Niederschlagsmodifikation durch Städte – Erkenntnisse eines systematischen Literaturreviews mit Fokus auf Studien der letzten Dekade

Die Veränderung von Landoberflächen kann einen profunden Einfluss auf das lokale und regionale Klima haben. Insbesondere Städte sind mit einer umfassenden Umgestaltung der lokalen Oberflächenstruktur verbunden, was im Zusammenspiel mit anthropogen Emissionen von strahlungsrelevanten Gasen und Partikeln zu einer deutlichen Modifikation der Energiebilanz der städtischen Grenzschicht führt. Viele der resultierenden Auswirkungen auf meteorologische Größen wurden in den letzten Dekaden umfassend untersucht. Eines der bekanntesten Stadtklimaphänomene ist die Überwärmung von Stadtgebieten im Vergleich zum Umland, die urbane Wärmeinsel. Neben dem Temperatureffekt ist ein klarer städtischer Einfluss auf das Windfeld und die Modifikation von Niederschlägen über und im Umfeld von Städten zu beobachten und durch viele Studien belegt.

Beobachtungs- und Modellstudien liefern überzeugende Nachweise, dass Niederschlagsmuster über Stadtgebieten und/oder deren Umgebung modifiziert werden bzw. konvektive Niederschläge und Sturzflutereignisse verstärkt oder gar ausgelöst werden können. Der Einfluss der Stadt wird demnach über thermische Effekte in Verbindung mit der Wärmeinsel, Hinderniseffekten, Aerosoleinflüssen auf mikrophysikalische Prozesse und auf das Erwärmungsprofil über der Stadt sowie durch anthropogene Feuchtequellen (z.B. Kühltürme) bewirkt. Niederschläge können durch Städte nicht nur verstärkt, sondern unter Umständen insbesondere in Verbindung mit Partikelemissionen auch abgeschwächt oder gar abgewendet werden.

Obwohl die Stadteffekte auf den Niederschlag ziemlich gut bekannt sind, weisen die vielen veröffentlichten Studien dazu eine große Bandbreite bezogen auf die Größe der Niederschlagsveränderungen und deren Lage relativ zum Stadtgebiet auf. Ein klareres, vollständigeres Bild mit deutlichen Aussagen zur urbanen Niederschlagsmodifikation kann derzeit noch nicht gezeichnet werden, wenn dieses bei der sich durch die überlagernden Einflussfaktoren ergebenden Komplexität überhaupt möglich ist. Vielfach wird durch eine fehlende standardisierte Berichterstattung von Studienergebnissen das Zusammenstellen von generalisierten Aussagen erheblich erschwert.

Im Rahmen des Exzellenzclusters „Climate, Climatic Change and Society“ (CliCCS) fokussiert ein Projekt auf nachhaltige Anpassungsszenarien von Städten in Hinblick auf hydrologische Belastungen in Verbindung mit dem Klimawandel. Innerhalb dieses Projekts haben wir eine systematische Literaturrecherche zur Niederschlagsmodifikation durch Städte mit Schwerpunkt auf die letzten 10 Jahre durchgeführt. Anlass dafür war, dass der letzte umfassende Review zu dem Thema einige Jahre zurückliegt und die Anzahl der Veröffentlichungen stetig steigt. Zudem wurden in den letzten Jahren räumlich besser aufgelöste Modelle verwendet, die eine direkte Berechnung konvektiver Prozesse erlaubten. Dabei wurde häufig auch der Aerosoleinfluss auf die Niederschlagsbildung explizit betrachtet. Auch auf der Beobachtungsseite konnten durch den Einsatz von besser aufgelösten Fernmessverfahren (Radar, Satellit) kleinskaligere Prozesse aber auch regionale Muster in neueren Studien umfassender analysiert werden.

Hier berichten wir über erste Ergebnisse unseres systematischen Reviews aufgeschlüsselt nach räumlicher Skala, dominanten Prozessen und möglichen Bezug zum Klimawandel. Dabei stellen wir den Einfluss von Städten auf Starkniederschläge heraus und weisen auf die Entwicklung der Forschungslandschaft und vermeintliche Forschungslücken hin. Zur Veranschaulichung werden ausgewählte Ergebnisse neuerer Veröffentlichungen gezeigt.