Der Puls der Städte

Bei Menschen messen Ärzte den Puls, um auf den Gesundheitszustand zu schließen. Nun schlagen Forschende vor, ein ähnliches Maß auch für Städte zu nutzen: Anhand von Satellitendaten haben sie mit Hilfe künstlicher Intelligenz detailliert ausgewertet, wie sich Städte weltweit entwickeln. Als Indikator für den „Urban Pulse“ dienten ihnen dabei Schwankungen der Bautätigkeit. Demnach schreitet die Urbanisierung typischerweise sprunghaft, zyklisch und asynchron voran. Die neue Methode könnte dabei helfen, Dynamiken der Stadtentwicklung besser zu verstehen und schneller auf mögliche Probleme zu reagieren.

Städte sind mehr als eine statische Ansammlung von Gebäuden und Straßen. Als wirtschaftliche und kulturelle Zentren und Lebensraum von Menschen sind sie selbst lebendig. Durch gesellschaftliche, politische, technologische, ökonomische und ökologische Einflüsse unterliegen sie einem steten Wandel. In allen Teilen der Welt bringt die zunehmende Urbanisierung Herausforderungen mit sich, etwa wenn es um soziale Teilhabe, eine leistungsfähige Infrastruktur und eine effiziente, nachhaltige Flächennutzung geht.

Lebendige Entwicklung

„Jahrzehntelang haben wir lediglich die Ergebnisse der Urbanisierung erfasst – ein Haus, das gebaut wurde, oder eine Straßenverbreiterung“, sagt Zhe Zhu von der University of Connecticut. „Aber man sieht nicht wirklich die Dynamik innerhalb eines städtischen Gebiets.“ Um diese Dynamik und damit die Vitalität von Städten besser sichtbar zu machen, schlagen Zhu und sein Team ein neues Maß vor: den „Urban Pulse“. „Inspiriert vom menschlichen Puls, bei dem ein Elektrokardiogramm unsichtbare Aktivitäten sichtbar macht, nutzen wir dichte Satelliten-Zeitreihendaten, um den ‚Urban Pulse‘ zu analysieren“, erklären die Forschenden.

Als Indikator für den Puls der Städte haben sich Zhu und seine Kollegen für die Bauaktivität entschieden. „Diese ist ein direkter Indikator für Kapitalinvestitionen, Arbeitskräfteverteilung und Materialflüsse – die grundlegenden Triebkräfte des physischen Wachstums und der wirtschaftlichen Vitalität von Städten“, erläutern sie. Zudem konzentriere sich die Methode auf den Veränderungsprozess selbst statt auf sein Ergebnis. „Im Gegensatz zu Kennzahlen, die den Endzustand messen, wie beispielsweise die Gesamtfläche versiegelter Flächen oder die städtische Bodenbedeckung, quantifiziert unser Ansatz die Geschwindigkeit und den Rhythmus der Transformation und erfasst so die ‚Lebendigkeit‘ des städtischen Entwicklungsprozesses.“

Sprunghaft, zyklisch und asynchron

Für sechs Städte in verschiedenen Teilen der Welt – Seattle, Shenzhen, Lagos, Mumbai, Dubai und Mexiko-Stadt – haben die Forschenden hochauflösende Satellitenbilder ausgewertet, die zwischen Januar 2018 und Dezember 2024 aufgenommen wurden. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz leiteten sie daraus drei typische Merkmale der Stadtentwicklung ab: „Erstens ist die Urbanisierung von Natur aus sprunghaft und durch episodische Ereignisse gekennzeichnet, die von den Basistrends abweichen“, erklärt das Team. So dehnen sich die analysierten Städte nicht kontinuierlich aus, sondern durchlaufen immer wieder Phasen, in denen große Kapitalinvestitionen aus Politik oder Wirtschaft das Wachstum plötzlich vorantreiben.

„Zweitens ist die Urbanisierung zyklisch und spiegelt Übergänge durch Phasen der Expansion, Stabilisierung oder des Rückgangs wider“, berichten die Forschenden. Allerdings seien diese Phasen kaum vorhersehbar und folgen den bisherigen Erkenntnissen zufolge keinen periodischen Mustern. Als dritten Punkt stellt das Team fest, dass die Urbanisierung asynchron verläuft. Das heißt, während ein Stadtteil einen Rückgang erlebt, können andere Teile der gleichen Stadt florieren. „Ähnlich wie der menschliche Puls variiert auch der städtische Puls, je nachdem wo er gemessen wird“, schreiben die Forschenden. „Im Gegensatz zum menschlichen Körper gibt es aber keinen einzelnen Ort, der das ‚Herz einer Stadt‘ bildet oder für den gesamten Urbanisierungsprozess repräsentativ ist.“ Genau deshalb sei es wichtig, die Stadt in ihrer Gesamtheit und Vielfalt zu erfassen.

Neues Diagnosewerkzeug

Aus Sicht der Forschenden kann das Konzept des „Urban Pulse“ ein neues Instrument für Verantwortliche aus Politik, Wirtschaft und Stadtplanung darstellen, um die Vitalität einer Stadt zu beurteilen und zu verbessern. „Der fernerkundungsbasierte Diagnoseansatz kann wichtige Frühwarnsignale für städtischen Stress liefern und gezielte Interventionen zur Verbesserung der städtischen Resilienz und Nachhaltigkeit ermöglichen“, schreibt das Team. Beispielsweise wäre es anhand der Satellitendaten möglich, frühe Anzeichen von städtischem Verfall oder nicht nachhaltiger Zersiedelung erkennen und rechtzeitig gegenzusteuern.

Auch für Menschen, die neu in eine Stadt ziehen oder Unternehmen, die erwägen, wo sie eine Niederlassung eröffnen sollen, kann der ‚Urban Pulse‘ helfen, das Entwicklungspotenzial eines Stadtviertels besser einzuschätzen. „Dies wird ein sehr wirkungsvolles Instrument sein, das nicht nur politische Entscheidungen von oben nach unten durch Regierungen beeinflusst, sondern auch Entscheidungen von unten nach oben durch normale Bürger“, sagt Zhu.

Quelle: Zhe Zhu (University of Connecticut, USA) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2537770123

© wissenschaft.de – Elena Bernard