Neue landesweite Modellierungen deuten auf weit verbreitete Rassenunterschiede bei städtischer Hitzebelastung hin

Von dicht bebauten Stadtkernen bis hin zu weitläufigen Vorstädten sind Städte komplex. Diese Komplexität kann zu Temperatur-Hotspots innerhalb von Städten führen, wobei einige Stadtteile (und ihre Bewohner) mehr Hitze ausgesetzt sind als andere.

Das Verständnis dieser Umweltunterschiede bildet den Geist von neue Forschung unter der Leitung von Wissenschaftlern des Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums. In einer neuen Studie, die alle Großstädte in den USA untersucht, stellen die Autoren fest, dass der durchschnittliche schwarze Einwohner einer Luft ausgesetzt ist, die im Vergleich zum Stadtdurchschnitt um 0,28 Grad Celsius wärmer ist. Im Gegensatz dazu lebt der durchschnittliche weiße Stadtbewohner dort, wo die Lufttemperatur im Vergleich zum gleichen Durchschnitt um 0,22 Grad Celsius kühler ist.

Das neue Werk wurde letzte Woche in der Zeitschrift veröffentlicht Eine Erde, umfasste eine zweiteilige Anstrengung. Ziel der Autoren der Studie war es, eine aussagekräftigere landesweite Schätzung des städtischen Hitzestresses zu erstellen – eine genauere Darstellung der Reaktion unseres Körpers auf Außenhitze. Durch die Erstellung und den Vergleich dieser Schätzungen mit demografischen Daten versuchten sie auch besser zu verstehen, welche Bevölkerungsgruppen am stärksten dem städtischen Hitzestress ausgesetzt sind.

Die Ergebnisse zeigen weit verbreitete einkommens- und rassenbedingte Unterschiede in US-Städten. Nahezu die gesamte städtische Bevölkerung der USA – 94 Prozent oder rund 228 Millionen Menschen – lebt in Städten, in denen die arme Bevölkerung durch die sommerliche Hitzebelastung überproportional belastet wird.

Die Autoren der Studie stellen außerdem fest, dass Menschen, die heute in historisch begrenzten Stadtvierteln leben, in denen Kreditantragsteller einst aus rassistisch diskriminierenden Gründen abgelehnt wurden, einer höheren Hitzebelastung im Freien ausgesetzt wären als ihre Nachbarn, die in ursprünglich nicht begrenzten Stadtvierteln lebten.

Die Arbeit zeigt auch Mängel im typischen Ansatz auf, den Wissenschaftler bei der Schätzung der städtischen Hitzebelastung in diesen Maßstäben verfolgen und der häufig auf Satellitendaten beruht. Laut der neuen Arbeit kann diese herkömmliche satellitengestützte Methode solche Unterschiede überschätzen. Während sich die Welt erwärmt, können die Ergebnisse in städtische Hitzeschutzpläne einfließen, die von Kommunalverwaltungen vorgelegt werden, die gefährdeten Gruppen helfen wollen.

Was ist Hitzestress?

Der menschliche Körper hat sich so entwickelt, dass er in einem relativ engen Temperaturbereich arbeitet. Erhöhen Sie Ihre Körpertemperatur auf mehr als sechs oder sieben Grad, und das hat schon bald drastische physiologische Folgen. Zellprozesse brechen zusammen, das Herz wird überlastet und Organe beginnen zu versagen.

Schwitzen hilft. Die Kühlwirkung des Schwitzens hängt jedoch teilweise davon ab, wie feucht die Umgebung ist. Wenn Hitze und Feuchtigkeit allgegenwärtig sind und man ihnen nur schwer entkommen kann, hat der Körper Schwierigkeiten, sich anzupassen.

Wie wird Hitzestress gemessen?

Um Hitzestress zu messen, verwenden Wissenschaftler eine Handvoll Indikatoren, von denen viele von der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit abhängen. Wetterstationen liefern solche Daten. Da sich die meisten Wetterstationen jedoch außerhalb von Städten befinden, greifen Wissenschaftler häufig auf andere Mittel zurück, um sich ein Bild über den Hitzestress in Städten zu machen, einschließlich der Verwendung von Sensoren auf Satelliten.

Diese Sensoren schließen aus Messungen der Wärmestrahlung auf die Temperatur der Landoberfläche. Solche Messungen liefern jedoch kein vollständiges Bild der Hitzebelastung, sagte der Hauptautor und Geowissenschaftler TC Chakraborty. Nur die Haut der Erde zu messen, etwa die Oberfläche eines Bürgersteigs oder eines Grasflecks, sagte Chakraborty, gebe nur eine Vorstellung davon, wie es sei, flach auf dieser Oberfläche zu liegen.

„Solange man nicht barfuß herumläuft oder nackt auf dem Boden liegt, spürt man das nicht wirklich“, sagte Chakraborty. „Die Landoberflächentemperatur ist bestenfalls ein grober Indikator für den städtischen Hitzestress.“

Tatsächlich bewegen sich die meisten von uns aufrecht durch eine Welt, in der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit bestimmen, wie sich Wärme tatsächlich anfühlt. Und diese Satellitendaten sind nur für Tage mit klarem Himmel verfügbar – ein weiterer limitierender Faktor. Vollständigere und physiologisch relevante Schätzungen des Hitzestresses beziehen eine Mischung von Faktoren ein, die Modelle liefern können, sagte Chakraborty.

Um die Unterschiede zwischen der von Satelliten ermittelten Landoberflächentemperatur und der Umgebungswärmebelastung innerhalb von Städten besser zu verstehen, untersuchte Chakrabortys Team 481 urbanisierte Gebiete auf dem gesamten US-amerikanischen Festland mithilfe von Satelliten und Modellsimulationen.

Der Aqua-Satellit der NASA lieferte die Temperatur der Landoberfläche; und durch Modellsimulationen, die städtische Gebiete berücksichtigen, erstellten die Autoren landesweite Schätzungen aller Variablen, die zur Berechnung des feuchten Hitzestresses erforderlich sind. Zwei solcher Maßstäbe für Hitzestress – die des National Weather Service Hitzeindex und das Humidexhäufig von kanadischen Meteorologen verwendet, ermöglichte es den Wissenschaftlern, die kombinierten Auswirkungen von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit auf den menschlichen Körper zu erfassen.

Anschließend identifizierten sie landesweit Hitzestress-Hotspots für Sommertage zwischen 2014 und 2018. Durch die Überlagerung von Karten sowohl historisch begrenzter Stadtteile als auch von Zählgebieten identifizierte das Team Zusammenhänge zwischen Hitzebelastung und Gemeinden.

Wie verteilt sich die Wärme in Städten?

Bewohner ärmerer Viertel sind häufig stärkerem Hitzestress ausgesetzt. Und eine größere Einkommensungleichheit in einer bestimmten Stadt bedeutet oft, dass die ärmeren Bewohner einer größeren Hitzebelastung ausgesetzt sind.

Die meisten US-Städte, darunter auch dicht besiedelte Städte wie New York, Los Angeles, Chicago und Philadelphia, weisen diese Ungleichheit auf. Aber der Zusammenhang zwischen Hitzestress und rassistischer Wohnsegregation ist noch deutlicher.

Rund 87,5 Prozent der untersuchten Städte zeigen, dass schwarze Bevölkerungsgruppen in Teilen der Stadt mit höheren Landoberflächentemperaturen, wärmerer Luft und größerem Feuchtigkeitshitzestress leben. Darüber hinaus sei der Zusammenhang zwischen dem Grad der Hitzestress-Unterschiede und dem Grad der Segregation zwischen weißen und nicht-weißen Bevölkerungsgruppen in den Städten besonders auffällig, sagte Chakraborty.

„Die Mehrheit – 83 Prozent – ​​der nicht-weißen Stadtbewohner der USA leben in Städten, in denen sie durch feuchte Hitze im Freien unverhältnismäßig belastet werden“, sagte Chakraborty welche Variable Sie zur Beurteilung verwenden.“

In den 1930er Jahren bewertete die Home Owners‘ Loan Corporation der US-Bundesregierung Stadtteile, um die Eignung von Immobilieninvestitionen einzustufen. Diese Praxis ist als „Redlining“ bekannt, bei dem schlechtere Noten (und folglich weniger Kredite) an Stadtteile vergeben werden, die aus ärmeren Gruppen und Minderheitengruppen bestehen. Die Autoren stellen fest, dass diese umrandeten Viertel immer noch schlechtere Umweltbedingungen aufweisen.

Stadtteile mit niedrigeren Bewertungen sind einer höheren Hitzebelastung ausgesetzt als ihre Nachbarn ohne roten Streifen. Im Gegensatz dazu sind Stadtteile mit höheren Bewertungen im Allgemeinen weniger Hitze ausgesetzt.

Dies steht im Einklang mit früheren Untersuchungen zu ursprünglich umrissenen Stadtvierteln untere Baumbedeckung Und höhere Landoberflächentemperatur. Chakraborty weist jedoch darauf hin, dass die Verwendung der Landoberflächentemperatur diese Unterschiede zwischen den Graden der Nachbarschaft im Allgemeinen überschätzen würde, verglichen mit der Verwendung der Lufttemperatur oder des Hitzeindex.

„Satelliten liefern uns Schätzungen der Landoberflächentemperatur, die eine andere Variable ist als die Temperatur, die wir im Freien, insbesondere in Städten, spüren“, sagte Chakraborty. „Darüber hinaus hängt die physiologische Reaktion auf Hitze auch von der Luftfeuchtigkeit ab, die Satelliten nicht direkt liefern können, und auch die Urbanisierung verändert sich.“

Die Ergebnisse seien nicht ohne Unsicherheit, fügten die Autoren hinzu. „Bodengestützte Wetterstationen haben dazu beigetragen, die Modellverzerrung zu verringern, aber nicht zu beseitigen“, sagte Co-Autor Andrew Newman vom National Center for Atmospheric Research, der die Modellsimulationen erstellte. Die Ergebnisse stimmen jedoch immer noch sowohl mit der Theorie als auch mit der Theorie überein frühere groß angelegte Beobachtungsbeweise.

Was kann getan werden?

Das Pflanzen weiterer Bäume sei oft eine mögliche Lösung für Hitzestress, sagte Chakraborty. Aber dicht bebaute städtische Kerne, in denen in den USA oft ärmere Bevölkerungsgruppen und Minderheiten leben, sind so begrenzter Platz für Bäume. Und viele frühere Schätzungen zum Potenzial der Vegetation, die Stadtumgebung abzukühlen, basieren ebenfalls ausschließlich auf der Landoberflächentemperatur – vielleicht sind sie es auch anfällig für ähnliche Überschätzungenschlagen die Autoren vor.

Aussagekräftigere Messungen des städtischen Hitzestresses würden hilfreich sein, fügten sie hinzu. Faktoren wie Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung tragen dazu bei, wie sich Wärme tatsächlich auf den menschlichen Körper auswirkt. Diese Faktoren werden jedoch in den meisten wissenschaftlichen Bewertungen des städtischen Hitzestresses nicht berücksichtigt, da sie auf Nachbarschaftsebene nur schwer zu messen oder zu modellieren sind.

Zu den PNNL-Autoren des neuen Werks gehört neben Chakraborty auch Yun Qian. Andrew Newman vom National Center for Atmospheric Research, Angel Hsu von der University of North Carolina-Chapel Hill und Glenn Sheriff von der Arizona State University sind ebenfalls Autoren. Diese Arbeit wurde vom Office of Science des DOE und den National Institutes of Health unterstützt.