Heiß, heißer, Hitze

Wenn Deutschland schwitzt

Sommerliche Hitzebelastungen für den Menschen nehmen in Mitteleuropa seit Jahrzehnten in Bezug auf ihre Häufigkeit und Dauer zu. Durch den globalen Klimawandel dürften sich diese thermischen Extremsituationen in ihrem Ausmaß noch weiter steigern.

Bild: Guenter Albers/Shutterstock.com

Ballungszentren sind besonders betroffen, da sie als bebaute und versiegelte Räume wärmer sind als ihr Umland. Darüber hinaus weisen sie meist hohe Bevölkerungsdichten auf, wodurch das Problem des thermischen Unbehagens (Diskomfort) weiter verschärft wird. Eine extreme thermische Belastung für den Menschen tritt dann ein, wenn die körpereigene Wärmeabgabe durch Schwitzen (Transpiration) und Erweiterung der Arterien und Venen (Periphergefäße) wirkungslos wird. Voraussetzung dafür sind hohe Lufttemperaturen in Kombination mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Hitzewellen: mehrtägige Episoden hoher Temperatur

Über mehrere Tage anhaltende Hitze wird in Mitteleuropa großräumig entweder durch ein einstrahlungsreiches, windarmes, stationäres sowie sommerliches Hochdruckgebiet verursacht oder durch eine Luftdruckkonstellation herbeigeführt, die feuchtheiße Luft aus dem Süd- und Südwestsektor nach Mitteleuropa transportiert. Dabei kann zum Beispiel auch kleinräumig durch Oberflächenversiegelung und dichte Bebauung, wie sie Städten zu eigen sind, Hitze verstärkt respektive ihr Vorherrschen verlängert werden, sodass daraus eine mehrtägige Episode hoher Temperatur entstehen kann – die sogenannte Hitzewelle.

Für den Begriff Hitzewelle existiert in der Fachliteratur eine Fülle an Definitionen. Eine davon ist diejenige des Deutschen Wetterdiensts (DWD), die zugleich für die Auslösung des Hitzewarnsystems (aufgeteilt in Hitzewarnstufe 1 und 2) in Deutschland verwendet wird. Dabei wird sich auf die gefühlte Temperatur (engl. perceived temperature, pt) bezogen, die einen thermophysiologischen Hitzeindex (mit Angaben in Grad Celsius) darstellt. In dessen Berechnung geht zum Beispiel nicht nur die Lufttemperatur und der Luftfeuchtegehalt ein, sondern auch Bekleidungs- und Aktivitätswerte eines Menschen.

So wird über die Medien die Hitzewarnstufe 1 dann ausgerufen, wenn die gefühlte Temperatur (pt) an zwei Tagen in Folge mindestens 32 Grad Celsius oder mehr erreichen soll und dabei zusätzlich nur von einer geringen nächtlichen Abkühlung ausgegangen wird. Die Hitzewarnstufe 2 tritt dann in Kraft, wenn die gefühlte Temperatur pt mindestens 38 Grad Celsius laut Vorhersage am frühen Nachmittag erreicht und somit eine extreme Wärmebelastung vorherrscht.

Extreme Hitze führt in den meisten Fällen zu einem kurzfristigen Anstieg der Sterberaten, wovon insbesondere die ältere Bevölkerung am stärksten betroffen ist. Am Beispiel der Hitzewellen im August 2003 wollen wir kurz auf deren thermische Entwicklung eingehen (siehe Bild).

Stundenmittelwerte der Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Bodentemperatur sowie der Gebäudeinnentemperatur während der Hitzewelle vom 01. bis 09. August 2003 in Essen

Die maximale Lufttemperatur stieg im Raum Essen von 28,9 am ersten Tag bis auf 38,7 Grad Celsius am letzten Tag an. Gleichzeitig nahm die nächtliche Minimumtemperatur, die ein wichtiges Indiz für die Schlaftiefe darstellt, von angenehmen 15,6 auf 21,9 Grad Celsius zu. Auch lässt sich dem Lufttemperaturverlauf (rot) entnehmen, dass die Dauer der Temperaturen über 30 Grad Celsius (schwarz) von vier Stunden am zweiten Tag auf zehn Stunden am letzten Tag der Episode zunahm.

Eine wichtige Größe spielt in diesem Zusammenhang die Innenraumtemperatur (gelb), die als Lufttemperatur in einer gut gedämmten Wohnung in der Essener Innenstadt gemessen wurde. Während zu Beginn der Hitzewelle noch 22 Grad Celsius ermittelt wurden, stieg die Wärmebelastung im Innenraum zum Ende der ersten Hitzewelle auf über 27 Grad Celsius an. Damit lag dieser Wert deutlich über dem für eine gesunde Schlaftiefe empfohlenen Richtwert von max. 20 Grad Celsius.

Maßnahmen und Strategien zum Klimaschutz

Die Zahl und die Dauer von Hitzewellen werden in den kommenden Jahren, bedingt durch den globalen Klimawandel, weiter zunehmen. Gänzlich verhindern lassen sie sich kaum, können jedoch durch Maßnahmen und Strategien zum Klimaschutz (Mitigation) und zur Klimaanpassung (Adaption) abgemildert und Schäden abgewendet werden.

Im Herbst 2020 veröffentlichen wir unter anderem die VDI-Richtlinie 3787 Blatt 8 „Umweltmeteorologie; Stadtentwicklung im Klimawandel“ (Weißdruck), um Städte und Gemeinden bei der Anpassung an den Klimawandel zu unterstützen. Die Richtlinie zeigt geeignete Maßnahmen zur Klimaadaption auf und weist ebenfalls auf die rechtlichen Rahmenbedingungen hin, die für die Stadtplanung relevant sind.

Luft- und Oberflächentemperaturen reduzieren

Durch die Nutzung lokaler Möglichkeiten kann die Luft- und Oberflächentemperaturen, gerade während auftretender Hitzewellen, in Städten reduziert werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine blau-grüne Infrastruktur im urbanen Raum seitens der Planung favorisiert wird. Man versteht hierunter eine optimale Mischung bebauter Areale mit kühlenden Wasser- und Grünflächen. Auch Luftleitbahnen, die es ermöglichen, dass frische Umlandluft dem überhitzten Stadtkörper zugeführt wird, können insbesondere dann zu einer verstärkten Abkühlung beitragen, wenn es besonders notwendig ist, nämlich nachts – für einen erholsamen Schlaf.

Autoren:

Prof. Dr. Wilhelm Kuttler, Vorsitzender des Fachausschusses „Klima“ des Fachbereichs II „Umweltmeteorologie“, VDI/DIN-Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) – Normenausschuss

 

 

Dipl.-Geogr. Catharina Fröhling, Wissenschaftliche Mitarbeiterin des Fachbereichs II „Umweltmeteorologie“, VDI/DIN-Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) – Normenausschuss

 

 

Hinweis: Im Rahmen des Fokusthemas „1,5 Grad – INNOVATIONEN.ENERGIE.KLIMA – Gemeinsam für das Klimaziel“ präsentiert und diskutiert der VDI Lösungen für die Energiewende und den damit verbundenen Klimaschutz. Beiträge finden Interessierte auf der dazugehörigen Themenseite.

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