Kalte Sonne

Der Klimawandel schlägt unbarmherzig zu. Radio Utopie meldete am 4. Februar 2015 Erschreckendes aus Großbritannien:

Winter in Grossbritannien: Tod durch Kälte, Alter und Armut um ein Drittel höher
Zweiunddreissig Prozent mehr Todesfälle infolge der Kälte gegenüber der durchschnittlichen Sterberate der letzten fünf Jahre in diesem Winter, der gerade erst seinen Höhepunkt erreicht hat. Das britische Amt für Statistik hat erschreckende Zahlen über Opfer des diesjährigen Winters veröffentlicht: 28800. Hinter jeder der erfassten nüchteren Ziffern steht ein Mensch, der oft allein gelassen wurde, sei es eine aus der Gesellschaft ausgeschlossene Person wie ein Obdachloser oder einsame ältere Menschen. Es ist eine doppelte Kälte, unter der die Menschen leiden, die seelische und die physikalische. Dieser Personenkreis führt in der Statistik in besonders hohen Maße zu der hohen Rate.

Weiterlesen auf Radio Utopie.

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National Geographic hatte am 12. Januar 2015 Überraschendes über die „Pinguine des Nordens“, die Krabbentaucher, zu berichten. Sie scheinen besser mit dem Klimawandel klarzukommen als zuvor gedacht:

Arctic’s ‚Penguins of the North‘ Find Workaround to Climate Change
New study finds that little auks are adjusting their food supply, raising questions of adaptation. The latest research on little auks, sometimes called „penguins of the north,“ reveals a surprising response to a rapidly warming Arctic: The birds make up for food lost to the effects of climate change by catching prey that were stunned by the cold water running off melting glaciers—another effect of climate change. The study, published Monday in the journal Global Change Biology, is the first to examine the feeding habits of little auks as Arctic ice is lost. Scientists watched the birds in Franz-Josef Land, off the northern coast of Russia, during an expedition supported by the National Geographic Society.

Weiterlesen in National Geographic.

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Sie lesen gerne Romane? Dann wäre das hier vielleicht etwas für Sie (Pressemitteilung auf ptext.de):

Chaos – neuer dystopischer Roman beschäftigt sich mit möglichen Folgen des Klimawandels

Dystopisch – nie gehört? Wikipedia hilft:

Eine Dystopie (englisch dystopia, Gegenbildung zu utopia) oder Anti-Utopie ist in der Literaturwissenschaft eine fiktionale, in der Zukunft spielende Erzählung mit oftmals negativem Ausgang. Sie handelt von einer Gesellschaft, die sich zum Negativen entwickelt, und stellt somit einen Gegenentwurf zu Thomas Morus’ Utopia dar. Die Eutopie (griechisch ευτοπία eutopia; altgriechisch: eu: gut, topos: Ort) dagegen beschreibt das Gegenteil: eine Idealgesellschaft, die alle positiven politischen Menschheitsträume verwirklicht hat. Häufig wollen die Autoren dystopischer Geschichten mit Hilfe eines pessimistischen Zukunftsbildes auf bedenkliche Entwicklungen der Gegenwart aufmerksam machen und vor deren Folgen warnen. Prinzipiell kann heute jedes Werk, das sich mit endzeitlichen Konzepten und deren Auswirkungen auf die Gesellschaft beschäftigt oder diese darstellt, also zum Beispiel auch mit katastrophalen Umweltveränderungen, unter dem Begriff subsumiert werden.

Das trifft auch haargenau den Charakter der IPCC-Berichte: Fiktionale endzeitliche Erzählung mit negativem Ausgang. Halt eine Anti-Utopie. Das sollte man sich merken.

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Natürliche Zyklen wurden von den Klimawissenschaften lange unterschätzt. Joachim Seifert und Frank Lemke haben die Klimageschichte auf Zyklen hin untersucht und ihre Ergebnisse in einer Reihe von Manuskripten dargestellt:

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Endspurt in unserer Serie zum städtischen Wärmeinseleffekt (UHI).

Australien

Zunächst geht es nach Australien. Im Juli 2013 prognostizierte eine Studie der University of New South Wales, dass einige australische Städte bis 2050 wohl einen Wärmeschub um bis zu 3,7°C erfahren werden, ausgelöst durch die zunehmende Verstädterung und den damit verbundenen UHI. Das Blog Climate Citizen erläuterte:

While Maximum daytime temperatures (Tmax) for Sydney are projected to only increase slightly and mostly in the winter, most of the change will be seen in substantial increases in night-time temperatures (Tmin), particularly in Spring and Summer months. Urban expansion in Western Sydney is creating a multitude of new estates on Sydney’s fringes expected to house more than 100,000 residents. These new urban areas are likely to experience the largest rises in temperature of up to 3.7 degrees Celsius by 2050 due to the interaction of land use change, global warming and the urban heat island effect.

Tom Quirk beschrieb im JoNova-Blog eine schöne Fallstudie zu einer Wetterstation in Melbourne, die allmählich von der Stadt und dem UHI überrannt wurde. Dies spiegelt sich vor allem in einer deutlichen Zunahme der Nacht-Temperaturen wieder („Tmin“), während die Tagestemperaturen („Tmax“) vom UHI weitgehend unbehelligt blieben.

Im Jahr 1991 hatte Warwick Hughes eine Gegenüberschau der Temperaturentwicklung sechs großer australischer Städte mit 27 ländlichen Stationen erstellt (Abbildungen 1 und 2). Während die Temperaturen in den Städten um 1950 steil nach oben stiegen, setzte die Erwärmung auf dem Lande erst Mitte der 1970er Jahre wieder ein.

Abbildung 1: Temperaturentwicklung der letzten 100 Jahre in 6 großen australischen Städten. Quelle: Hughes 1991.

 

Abbildung 2: Temperaturentwicklung der letzten 100 Jahre in 27 ländlichen Wetterstationen in Australien. Quelle: Hughes 1991.

 

Ein Blick auf die Bevölkerungsentwicklung Australiens zeigt, wie es zu diesem enormen UHI in den Großstädten seit 1950 kommen konnte (Abbildung 3). Gerade nach dem Zweiten Weltkrieg steigerte sich der Bevölkerungszuwachs noch einmal enorm, ein Trend der bis heute ungebrochen ist.

Abbildung 3: Bevölkerungsentwicklung Australiens während der letzten 200 Jahre. Quelle: Wikipedia. Die Y-Achse gibt die Bevölkerungsgröße an (in 1000er Einheiten, 21.000 bedeutet 21 Millionen).

 

Südafrika

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In unserer Serie zum städtischen Wärmeinseleffekt (UHI) geht es heute nach Asien.

China

Auf dem Höhepunkt der Klimaalarmwelle strengten sich die IPCC-nahen Webseiten sehr an, den UHI aus der Diskussion herauszuhalten. Es war der Öffentlichkeit schon recht schwer erklärbar, wie es in den Städten der Welt einen enormen UHI-Effekt gebe konnte, er aber statistisch keinen Effekt haben soll. Im Jahr 2008 zog die klimakatastrophale Plattform Skeptical Science ein Beispiel aus China heran, das zeigen sollte, dass der UHI für die Klimakurven angeblich folgenlos wäre:

…investigators have also looked at sites across rural and urban China, which has experienced rapid growth in urbanisation over the past 30 years and is therefore very likely to show UHI. The difference between ideal rural sites compared to urban sites in temperature trends has been very small:

Figure 1. Annual average temperature anomalies. Jones et al (dotted green and brown) is a dataset of 42 rural and 42 urban sites. Li et al (solid green and brown) is an adjusted dataset of 42 rural and 40 urban sites. Li (blue) is a non-adjusted set of 728 stations, urban and rural. CRUTEM3v (red) is a land-only data set (Brohan et al., 2006). This plot uses the 1954–83 base period.

 

Leider versäumte man es, die Li et al.-Arbeit genauer zu zitieren. Daher bleibt vorerst offen, ob es sich um Li et al. 2007 („Characteristics of urban heat island intensity of Guangzhou in 2005“) handelt. Es gibt so viele Li et al.s – und googlen lässt sich das auch schlecht.

Wie auch immer. Fünf Jahre später sieht die Welt schon wieder ganz anders aus. Im Januar 2013 veröffentlichten Kai Wu und XiuQun Yang im Chinese Science Bulletin eine Studie aus Ostchina, die Unerhörtes herausfand. Die Autoren untersuchten urbane Zentren und fanden für das Yangtze-Gebiet, dass offenbar 36-68% der gesamten Erwärmung der letzten 30 Jahre auf das UHI-Phänomen zurückgeht. Für das Pekinger Gebiet scheinen immerhin 12-24% des Temperaturanstiegs UHI-bedingt zu sein. Im Folgenden die Kurzfassung der Arbeit:

Urbanization and heterogeneous surface warming in eastern China
With the homogeneity-adjusted surface air temperature (SAT) data at 312 stations in eastern China for 1979-2008 and the Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System (DMSP/OLS) nighttime light data, the spatial heterogeneities of the SAT trends on different scales are detected with a spatial filtering (i.e. moving spatial anomaly) method, and the impact of urbanization in eastern China on surface warming is analyzed. Results show that the urbanization can induce a remarkable summer warming in Yangtze River Delta (YRD) city cluster region and a winter warming in Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) city cluster region. The YRD warming in summer primarily results from the significant increasing of maximum temperature, with an estimated urban warming rate at 0.132–0.250°C per decade, accounting for 36%–68% of the total regional warming. The BTH warming in winter is primarily due to the remarkable increasing of minimum temperature, with an estimated urban warming rate at 0.102–0.214°C per decade, accounting for 12%–24% of the total regional warming. The temporal-spatial differences of urban warming effect may be attributed to the variation of regional climatic background and the change of anthropogenic heat release.

Auch ein Paper von Zhou & Ren im Fachjournal Inter-Research Climate Research aus dem Dezember 2011 zeigte bedeutende UHI-Effekte in China:

Change in extreme temperature event frequency over mainland China, 1961−2008
Based on homogeneity-adjusted daily temperature data from national stations, the spatial and temporal change in extreme temperature events in mainland China have been analyzed for the period 1961−2008. The analysis shows that the numbers of frost days and ice days were significantly reduced, with the most significant reduction generally in northern China for ice days but more extensively across the country for frost days. Summer days and tropical nights significantly increased along the middle and lower reaches of the Yangtze River and in southern Southwest China. The maximum values of T_max (TXx) and T_min (TNx) and the minimum values of T_max (TXn) and T_min (TNn) generally rose, and TXx and TNx significantly increased in northern China, while TXn and TNn significantly increased across the whole country. A significant reduction at a rate of −8.23 d decade⁻¹ (−3.26 d decade^–1) occurred for cool nights (days), and a significant increase at a rate of 8.16 d decade^–1 (5.22 d decade^–1) occurred for warm nights (days). The reduction of cool nights and cool days occurred mainly in winter, but the increase of warm days and warm nights occurred mostly in autumn and summer. Extreme cold indices were reduced, mainly after the mid-1980s, while ­extreme warm indices increased remarkably after the mid-1990s. The analysis also shows that, for North China, the urbanization effect on the series of extreme temperature indices was statistically significant for the negative trends of frost days, diurnal temperature range, cool nights and cool days, and for the positive trends of summer days, tropical nights, TNx, TNn, and warm nights.

Der NIPCC zitiert aus dem Paper wie folgt:

„the contributions of the urbanization effect to the overall trends ranged from 10 to 100%, with the largest contributions coming from tropical nights, daily temperature range, daily maximum temperature and daily minimum temperature,“ adding that „the decrease in daily temperature range at the national stations in North China was caused entirely by urbanization.“

Ein anderes Paper von Bian et al. aus dem Februar 2015 im Fachblatt Theoretical and Applied Climatology fand ebenfalls eine massive UHI-Beeinflussung, diesmal in Nordchina:

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Im Rahmen unserer Serie zum städtischen Wärmeinseleffekt schauen wir heute über den Teich nach Amerika. Bereits im Jahr 1996 erschien im Bulletin of the American Meteorological Society eine Abbildung von Goodridge, die die Erwärmung des 20. Jahrhunderts ab 1910 in verschiedenen Regionen Kaliforniens unterschieden nach Einwohnerzahl zeigt (Abbildung 1). Interessanterweise weisen die bevölkerungsreichsten Regionen die stärkste Erwärmung auf.

Abbildung 1: Erwärmung des 20. Jahrhunderts ab 1910 in verschiedenen Regionen Kaliforniens unterschieden nach Einwohnerzahl. Quelle: Goodridge 1996.

 

Das Petition Projekt zeigt eine ähnliche Graphik aus Kalifornien für die Zeit von 1940-1996 (Abbildung 2).

Abbildung 2: Erwärmungsraten für kalifornische Counties, aufgeschlüsselt nach Einwohnerzahl. Betrachteter Zeitraum: 1940-1996. Berücksichtigt wurden 107 Wetterstationen in 49 Counties. Quelle: Petition Projekt

 

In einem Artikel vom 3. August 2014 dokumentierte WUWT eindrucksvolle UHI-Effekte für die Innenstädte von Detroit, Atlanta und Phoenix. Kurz darauf, am 20. August 2014, erschien auf Climate Central eine systematische Übersicht über die Wärmeinseln US-amerikanischer Großstädte (leider sind alle Temperaturangaben in Fahrenheit):

In a new report, Climate Central analyzes how UHI and climate change have affected 60 of the biggest American cities since 1970. The study examines the difference between average summer temperatures in urban areas and nearby rural areas. Some cities had much higher temperature differences: 23 different cities experienced single days that were an astonishing 20°F warmer than the rural areas around them. […] The study ranks the 60 cities by the intensity of their heat island effect, shows how heat drives air pollution (ozone levels) in nearly every city analyzed, lists cities that have far more days over 90°F than adjacent rural areas, and shows how most cities are warming faster than the surrounding rural areas. Analysis of summer temperatures in 60 of the largest U.S. cities found that:

• 57 cities had measurable urban heat island effects over the past 10 years. Single-day urban temperatures in some metro areas were as much as 27°F higher than the surrounding rural areas, and on average across all 60 cities, the maximum single-day temperature difference was 17.5°F.
• Cities have many more searing hot days each year. Since 2004, 12 cities averaged at least 20 more days a year above 90°F than nearby rural areas. The 60 cities analyzed averaged at least 8 more days over 90°F each summer compared to adjacent rural areas.
• More heat can increase ozone air pollution. All 51 cities with adequate data showed a statistically significant correlation between higher daily summer temperatures and bad air quality (as measured by ground-level ozone concentrations). Temperatures are being forced higher by increasing urbanization and manmade global warming, which could undermine the hard-won improvements in air quality and public health made over the past few decades.
• In two thirds of the cities analyzed (41 of 60), urbanization and climate change appear to be combining to increase summer heat faster than climate change alone is raising regional temperatures. In three quarters (45 of 60) of cities examined, urbanized areas are warming faster than adjacent rural locations.
• The top 10 cities with the most intense summer urban heat islands (average daily urban-rural temperature differences) over the past 10 years are: Las Vegas (7.3°F), Albuquerque (5.9°F), Denver (4.9°F), Portland (4.8°F), Louisville (4.8°F), Washington, D.C. (4.7°F), Kansas City (4.6°F), Columbus (4.4°F), Minneapolis (4.3°F), Seattle (4.1°F)
• On average across all 60 cities, urban summer temperatures were 2.4°F hotter than rural temperatures.

Urban heat islands are even more intense at night. Over the past 10 years, average summer overnight temperatures were more than 4°F hotter in cities than surrounding rural areas.

Natürlich hat auch New York seine eigene Wärmeinsel. Rosenzweig et al. machten sich im Jahr 2009 Gedanken, wie man die Hitze in der Stadt bekämpfen könnte. Der NIPCC berichtete über die Arbeit:

Rosenzweig et al. (2009) compared „the possible effectiveness of heat island mitigation strategies to increase urban vegetation, such as planting trees or incorporating vegetation into rooftops, with strategies to increase the albedo of impervious surfaces.“ With respect to the magnitude of the problem they were seeking to address, they report that „surface air temperatures elevated by at least 1°C have been observed in New York City for more than a century (Rosenthal et al., 2003; Gaffin et al., 2008), and the heat island signal, measured as the difference between the urban core and the surrounding rural surface air temperature readings taken at National Weather Service stations, averages ~4°C on summer nights (Kirkpatrick and Shulman, 1987; Gedzelman et al., 2003; Gaffin et al., 2008),“ with the greatest temperature differences typically being sustained „between midnight and 0500 Eastern Standard Time (EST; Gaffin et al., 2008).“ And on a day that they studied quite intensively (14 August 2002), they report that at 0600 EST, „the city was several degrees warmer than the suburbs, and up to 8°C warmer than rural areas within 100 km of the city.“

With respect to mitigation strategies, the twelve researchers determined that „the most effective way to reduce urban air temperature is to maximize the amount of vegetation in the city with a combination of tree planting and green roofs.“ Based on modeling studies of these approaches, for example, they estimated that this strategy could reduce simulated citywide urban air temperature by 0.4°C on average, and 0.7°C at 1500 EST, while simulated reductions of up to 1.1°C at 1500 EST could be expected in some Manhattan and Brooklyn neighborhoods, „primarily because there is more available area in which to plant trees and install vegetated roofs.“

Das Rezept gegen die Hitze: Mehr Bäume pflanzen! Im April 2012 gab es dann die Pointe: Terra Daily berichtete über einen andere Studie, die fand, dass die Bäume gerade aufgrund der Wärmeinsel in der Innenstadt New Yorks besser wachsen als im ländlichen Umland.

City streets can be mean, but somewhere near Brooklyn, a tree grows far better than its country cousins, due to chronically elevated city heat levels, says a new study. The study, just published in the journal Tree Physiology, shows that common native red oak seedlings grow as much as eight times faster in New York’s Central Park than in more rural, cooler settings in the Hudson Valley and Catskill Mountains.

Nun wurden in den letzten Jahren im “Kampf gegen die Klimaerwärmung” unzählige Windkraftanlagen in die Landschaft gesetzt. Das Klima dankt, sollte man meinen. Nun fanden jedoch Forscher, dass das ganze Gegenteil der Fall ist. Die Windräder produzieren durch ihre Bewegung eine spürbare Wärmeinsel, die man als Wind Engine Heat Island (WEHI) bezeichnen könnte. Der Deutschlandfunk berichtete bereits am 30. April 2012 über das Phänomen:

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In den drei vorangegangenen Teilen unserer Artikelserie zum städtischen Wärmeinseleffekt haben wir einige grundsätzliche Überlegungen angestellt. In der heutigen Folge wollen wir nun UHI-Fallbeispiele aus Europa betrachten. Durch die enge Bebauung und hohe Bevölkerungsdichte bietet sich unser Heimatkontinent hierfür auf jeden Fall an. Dass es in Europa stark ausgeprägte städtische Wärmeinseln gibt, konnte man auch in einer Pressemitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) vom Oktober 2013 nachlesen. Zhou et al. machten dabei eine Reihe von interessanten Detailbeobachtungen, die die Komplexität des Themas unterstreichen, z.B. ein kühlender UHI (vermutlich tagsüber) in Städten in warmen Klimazonen. Im Folgenden die Pressemitteilung im Original (Fettsetzung ergänzt):

Städte zeigen charakteristische Hitze-Insel-Effekte
Städte heizen sich stärker auf als die sie umgebenden ländlichen Regionen – und wenn der Klimawandel fortschreitet, wird das zu einem Risiko für die Bewohner. Auf der Basis von Satellitendaten haben Forscher jetzt umfassender als jemals zuvor für tausende Städte in Europa diesen sogenannten Hitze-Insel-Effekt systematisch untersucht. Dieser ist sogar im Alltag spürbar: Fährt man an einem heißen Tag mit dem Rad aus dem grünen Umland in die Stadt, dann stellt man oft eine deutliche Temperaturänderung fest. Je größer eine Stadt ist, desto stärker auch der Effekt, so wurde bislang angenommen. Erstmals konnten Wissenschaftler jetzt zeigen, dass der urbane Hitze-Insel-Effekt mit der Stadtgröße zwar zunimmt – aber nur bis zu einem bestimmten Grenzwert. Die Analyse ergab, dass auch Großstädte im Mittel nur um etwa zwei bis drei Grad heißer werden als ihr Umland. Im Sommer sind in großen Städten Temperaturunterschiede von bis zu 4-6 Grad möglich. „Angesichts des Trends zur Verstädterung in vielen Teilen der Welt ist dies eine wichtige Erkenntnis – selbst bei noch größeren Megacities ist kein beliebig großer Hitzeinseleffekt zu erwarten“, erklärt Diego Rybski vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Allerdings streuen die Einzelmessungen der Städte um diesen typischen Wert. So sind im Sommer bei großen Städten sogar Temperaturunterschiede von bis zu 4-6 Grad keine Seltenheit. Im Winter verschwindet der Effekt dagegen nahezu.

Die Detailanalyse für einzelne Städte zeigt auch, dass Städte in warmen Klimazonen einen umgekehrten, also kühlenden, Effekt aufweisen können. Hier gilt es noch genau zu ermitteln warum dies der Fall ist. Dann lassen sich Planungsstrategien entwickeln, die diese Erkenntnisse ausnutzen können. „Der Hitze-Insel-Effekt wird vor allem relevant, wenn es ohnehin warm ist, wie zum Beispiel während eines anhaltend heißen Sommers“, erklärt Ko-Autor und Forschungsgruppenleiter Jürgen Kropp. Dann sind die Städte noch wärmer, was gesundheitliche Folgen insbesondere für ältere Menschen haben kann. Im Zuge des Klimawandels wird ein vermehrtes Eintreten von Hitzewellen befürchtet. „In Kombination mit der Alterung der Gesellschaft sind verstärkt gesundheitliche Probleme zu erwarten“, so Kropp. „Die Erkenntnisse über den urbanen Hitze-Insel-Effekt können also helfen, Maßnahmen zur Prävention zu ergreifen.“

Artikel: Zhou, B., Rybski, D., Kropp, J. (2013): On the statistics of urban heat island intensity. Geophysical Research Letters (Early View, online) DOI: 10.1002/2013GL057320

In der ganzen UHI-Diskussion geht es nicht so sehr darum, ob eine Stadt einen UHI-Effekt besitzt, sondern wie er sich im Laufe der Zeit entwickelt hat. In Städten die sich in den letzten Jahrzehnten stark ausgedehnt haben, beeinträchtigt der wachsende UHI das Klimasignal. In alteingesessenen Städten mit konstant hohem UHI spielt dies keine große Rolle und die gemessene Erwärmung entspricht der allgemeinen, globalen Klimaerwärmung. Frank Lansner fasst dies im Hide the Decline-Blog wie folgt zusammen:

UHI in climate data originates from changes of UHI over a period. So the general discussion is not if a city has UHI  – it has – but if UHI in a town has grown due to expansion of the city or other factors. A more permanent big-city UHI will not disturbe temperature readings. So when we speak of UHI in global temperature trends, then we refer to an average UHI increase around the temperature stations world wide.

Im vorangegangenen Teil unserer UHI-Serie konnten wir anhand der UAH/RSS-Satellitendaten zeigen, dass es in Europa während der vergangenen 35 Jahre wohl keine signifikante UHI-Beeinflussung der kontinentweiten Temperaturentwicklung gegeben hat. Zu einem ähnlichen Resultat kommt eine Studie von Chrysanthou und Kollegen, die im November 2014 in den Geophysical Research Letters erschien und die letzten 55 Jahre abdeckt. Im Folgenden die Kurzfassung:

The effects of urbanization on the rise of the European temperature since 1960
The effects of urbanization on the rise of the European daily mean temperature is quantified by comparing European-averaged temperatures based on all meteorological stations in the European Climate Assessment and Dataset with those based on three subsets of stations: from rural areas, from areas with low growth in urbanization, and from areas characterized by relatively low-temperature increase. Land cover information is obtained using the CORINE (Coordination of Information on the Environment) data set, showing that most stations (75%) have a small percentage (up to 10%) of urban area within a 10 km radius and 81% saw no more than 1% change in urbanization between 1990 and 2006. The results show that urbanization explains 0.0026°C/decade of the annual-averaged pan-European temperature trend of 0.179°C/decade. This trend has a strong seasonality, being the largest in summer. Averaged over time, the effects of urbanization on the European-averaged temperature has a strong seasonality as well.

 

Fokus Deutschland

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) führt grundsätzlich keine UHI-Korrekturen an seinem Temperaturdatensatz durch. Auf diese Weise geraten auch stark UHI-beeinflusste Wetterstationen aus den Innenbereichen der Großstädte in den Durchschnittswert. Der DWD sagt, dass dies statistisch aufgrund der geringen Fläche der städtischen Kerrnbereiche im Vergleich zur Gesamtfläche Deutschlands nichts ausmacht.

Trotzdem wäre es schön, wenn der DWD eine grobe Einstufung seiner zahlreichen Wetterstationen in Deutschland zur Verfügung stellen könnte. Im Stationslexikon auf der DWD-Webseite fehlt diese wichtige Information seltsamerweise. Als Hilfslösung könnte man nun die Einwohnerzahlen der jeweiligen Orte als UHI-Proxy verwenden wie Stefan Kämpfe vorschlägt:

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Beim städtischen Wärmeinseleffekt (UHI) geht es um den Vergleich der Temperaturen in der wärmesteigernden Stadt gegenüber dem kühleren ländlichen Umland. Allerdings ist der Zusammenhang nicht ganz so trivial wie er zunächst erscheint. Betrachten wir hierzu die folgenden drei Aspekte:

Aspekt 1: Durch das allmähliche urbane Wachstum und den sich parallel hierzu steigernden UHI haben sich die großen Städte in den letzten 100 Jahren schneller erwärmt als das Umland.

Aspekt 2: Nun hat sich aber auch das Umland weiterentwickelt und ehemals vollkommen UHI-unbeeinflusste Gebiete besitzen nun bereits eine UHI-Komponente. In den großen Städten hingegen hat sich der maximale UHI-Effekt möglicherweise bereits vor 30 Jahren eingestellt, so dass das Umland jetzt aufholt und in den letzten Jahrzehnten vielleicht eine stärkere Erwärmung zeigt als die Kernzonen der Städte.

Aspekt 3: Falls sich der UHI nun im Umland als auch in den Städten im gleichen Maße steigert, hätten Umland und Städte eine ähnliche Erwärmungsrate. Eine großräumige Beeinflussung des Umlands durch den UHI wurde in einer 2013 in Nature Climate Change publizierten Studie für möglich gehalten.

 

Der Vergleich von Erwärmungsraten im Umland und der Stadt führt daher nicht richtig weiter in der Frage, ob sich ein UHI-Effekt in der globalen oder landesweiten Temperaturkurve versteckt. Wir wechseln daher die Methodik und konsultieren die Temperaturdaten aus Satellitenmessungen. Grundsätzlich müssen hier zwei verschiedene Datentypen unterschieden werden:

1) Satellitenmessungen der Temperaturen an der Landoberfläche (land-surface temperature, LST)
Hierbei handelt es sich um Infrarotmessungen der Erdoberfläche, aus denen die Temperaturen am Boden abgeleitet werden können. Ein oft verwendetes Satellitensystem ist Landsat. Städtische Wärmeinseln können auf diese Weise effektiv kartiert werden. Probleme gibt es mit senkrechten Flächen, wie zum Beispiel Gebäudewände, deren Temperatur nicht richtig erfasst werden kann, da das Verfahren vor allem horizontale Flächen misst.

2) Satellitenmessungen der unteren und mittleren Troposphäre (RSS, UAH)
Die beiden bekannten Temperaturdatenreihen UAH und RSS mit Messbeginn 1979 erfassen Temperaturen in verschiedenen Stockwerken der Troposphäre und unteren Stratosphäre. Bei UAH und RSS wird zum Beispiel unterschieden zwischen:

• Untere Troposphäre – TLT (früher T2LT benannt).
• Mittlere Troposphäre – TMT
• Untere Stratosphäre – TLS

 

Dabei integrieren die verschiedenen Datengruppen über etliche Höhen-Kilometer (Abbildung 1).

Abbildung 1. RSS-Messbereiche und ihre Höhenangaben. Quelle: remss.com.

 

An dieser Stelle wird es jetzt interessant: Die unterste UAH/RSS-Messung in der Troposphäre besitzt ihr Maximum in einer Höhe von 3 km, wo UHI-Effekte im Prinzip ausgeschlossen werden können. Wir haben am 22. Februar 2015 extra noch einmal bei John Christy von der University of Alabama in Huntsville (UAH) nachgefragt. Christy hat zusammen mit Roy Spencer die satellitengestützte Temperaturmessung initiiert und zeichnet auch heute noch für den UAH-Datensatz verantwortlich. Christy antwortete prompt am selben (Sonn-) Tag:

Sebastian

The satellite data do not have UHI influences as you say because the emissions are dominated by the atmosphere and the footprint of urban areas is so tiny relative to the global surface. The problem for the surface measurements is that they are preferentially located where people live because, through history, people took the measurements.

John C.

Die UAH und RSS-Satellitentemperaturen sind also frei von jeglichem städtischem Wärmeinseleffekt. Und genau diesen Umstand wollen wir uns daher zunutze machen. Wir wollen die über Satelliten bestimmte Erwärmungsrate (UAH, RSS) mit der von Bodenstationen ermittelten Rate vergleichen. Der Test ist simpel und effektiv zugleich: Sollten die Bodenstationen für die letzten Jahrzehnte einen ähnlichen Erwärmungstrend herausbekommen wie die UHI-freien Satelliten, dann wäre auch der Gesamtdatensatz der Bodenstationen weitgehend UHI-frei.

 

Deutschland sucht den UHI: Top oder Flop?

Als Testgebiet wählen wir Deutschland. Die von uns verwendeten Bodenstationsdaten stammen vom Deutschen Wetterdienst (DWD). Die entsprechenden Satellitendaten schneiden wir uns im Climate Explorer aus dem UAH/RSS-Datensatz heraus, wobei wir das Gebiet 47°-54°Nord / 7°-14°Ost betrachten.

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Spektrum der Wissenschaft brachte auf seiner Webseite am 23. Februar 2015 einen Meinungsbeitrag des freien Redakteurs Lars Fischer, in dem er undeklarierte Klimaforschungsförderung des Astrophysikers Willie Soon von der Harvard University anprangerte.

Forschungsförderung:
Meinung: Das Geld muss nach oben
Ein Klimawandelskeptiker lässt sich massiv von der Energiewirtschaft finanzieren, verschweigt das aber. Woher das Geld für Forschung kommt, muss deshalb in Zukunft in jeder Publikation direkt unter dem Titel stehen, fordert Lars Fischer.

Weiterlesen auf Spektrum der Wissenschaft.

Eine Riesensensation, dachte sich wohl Spektrum der Wissenschaft. Dabei handelte es sich in Wirklichkeit um kalten Kaffee. Bereits am 28. Juni 2011 – also vor fast vier Jahren – hatte der britische Guardian das Ölfirma-Sponsoring zum Thema gemacht:

Industriesponsoring ist in der Forschung gang und gäbe. Es sollte eigentlich egal sein, ob Gelder von Versicherungen oder Ölfirmen stammen, entscheidend ist, dass Wissenschafler inhaltlich unabhängig bleiben. Hiervon ist im Fall des beschuldigten Willie Soon auszugehen, da er eine große Anzahl von klimawissenschaftlichen Publikationen in begutachteten internationalen Fachzeitschriften publizieren konnte. Es ist leider trauriges Fakt, dass es für die Erforschung natürlicher Klimafaktoren viel zu wenig Fördergelder gibt, wohingegen noch immer enorme Summen in fragwürdige Computersimulationen fließen. Die Pointe: Keines der Modelle hat die mittlerweile seit 17 Jahren anhaltende Erwärmungspause kommen sehen. Sponsoren sollten in der Tat genannt werden, um Transparenz herzustellen.

Kalte-Sonne-Koautor Sebastian Lüning hat mit dem Verfasser des Spektrum-Artikels Kontakt aufgenommen, um die einseitige Behandlung des Themas zu beanstanden und eine Reihe von Missverständnissen aufzuklären:

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Von: Sebastian Lüning
Gesendet: Montag, 23. Februar 2015
An: Spektrum der Wissenschaft
Betreff: Meinungsbeitrag „Das Geld muss nach oben“ von Lars Fischer vom 23.2.2015

Beton und Asphalt machen die Städte heißer als ihr ländliches Umland. Dies ist ein allseits akzeptiertes Phänomen, das auch vor Deutschland nicht Halt macht. Die Bundeshauptstadt und Millionenmetropole Berlin ist hierfür ein gutes Beispiel. Am frühen Morgen tritt hier eine beeindruckende Temperaturdifferenz von bis zu 9°C zwischen dem Innenstadtteil Kreuzbergs und dem ländlichen Forst Grunewald auf (Abbildung 1).

 

Abbildung 1: Mittelwerte maximaler Temperaturdifferenzen zwischen Stadt und Umland in Europa. Quelle: klett.de.

 

Tim Staeger von der ARD-Wetterredaktion beschrieb in einem Beitrag vom 6. Juni 2014 sogar eine maximale Temperaturdifferenz in Berlin von bis zu 14°C (Abbildung 2):

Die Erwärmung ist umso ausgeprägter, desto näher man sich am Stadtzentrum befindet und natürlich desto größer die Stadt ist. In kleineren Siedlungen unter zehntausend Einwohnern beträgt der maximale Temperaturunterschied zwischen Innenstadt und Umland etwa 2 bis 5 Grad, bei Städten bis hunderttausend Einwohnern kann diese Differenz schon bis 8 Grad betragen und in großen Metropolen wie Berlin wurden sogar schon maximale Unterschiede von fast 14 Grad gemessen! Das sind natürlich Spitzenwerte, die vor allem in Sommernächten auftreten, nachdem sich die Innenstädte nach einer Hitzewelle bereits mehrere Tage aufheizen konnten.

 

Abbildung 2: Maximaler Temperaturunterscied zwischen Innenstadt und Umland. Quelle: ARD-Wetterredaktion.

 

Der städtische Wärmeinseleffekt (UHI) kann also enorme Ausmaße annehmen, gerade im dicht bebauten Deutschland. Da stellt sich natürlich die Frage, ob der UHI-Effekt in den offiziellen Temperaturstatistiken korrigiert bzw. abgezogen wird. Wie geht der Deutsche Wetterdienst mit diesem künstlichen, temperatursteigernden Effekt um? Einen ersten Hinweis finden wir in einem Artikel von Josef Kowatsch, der am 27. Januar 2011 auf wahrheiten.org erschien:

Der [Wärmeinseleffekt] WI ist keine konstante Größe, er ist vielmehr jahreszeitenabhängig, streng genommen sogar jeden Tag unterschiedlich, weil er zudem temperatur- und wetterabhängig ist. Außerdem ist er tags anders als nachts. Deshalb verzichtet man beim Deutschen Wetterdienst auf die Bestimmung und mathematische Berechnung des WI. Die Leiter der einzelnen Wetterstationen kennen ihren speziellen Wärmeinseleffekt auch nicht. Daher werden immer die gemessenen Temperaturen ohne Korrekturen nach Offenbach zur Zentrale des Deutschen Wetterdienstes (DWD) weitergegeben und daraus die Mittelwerte für Deutschland errechnet. […] Der WI-Anteil ist bei den vom Deutschen Wetterdienst gemessenen Jahresmittelwerten der letzten zwölf Jahre nicht berücksichtigt.

Das will nicht so recht einleuchten: Überhitzte Stadtregionen „verunreinigen“ die deutschlandweite Temperaturstatistik, und der DWD lässt diese Daten ohne mit der Wimper zu zucken einfach unkorrigiert einfließen? Das ist schwer zu glauben.

 

Nachgefragt beim Deutschen Wetterdienst

Auf der Suche nach Antworten finden wir auf der Webseite des Deutschen Wetterdienstes eine aufschlussreiche Beschreibung des Problems:

Voraussetzung für die Fähigkeit das Klima zu überwachen ist die – auch zukünftige – Verfügbarkeit langer Zeitreihen meteorologischer Größen, die möglichst ungestört, d.h. ausschließlich von Klimaeinflüssen, aber nicht durch messtechnische Änderungen bestimmt sind. Dies ist nicht trivial, erhöht sich doch in unseren Breiten z.B. die Temperatur, wenn eine Messstation im Laufe der Jahre von neu entstandenen Gebäuden umzingelt wird. Diese Erhöhung ist als Wärmeinseleffekt der Städte bekannt, muss aber von einem eventuell vorhandenen globalen Trend unterschieden werden können. Das heisst messen alleine genügt nicht. Man muss auch erhebliche Anstrengungen in die Sicherstellung der bestmöglichen Qualität der Messungen investieren. Und das beginnt bei der Auswahl und Pflege der Messstation selbst und reicht über die Kontrolle der Messinstrumente bis zur langfristigen und sicheren Archivierung der Daten. Ebenso wichtig sind die sogenannten Metadaten, also Informationen, welche die eigentlichen Messgrößen beschreiben. Wenn etwa unbekannt ist, wo genau eine Messung vorgenommen wurde und welche Randbedingungen herrschten, sind ernsthafte Aussagen nicht möglich.

Die deutschen Städte wachsen und wachsen – und mit ihnen der städtische Wärmeinseleffekt (UHI). Wie kann man den UHI nun von einer überregionalen Klimaerwärmung unterscheiden? Am besten wäre es doch, nur noch Messstationen in rein ländlichen Gebieten einzusetzen und alle auch nur ansatzweise vom UHI beeinflussten Stationen für die Deutschland-Klimastatistik zu ignorieren. Da auf der DWD-Webseite keine weiteren Hinweise zur Lösung des Problems zu finden sind, wenden wir uns per Email an den DWD und fragen am 29. Januar 2015 konkret nach:

Sehr geehrter DWD,

Ich interessiere mich für den Wärmeinseleffekt (WI) der Städte und habe hierzu eine Frage. Ich habe gelesen, dass die Temperaturmesswerte der einzelnen Wetterstationen an Ihre Zentrale nach Offenbach im Original unkorrigiert gemeldet werden. Ich würde gerne verstehen, inwieweit diese Messwerte in Offenbach noch hinsichtlich des Wärmeinseleffekts korrigiert werden, bevor sie in den offiziellen Statistiken und Mittelwertbildungen verwendet werden. Konkret: wird die Temperatur von städtischen Wetterstationen nach unten korrigiert oder bleibt der WI-Effekt unberücksichtigt?

Über eine Antwort würde ich mich freuen. Vielen Dank im voraus.

Mit besten Grüßen

Sebastian Lüning

 

Der DWD zeigt sich kooperativ und antwortet schon wenige Tage später am 2. Februar 2015:

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Es ist seit längerer Zeit bekannt, dass sich städtische Regionen durch ihre wärmespeichernde Betonbebauung und Abwärme viel stärker aufheizen als das ländliche Umland. Das Phänomen wird als „städtischer Wärmeinseleffekt“ (englisch: „Urban Heat Island“, UHI) bezeichnet. In einer idealen Welt würde man daher sämtliche Wetterstationen im ländlichen Umland ansiedeln, um die UHI-bedingte Zusatzerwärmung aus den Temperaturmessdaten von vorneherein herauszuhalten. Leider ist dies aus historischen und praktischen Gründen natürlich nicht der Fall, so dass an städtischen Temperaturmessstellen stets mit einer UHI-Beeinflussung zu rechnen ist.

Seit längerem schwelt nun ein Streit zwischen Klimaskeptikern und Vertretern der IPCC-Linie, inwieweit der städtische Wärmeinseleffekt an der gemessenen Erderwärmung der letzten 100 Jahre beteiligt gewesen sein könnte. Die Städte dieser Welt haben sich im letzten Jahrhundert enorm ausgedehnt, da erscheint es durchaus plausibel, dass zumindest ein Teil der in den Statistiken enthaltenen Erwärmung auf den UHI-Effekt zurückgeht. Aber wie viel nur? Auf der klimaskeptischen Seite gibt es Extrempositionen, die am liebsten die gesamte Erwärmung seit 1850 dem UHI anlasten würden. Und auf der anderen Seite gibt es staatliche Wetterdienste, die den UHI nicht einmal aus den Roh-Messdaten herauskorrigieren, da er angeblich statistisch keinen Einfluss habe.

Im Folgenden wollen wir im Rahmen einer kleinen Serie den städtischen Wärmeinseleffekt aus verschiedensten Perspektiven unter die Lupe nehmen. Wie genau funktioniert der UHI-Effekt? Worin sind sich die Experten einig? Wo gibt es Klärungsbedarf? Werden möglicherweise unzulässige „Abkürzungen“ vorgenommen? Wieviel unkorrigierter UHI steckt in den medial intensiv ausgeschlachteten Wärmerekorden des letzten Jahrzehnts?

 

Darin sind sich alle einig: Städte sind heißer als ihr Umland

Es ist unstrittig, dass es einen städtischen Wärmeinseleffekt gibt und dass die zusätzlichen Erwärmungsbeträge signifikant sein können. Der ORF berichtete am 13. August 2012 über eine entsprechende Studie aus Arizona, in der der UHI-Beitrag quantifiziert wurde:

Plus vier Grad Celsius: Diesen zusätzlichen Temperaturanstieg in den Städten dürften manche Einwohnerinnen und Einwohnern Arizonas bis Mitte des Jahrhunderts zu spüren bekommen. Zurückzuführen ist der Effekt auf das Wachsen von Metropolregionen. Zunehmende verbaute Flächen und weniger Grünflächen machen die Städte heißer. Dieser Temperaturanstieg spielt für die zukünftige Erwärmung in den Städten eine größere Rolle als der Klimawandel, schreiben Wissenschaftler um den Meteorologen und Klimaforscher Matei Georgescu von der Arizona State University [in einer Arbeit in Nature Climate Change]. Untersucht haben sie den „Arizona Sun Corridar“ im trockenen Süden Arizonas mit den Städten Phoenix, Tucson, Prescott und Nogales. […] Die vier Grad Celsius waren das Extrem der zusätzlichen Erwärmung im Sommer aufgrund der Stadterweiterung, das die Forscher in ihren Szenarien berechnet haben. Im besten Fall stünden den Menschen der Region aber immer noch um zwei Grad höhere Temperaturen im Sommer bevor.

Zwei Jahre später legte die Arizona State University nach und warnte, dass die städtische UHI-Hitze die Todesrate in Zukunft signifikant ansteigen lassen wird. In einer Pressemitteilung der Universität vom 30. Mai 2014 heißt es (Auszug):

Study links urbanization, future heat-related mortality
Rising temperatures and urban growth could mean more deaths and hospital visits in Maricopa County […] New Arizona State University research examines the heat-health aspects resulting from urbanization and the challenge of sustainable future growth in Maricopa County. A study released this week shows how urban development could be a factor in the number of lives lost due to heat in future summers. The study is described in the article “Challenges associated with projecting urbanization-induced heat-related mortality,” published in the current online issue of the journal Science of the Total Environment. “Extreme heat is the leading weather-related killer in the United States,” said David Hondula, a postdoctoral scholar in health informatics in ASU’s Center for Policy Informatics and lead author of the study.

Größere Städte speichern mehr (gefährliche) Wärme, das entspricht dem Bild, das wir vom UHI-Effekt haben. Der Teufel steckt allerdings im Detail, wie aus der Pressemitteilung ebenfalls hervorgeht. Durch den UHI würden sich die Tageshöchsttemperaturen nämlich sogar verringern, während sich die Nachtwerte durch die Wärmespeicherwirkung der Bebauung erhöhen würden. Letzteres wäre der eigentliche Auslöser für die Zunahme der Hitzetode. In der Pressemitteilung heißt es:

“Future urbanization will lead to slightly lower summer daytime maximum temperatures in the urban core of Maricopa County compared to the surrounding natural landscape because of the high heat-retaining capacity of the built environment,” Matei Georgescu said. “Continued growth would enhance this effect in the future, leading to further declines in daytime highs and associated declines in health risks. The tradeoff is that nighttime temperatures increase significantly with urbanization, and this nighttime warming is much greater than the expected daytime cooling.” […] “The manner in which the Sun Corridor develops over the next several decades will impact the regional climate and, if no new adaptation measures are introduced, change the health risks for Maricopa County residents associated with extreme heat,” Hondula said. “The greatest health concern comes from large expected increases in nighttime temperatures, which could be mitigated by lower-growth scenarios.

Das nächtliche Hitzeproblem wurde auch am 30. Januar 2015 im Standard thematisiert:

Großstädte waren in den vergangenen vier Jahrzehnten zunehmend von Hitzewellen betroffen. Zwischen 1973 und 2012 gab es in rund der Hälfte von 217 weltweit untersuchten Städten mit über 250.000 Einwohnern eine Zunahme sehr heißer Tage, wie es in einer im britischen Fachmagazin „Environmental Research Letters“ veröffentlichten Studie heißt. Noch stärker macht sich aber die mangelnde Abkühlung nach Sonnenuntergang bemerkbar: Eine Zunahme von Nächten mit sehr hoher Temperatur verzeichneten gar zwei Drittel der untersuchten Städte. Unter den fünf Jahren in diesem Zeitraum, in denen es die meisten Hitzewellen gab, waren die Jahre 2009, 2010, 2011 und 2012.

In einer dazugehörigen Pressemitteilung der University of California in Los Angeles vom 29. Januar 2015 präzisieren die Autoren den Mechanismus:

“Our findings suggest that urban areas are experiencing a kind of double whammy — a combination of general climatic warming combined with the heat island effect, wherein human activities and the built environment trap heat, preventing cities from cooling down as fast as rural areas,” said Dennis Lettenmaier, a co-author of the study and a UCLA geography professor. “Everything’s warming up, but the effect is amplified in urban areas.” […] “The fact that the trend was so much stronger at night underscores the role of the heat island effect in urban areas,” Lettenmaier said. “You have heat being stored in buildings and in asphalt, concrete and other building materials, and they don’t cool down as quickly as they would outside of the urban area. This effect was likely exacerbated by decreasing wind in most of the urban areas.” The study is one of the first to focus solely on the extent of extreme weather in urban areas globally and to examine disparities between densely populated and less-densely populated areas.

 

Wie funktioniert der Städtische Wärmeinseleffekt?

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