Strategische Stadtplanung kann dazu beitragen, den städtischen Wärmeinseleffekt zu reduzieren

Die Tendenz von Städten, Wärme einzuschließen – ein Phänomen, das als „städtische Wärmeinsel“ bezeichnet wird und oft als UHI-Effekt bezeichnet wird – kann in den Sommermonaten zu gefährlichen Temperaturen führen, doch eine neue Studie aus Penn State wurde in veröffentlicht Gebäude legt nahe, dass bestimmte städtische Faktoren diesen Effekt verringern können.

Die Studie ergab, dass Bäume einen kühlenden Effekt auf die Außenlufttemperatur, die mittlere Strahlungstemperatur und den vorhergesagten mittleren Abstimmungsindex hatten, eine Messung zur Bewertung des thermischen Komforts.

Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass ein höheres Verhältnis von Gebäudehöhe zu Straßenbreite – wenn höhere Gebäude Schatten für schmalere angrenzende Straßen spenden – sowie ein Straßenbelag, der das Sonnenlicht besser reflektiert oder eine höhere „Albedo“ aufweist, beide zu einer Verringerung führten mittlere Strahlungstemperatur und höheres Komfortniveau.

Guangqing Chi, Professor für ländliche Soziologie, Demografie und öffentliche Gesundheitswissenschaften am College of Agricultural Sciences, sagte, die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Einführung von Maßnahmen zu fördern, die günstigere Temperaturen in Städten schaffen – insbesondere für einkommensschwache Gemeinden, farbige Menschen und andere ältere Menschen, die überproportional vom UHI-Effekt betroffen sind.

„Die globale Erwärmung macht einige menschliche Lebensräume unerträglich heiß, vor allem aber für sozial und historisch benachteiligte Gemeinschaften“, sagte Chi. „Dieses interdisziplinäre Projekt bietet eine effektive, gerechte städtebauliche Lösung zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber extremer Erwärmung.“

Die Studie, eine Zusammenarbeit zwischen dem College of Agricultural Sciences und dem Hamer Center for Community Design der Stuckeman School des College of the Arts and Architecture, fand in Philadelphia statt, einer Stadt, die – den Forschern zufolge – eine hohe Armutsrate aufweist extremes Wetter.

Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab beispielsweise, dass Philadelphia von den bevölkerungsreichsten Städten der Vereinigten Staaten die höchste Armutsquote aufwies, wobei 22,8 % der Menschen in der Stadt unterhalb der Armutsgrenze lebten. Die Stadt erlebte seit 2010 außerdem den schneereichsten Winter, die zwei wärmsten Sommer, den niederschlagsreichsten Tag und die beiden niederschlagsreichsten Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen.

Farzad Hashemi, ein Forscher am Hamer Center, der im August seinen Doktortitel in Architektur abschließen wird, sagte, diese Kombination aus sozioökonomischen und klimatischen Faktoren habe Philadelphia zu einem idealen Standort für die Studie gemacht.

„Wärmeinsel-Hotspots und Sterblichkeitsraten sind tendenziell in Stadtvierteln mit einer sozial benachteiligten Bevölkerung höher“, sagte Hashemi. „Dies ist auf die Kombination physikalischer Faktoren wie undurchlässige Oberflächen und fehlende Vegetation sowie sozialer Faktoren wie der Anfälligkeit für hitzebedingte Gesundheitsschäden zurückzuführen.“

Forscher des Hamer Center, einer Forschungs- und Öffentlichkeitsabteilung der Architekturabteilung der Stuckeman School, haben die Idee für dieses Projekt initiiert. Unter der Leitung von Lisa Iulo, außerordentlicher Professorin für Architektur, besteht das Ziel des Hamer Centers darin, Gemeinden in die Lage zu versetzen, komplexe Herausforderungen im Zusammenhang mit der gebauten Umwelt wie Klimawandel, Urbanisierung und soziale Gerechtigkeit anzugehen.

Für die Studie verwendeten die Forscher den Social Vulnerability Index (SVI), der von der Agency for Toxic Substances and Disease Registry der Centers for Disease Control and Prevention erhoben wurde, zusammen mit Daten über den Baumbestand, um zwei Stadtteile der Stadt zu identifizieren. Einer hatte den niedrigsten SVI und eine hohe Baumbedeckung und ein anderer hatte den höchsten SVI und die niedrigste Baumbedeckung.

Anschließend erstellten sie mit digitalen Werkzeugen 3D-Modelle jedes Viertels und berücksichtigten dabei Informationen zu Baumaterialien, Landbedeckung, Albedo und durch menschliche Aktivitäten erzeugter Wärme. Zu den weiteren Daten gehörten Umweltfaktoren wie die Lufttemperatur und die mittlere Strahlungstemperatur – oder die von Gebäuden und anderer Infrastruktur abgegebene Wärme – sowie die städtische Morphologie wie die Oberflächenalbedo und das Verhältnis von Gebäudehöhe zu Straßenbreite.

Schließlich führten die Forscher 24-Stunden-Simulationen für sechs Szenarien – Winter, Frühling, Sommer, Herbst, extreme Hitze und extreme Kälte – in jedem Viertel durch, um zu sehen, wie sich verschiedene Faktoren gegenseitig beeinflussten.

Die Forscher fanden heraus, dass Bäume zwar einen kühlenden Effekt erzeugen können, dieser Nutzen jedoch auf ihre unmittelbare Umgebung beschränkt ist. Gebiete ohne Bäume wiesen deutlich höhere mittlere Strahlungstemperaturen auf, und der Einfluss von Bäumen auf die Lufttemperatur nahm mit zunehmender Entfernung von der Baumkrone ab.

Chi, ebenfalls ein mitfinanzierter Wissenschaftler des Social Science Research Institute, sagte, die Ergebnisse deuten darauf hin, wie das Wissen über das Stadtklima zu einer besseren Stadtplanung und -gestaltung beitragen könne.

„Zum Beispiel könnte die Verwendung höherer und dichterer Gebäude neben Gehwegflächen mit höherer Albedo in Betracht gezogen werden, um angenehmere thermische Bedingungen zu unterstützen, insbesondere in Stadtvierteln mit geringerer Vegetationsbedeckung“, sagte er. „Insgesamt unterstreicht die Studie die Bedeutung der Berücksichtigung der Stadtmorphologie und der Vegetationsbedeckung bei der Gestaltung nachhaltiger und lebenswerter städtischer Umgebungen.“

Hashemi sagte, dieses Projekt könnte die Grundlage für zukünftige Forschungen bilden, die längere Simulationszyklen nutzen und Informationen zum thermischen Komfort in Innenräumen einbeziehen.

„Unsere Studie konzentrierte sich auf Philadelphia, das im Nordosten der USA liegt“, sagte er. „Die Ausweitung der Daten auf weitere Städte aus anderen Klimazonen, einschließlich heißer und trockener oder extrem kalter Klimazonen, könnte uns ein besseres Verständnis der Auswirkungen städtischer Immobilien auf unterschiedliche Klimazonen und soziale Gefährdungsindizes ermöglichen.“

An dieser Arbeit war auch Ute Poerschke, Professorin für Architektur, beteiligt.