionen mit hohen Sommerniederschlägen noch weniger erforscht.

Diese Studie, die sich auf Miami-Dade County konzentrierte, zielte darauf ab, diese Lücke zu schließen. Mithilfe der Fernerkundungsdaten von Landsat 8 aus den Jahren 2013 bis 2022 verglichen die Forscher die LST-Messwerte mit Lufttemperaturdaten lokaler Wetterstationen, um zu verstehen, wann und wo LST ein wirksamer Proxy für SAT ist. Ihre Ergebnisse zeigten saisonale Schwankungen in der Beziehung zwischen LST und SAT, was die Komplexität der Verwendung von LST-Daten in subtropischen, feuchten Regionen unterstreicht.

Saisonale Muster von LST und der städtische Wärmeinseleffekt

Die Studie ergab, dass LST-Daten die räumliche Verteilung der Wärme im gesamten Landkreis erfassten und insbesondere das Vorhandensein eines SUHI-Effekts (Surface Urban Heat Island) hervorhoben, bei dem städtische Gebiete heißer sind als umliegende ländliche Gebiete. Dieser Effekt war im Frühling am stärksten ausgeprägt, mit einer mittleren SUHI-Intensität von 4,09 °C, überraschenderweise höher als im Sommer, als sie durchschnittlich 3,43 °C betrug.

Bemerkenswert ist, dass die LST im Mai und Juni ihren Höhepunkt erreichte, im Gegensatz zum typischen Muster der nördlichen Hemisphäre, wo in Sommermonaten wie Juli und August tendenziell die höchsten Temperaturen zu verzeichnen sind.

Im Gegensatz dazu erreichte der SAT im Miami-Dade County im August seinen höchsten Wert, wobei die Beziehung zwischen LST und SAT je nach Saison erheblich schwankte. Im Winter stimmte LST eng mit SAT überein, aber diese Verbindung schwächte sich in den feuchteren Herbstmonaten ab. In den Sommermonaten gab es keinen statistisch signifikanten Zusammenhang zwischen LST und SAT.

Einschränkungen von LST als Wärmeexpositionsmaßnahme

Während LST nach wie vor ein nützliches Instrument zur Identifizierung räumlicher Wärmemuster in städtischen Gebieten ist, zeigt diese Studie, dass es als Proxy für die Lufttemperaturen, denen Menschen in subtropischen, saisonal feuchten Regionen wie Miami-Dade ausgesetzt sind, nur begrenzt geeignet ist.

Während der Regenzeit unterschätzt LST möglicherweise die tatsächliche Hitzebelastung der Bewohner. Der Zeitpunkt der LST-Datenerfassung (11 Uhr ET/12 Uhr EST) könnte ebenfalls eine Rolle spielen, da dieser Schnappschuss nicht die höchste Hitze des Tages erfasst, insbesondere in feuchten, regnerischen Monaten.

„Diese Ergebnisse verdeutlichen die Risiken, die damit verbunden sind, sich bei städtischen Wärmeanpassungsstrategien ausschließlich auf LST zu verlassen, insbesondere in Klimazonen, die keinen gemäßigten Mustern folgen“, sagte Amy Clement, Professorin für Atmosphärenwissenschaften an der Rosenstiel School und Mitautorin der Studie.

„Da Städte auf der ganzen Welt, insbesondere in subtropischen und tropischen Regionen, zunehmenden Bedrohungen durch Hitzewellen und steigende Temperaturen ausgesetzt sind, unterstreichen diese Ergebnisse die Notwendigkeit präziserer Messungen, um Hitzerisiken genau einzuschätzen und fundierte Gegenmaßnahmen zu treffen“, sagt sie.

Implikationen für Stadtplanung und zukünftige Forschung

Die Ergebnisse der Studie sind von unmittelbarer Relevanz für Stadtplaner und politische Entscheidungsträger, die an Strategien zur Hitzeanpassung in subtropischen und tropischen Regionen arbeiten. Während Miami-Dade County weiterhin neue Hitzerichtlinien entwickelt und die Stadt Miami ihren allerersten „Hitzesaisonplan“ vorstellt, können diese Erkenntnisse in die weitere Planung einbezogen werden.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die alleinige Verwendung von LST zu einer falschen Darstellung der Hitzerisiken führen kann, insbesondere während der Regenzeit, wenn die Lufttemperaturen erheblich höher sein können als die Oberflächentemperaturen.

Da städtische Gebiete einem wachsenden Druck ausgesetzt sind, gefährdete Bevölkerungsgruppen vor extremer Hitze zu schützen, weist diese Untersuchung auf die Notwendigkeit ausgefeilterer Ansätze zur Messung und Abschwächung der Hitzeexposition in Miami-Dade hin.

Bei der Verwendung von LST-Daten zur Ermittlung der am stärksten hitzegefährdeten Stadtteile wird möglicherweise die Intensität der Hitzebelastung in einigen Gebieten, insbesondere in den heißesten Monaten des Jahres, übersehen. Dies könnte zu unzureichenden oder fehlgeleiteten Strategien zur Wärmeanpassung führen.

Die Studie eröffnet auch Möglichkeiten für zukünftige Forschungen, insbesondere bei der Untersuchung, wie lokalisierte Prozesse – wie Vegetation, Gewässer oder städtische Materialien – die Energiebilanzen und LST-Werte an der Oberfläche beeinflussen. Das Verständnis dieser Faktoren könnte die Genauigkeit von LST als Instrument zur Messung der Hitzeexposition in verschiedenen städtischen Umgebungen verbessern.