Das Stadtklima (Urbanes Klima) setzt sich aus einem Mikroklima*1 (Kleinklima) und einem Mesoklima*2 und Makroklima*3 zusammen. Es entsteht durch die Wechselwirkungen zwischen dem Makroklima (also den allgemeinen klimatischen Faktoren Strahlung, Wind, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Niederschlag) und der lokalen Landschaft (Mesoklima). Ausschlaggebend sind die vorhandenen Oberflächen (Untergrund, Bewuchs, Bebauung), deren Rauigkeit und thermischen Eigenschaften. Durch die Geländeform und/oder Pflanzenbewuchs können dabei auf engem Raum große Unterschiede in der Temperatur und/oder Windgeschwindigkeit und der Lichtverhältnisse auftreten. So kann es z. B. an einem Sommertag über einer Asphaltdecke mehrere Grad wärmer sein als über einer benachbarten, feuchten Wiese. Auch in klaren Nächten können sich, z. B. durch unterschiedliche Ausstrahlungsbedingungen, auf kleinem Raum erhebliche Temperaturunterschiede ergeben. Die meisten Städte sind noch immer Wärmeinseln. Das Stadtklima muss auch immer im Rahmen des Klimawandels betrachtet werden.
Der mikroklimatischen Bereich ist der Lebensraum von Menschen, den meisten Tieren und Pflanzen. Aus diesem Grund ist das Stadtklima von entscheidender Bedeutung für die Lebensqualität der Menschen, dem Pflanzenwachstum und dem Leben der Tiere. Auch in der Forstwirtschaft und Landwirtschaft spielen die mikroklimatischen Gegebenheiten der Wälder und Äcker eine bedeutsame Rolle.
In dicht besiedelten Gebieten spricht man vom Stadtklima, denn hier nehmen die von Menschen geschaffenen Bauwerke, Straßen und Plätze einen enormen Einfluss auf das Mikroklima. Hier spielen die gewählten Baumaterialen und die aufgrund der Gebäude veränderten Wind- und Lichtverhältnisse eine große Rolle. So kann durch die Anordnung von Bauwerken in einem bestimmten Bereich völlige Windstille herrschen und nur wenige Meter weiter starker Wind vorhanden sein. Außerdem gibt es Bereiche, welche die meiste Zeit des Tages im Schatten liegen, während andere überwiegend sonnige Lage aufweisen und zu Temperaturänderungen führen. Außerdem ist jedes Auto, besonders mit Verbrennungsmotor, ein "Heizkörper" und trägt zu einer Lufterwärmung bei. Aber nicht nur fahrende Autos, auch stehende Autos können bis zu 50 °C warm werden und stehen als Heizkörper in den Straßen.
Sehr große Auswirkungen auf das umgebende örtliche Stadtklima kann schon der Abriss oder die Errichtung eines Hauses haben. Deswegen beeinflussen städtebauliche Maßnahmen die mikroklimatischen Verhältnisse in die gewünschte Richtung. Auch Grünflächen, Wasserflächen, Dachbegrünungen und Fassadenbegrünungen sind wichtige Faktoren für das Herstellen eines freundlichen Stadtklimas. Hierauf muss in der Zukunft zunehmend mehr bei der Städteplanung bzw. Umplanung geachtet werden.
*1 Mikroklima ist eine kleinräumige Klimaerscheinung und beschreibt eine bodennahen Luftschicht bis ca. 2 m Höhe. Hier haben die Oberflächengestaltung, die Bodeneigenschaft und -bedeckung, die Oberflächenform, ein Baum, Pflanzen, usw. einen direkten Einfluss. Über all diesen Bereichen können unterschiedliche Klimabedingungen herrschen.
*2 Mesoklima beschreibt den Bereich zwischen dem Mikroklima und dem Makroklima. Dabei werden die Werte von Lufttemperatur, Luftdruck, und Luftfeuchtigkeit sowie Niederschlag, Wind, Bewölkung, Verdunstung und Strahlung beurteilt.
*3 Makroklima ist von großskaligen Prozessen geprägt und unterscheidet zwischen der Makro-a und Makro-ß Skala. Atmosphärische Phänomene der Makro-a Skala, z. B. die globale Zirkulation und planetare Wellen, haben eine typische horizontale Ausdehnung von mehr als 10.000 km und eine Lebenszeit von etwa einem Monat. Die horizontale Ausdehnung von Makro-ß skaligen Prozessen, z. B. barokline Wellen oder auch synoptische Zyklonen, liegt zwischen 2.000 km und 10.000 km bei einer Lebensdauer von 1 bis 3 Wochen.
Stadtklima
Die Lufttemperatur in Städten und damit der städtische Wärmeinseleffekt hängt stark von der Gebäudegeometrie, den thermischen Eigenschaften der Bausubstanz, den Strahlungseigenschaften der Oberflächen und der anthropogenen Wärmefreisetzung (Hausbrand, Verkehr und Industrie) ab.
Vegetation insbesondere Bäume und Sträucher und natürlicher Boden, die normalerweise einen kühlenden Effekt auf die Umgebung haben, fehlen in der Stadt. An ihre Stelle treten stark versiegelte Flächen, die den gefallen Niederschlag nicht speichern, sondern oberirdisch ableiten. Weder der Schatten der Bäume noch die Kühlung durch die Verdunstung können dann die notwendige Abkühlung für die Stadtbewohner bringen.
Die Auswirkungen der städtischen Wärmeinsel sind vielfältig. Vor allem die fehlende nächtliche Abkühlung kann sich negativ auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Stadtbevölkerung auswirken. Bei den erhöhten nächtlichen Temperaturen in der Stadt, die oft auch kritische Schwellen wie die Tropennacht überschreiten, kann sich der menschliche Körper während des Schlafes kaum noch erholen. Dies kann in der Folge zu sinkender Konzentrationsfähigkeit und Unfällen führen. In den Sommermonaten erhöht sich für die Stadtbewohner die Gefahr für Hitzestress. Vor allem ältere Menschen, Menschen mit Vorerkrankungen, zum Beispiel des Herzkreislaufsystems, und Kleinkinder können sich häufig nur unzureichend an die erhöhte Wärmebelastung anpassen.
Während Hitzeepisoden führt die höhere Lufttemperatur in Städten durch den vermehrten Einsatz von Kühlsystemen und Klimaanlagen zu einem erhöhten Energieverbrauch verbunden mit steigenden Energiekosten. Gleichzeitig wird die Abwärme der Klimageräte in den Straßenraum abgeführt und heizt so die Stadt weiter auf.