Klima in Städten

Basis

Lokale Luftzirkulation

In einer Stadt bilden sich lokale Luftströmungen. Wir können unter Umständen einen sogenannten Stadtwind (engl.: urban breeze) beobachten. Die hohe Dichte der Gebäude verändert den Wind in Geschwindigkeit und Richtung. Wind kann die Luftqualität in einer Stadt erhöhen. Er kann aber auch zu zu starkem Auskühlen der Gebäude führen.

In einer Stadt wird die Luftzirkulation durch natürliche und durch den Menschen konstruierte Faktoren bestimmt. Hierzu zählen die Lufttemperatur, die Struktur der Oberfläche und die Gegenwart diverser Hindernisse (Hügel, Wälder, hohe Gebäude). Das Stadtgebiet heizt sich verglichen mit dem Umland während des Tages viel stärker auf. Durch den Temperaturunterschied steigt die Luft über dem Stadtkern schneller auf. Es entwickelt sich ein Druckunterschied, ein lokales Tiefdruckgebiet über der City und ein lokales Hochdruckgebiet über dem Umfeld der Stadt. Um diesen Druckunterschied wieder auszugleichen, weht der Wind in die Stadt hinein. Solche Winde sind jedoch lokal und haben nichts mit der allgemeinen atmosphärischen Windrichtung zu tun. Für diese sind Druckunterschiede verantwortlich, die den ganzen Kontinent betreffen. Der Stadtwind bildet sich am besten aus, wenn der allgemeine Wind sehr schwach ist. Über dem Zentrum steigt die Warmluft auf, dehnt sich in einer Gegenströmung in Richtung der Vororte aus. Dort kühlt sie sich ab und geht wieder nieder. Mit dem Stadtwind wird sie dann zurück in die Stadt geweht.

1. Ausbildung der Stadtwind-Zirkulation
Animation: Mateusz Kaminski 

Der Wind, der eine Stadt erreicht, verändert seine Richtung. Er folgt den Kanälen und Schluchten, die durch die hohen Gebäude gebildet werden, die zu beiden Seiten einer Straße stehen oder er vermeidet Bauten, die senkrecht zur ursprünglichen Windrichtung gebaut sind. Die Hauptstraßen, die in die Stadt hineinführen, sind in der Regel auch die Hauptkorridore für den Wind, der abends in die Stadt weht. Auf breiten Straßen kann er direkt der Straße folgen. In engen Straßen jedoch erhöht sich die Windgeschwindigkeit deutlich an den Straßenecken. Er bildet auch lokale Wirbel auf Kreuzungen oder Plätzen, an denen sich verschiedene Luftströmungen treffen.

Im Stadtzentrum ist die Windgeschwindigkeit niedriger als in den Vororten, wie auch die Windrichtung eine andere ist. Die Windgeschwindigkeit hängt mit der Struktur (Rauheit) der Oberfläche zusammen, der Dichte von Hindernissen und der Höhe der Barrieren, die den Wind abblocken (Gebäude, Bäume). Im Zentrum einer Stadt ist die Windgeschwindigkeit oft um 20% reduziert gegenüber den Vororten und schwache Winde (< 3 m/s) werden wesentlich öfter gemessen als auf dem Land.

Weht der Wind senkrecht auf in einer Reihe errichtete Gebäude, so ist die dem Wind zugewandte Seite starken Böen ausgesetzt, während die dem Wind abgewandte Seite sich in einem so genannten 'aerodynamischen Schatten' befindet. Der starke Luftzug, dem die Gebäude ausgesetzt sind, wirkt sich negativ auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bewohner aus. Stehen Gebäude hintereinander, so bilden sich Wirbel zwischen ihnen auf der dem Wind abgewandten Seite. Die Größe der Wirbel nimmt mit der Höhe der Gebäude zu. Verringert man den Abstand zwischen den Gebäuden, so kann dies die Windgeschwindigkeit um bis zu 50% senken. Der Wind, der gegen ein hohes Gebäude weht, teilt sich in mehrere Ströme. Ein Teil geht nach oben, ein Teil fließt um das Gebäude herum. Hierbei kann die Windgeschwindigkeit an den Ecken um 30% zunehmen. Niedrige Häuser, in der Nähe von hohen, sind von der Umlenkung des Windes manchmal unangenehm betroffen. Ist der Wind stark, können die kleineren Gebäude unter Umständen Vibrationen ausgesetzt sein.

3. Idealisierter Luftstrom um benachbarte Gebäude
Animation: Mateusz Kaminski

Windgeschwindigkeiten von mehr als 3 m/s sind in der Regel gut für die Lufthygiene, da sie die Durchlüftung der Stadt fördern und die Verdunstung erhöhen. Gleichzeitig wird die Verschmutzung aber auch weiter verbreitet und im Winter geht ein guter Teil der in den Mauern gespeicherten Wärme verloren, wenn die Häuser Windböen ausgesetzt sind.

About this page:

Authors: Sebastian Wypych, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Mateusz Kaminski
1. Scientific reviewer: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Jagiellonian University - Cracow / Poland - 2003-06-20
2. Scientific reviewer: Dr. Marek Nowosad - Maria Curie-Sklodowska University - Lublin / Poland - 2003-06-16
last update: 2003-07-22
translation: Elmar Uherek - MPI Chemistry - 2005-01-16