GEOGRAFIE: STADTKLIMA

2018

Stadtökologie

START

Emma G., Leonie P., Zoe K.

Strahlungshaushalt

ökologisch ideale stadt

Wasserhaushalt

Fazit

Index

Quellen

stadtklima

luftqualität

böden

fauna

Flora

Einleitung

definition

Definition nach Herbert Sukopp

Herbert Sukopp

Teildisziplin der Ökologie, die sich mit den städtischen Ökosystemen, Biotopen und Biozönosen, ihren Organismen und Standortbedingungen, sowie mit Struktur, Funktion und Geschichte urbaner Ökosysteme beschäftigt“

Ein mögliches Modell

Ökosystem Stadt

Stadtklima

• Auch urbanes Klima genannt (tritt nur in Städten auf)
• Menschengemachte Veränderung des Klimas und der Luftqualität in Städten/städtischen Ballungsräumen (Gebiete mit hoher Bevölkerungsdichte)
• Mesoklima (also Mischung aus Makro- und Mikroklima)

Was ist Stadtklima?

Mikroklima

Mesoklima

Makroklima

Stadtklima

• Baustoffe
• Manche Stoffe speichern Wärme sehr gut -> geben Wärme nachts frei -> Stadt/Luft kann nicht richtig abkühlen
• Stoffe reflektieren Sonnenstrahlung -> kein Schatten
• Versiegelung des Bodens

• Regen/Wasser fließt direkt in die Kanalisation (Beton/Stein/Stahl/Asphalt ist undurchlässig) -> verhindert Abkühlung der Stadtluft
• Nicht genug Platz für Vegetation
• Natürliche Bodenoberfläche fast vollständig versiegelt/bedeckt

• Fehlende Vegetation
• Nicht genug Bäume um CO2 aufzunehmen und frische Luft zu produzieren
• Hohe Gebäudedichte
• Verstärkte vorher genannt Prozesse

Bebauung

Ursachen und Folgen

• Kranken, Kindern, Alten fehlt Möglichkeit abzukühlen durch hohe Temperaturen

Weitere Folgen

Anthropogene Emission

• Hohe Gebäude
• Fabriken
• Mehr Verkehr

Industrie

Ursachen und Folgen

Luftqualität

• Hohe Konzentration von Aerosolen (z.B. Ruß von Abgasen)
• Smog
• Starke Konvektion
• Geschlossene Bebauung
• Verhindert Luftaustausch mit Umland und höheren Luftschichten
• Durch windschwache Hochdruckwetterlagen können sich „Dunstglocken“ bilden mit Luftschadstoffen + erhöhten Temperaturen
• Pflanzen können extrem verschlechtert sein durch schlechte Luftqualität
• Abwärme/Abgase von Industrie, Verkehr, Heiz- und Kühlprozesse
• Luftverunreinigungen (Feinstaub, Luftschadstoffe, Aerosole)

• 10°C Temperatur Unterschied zwischen Stadt und Land
• Smog

Ursachen und Folgen

Luftqualität

Wintersmog

• „London Smog“ (industrielles London hatte das Problem)
• Kommt vor allem bei Inversionswetterlage vor
• Windstill
• Tiefere Luftschichten: kalte Luft mit hoher Dichte
• Höhere Luftschichten: warme Luft
• Normalerweise ist es andersherum (desto höher = desto kälter)
• Dichte untere Luftschicht lässt warme und leichte Luft nicht aufsteigen
• Schadstoffe, Emissionen von Verkehr, Heizkraftwerke, Industrieanlagen können nicht in die Atmosphäre entweichen

Smoke (eng. Rauch) und fog (eng. Nebel)

Smog als Folge schlechter Luftqualität

• Ozon: Im Sommer -> Schaden an Blättern/Nadeln
• Wachstum landwirtschaftlicher Kulturen beeinträchtigt
• Ernte Einbußungen
• Saurer Regen
• Versauerung von Flüssen/Seen/Böden
• Mehr Stickstoff
• Überdüngung -> schädigt Wälder/Naturwiesen/Moore
• Grundwasserverschmutzung

Gefahr für die Ökosysteme

• Los-Angeles-Smog
• An warmen + windstillen Tagen
• Durch höheren Ozon und Photooxidantien (z.B. Ozon, Salpetersäure) Gehalt

• Häufiger als Wintersmog

Sommersmog

• Schadstoffbegrenzungen für Kraftwerke und Industriegewerbe
• Weiniger Nutzung von fossilen Brennstoffen
• Ausbau des öffentlichen Verkehrs

• Einsatz alternativer Energie (z.B. Solar- oder Windenergie)

Mögliche Gegenmaßnahmen

• Stickstoffoxid/Ozon/Feinstaub -> einatmen -> gelangt an Bronchien + Lungenbläschen
• Atemnot, Husten, Bronchitis, Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Gefahr für Menschen

Strahlungshaushalt

• Bodennahes Ozon aufgrund von Verkehrsemissionen
• Erhöhte Absorption der UV-Strahlung

→ Strahlungsbilanz um 15- 20 % niedriger

• Schadstoffpartikel, die in die Atmosphäre entweichen, trüben die Luft
• Erhöhte Reflexion und Streuung der Sonnenlichts

→ Dunstglocke

• Direkte Strahlung in Städten durch erhöhte Lufttrübung vermindert

• Diffuse Himmelsstrahlung vermehrt
• Kurzwelliges Licht streut stärker

→ Rotanteil überwiegt Blauanteil um 3-5%

Trübung der Luft

Städte sind dennoch wärmer als das Umland

• Baumaterialien erwärmen sich wegen hoher Wärmekapazität und -leitfähigkeit stärker bei Einstrahlung

→ Mehr Wärmespeicherung in bebauten Gebieten→ Städte erwärmen sich morgens langsamer, kühlen sich nachts nicht so stark ab

• Dichte Bebauung verringert langwellige Wärmeausstrahlung, da Gebäude eine große Absorptionsfläche darstellen
• Vielfachreflexion an Häuserwänden

→ Mehr Absorption

• Luftverunreinigungen bewirkt erhöhte Gegenstrahlung und steigert Absorption kurzwelliger Strahlung

Boden

Boden als Faktor der Stadtökologie

• Städte wurden im Mittelalter an Flüssen/Sumpfgebieten gebaut und Nutzung es Bodens war auf die Innenseite der Stadtmauer begrenzt
• Zerstörung der natürlichen Bodenfunktion durch Materialauftrag und Grundwassersenkung (mechanische, physikalische, chemische Belastbarkeit nicht beachtet)
• Bodeneigenschaften verschlechterten sich (z.B. Korngröße, Gehalt an organischer Substanz, Konsistenz,…)

• Suburbanisierung und Industrialisierung im 20. Jahr.
• Bevölkerung wanderte in die ländlichen Regionen

• Neue Flächen, unbebaute Böden
• Neue Siedlungen/Verkehrsflächen
• Selbstversorgung führte zu Bodendegration/Verschlechterung der Bodeneigenschaften

Ursprüngliche Entstehung

Unfruchtbar und trocken

pH-Wert von 7,5

Klare Schichten

Mosaikartige Struktur

Eigenschaften urbaner Böden

Böden sind durch anthropogene Eingriffe verändert worden

• Veränderte natürliche Böden
• Veränderung wegen Industrie und/oder Gewerbe-, Verkehrs- und/oder Auftragsmaterialien

• Schadstoffe gelangen in die Böden
• Veränderung durch Bebauung
• Horizontale Abfolge von Schichten (z.B. Laub, Schlamm) zwar noch da, jedoch unterbrochen vom Auftrag (z.B. Sand, Humus, Füllmaterial) oder Abtrag mancher Substanzen gestört
• Um Platz zu schaffen wird das Grundwasser abgesenkt
• Böden anthropogener Aufträge
• Natürliche Substrate

• Ton, Schluff, Lehm, Sand, Kies, Schotter
• Entstehen zum Beispiel durch Baumaßnahmen, da der abgetragene Boden wider hinzugefügt werden muss
• Technogenen Substrate
• Bauschutt (z.B. Gips, Mörtel, Ziegel, Beton)
• Künstlich vom Menschen hergestellt
• Versiegelte Böden
• Wird durch Gebäude/Straße/etc. bedeckt
• Nicht fruchtbar und trocken

Klassifikation urbaner Böden

Flora

schneller Artenwechel

• Flora fast aller untersuchter Städte tendenziell etwas artenreicher als diejenige ihres Umlands
• Artenzahl umso höher, je größer die Stadt ist
• nicht gleichmäßig über die Gesamtflora verteilt
• überwiegend aus kurzlebigen Ruderalfluren,stickstoffbedürftigen Hochstaudenfluren,
• verschiedenen Wiesen- und Rasengesellschaften und Gebüschen und Vorwäldern
• Zentrum: ständiges Betreten angepasste Trittgesellschaften sowie Ritzen- und
• Mauerfugenvegetation

Heterogenität

Dynamik

Flora

• Von 6,2 % auf 17 %, im Umland fast konstant geblieben
• etwa 30–40 % der indigenen Arten durch Neueinwanderer ersetzt
• Holzgewächse in der Stadt von 26 (2 Neophyten) auf 117 (33 Neophyten) angestiegen
• Ähnlich: Ruhrgebiet, Nordrhein-Westfalen: heute höher als im Jahr 1887/ von 4 % auf 16 %gestiegen

Neophyten

• Ergebnisse von Chocholousková und Pysek
• Pilsen (ca. 170.000 Einwohner)
• (Verschiedene Messungen) um 1900 um 1970, um 1990
• Beobachtung: Die Artenzahl ist deutlich angestiegen (478, 595, 773 Arten)

Artenzahl im Umland stark gefallen (1112, 768, 745 Arten) (um gut 10 % abgefallen)

• Der Anteil der konstant nachgewiesenen Arten lag bei lediglich 57 %, Artenwechsel in der Stadt wesentlich lag höher

Beobachtungen

naturnahe Wälder, Sümpfe, Moore, Magerrasen (extensiv genutztem Grünland)

in Städten nur selten Lebensmöglichkeiten (stadtmeidend („urbanophob“ im Sinne von Wittig)):

• besonders der vorstädtischen Wohnquartiere
• öffentliche und private Rasenflächen über 10 % manchmal über 25 % der Grundfläche einnehmen

• Einzelne Rasenflächen meist aus 15 bis 20 Pflanzenarten aufgebaut Gräser bei der Deckung dominieren die Krautarten bei den Artenzahlen

• typische und kennzeichnende Pflanzenarten: Kleine Braunelle oder Steifhaariger Löwenzahn
• extrem artenarm

Rasenflächen

Fauna

• auffallend ist eine kleine Gruppe von Arten, an die städtischen Bedingungen angepasst und hier teilweise wesentlich häufiger als im Umland.
• z. B. die Säugetiere Kaninchen, Eichhörnchen, Rotfuchs und Steinmarder und die Vogelarten Amsel, Türkentaube und Haussperling

• mehrere Tausend Tierarten
• städtische Lebensräume deutlich artenärmer als vergleichbare im Umland (von Insekten und bodenlebenden Kleintieren bis hin zu Vögeln und Säugetieren)

• Eine ganze Reihe von Arten an städtische Bedingungen angepasst, sind hier sehr häufig, die Gesamtsiedlungsdichte der Brutvögel (bei geringerer Artenzahl) in Städten sogar höher liegen kann

• Die Fauna größerer Grünflächen, z. B. Parks mit altem Baumbestand oder Friedhöfe, kann dabei der Fauna des Umlands recht ähnlich sein und bietet etlichen eigentlich stadtmeidenden Arten ein Refugium.

Fauna

• auch einige wild lebende Tierarten gehen auf verwilderte Gefangenschaftsflüchtlinge zurück.
• Stadttaube, vor allem in Parkanlagen kommen weitere Arten wie Mandarinente, Kanadagans, Nilgans oder Halsbandsittich hinzu.

• die Häuser als eine Art künstliche Brutfelsen
• Neben Spatzen und Stadttauben Mauersegler, seit einigen Jahrzehnten aber auch der Wanderfalke.

• menschliche Gebäude als Lebensraum erobern
• „synanthropen“ Arten: Hausmäuse, Hausspitzmäusen und Wanderratten, zahlreiche Material- und Vorratsschädlinge, Zitterspinnen (treten überall auf, wo Menschen leben, sind also in Städten nicht häufiger.)

Wasserhaushalt

• Der Wasserhaushalt ist in hohem Maße klimaabhängig
• wird von der Landoberfläche (Geologie, Relief, Boden, Vegetation, Nutzung) differenziert
• Niederschlag = Verdunstung + Direktabfluss (Oberflächenabfluss) + unterirdischer Abfluss (Versickerung)
• Lokale Besonderheiten werden durch 6 Gebietstypen des Wasserhaushalts charakterisiert.

1. verdunstungsdominiert2. versickerungsdominiert3. abflussdominiert4. verdunstungs- und versickerungsbestimmt5. verdunstungs- und abflussbestimmt6. ausgewogen

Als Wasserhaushalt wird das globale, regionale oder lokale Verhältnis von Niederschlag, Verdubstung und Abfluss bezeichnet

Veränderung im Wasserhaushalt

• verdunstet in Städten ein viel geringerer Teil des Niederschlags als im Umland
• Das meiste Wasser wird in die Kanalisation geleitet (über die große Grundfläche der Gebäude, Straßen)

• Die Grundwasserneubildung bleibt in versiegelten Stadtquartieren beinahe unbeeinflusst
• sie sinkt nur im stark verdichteten Zentrum ab
• Grundwasserspiegel in Städten in der Regel durch den Einfluss der Kanalisation (die als Flächendrainage wirkt) abgesenkt

• geringeren Verdunstung—> Luftfeuchte erniedrigt
• geringeren Verdunstung die Luftfeuchte erniedrigt—>Belastung mit Stäuben (Kondensationskeime)—> häufiger zu Nebelbildung

• In der Stadt natürlicher Wasserhaushalt durch die Bebauung und Infrastruktur verändert
• Folgen:

Es fließt mehr Wasser von versiegelten Flächen ab.Es versickert weniger Wasser und verursacht Grundwasserdefizite.Die Luftfeuchtigkeit sinkt und die Temperaturen steigen.Das Kanalnetz und die Gewässer werden bei Starkregen überlastet.Die Böden können nicht mehr genug Wasser speichern.

Die "ökologisch ideale" Stadt

• Prinzipien der natürlichen Ökosysteme (ökologische Stabilität/Elastizität, ungestörte Stoffkreisläufe, energetische Autarkie, etc.) in urbanen Ökosystemen nicht möglich
• Anstreben einer möglichst umweltverträglichen Stadtplanung
• Diskussion um "sustainable development" besonders seit 1992
• UN-Umweltgipfel in Rio

Eine ökologisch ideale Stadt kann es nicht geben

- Verstärkte Schonung natürlicher Ressourcen- Verlangsamte Versiegelung und eine anzustrebende partielle Entsiegelung - Verstärktes Flächenrecycling anstelle von Neuverbrauch - Milderung der spezifischen Stadtklimate (Abbau der erhöhten innerstädtischen Lufttemperaturen, erhöhte Luftfeuchtigkeit u.ä.)- Reduzierung des Ausstoßens klimaverschärfender Treibhausgase- Entschärfung lufthygienischer Belastungen (Sommer-/Wintersmog z.B.) - Verringerung Kfz-bedingter Schadgase- Reduzierung von Bodenbelastungen - Abbau innerstädtischer Grünflächendefizite - Abbau des gesundheitsgefährdenden Lärms

Forderungen für sustainable development

Zusammenfassungund Fazit

Zusammenfassende Grafik

• Aufgrund von Schadstoffen in der Luft und dichter Bebauung entsteht in Städten eine verstärkter Absorption von Strahlung und Städte werden wärmer.

Strahlungshaushalt

• Obwohl eine ökologisch ideale Stadt nicht umsetzbar ist, gibt es Bemühungen mit sustainable development ein möglichst nachhaltiges Ökosystem zu bauen.

• Auf die Versickerung des Wassers nimmt der Mensch wenig Einfluss, aber durch Versiegelung mindern wir die Verdunstung und erniedrigen die Luftfeuchtigkeit.

• Das Ökosystem Stadt bietet einen optimaleren Lebensraum für manche Arten, während andere sich an die dort geltenden Bedingungen angepasst haben.

• Durch das Kultivieren der Neophyten durch den Menschen werden indigene Arten in Städten immer weiter verdrängt, sodass jede dritte Art bereits innerhalb der Städte verloren gegangen ist.

• Stadtökologie ist ein Teilbereich der Ökologie, der sich mit urbanen Ökosystemen, also unseren Städten, befasst.

Definition

Wasserhaushalt

Die "ökologisch ideale" Stadt

Fauna

Flora

• Stadtklima und schlechte Luftqualität führen zu steigenden Temperaturen, beeinflussen die Natur um uns herum und können auf lange Sicht hin auch gesundheitliche Folgen für uns haben.

Stadtklima und Luftqualität

• Der Boden in den Städten ist zu stark belastet und kann sich nicht richtig erholen, da wir Menschen durch unseren Eingriff die ursprüngliche Zusammensetzung zerstören.

Boden

Fazit

2050

Quellen

• Einleitung
• https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (auch Abschluss hieraus)
• https://www.watson.ch/wissen/international/999247246-es-lebe-die-stadt-die-haelfte-der-menschheit-wohnt-auf-nur-3-prozent-der-erdoberflaeche
• https://www.bpb.de/themen/stadt-land/stadt-und-gesellschaft/216884/nachhaltige-stadtentwicklung/
• Definition
• https://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/urbane-oekosysteme/17334
• https://beckassets.blob.core.windows.net/product/readingsample/9881677/9783825236403_excerpt_001.pdf ("Einführung in die Stadtökologie", Wilfried Endlicher 2012, Seite 15)
• https://www.biologie-seite.de/Biologie/Stadt%C3%B6kologie
• https://www.wald.de/waldwissen/was-ist-ein-oekosystem/#:~:text=Ein%20%C3%96kosystem%20setzt%20sich%20aus,einen%20unbelebten%20Lebensraum%2C%20das%20Biotop.

• Stadtklima und Luftqualität
• https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=102248&lv3=102558#:~:text=Unter%20Stadtklima%20(oder%20auch%20urbanem,Mesoklima%20von%20St%C3%A4dten%20und%20Ballungsr%C3%A4umen
• https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html;jsessionid=9AE7E82D2D9E87803BE474998439D524.live11052?lv2=101334&lv3=101492
• https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=101640&lv3=101700
• https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=101640&lv3=101778
• https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=101640&lv3=101726#:~:text=Unter%20Mesoklima%20versteht%20man%20den,Mesoklima%20eine%20Mischung%20von%20beiden.
• https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html;jsessionid=9AE7E82D2D9E87803BE474998439D524.live11052?lv2=100072&lv3=100234
• https://www.nabu.de/umwelt-und-ressourcen/ressourcenschonung/bauen/stadtklima/stadtklima.html
• https://www.umweltnetz-schweiz.ch/themen/bildung/3127-smog-und-seine-verheerenden-folgen.html
• https://de.wikipedia.org/wiki/Agglomeration#Ballungsraum
• https://www.helmholtz-klima.de/faq/was-sind-emissionen-und-wie-entstehen-sie#:~:text=Es%20gibt%20Emissionen%20aus%20der,oder%20Methan%20aus%20der%20Tierhaltung
• https://www.gesundheit.gv.at/leben/umwelt/luftschadstoffe/massnahmen-gegen-luftverschmutzung
• Strahlungshaushalt
• https://www.grin.com/document/105367
• https://www.biologie-seite.de/Biologie/Stadt%C3%B6kologie
• https://www.klett.de/alias/1004518#:~:text=Die%20Variante%20mit%20einem%20naturwissenschaftlichen,und%20Geschichte%20urbaner%20%C3%96kosysteme%20befasst.

• Boden
• https://www.grin.com/document/516588
• https://www.umweltnetz-schweiz.ch/themen/bildung/3108-der-stadtboden-alles-andere-als-natuerlich.html
• http://www.ahabc.de/bodeneigenschaften/#:~:text=Zu%20den%20Eigenschaften%20eines%20Bodens,pH%2DWert%2C%20seine%20Wasserkapazit%C3%A4t%2C

• Vegetation, Fauna, Wasserhaushalt
• https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwj824_O8ov4AhVISfEDHapxC2IQFnoECAMQAw&url=https%3A%2F%2Fde.wikipedia.org%2Fwiki%2FStadt%25C3%25B6kologie&usg=AOvVaw1N7OpJ0ctA_qzINnv1uQyk

• https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwiQqs6j84v4AhVhSPEDHcayDEsQFnoECAUQAQ&url=https%3A%2F%2Fsaengerstadtgymnasium.de%2Fls%2Fbenutzerdateien%2F175.pdf&usg=AOvVaw1KDl2ZHWQ1p6wfRvvQPfOk

• https://www.google.com/urlsa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjz4YrQ84v4AhXQSfEDHazZDPYQFnoECAYQAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.dresden.de%2Fde%2Fstadtraum%2Fumwelt%2Fumwelt%2F055%2F06%2F01%2FWasserhaushalt.php&usg=AOvVaw2hdAxhn49GjGFQUgdKuQt

• https://www.google.com/urlsa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjz4YrQ84v4AhXQSfEDHazZDPYQFnoECAcQAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.eea.europa.eu%2Fde%2Farticles%2Fwasser-in-der-stadt&usg=AOvVaw1Hv7ZtDmDZkh3oY0CJewAF

• https://www.google.com/urlsa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjz4YrQ84v4AhXQSfEDHazZDPYQFnoECAoQAQ&url=https%3A%2F%2Fat.scientists4future.org%2F2022%2F03%2F16%2Fwasserhaushalt-in-der-stadt%2F&usg=AOvVaw1H8kepmjUeOcbww-ENY_0h

• Die ökologisch ideale Stadt/sustainable development
• Meurer, M.: Stadtökologie. In: Geograpische Rundschau 10/1997, S. 552 f.