Mitigation of urban heat stress - a modelling case study for the area of Stuttgart

Laut Berechnungen der Vereinten Nationen werden bis zum Jahr 2050 69 % aller Menschen in Städten leben, das entspricht ca. 6,3 Milliarden (UN 2011). Städte sind damit der wichtigste Lebensraum für Menschen. Sie reagieren besonders sensibel auf Extremwetterereignisse wie zum Beispiel Hitzewellen, die die Wärmebelastung für die Bewohner verschärfen. Um nachhaltig negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit vorzubeugen, sind Anpassungs- und Vermeidungsstrategien notwendig. In dieser Studie wird das mesoskalige numerische Strömungs-Simulationsmodell WRF verwendet, um für das Stadtgebiet Stuttgart auf regionalem Maßstab Szenarienrechnungen durchzuführen. ... mehrDamit sollen die Auswirkungen verschiedener Stadtplanungsmaßnahmen auf dynamische Prozesse im Stadtklima qualitativ und quantitativ untersucht werden, und die Wirksamkeit der einzelnen Strategien soll bewertet werden. Nach dem Vergleich zweier Parametrisierungsansätze für städtische Gebiete im Modell wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt; diese zeigt, dass eine Veränderung der Reflexionseigenschaften von Oberflächen, verglichen mit Begrünung oder Veränderung der Bebauungsdichte, den größten Einfluss auf bodennahe Lufttemperaturen hat. Der Begriff "städtische Wärmeinsel"; (engl. Urban Heat Island UHI) beschreibt den Unterschied zwischen städtischer und ländlicher Temperatur, ist verantwortlich für die Ausprägung von regionalen Strömungsmustern und charakterisiert so das städtische Klima. Laut Modellergebnis kann durch die Verwendung von stark reflektierenden Materialien oder Außenanstrichen die Intensität der Wärmeinsel um bis zu 2 °C herabgesetzt werden, wohingegen innerstädtische Grünflächen die Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland im Mittel um 1 °C verringern können.

In 2050 the fraction of urban global population will increase to over 69 %, which means that around 6.3 billion people are expected to live in urban areas (UN 2011). Cities are the predominant habitation places for humans to live and are vulnerable to extreme weather events aggravating phenomena like heat stress. Finding mitigation strategies to sustain future development is of great importance, given expected influences on human
health. In this study, the mesoscale numerical model WRF is used on a regional scale for the urban area of Stuttgart, to simulate the effect of urban planning strategies on dynamical processes affecting urban climate.
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After comparing two urban parameterisation schemes, a sensitivity study for different scenarios is performed; it shows that a change of the reflective properties of surfaces has the highest impact on near-surface temperatures compared to an increase of urban green areas or a decrease of building density. The Urban Heat Island (UHI) describes the temperature difference between urban and rural temperatures; it characterises regional urban climate and is responsible for urban-rural circulation patterns. Applying urban planning measures may decrease the intensity of the UHI in the study area by up to 2 °C by using heat-reflective roof paints or by 1 °C through replacing impervious surfaces by natural vegetation in the urban vicinity - compared to a value of 2.5 °C for the base case. Because of its topographical location in a valley and the overall high temperatures in this region, the area of Stuttgart suffers from heat stress to a comparatively large extent.