Das Klima innerhalb von Städten unterscheidet sich teilweise stark vom Klima des unbebauten Umlands. Einer der bekanntesten Effekte ist die Entstehung einer städtischen Wärmeinsel. Dieser Effekt beschreibt den Temperaturunterschied zwischen innerstädtischen Bereichen und dem Umland. In Essen beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Innenstadt und Umland laut Klimaanalyse 2022 bis zu 7,6 Grad Celsius (Wärmeinseleffekt). Dieser Effekt ist am stärksten während sommerlicher, windschwacher Hochdruckwetterlagen sowie während der Nachtstunden zu beobachten. Die höchsten Temperaturen im Stadtgebiet treten in den stark versiegelten Gewerbe- und Industriegebieten sowie im Stadtzentrum, in den diversen Nebenzentren und in den stark verdichteten Wohn- und Mischgebieten auf. Die niedrigsten Temperaturen sind über landwirtschaftlich genutzten Flächen in Tallagen, wie zum Beispiel dem Ruhrtal, zu finden.
Die Hauptgründe für die Ausbildung einer städtischen Wärmeinsel sind der hohe Versiegelungsgrad sowie die dichte Bebauung in der Stadt. Die Baukörper und versiegelten Flächen weisen eine hohe Wärmespeicherung und Wärmeabgabe auf. Hierdurch erwärmen sie sich tagsüber, vor allem während der Sommermonate, stärker als Grün- oder Wasserflächen und geben diese Wärme während der Nachtstunden wieder ab.
Neben den Temperaturunterschieden weisen Städte im Vergleich zum Umland zudem ein verändertes Windfeld, einen veränderten Feuchtehaushalt sowie eine veränderte lufthygienische Situation, auf. Innerhalb von Städten kommt es im Durchschnitt zu geringen Windgeschwindigkeiten. Dies liegt in erster Linie an der höheren Rauigkeit durch die Bebauung. Im Bereich von Straßenschluchten und Gebäudelücken können Kanalisierungs- und Düseneffekte zu einer deutlichen Erhöhung der Windgeschwindigkeiten führen. Insgesamt weist der südliche Teil des Essener Stadtgebiets während windschwacher, sommerlicher Hochdruckwetterlagen höhere Windgeschwindigkeiten auf als das Zentrum und das nördliche Stadtgebiet.
Durch einen niedrigen Anteil von Grünstrukturen weisen Städte eine geringere relative Luftfeuchte als das unbebaute Umland auf. Während der Nachtstunden kann sich dieser Effekt jedoch umkehren. Durch die höheren Temperaturen innerhalb von Städten wird der Tauabsatz verzögert oder gänzlich verhindert. Dies führt zu einer höheren relativen Luftfeuchtigkeit als im Umland.
Durch den verstärkten Eintrag von durch Menschen verursachte Spurenstoffe, wie Stickstoffoxid, Feinstaub und Ozon, kann die Luft in städtischen Gebieten zu einer gesundheitlichen Belastung führen. Heutzutage trägt in erster Linie der Verkehr zu einer Veränderung der städtischen Luft bei.
Zur Verbesserung der oben beschriebenen Probleme innerhalb der Stadt Essen, spielen vor allem klimatische Ausgleichsräume, wie Freilandklimatope, innerstädtische Grün- und Parkanlagen sowie Waldgebiete eine tragende Rolle. Sie wirken vielerorts als thermische Pufferzone zwischen den Siedlungsbereichen, als Kalt- und Frischluftproduzenten, als Belüftungsbahn und/oder als Filter für Luftschadstoffe und Lärm. Im Stadtgebiet Essens zeigt sich, dass die lokal gebildeten kühlen und unbelasteten Luftmassen von nahezu sämtlichen Frei- und Waldflächen im Süden des Stadtgebietes reliefbedingt in das Ruhrtal abfließen. Dadurch ist keine Anbindung der großen, kaltluftproduzierenden Flächen im Süden von Essen an das stark verdichtete Stadtzentrum sowie den Norden gegeben. In weiten Teilen des Zentrums und Nordens sowie reliefbedingt auch in Teilbereichen der südlichen Stadtteile ist trotz teils direkter Nähe zu großen kaltluftproduzierenden Flächen keine ausreichende nächtliche Kaltluftversorgung während sommerlicher Hochdruckwetterlagen vorhanden. In diesen Bereichen kommt dem kleinräumigen, lokalen Grünflächenanteil innerhalb der Bebauungsstrukturen eine besondere Bedeutung zum Schutz vor negativen stadtklimatischen Ausprägungen zu.
Aufgrund der beschriebenen ausgleichenden Funktionen sollten vor allem Ausgleichsflächen innerhalb der dicht bebauten Bereiche der Stadt Essen erhalten bleiben bzw. aufgewertet werden. Von entscheidender Bedeutung für die Relevanz dieser Ausgleichsflächen ist die Vernetzung mit klimatischen Lasträumen. Dafür sind der Erhalt bestehender Belüftungsbahnen sowie die Schaffung von Vernetzungsstrukturen erforderlich.
