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Umwelt: Die heissen Städte mit Wind kühlen

Ein neuer Wasserkanal der Empa soll helfen, Windbewegungen zu verstehen. Sie sind entscheidend, damit das Leben in Städten künftig auch bei Hitzewellen erträglich bleibt.
Der neue Wasserkanal der ETH Zürich und der Empa ermöglicht es, Windflüsse in urbanen Zonen zu studieren. (Bild:Walter Bieri/KEY)

Der neue Wasserkanal der ETH Zürich und der Empa ermöglicht es, Windflüsse in urbanen Zonen zu studieren. (Bild:Walter Bieri/KEY)

Hitzewellen nehmen weltweit zu – und Städte leiden darunter deutlich stärker als das umliegende Land, schreibt die Empa anlässlich der Eröffnung ihres neuen Wasserkanals. Dabei betragen die Temperaturunterschiede zwischen urbanen Zonen und grünem Umland teilweise mehrere Grad.

Die Gründe dafür sind vielfältig: In der Stadt entsteht zusätzliche Wärme durch Verkehr und Industrie, es fehlt meist an kühlender Vegetation, und die dunklen Oberflächen von Strassen und Dächern absorbieren tagsüber mehr Sonnenstrahlung und speichern diese auch noch besser. Ausserdem blockieren die dicht aneinandergereihten Gebäude den Wind, der kühlere Umgebungsluft von umliegenden Seen und Wäldern mitbringen oder die Hitze aus den Städten abführen könnte.

Gibt es nur wenig Wind, spielt der Auftriebseffekt eine wichtige Rolle: Heisse Luft steigt über der Stadt in die Höhe und kühlere Luft kann unten nachfliessen. Auch können Gebiete mit kühlerer Luft – zum Beispiel Parks mit Vegetation – geschaffen werden. Der Wind trägt dann die Luft dieser Gebiete an Orte, in denen der Hitzeinseleffekt nicht lokal bekämpft werden kann.

Wasserkanal mit Vorteilen

Damit der Wind die Hitze aus den Städten abführen kann, muss die Stadt allerdings so gebaut sein, dass Luftmassen relativ einfach um die Gebäude fliessen können. Hier kommt der neue Wasserkanal ins Spiel: Laut Empa ist bisher noch nicht genügend erforscht, wie die städtischen Strukturen die lokalen Windverhältnisse beeinflussen. Der neue Kanal soll daher unter anderem klären, wie der Wind an Gebäuden und überhitzten Strassen fliesst und sich verwirbelt und wie sich dadurch die Temperaturverteilung verändert.

Wasser verhält sich bei geeigneter Flussgeschwindigkeit genau wie Wind in einer realen Stadt.

Zudem hat der Wasser- gegenüber dem Windkanal, der ebenfalls geeignet wäre, zwei Vorteile: Es können kleinere Modelle eingesetzt und damit ein grösserer Bereich der Stadt untersucht werden, und das Strömungsfeld und die Temperaturverteilung lassen sich im Wasser gleichzeitig messen.

Der Wasserkanal hat Vorteile gegenüber dem Windkanal. (Bild: Walter Bieri/KEY)

Der Wasserkanal hat Vorteile gegenüber dem Windkanal. (Bild: Walter Bieri/KEY)

Dies geschieht laut Empa mit einem Laser-Messsystem. Zuerst mischen die Forscher winzige Partikel sowie einen fluoreszierenden Farbstoff ins Wasser. Dann beleuchtet der pulsierende Laserstrahl die Partikel – fotografiert von einer Kamera, die zwei Bilder hintereinander aufnimmt. Anschliessend wertet das Messsystem aus, wie weit und in welche Richtung sich die Partikel zwischen den zwei Bildern bewegt haben. Daraus werden die Flussgeschwindigkeit und Strömungsrichtungen ermittelt.

Die Hitze aus den Städten bringen

Mit dem fluoreszierenden Farbstoff, der grünes Laserlicht absorbiert und Licht einer anderen Farbe abstrahlt, können die Forscher die Temperaturverteilung bestimmen. Dabei gilt: Je wärmer das Wasser, desto heller das Licht. Eine zweite Kamera, die das grüne Laserlicht herausfiltert, hält die abgestrahlte Lichtverteilung fest.

Für die Empa ist klar: Durch die Bestimmung der kühlen und warmen Flussstrukturen können Forscher herausfinden, wie sich die Hitze aus den Städten bringen lässt – und damit Architekten, Planern und Regierungen helfen, Städte so zu entwickeln, dass das Leben in ihnen auch bei zunehmenden Hitzewellen erträglich bleibt. (sda)

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