Visualisierung der "Brennenden Hotspots" in Tokio: Entschlüsselung des Klimawandels und der Zukunft der Städte durch Datenfusion

1. Warum die "Hitze in Tokio" je nach Ort so unterschiedlich ist

In Städten gibt es viel Beton und Asphalt, die Wärme leicht speichern. Zudem behindern die vielen Hochhäuser die Luftzirkulation und verstärken die Schwüle (Luftfeuchtigkeit). Solche städtischen Mikroklimate sind so komplex, dass sich die gefühlte Temperatur innerhalb desselben Bezirks durch eine einzige Straße stark unterscheiden kann. Traditionelle städtische Hitzebewertungen verlassen sich oft auf die Oberflächentemperatur der Erde (LST) von Satelliten, aber die Menschen sind der Lufttemperatur und -feuchtigkeit ausgesetzt, die oft nicht mit der Satelliten-LST übereinstimmen. Die aktuelle Forschung ist bahnbrechend, da sie die **"Lufttemperatur und -feuchtigkeit" stündlich mit hoher räumlicher Auflösung rekonstruiert**.

2. Was wurde wie "fusioniert"? – Der Kern der Methode

Die Forschung integriert regionale numerische Analysen und objektive Analysedaten (z. B. lokale objektive Analyse: LOA) mit Bodenbeobachtungen um Tokio (30 Jahre Temperatur- und Dampfdruckdaten) durch Wahrscheinlichkeitsschätzungen. Durch die Kombination der Konzepte von POD (Proper Orthogonal Decomposition) und LSE (Least Squares Estimation) wird selbst in nicht beobachteten Gittern eine räumlich-zeitlich glatte "optimale Schätzung" der Lufttemperatur und -feuchtigkeit erreicht. Dadurch wurde ein Datensatz mit langfristiger × hochauflösender × stündlicher Abdeckung erstellt. SSRN

Punkte
・Loslösung von der traditionellen Abhängigkeit von Satelliten-LST, um Lufttemperatur und -feuchtigkeit direkt zu bewerten
・30 Jahre Beobachtungen × großräumige Analysen füllen räumlich-zeitliche Lücken
・Stündliche Auflösung ermöglicht es, die Spitzen und Täler des Hitzschlagrisikos zu verfolgen

3. Die Realität: Tagsüber +1℃, nachts +2℃ im Stadtzentrum, und eine Verdopplung der "extremen Hitzetage"

Laut den rekonstruierten Daten ist die durchschnittliche Tagestemperatur in 30 Jahren um über 1℃ gestiegen. Noch gravierender ist die nächtliche Erwärmung, bei der im Stadtzentrum ein Anstieg von etwa 2℃ festgestellt wurde. Hohe Nachttemperaturen haben erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit, wie Schlafqualitätsverschlechterung, Belastung des Herz-Kreislauf-Systems und Verschlechterung chronischer Krankheiten. Zudem hat sich die Anzahl der extremen Hitzetage mit einem Hitzeindex (HI) über 40,6℃ (entspricht dem US-amerikanischen "Danger"-Standard) seit den 1990er Jahren ab 2021 verdoppelt. Die "Häufigkeit, Intensität und Dauer" des Hitzestresses hat sich insgesamt verschlechtert. Phys.org

4. Wo ist es besonders gefährlich? – Das wahre Bild der "lokalen Hotspots"

In der Umgebung von Kumagaya im Landesinneren ist der Anstieg der extremen Hitzetage besonders ausgeprägt, und im westlichen Gebiet ist der Anstieg der heißen Tage seit 2011 statistisch signifikant. Auch im Stadtzentrum ist die nächtliche Wärmespeicherung stark, während im Küstenbereich der Seewind tagsüber etwas Linderung bringt, was zeigt, dass Topographie, Land-See-Wind und Landbedeckung Unterschiede in den **"Hitze-Regimen"** der einzelnen Bezirke erzeugen. Die Beobachtung des nationalen Rekordwerts von 41,1℃ in Kumagaya im Jahr 2018 ist noch frisch in Erinnerung und bestätigt die Verwundbarkeit von Binnenbecken. Phys.org

5. Warum Tokio nachts heiß ist

• Überfluss an Wärmespeichermaterialien: Beton und Asphalt haben eine hohe spezifische Wärme und Wärmekapazität, sodass die Wärmeabstrahlung auch nach Sonnenuntergang anhält

• Behinderung der nächtlichen Abkühlung: Die Reduzierung des "Himmelsanteils" durch Hochhäuser behindert die nächtliche Abstrahlung

• Mangel an Windkanälen: Die Anordnung der Stadtblöcke und Hochhäuser behindert die **Luftzirkulation** und erzeugt Wärmestau

• Feuchte Luft: Hohe Luftfeuchtigkeit erhöht die "gefühlte Temperatur" und verschlechtert den Hitzeindex (HI)

Diese **"heißen und feuchten Nächte" sind der Hauptschauplatz für Hitzschlagtransporte und Schlafstörungen. Die Forschung zeigt auch, dass die nächtlichen Temperaturanstiege im Stadtzentrum größer sind, was die Bedeutung von nächtlichen Maßnahmen unterstreicht. Phys.org

6. Stärken und Schwächen der Forschungsmethode

Stärken

• Durch die Kombination der besten Aspekte von Beobachtung und Analyse wird langfristig × großräumig × hochauflösend × zeitlich kontinuierlich erreicht

• Es ist möglich, "wo, wann und wie viel" es heißer geworden ist, quantitativ zu bestimmen, was eine zielgerichtete Politik ermöglicht

Schwächen (auch von den Autoren erwähnt)

• Die räumliche Anordnung der Beobachtungspunkte kann lokale Fehler verursachen

• Feine Effekte wie Parks, Baumkronen und 3D-Gebäude können mit der Auflösung der Rekonstruktion nicht vollständig dargestellt werden

• In Zukunft wird die Verbesserung der Datenassimilation und die Einführung von **zusätzlichen Daten (LCZ, Baumkronenverteilung, Gebäudeformen, mobile Temperatur- und Feuchtigkeitsbeobachtungen)** entscheidend sein
  Phys.org