Emma G., Leonie P., Zoe K.

definition

Einleitung

Flora

fauna

böden

luftqualität

stadtklima

Quellen

Index

Wasserhaushalt

ökologisch ideale stadt

Strahlungshaushalt

Herbert Sukopp

Ein mögliches Modell

Makroklima

Mesoklima

Mikroklima

Was ist Stadtklima?

Mikroklima

• Spezielles Klima eines Areals in bodennahen Luftschichten
• Ausdehnung: horizontal bis zu einigen hundert Metern
• Stark von Bebauung (z.B. thermische Eigenschaften), Untergrund, Pflanzen beeinflusst
  • Geländeform (Berge, Hügel, Flachland) und/oder Pflanzen haben auf engem Raum großen Einfluss auf Temperatur und/oder Windgeschwindigkeiten
• Menschen, Pflanzen, Tiere sind dem direkt ausgesetzt

Makroklima

• Ausdehnung: horizontal 2.000km-10.000km
• Makro-α Skala
  • Globale Zirkulation von Wolken, Winden, etc.
• Makro-β Skala
  • Zyklone, Passatwinde
• Unterschied zwischen α und β:
  • Ausdehnung, unterschiedlicher Druck, Temperatur, Höhe

Mesoklima

• Mischung aus Makro- und Mikroklima
• Ausdehnung: horizontal 1km bis 2.000km
• Geländeform, Hangneigung, Beschaffung der Erdoberfläche -> wichtige Faktoren
• Typisch: Gewitter, große Wolkenkluster

Bebauung

• 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

03 - Wenig Vegetation – Shanghai
https://www.geckofootsteps.de/shanghai-in-zwei-tagen/

https://pxhere.com/de/photo/1409225

Industrie

Anthropogene Emission

Weitere Folgen

Ursachen und Folgen

• 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

01 – Temperaturunterschied Stadt-Land
https://www.wetterdienst.de/Deutschlandwetter/Thema_des_Tages/4041/mikroklimatologie

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

Wintersmog

06 - Smog in Peking
https://brf.be/international/947254/

04 - London Smog
https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/london-forscher-klaeren-ursache-des-todesnebels-von-1952-a-1121933.html

Sommersmog

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

• Häufiger als Wintersmog

Gefahr für die Ökosysteme

https://www.deutschlandfunk.de/sommersmog-in-kalifornien-coole-daecher-koennten-ozonwerte-100.html

Gefahr für Menschen

Mögliche Gegenmaßnahmen

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

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

Trübung der Luft

• 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%

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

→ Strahlungsbilanz um 15- 20 % niedriger

https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Strahlungshaushalt.gif

• 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

Städte sind dennoch wärmer als das Umland

Ursprüngliche Entstehung

• 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

• 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,…)

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Mosaikartige Struktur

Klare Schichten

pH-Wert von 7,5

Unfruchtbar und trocken

• Entsteht durch Heterogenität der Bodenbeschaffenheit
• Horizontale Struktur wird durch abrupte, gerade Grenzbodentypen begrenzt
• Variabilität ist höher als bei natürlichem/landwirtschaftlichem Boden

• Flache Humusschichten
  • Durch das Entfernen von Laub fehlen die nötigen Substanzen für Humus
• Klare Schichten durch Aufschütten von verschiedenen Substanzen (z.B. zum Bauen)

• lässt schließen auf alkalischen Boden (bedingt durch Calciumcarbonat, welches vom sauren Regen kommt)

• Es gelangt kein Wasser, Licht, Luft oder Wärme an den Boden

Böden sind durch anthropogene Eingriffe verändert worden

Dynamik

Heterogenität

• 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

schneller Artenwechel

Dynamik

Städtische Lebensräume sind typischerweise oft gestört und kurzlebig, Störungen wie Trittbelastung sind Nutzungswechsel, vollkommene Zerstörung der Vegetationsdecke, jahrzehntelangen Ruheperioden (Arten, die auf Habitatkontinuität und ungestörte Habitate mit langer Entwicklungszeit angewiesen sind, fehlen deshalb)

Heterogenität

Bereiche außerhalb der hochversiegelten und lebensfeindlichen Zentren, weisen natürlicher Lebensräume auf, gemischt mit Gärten, Parks und Grünflächen, Säumen, Brachen und Abstandsgrün

schneller Artenwechsel

• ständig Samen von Pflanzenarten eingetragen
• Tausende von Arten werden absichtlich in Gärten und Grünanlagen angepflanzt und kultiviert, einige in freier Wildbahn
• betrifft sowohl eingeschleppte Arten (Neophyten(bezeichnet man Arten und untergeordnete Taxa, die sich mit menschlicher Einflussnahme in einem Gebiet etabliert haben, in dem sie zuvor nicht heimisch waren)) wie auch indigene

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

Beobachtungen

• 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

Neophyten

• 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

https://www.visitpilsen.eu/de/5-gruende-warum-man-dieses-jahr-nach-pilsen-fahren-sollte/

Rasenflächen

• 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

https://www.luebeck.de/de/stadtleben/freizeit/gruenanlagen-spielplaetze/index.html

• 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.

• 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

https://pixabay.com/de/photos/t%C3%BCrkentaube-tauben-turteltauben-811662/

https://pixnio.com/de/tiere/fuchse-and-wolfe/rotfuchs-bausatze

• 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.)

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Peregrine_Falcon_(juvenile)_(42017229951).jpg

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

• 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. verdunstungsdominiert

2. versickerungsdominiert

3. abflussdominiert

4. verdunstungs- und versickerungsbestimmt

5. verdunstungs- und abflussbestimmt

6. ausgewogen

• 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.

• 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

- Verstärkte Schonung natürlicher Ressourcen

Boden

• 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.

Stadtklima und Luftqualität

• 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.

Flora

Fauna

Die "ökologisch ideale" Stadt

Wasserhaushalt

Definition

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

• 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.

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

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

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

Strahlungshaushalt

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

• 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.