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Städte und Starkregen beeinflussen sich gegenseitig
Städte sind Extremregen nicht nur ausgeliefert. Eine neue Übersichtsarbeit zeigt, dass Wärmeinseln, Gebäude, versiegelte Flächen und Luftverschmutzung die Entstehung, Intensität und Zugbahn von Schauern beeinflussen können, und fordert deshalb, Stadtentwicklung, Starkregen und Hochwasserschutz künftig als gekoppeltes System zu betrachten.
Newcastle upon Tyne (England). Kurzzeitiger Starkregen kann städtische Entwässerungssysteme in kurzer Zeit überfordern und Sturzfluten auslösen, wobei meist angenommen wird, dass der Regen von außen auf die Stadt trifft und deren Bebauung vor allem bestimmt, wie schnell das Wasser abfließt. Doch Städte können auch die Niederschlagsprozesse selbst verändern.
Forscher der Nanjing University (NJU) um Prof. Long Yang haben nun Forschung aus Beobachtungen, Theorie und Modellen zu diesem sogenannten urbanen Regeneffekt zusammengeführt. Die Auswertung zeigt kein einheitliches Muster, nach dem Städte grundsätzlich mehr Regen erzeugen, denn die Reaktion hängt unter anderem von Stadtgröße, Bebauungsform, Wind, Feuchte, Aerosolbelastung und Art des Wettersystems ab.
Ein wichtiger Faktor ist die Wärme, weil Straßen, Dächer und andere versiegelte Flächen Energie anders als natürliche Böden speichern und weniger Wasser durch Verdunstung abgeben. Dadurch kann die bodennahe Luft stärker erwärmt werden, aufsteigen und unter günstigen Bedingungen die Bildung kräftiger konvektiver Niederschläge fördern.
Hinzu kommt die Rauigkeit dicht bebauter Stadtgebiete, denn Gebäude bremsen und lenken den Wind, verändern Turbulenz und können bodennah Luft zusammenführen. Solche Konvergenzen können Luft zum Aufsteigen zwingen und dadurch beeinflussen, wo Gewitter entstehen oder sich verstärken, während auch Gebiete in Windrichtung hinter der Stadt für die räumliche Verteilung des Regens wichtig sein können.
Eine dritte Rolle spielen Aerosole, also feine Schwebteilchen in der Luft, die als Keime für Wolkentröpfchen oder Eiskristalle dienen und so die Mikrophysik von Wolken verändern können. Je nach Feuchte und atmosphärischer Stabilität kann dies warmen Regen zunächst bremsen oder die Niederschlagsbildung verzögern, während sich ein Gewitter weiter entwickelt und später kräftiger ausfallen kann.
„Wir wissen, dass der Klimawandel die kurzzeitigen Niederschlagsextreme verstärkt, die städtische Entwässerungssysteme überlasten und verheerende Sturzfluten verursachen können. Diese Übersichtsarbeit fügt diesem Bild ein wichtiges Puzzleteil hinzu: Städte sind nicht einfach passive Empfänger extremer Niederschläge, sondern können selbst die Prozesse beeinflussen, die Stürme prägen. Das Verständnis dieser wechselseitigen Interaktionen wird immer wichtiger, wenn wir städtische Infrastruktur und Anpassungsmaßnahmen entwerfen wollen, die gegenüber den Niederschlagsextremen der Zukunft widerstandsfähig sind“, erklärt Prof. Hayley Fowler von Newcastle University.
Für das Hochwasserrisiko entsteht daraus eine doppelte Wirkung, weil eine Stadt unter bestimmten Bedingungen den Starkregen beeinflussen und zugleich durch versiegelte Flächen, Entwässerungsnetze und veränderte Flussläufe dafür sorgen kann, dass Wasser schneller zusammenströmt. Beides zusammen kann urbane Sturzfluten und andere Formen von Überflutungen verschärfen.
Die Autoren schlagen deshalb ein Modell der gemeinsamen Entwicklung von Stadt und Starkregen vor, in dem Stadtwachstum die Atmosphäre verändert, veränderter Regen das Hochwasserrisiko beeinflusst und die Reaktion darauf wiederum die Stadtoberfläche umgestaltet. Dadurch entstehen Rückkopplungen, die in klassischen Modellen mit einem festen Niederschlag als äußerer Vorgabe nur unvollständig erfasst werden.
Diese Rückkopplung betrifft auch Schutzmaßnahmen, denn Gründächer, Schwammstadt-Infrastruktur, helle Dächer, Grünflächen oder Frischluftkorridore verändern Feuchte, Energieaustausch und Luftbewegung über der Stadt. Sie können damit nicht nur Hitze oder Abfluss beeinflussen, sondern unter bestimmten Wetterlagen