Sonnenstrahlung und Bergschatten auf dem Gebiet der Stadt Zürich.

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1 Sonnenstrahlung und Bergschatten auf dem Gebiet der Stadt Zürich. Von HEINRICH GUTERSOHN (Zürich). (Mit 3 Karten.) (Als Manuskript eingegangen am 28. oktober 1933.) Licht und Wärme bestimmen in hohem Masse das Klima eines Erdraumes. Unterschiede der Klimate sind daher in erster Linie durch Verschiedenheiten der Insolation verursacht, die ihrerseits in den Verschiedenheiten der Strahlungsdauer und des Einfallswinkels begründet sind. Die geographische Breitenlage eines Ortes ist darum von grundlegender Bedeutung für sämtliche meteorologischen Erscheinungen. Es können aber auch auf kleinem Raum Klimaunterschiede bestehen, so z. B. wenn die Sonnenstrahlung durch besondere lokale Reliefgestalt wesentlich beeinflusst wird. Dass diese Beeinflussung relativ gross sein kann, soll hier am Beispiel der Stadt Zürich dargelegt werden. Zürichl) liegt am untern Ende des Zürichsees, in dem glazial ausgeweiteten Tal der Limmat. Der nahezu flache Talboden ist, rund 3 km breit. Zu beiden Seiten wird die Mulde von Bergzügen begleitet, die parallel in NW-SE Richtung ziehen. Der nordöstliche Zug, der Zürichberg, erhebt sich mit einer typischen Böschung von 6 um 300 m über den See. Der Hang ist kräftig besonnt und bietet der Bebauung keine Schwierigkeiten. Das Häusermeer brandet bis gegen die Kammhöhe hinauf. Erst seitdem hier die Bauplätze seltener geworden sind, wurden in den letzten Jahren langsam und zögernd die grossen Grünflächen mit Wohnkolonien besetzt, die dem Bergzug im SW der Stadt, also auf der Schattenseite vorgelagert sind. Diese neuen Bauzonen dehnen sich über einen Schuttkegel, der mit nur 3-5 Neigung aus dem Talboden aufsteigt (Friesenberg, Utohof). Der eigentliche, bewaldete Steilhang taucht in 550 m Höhe aus dem Gehängeschutt auf und strebt mit Böschung dem Ütlibergkulm 887 m zu. ') Zürich :.l = 8 33' e, ep = 47 23' n; 400 m ü. M.; Top. Atlas 1: Überdruck Züric. Vierteljahrsschrift d. Naturf. Ges. Zürich. Jahrg

2 2 Vierteljahrsschrift der Naturf. Gesellschaft in Zürich Bergschatten. Die theoretische Sonnenscheindauer wird durch den natürlichen Horizont verkürzt. Besonders der Ütliberg wirft am Abend lange Schatten über die Stadt. Für alle Quartiere ergibt sich somit ein Verlust an Sonnenenergie. Um dessen Ausmass festzustellen, haben wir Sonnenhöhen und -azimute für verschiedene Zeitpunkte berechnet und mit Hilfe der gewonnenen Werte die Bergschatten konstruiert. Als Grundlage dienten zahlreiche auf den Bergkämmen verteilte Fixpunkte, durch welche die einzelnen Schattenprofile zu legen waren. Auf der Albiskette waren 30 zwischen Urdorf und Felsenegg gelegene Punkte notwendig, für den Zürichberg genügten deren 20, die gleichmässig auf die Höhe zwischen Allmend Höngg und Zollikerberg verteilt sind. Aus ihren Schatten ergab sich auch der zusammenhängende Verlauf des Bergschattens. Wir wählteh als Termine die folgenden verschiedenen Tagesstunden der Jahreszeitenanfänge : 21. HI. : 21. VI. : 23. IX. : 22. XH. : Uhr Für den 23. IX. gelten dieselben Schattenränder wie für den 21. III.; die Differenz der Zeitgleichungen bedingt aber eine Zeitverschiebung um 15 Minuten : Alle Zeiten des 21. III. sind um 15 Minuten zu verkleinern, um für den 23. IX. den Zeitpunkt derselben Situation zu erhalten. Zur Prüfung der konstruierten Linien dienten zahlreiche Stichproben durch direkte Beobachtungen. Wir verfolgten an verschiedenen Stellen der Stadt Aufsteigen und Verschwinden der Sonne hinter dem natürlichen Horizont. Ausserdem stellte uns der Photodienst des Eidgenössischen Flieger-Waffenplatzes Dübendorf in freundlicher Weise eine Anzahl Aufnahmen zur Verfügung, auf denen der Ütlibergschatten wenigstens stellenweise erkennbar ist. Von Hügeln, die sich in der flachen Stadt um weniger als 30 m erheben (Endmoräne von Zürich), sind die Schatten weggelassen. Sie erlangen nur bei tiefstehender Sonne eine relativ geringe Ausdehnung und würden das einheitliche Bild des eigentlichen Bergschattens stören. Aus dein gleichen Grunde sind die besonderen Schatten der siedelungstechnisch unbedeutenden Zürichbergtobel nicht aufgenommen. Für eine beschränkte Zahl von Quartieren sind Auf- und Untergangszeiten durch Interpolation aus den Karten gewonnen und in der folgenden Tabelle eingetragen worden. Sie enthält auch

3 Jahrg. 79. HEIN1UCH GUTERSOHN. Sonnenstrahlung und Bergschatten. 3 die approximativen mittleren Tageslängen für das ganze Jahr, die aus den entsprechenden Werten der vier Jahreszeitenanfänge berechnet sind. Die aufgeführten Zahlen lassen deutlich die starken Unterschiede der Insolation erkennen. Tageslängen verschiedener Quartiere. Qnartier 21. HI. 21. VI. 22. XH. Tapes- Länge Aufgang Untergang Tageshinge Aufgang Untergang Tageshinge Aufgang Untergang Tages- Hinge Mittel h na h na h na h in h na h in h in h na h na la in astronomisch Uetliberg-Halde: Albisrieden (Kirche) Triemli (P465) Friesenberg (Schulh.) Albisgütli (Utohof) Leimbach (Station) Talboden: Altstetten (Kirche) Kirche Wiedikon Kirche Enge Neubiihl (P 489) Stauffacherplatz Bürkliplatz Zürichhorn Zürichberg- Halde: Kirche Höngg Kirche Wipkingen Kirche Unterstrass Kantonsspital Stephansburg Zürichberg: Milchbuck (P 482) Rigiblick (P 589,7) Alltuend Fluntern (Pul) Waldhaus Dolder Eierbrecht (P 538,8) Kirche Witikon

4 4 Vierteljahrsschrift der Naturf. Gesellschaft in Zürich Nun zu den Schatten selbst : 21. III., Karte 1; Sonnenaufgang 6.30 Uhr, Untergang Uhr. Karte 1. Bergschatten am 21. III (5) (1) (3) 7.30 (6) 17,30 (2) (4) am 2 3. IX (5) (1) (3) 7.15 (6) (2) (4) Reproduziert mit Bewilligung der Eidg. Landestopographie v. 23. XI

5 Jahrg. 79. HEiNRIcH GUTERSOHN. Sonnenstrahlung und BeIgschatten. Karte 2. Bergschatten am 21. VI (4) (1) (2) (3) Reproduziert mit Bewilligung der Eidg. Landestopographie v. 23. XI Nahezu die ganze Stadt links der Limmat, sowie Höngg und die Höhen von Witikon und Allmend Fluntern sind eine halbe Stunde nach Tagesbeginn besonnt. Um 7.30 Uhr liegen nur noch ein kleiner Teil des Zürichberghanges e des Milchbuck und die Station

6 Vierteljahrsschrift der Naturf. Gesellschaft in Zürich Leimbach im Schatten. Am späten Abend streichen die Strahlen in Richtung des Limmattales, so dass Altstetten, Aussersihl und alle Quartiere rechts der Limmat fast bis zum Untergang der Sonne beleuchtet werden. Dagegen verschwindet sie in Albisrieden, Enge und Wollishofen eine halbe Stunde, im Friesenberg- und Albisgütligelände mehr als eine Stunde früher hinter dem Horizont. Die Wohnkolonie Neubühl am Bächler gewinnt dank ihrer erhöhten Lage 20 Minuten gegenüber den übrigen Teilen von Wollishofen. 21. VI., Karte 2 ; Sonnenaufgang 4.30 Uhr, Untergang Uhr. Das linke Limmatufer hat mit Ausnahme des Stadtkernes eine halbe Stunde nach Sonnenaufgang fast überall direktes Licht. Da die Sonne mehr im NE aufsteigt, ist die Lage von Höngg und Wipkingen gegenüber dem 21. III. verschlechtert; es geht 3/4 Stunden, bis diese Quartiere erreicht werden, am 21. III. nur 20 Minuten. Am spätem Abend tangieren die Strahlen den Ütliberghang, so dass die Siedelungen an dessen Fusse nur noch wenig benachteiligt sind gegenüber der Zürichberghalde. Nur Albisrieden, in einer Nische des Berges gelegen, verliert eine Stunde, wie am 21. III. Für alle Stadtteile an der Zürichberglehne geht die Sonne ungefähr zur nämlichen Zeit unter. 23. IX., Karte 1; Sonnenaufgang 6.15 Uhr, Untergang Uhr. Es gelten, nach der oben erwähnten Zeitverschiebung, die nämlichen Bemerkungen wie für den 21. III. 22. XII., Karte 3; Sonnenaufgang 8.10 Uhr, Untergang Uhr. Das Tagesgestirn geht in SE auf, so dass seine ersten Strahlen in der Seeachse streichen und alle Quartiere ungefähr zur gleichen Zeit treffen. Aber auch hier muss der Zürichberg in der Gegend des Milchbuck am längsten auf direktes Licht warten. Die Verspätung beträgt 1-1 1/2 Stunden. Am Abend spüren alle Stadtteile die schmälernde Wirkung des vor der Sonne liegenden Ütliberges. Triemli, Friesenberg und Albisgütli verlieren z. T. mehr als 2 Stunden. Am längsten belichtet sind Höngg, Wipkingen und die obersten Teile von Fluntern und Hirslanden. Aus Tabelle und Karten geht in erster Linie die bevorzugte Lage der Bezirke rechts der Limmat hervor. Besonders günstige Verhältnisse hat Witikon; das Dorf verliert durch den natürlichen Horizont täglich nur ca. eine halbe Stunde an direkter Sonnenstrahlung. Die Tage der übrigen Punkte des Zürichberghanges und der flachen Stadt sind um rund eine Stunde verkürzt. Am

7 Jahrg. 79. HEINRICH GUTERSOHN. Sonnenstrahlung und Bergschatten. 7 Karte 3. Bergschatten am 22. XII (5) (1) (3) 9.30 (6) (2) (4) (2') Reproduziert mit Bewilligung der Eidg. Landestopographie v. 23. XI. 33. Ütliberg gehen etwa 1 1/2 Stunden verloren, also ein recht wesentlicher Betrag an Licht und Wärme. Etwas begünstigt ist der Ausläufer der Zimmerbergkette zwischen Bächler (Siedelung Neubühl),

8 Vierteljahrsschrift der Naturf. Gesellschaft in Züric Entlisberg und Kirche Enge. Zahlreiche Grenzen von Abendschatten, die auf flachem Gelände weiter vordringen würden, fallen auf die gegen das Sihltal absteigende Halde. Dagegen ist die Bahnstation Leimbach an der Sihl besonders schlecht gestellt: Der Entlisberg hält schon die Morgensonne nahezu eine Stunde lahg auf. Die mittlere Tageslänge ist verglichen mit Witikon um 2 Stunden geringer, ein Verlust, den in diesem Ausmasse keine andere Gegend der Stadt erleidet. Für die höher gelegenen Häusergruppen w des Bahnhofes bessern sich die Verhältnisse rasch. Die beschatteten Gelände erhalten lediglich diffuse Licht- und Wärmemengen. Setzt man die der Erde zugeführte Strahlung =100, so erhält die Erdoberfläche nach Abzug der Absorption in der Luft, der Reflexion an Wolken und der diffusen Reflexion noch 23 Einheiten direkte und 20 Einheiten diffuse Strahlung (nach DINES und ALT). Direkt belichtete Orte geniessen demnach 43, beschattete noch 20 Einheiten. Hinzu kommt für alle eine beträchtliche atmosphärische dunkle Wärmestrahlung (88 Einheiten). Diese Zahlen stellen rohe Durchschnitte dar, die nach Ortslage und Jahreszeit stark schwanken. Sie ermöglichen aber, den durch vorzeitige Beschattung verursachten Verlust einigermassen zu beurteilen. Exposition. Am 21. III. verliert der Bürkliplatz durch den Schattenwurf der beiden Bergzüge von den 16 Stunden mathematischer Tageslänge 1 Stunde. Der Strahlungsverlust erreicht in Wirklichkeit nicht 1/i6. Wohl ändert sich die Intensität, gemessen auf der zur Einfallsrichtung senkrechten Fläche im Laufe des Tages wenigstens bei reiner Luft wenig; fast immer stossen aber die Strahlen schief auf den Erdboden, und die zugeführte Energie schwankt mit dem Cosinus des Einfallswinkels. In der Ebene ist dieser Winkel am Morgen und Abend grösser als bei Kulmination der Sonne, die Strahlung ist daher mittags am kräftigsten. Es gibt aber auch Punkte, die am spätem Nachmittag intensiver besonnt werden, so z. B. die gegen SW orientierten Hänge beim Milchbuck. Wir wollen im folgenden die Unterschiede der Strahlungsintensitäten an beiden Berglehnen Zürichs zu erfassen suchen. Der besiedelte Zürichberghang böscht sich gegen SW ab, die neu überbauten Flächen am Ütlibergfuss senken sich nach NE. Der durch verschiedene Einfallswinkel verursachte Unterschied an zugeführter Energie erreicht für diese Gelände sein Maximum, wenn die Sonne im SW steht, also ca Uhr. Wir notieren

9 Jahrg. 79. HEINRIGH GUTERSOHN. Sonnenstrahlung und Bergschatten. 9 diese Differenzen noch für Uhr, der Zeit des höchsten Sonnenstandes. Es ergeben sich die folgenden Werte : Zeit Sonnen- höhe h tung der Sonnenstrahlen abs. cos Hangneigung in Rich- Einfallswinkel Verhältnis = Unter- 0 /o In o/o der direkten schied der Intensität Strahlung v. 21. VI VI Ebene 43 0, /0 800/0 Zürichberg , Wiedikon , Ebene 24 0, Zürichberg , Wiedikon , XII Ebene 82 0, Zürichberg , Wiedikon , Ebene 71 0, Zürichberg , Wiedikon , Aus der Zusammenstellung geht hervor, dass am längsten Tag Uhr die Unterschiede der Intensitäten auf beiden Talseiten 18 /o der auf die Ebene fallenden Strahlung betragen, beim höchsten Sonnenstande um Uhr dagegen nur 5 /o. In weit stärkerem Masse macht sich die bevorzugte Lage des Zürichberghanges itn Winter geltend: Der Unterschied bemisst sich schon mittags auf 33 /o, Uhr sogar auf 135 /o, um gegen Sonnenuntergang noch weiter zuzunehmen. Die Sonne bescheint also etwa eine Stunde vor ihrem Untergang die Zürichberglehne 4 1/2 mal intensiver als den Friesenberg. Dabei ist allerdings die Strahlung an sich bedeutend

10 10 Vierteljahrsschrift der Naturf. Gesellschaft in Zürich schwächer als im Sommer. Dies geht hervor aus der letzten Kolonne, wo die grösste mögliche Licht- und Wärmemenge des 21. VI Uhr auf die Ebene zu 100 angenommen ist. Sie sinkt nämlich am 22. XII Uhr auf den zwanzigsten Teil. Diese Differenzen sind unter der Annahme berechnet, dass die zur Strahlungsrichtung normale Fläche immer dieselben Licht- und Wärmemengen erhält; da dies nicht genau stimmt, sind auch diese Zahlen nur Näherungswerte. Alle notierten Unterschiede beziehen sich aber nur auf die direkte Sonnenenergie. Sie ist, wie wir oben ausführten, um den wesentlichen Betrag der diffusen Strahlung zu vergrössern. Die früher erwähnten 23 Einheiten direkter Strahlung schwanken in dem angegebenen Rahmen, die diffusen 20 Einheiten bleiben sich ungefähr gleich. So sind also die 43 Einheiten der direkt belichteten Orte am 21. XII Uhr auf ca. 20.± 0, = 21 Einheiten verringert, d. h. direkte und diffuse Strahlung schwanken zusammen für den angegebenen Zeitpunkt um maximal 50 / o, einen immer noch recht grossen Betrag. Aus diesen Berechnungen ergibt sich, dass die durch verschiedene Exposition verursachten Unterschiede der Besonnung zwischen bewohntem Zürichberg- und Ütliberghang bei höchstem Sonnenstande nicht sehr wesentlich sind. Bei tief stehender Sonne aber, also am Vormittag und am späten Nachmittag, sind sie gross; sie fallen dagegen zu diesen Zeitpunkten weniger ins Gewicht, weil die Intensität an sich klein ist. Die besonders im Winterhalbjahr hervortretende Benachteiligung der bewohnten Ütliberglehne wird aber noch weiter gemildert: Die Bewölkung ist im Winter stärker als im Sommer; sie beträgt im Dezember 80 /o, im August 5,1 Volle 4/8 der möglichen direkten Strahlung sind also im Dezember für beide Talseiten aufgehoben, und es bleibt nur die ebenfalls geschwächte diffuse Energie. Zusammenfassung, Für sämtliche Quartiere der Stadt wird die mathematische Tageslänge durch den natürlichen Horizont verkürzt; der Verlust beträgt 1/s bis 2 Stunden. Die durch verschiedene Exposition hervorgerufenen Unterschiede in der Strahlungsintensität sind im Verhältnis zur gesamten zuströmenden Energie klein.

11 Jahrg. 79. HEINRICH GUTERSOHN. Sounenstrahlung und Bergschatten. 11 Nachwort. Die Anregung, die Schatten des Ütliberges zu konstruieren und zu besprechen, ging von Herrn Prof. Dr. O. FLOCKIGER, Universität Zürich, aus. Alle Studierenden am Geographischen Institut sollten in gemeinsamer Arbeit bei den langwierlgen Zeichnnngen mithelfen. Von verschiedenen meiner Kommilitonen wurden vorbereitende Berechnungen und Zeichnungen ausgeführt, insbesondere von den Herren cand. phil. HANSALTwEGG, PIERREBRUNNER, REINHoLD FREI, OSKAR HESS und RoLF HUBER. Leider gerieten schon die Vorarbeiten ins Stocken, und als Herr Prof. FLOCKIGER einen Urlaub antrat, übernahm der Verfasser die Ausführung. Herrn Stadtgeometer BERTSCHMANN bin ich für freundliche Unterstützung bei der Auswahl von Plänen des Stadtgebietes, dem Kommando des Fliegerwaffenplatzes Dübendorf für die leihweise Überlassung einer Anzahl Luftaufnahmen zu Dank verpflichtet. Besondern Dank schulde ich Herrn Professor Dr. 0. FLOCKIGER, der durch geschätzte Ratschläge sein stetes Interesse an der Arbeit bekundete.