City Climate

Moderne Stadtklimaüberwachung für Smarte Städte

"Man sollte die Städte auf dem Lande bauen, da ist die Luft besser." - Henry Monnier (1799 - 1877)

Bereits im 19. Jahrhundert erkannte man Unterschiede in der Luftqualität zwischen der Stadt und ihrer Umgebung. Eine Stadt hat ein anderes Klima, das so genannte Stadtklima, das sich von der Umgebung in Bezug auf Temperatur, Wind, Feuchtigkeit und andere meteorologische Variablen unterscheidet. Heutzutage nehmen diese klimatischen Unterschiede aufgrund des Klimawandels zu.

Das neue meteoblue System zur Überwachung des Stadtklimas ermöglicht es Städten, innerhalb von weniger als einem Jahr eine preiswerte Infrastruktur zur genauen Messung, Vorhersage und Modellierung ihres Stadtklimas zu entwickeln. Dies schafft eine zuverlässige Informationsbasis für Stadtplaner, Entscheidungsträger und die Einwohner.

Das System wurde in der Schweiz eine ganze Saison lang getestet und wird sich voraussichtlich im Jahr 2020 in Zusammenarbeit mit Universitäten und Partnerstädten schnell weiterentwickeln.

Die Schweizer Städte Basel und Zürich haben bereits ihr städtisches Klimaüberwachungssystem von meteoblue implementiert:

Zürich

Basel

Warum ist es wichtig, das Stadtklima zu überwachen? Wo liegen die Vorteile für die Stadt?

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in städtischen Gebieten, und diese Zahl nimmt weiter zu. Die steigende Zahl der Menschen in den Städten erfordert mehr Lebensraum und mehr Infrastruktur. Mit zunehmender Infrastrukturdichte ist ein weiterer lokaler Temperaturanstieg wahrscheinlich, der möglicherweise auch in Städten, wo dies bisher nicht notwendig war, abgemildert werden muss. Eine systematische und aussagekräftige Beobachtung des Stadtklimas ist die Grundlage für die Erhaltung oder Verbesserung der Lebensqualität durch geeignete Maßnahmen und Stadtplanung. Mit dem Zugang zu Stadtklimainformationen können die städtischen Behörden wirksamere Dienste für Verkehrssteuerung, Straßen- und Baumanagement, Wassermanagement usw. anbieten. Stadtplaner, Veranstaltungsorganisatoren und Versicherungsgesellschaften können von einer besseren Risikobewertung für Hitze, Niederschlag, Wind und andere Faktoren profitieren.

Der Klimawandel ist real, jetzt ist es Zeit zu handeln. Das städtische Klimaüberwachungssystem von meteoblue ermöglicht es den Städten, sich damit auseinanderzusetzen:

Hitzewellenmanagement

Städtische Wärmeinseln

Hochwasser- und Hagelwarnungen

Luftverschmutzung

Klimawandelszenarien

Stadtplanungsszenarien

Echtzeitüberwachung

Features

Hohe Präzision

Die sorgfältige Überprüfung unseres Stadtklimamodells zeigt einen Modellfehler unter 1°C für Temperaturen, die zwischen Wetterstationen berechnet wurden. Unsere 24 Stunden Lufttemperaturvorhersage hat eine Genauigkeit von 1,2 K und liefert damit die präziseste Vorhersage, die möglich ist.

Hohe Auflösung

Unsere Stadtklimamodelle haben eine horizontale Auflösung von 10m und lösen die gesamte mikroskalige Variabilität der Lufttemperatur- und Windgeschwindigkeitsfelder auf, wodurch Wetterinformationen bis vor jede Tür gebracht werden.

Künstliche Intelligenz

Das städtische Klimaüberwachungssystem von meteoblue verwendet eigene künstliche Intelligenz, um meteorologische In-situ-Messungen mit Satellitendaten und numerischen Prognosemodellen zu kombinieren, um präzise Daten mit einem Minimum an Sensoren auf die wirtschaftlichste Art und Weise zu erhalten.

Mehrere meteorologische Variablen

Wir bieten Messungen verschiedener meteorologischer Variablen (Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag) an und stellen modellierte Windgeschwindigkeit und -richtung mit hoher räumlicher Auflösung für eine Vielzahl von Anwendungen zur Verfügung.

Nahtlos von der Historie zur Prognose

Wir bieten historische Daten, Echtzeit-Updates und eine 7-Tage Vorhersage für jeden Ort innerhalb einer Stadt. Zusätzlich verwenden wir Klimaprojektionen, um die Lufttemperatur und den Niederschlag für verschiedene zukünftige Zeiträume (z.B. bis 2050) unter verschiedenen Emissionsszenarien abzuschätzen.

Mehrere Schnittstellen

Unsere Produkte sind über API, FTP-Server, Web und App verfügbar und bieten Ihnen einfachen plug & play Zugriff auf alle möglichen Anwendungen.

Plug&Play Ansatz für moderne Städte

Modernes hochauflösendes Messnetzwerk

Der erste Schritt bei der Entwicklung eines Stadtklimasystems ist die Installation eines meteorologischen Sensornetzwerks (Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, etc.) innerhalb der Stadt. meteoblue hat mehrere Werkzeuge entwickelt, um die besten Sensorstandorte innerhalb einer Stadt und in den umliegenden Gebieten zu bestimmen. Sobald die Sensoren installiert sind, können meteorologische Daten in Echtzeit über API, Web, FTP oder eine mobile Anwendung empfangen werden. Die meteorologischen Daten werden einer Qualitätskontrolle unterzogen und z.B. für Strahlungsmessfehler korrigiert. Das Sensornetz ist der Schlüssel zur Bereitstellung zuverlässiger Informationen für die Verwaltung der Maßnahmen einer Stadt zur Eindämmung des Klimawandels.

Abbildung der lokalen Klimazonen für jede Stadt der Welt

meteoblue bietet lokale Klimazonenkarten für jede Stadt auf der Welt. Eine Klimazonenkarte wird aus Satellitenbildern mit einer horizontalen Auflösung von 10m generiert. Lokale Klimazoneninformationen sind die Grundlage für die Platzierung der Sensoren, für statistische Analysen und für die Validierung und Verbesserung der Modelle.

Kleinräumige Modellierung von meteorologischen Variablen

meteoblue berechnet kleinräumige meteorologische Variablenfelder für Städte mit einer horizontalen Auflösung von 10m für jeden Messzeitschritt von 15 Minuten. Die meteoblue Stadtklimamodelle interpolieren Standorte zwischen den Sensorstandorten mit speziellen Techniken, die sowohl Daten von Satelliten als auch digitale Oberflächen- und Höhenmodelle berücksichtigen. Lufttemperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und Windrichtung werden für jeden Standort in der Stadt bewertet und bringen Wetterinformationen bis vor jede Haustür. Auf der Grundlage des kleinräumigen Lufttemperaturfeldes werden städtische Wärmeinseln ebenso wie Kaltluftflüsse erfasst. Darüber hinaus können auf der Basis hochauflösender Niederschlagsdaten Hochwasser- und Hagelwarnungen für die Stadt erstellt werden. Die Luftverschmutzung wird automatisch bewertet, indem lokale Luftverschmutzungsquellen mit einer dreidimensionalen Windfeldberechnung kombiniert werden.

Hohe Rechenleistung aus dem meteoblue Hochleistungsrechnercluster

meteoblue verwendet Stadtklimamodelle mit einer sehr genauen horizontalen Auflösung bis zu 0,5 m (siehe sky view factor in der rechten Abbildung). Der sky view factor (Horizontüberhöhung) drückt den Anteil des Himmels aus, der von einem Punkt auf einer Oberfläche sichtbar ist. Straßenschluchten oder von Bäumen bedeckte Gebiete haben einen niedrigen sky view factor im Gegensatz zu dem hohen sky view factor von offenen Plätzen und Gebäudedächern. Die Modellberechnungen erfordern erhebliche Rechenleistung. Historische Daten, Nowcast Daten, eine 7-Tage Vorhersage sowie Klimaprojektionen werden für jeden beliebigen Punkt in der Stadt berechnet und auf dem meteoblue Cluster gespeichert.

Hohe Genauigkeit von Stadtklimamodellen

Die meteoblue Stadtklimamodelle schneiden mit der räumlichen Interpolationstechnik besser als 1°C ab, mit einem abnehmenden Fehler, wenn mehr Stationen verwendet werden. Wir können die Anzahl der benötigten Stationen berechnen, um die gewünschte Genauigkeit der modellierten Daten zu erreichen. Auf der Grundlage unserer bestehenden Verifikationen kann für unsere 24-Stunden Vorhersage eine Genauigkeit von 1,2 °C für die Lufttemperatur erwartet werden.

Q&A

Was bedeutet Stadtklima?

Stadtklima wird definiert als "lokales Klima, das sich durch die Stadtentwicklung von dem in benachbarten ländlichen Gebieten unterscheidet". Dies bedeutet, dass sich Lufttemperatur, Niederschlag, Konzentration von Luftschadstoffen und Windgeschwindigkeit oft von den umliegenden Gebieten unterscheiden. Die Unterschiede in der Lufttemperatur zwischen einer Stadt und ihrem Umland können nachts bis zu 10 °C betragen. Die Auswirkungen der Stadt auf Niederschlagsintensität und Windfelder sind ebenfalls belegt.

Warum heizen Städte sich auf, aber kühlen nicht so stark ab?

Städte sind durch eine dichte Bebauung und Oberflächenversiegelung gekennzeichnet. Dies führt zu höheren Lufttemperaturen und geringeren Windgeschwindigkeiten. Gebäude und Straßen speichern tagsüber die Energie der Sonnenstrahlung und geben diese Energie nachts in Form von Wärme ab. Die Windgeschwindigkeit und damit die Belüftung der Stadt wird häufig durch Gebäude reduziert. Vegetation wie Stadtbäume oder Grünflächen, die Schatten und Kühlung durch Verdunstung bieten könnten, kann selten oder gar nicht vorhanden sein.

Was sind die Folgen?

Hitzewellen treffen vor allem ältere und kranke Menschen, da Herz Kreislauf Erkrankungen das Sterberisiko bei Hitze erhöhen. Steigende Temperaturen erhöhen auch die Häufigkeit von Starkniederschlagsereignissen in den Städten und verursachen dadurch Überschwemmungen, deren Auswirkungen in den Städten viel gravierender sind als auf dem offenen Land: Die versiegelten Flächen der Stadt erhöhen den Wasserabfluss und verhindern das Versickern des Regenwassers in den Boden. Das Kanalisationssystem bietet nur einen begrenzten Speicher für Regenwasser und kann bei hohen Niederschlägen überlaufen. Die erhöhte Wahrscheinlichkeit von Starkniederschlägen und Hagelereignissen kann aufgrund der enormen Schäden, die sie in einer Stadt anrichten können, zusätzliche Versicherungsleistungen erfordern.

Wie können das Stadtklima und dessen Auswirkungen besser vorhergesagt werden?

Der erste Schritt zum besseren Verständnis des Stadtklimas und seiner möglichen zukünftigen Veränderung ist die Installation eines modernen Sensornetzwerks an geeigneten Orten innerhalb der Stadt, um stündliche Daten für Lufttemperatur, Niederschlag und andere Variablen zu messen und zu speichern. Auf der Grundlage dieser Daten füllen spezielle Stadtklimamodelle die Lücken zwischen den Messungen und erzeugen ein umfassendes Klimainformationssystem für die Stadt. Dieses System kann anschließend Risikokarten und -bewertungen sowie Prognosen, Warnungen und Planungsszenarien erstellen. Das System kann verwendet werden, um die Bürger zu informieren, Entscheidungsträger zu unterstützen und bei der Entwicklung von Plänen zur Verbesserung des Stadtklimas zu helfen.

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