Das Stadtklima. - Hausarbeit - vorgelegt bei. Prof. Dr. Kleiss. Universität Mannheim. Geographisches Institut. im Rahmen des Proseminars:

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1 Das Stadtklima - Hausarbeit - vorgelegt bei Prof. Dr. Kleiss Universität Mannheim Geographisches Institut im Rahmen des Proseminars: Klimatologie Sommersemester 2002 von Markus Lüske Walldürn 3. Semester Wirtschaftspädagogik

2 Inhaltsverzeichnis 1 Definition 1 2 Klimatologische Parameter im Vergleich Stadtgebiet - Umland 1 3 Entstehung des Stadtklimas Bebauung Versiegelung und fehlende Vegetation Luftverunreinigungen und Abwärme 3 4 Stadtbedingte Einflüsse auf den Niederschlag 4 5 Klimatologische Stadtplanung 4 Literaturverzeichnis 6 1 Definition Das Stadtklima ist ein lokales Klima, welches durch die Wärmestruktur, das Windsystem und die Niederschlagsbildung geprägt ist. Es kann als Interaktion des Klimas mit der bebauten Umwelt definiert werden, wobei der urbane Siedlungsraum im Vergleich zum nicht bebauten Umland klimatische Veränderungen verursacht, die zusätzlich durch Abwärme und Schadstoffemissionen hervorgerufen werden. Was die Größe des Stadteinflusses auf die Klimaelemente betrifft, hängt sie von den baulichen Eigenarten der Stadt und vom übergeordnetem Klima ab; so konnte in Untersuchungen gezeigt werden, dass die Übertemperatur der Stadt mit zunehmender Einwohnerzahl, also mit einer Zunahme des dichtbebauten Areals anwächst. 2 Klimatologische Parameter im Vergleich Stadtgebiet - Umland Parameter Veränderungen gegenüber dem nicht bebauten Umland Strahlung - Globalstrahlung -20% - Gegenstrahlung +10% Lufttemperatur - Jahresmittel 0,5-1,5 C höher - An Strahlungstagen 2-9 C höher - Winterminima 1-3 C höher - Dauer der Frostperiode -25% Verdunstung - Gesamtbetrag -60% bis -30% 1

3 Relative Luftfeuchtigkeit - Jahresmittel -6% - Wintermittel -2% - Sommermittel -5% bis -7% Windgeschwindigkeit - Jahresmittel -25% - Windstillen +13% Niederschlag - Gesamtbetrag +11% bis +13% - Schnee -5% 3. Entstehung des Stadtklimas Für das Stadtklima sind mehrere Einflussfaktoren maßgebend: 3.1 Bebauung Ein wesentlicher temperaturerhöhender Faktor ist die dichte Bebauung, denn das Baumaterial der Städte hat eine höhere Wärmekapazität (d.h. das Material kann mehr Wärme speichern) als der Boden oder die Vegetation des Freilandes. Diese Eigenschaft ruft den so genannten "Wärmeinsel"-Effekt hervor, der zu einer Überwärmung der Stadt gegenüber dem Freiland führt. So wird die Wärme über Tag gespeichert und abends und nachts langsam an die Umgebungsluft abgegeben, was zu einer Verringerung der Abkühlungsrate führt. Dabei ist es im Sommer im wesentlichen die Einstrahlungsenergie, im Winter die anthropogen erzeugte Wärme, die abgegeben wird. Im Jahresmittel liegt die Temperatur in der Innenstadt bis zu 1,5 Grad Celsius über den Werten der Außenbezirke; ferner weist die Innenstadt mit Tagesschwankungen von rund 7 Grad im Gegensatz zu 9-10 Grad im Jahresmittel in den Außenbezirken eine deutlich gedämpfte Temperaturamplitude auf. Die Stadt hat mehr Sommertage und weniger Frosttage, die frostfreie Zeit ist um mehrere Wochen verlängert. Die Schneedecke verschwindet nicht nur durch den Verkehr schneller, sondern ist auch dünner und taut schneller ab. Der wärmere Untergrund taut die ersten Flocken rasch ab, die warme Luft verringert die Größe der Schneekristalle durch Schmelzwirkung noch während des Falls, und die von der künstlichen Oberfläche an die Luft abgegebene Wärme fördert das Abtauen von oben. Die erheblich größere Bodenrauhigkeit einer Stadt im Vergleich zum Umland hat auch stärkere Auswirkungen auf das Windfeld. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die erhöhte Reibung einerseits zu einer Abbremsung der Strömung und damit zu 2

4 geringeren Windgeschwindigkeiten innerhalb der Stadt führt, was eine Verringerung der Frischluftzufuhr zur Folge hat. Andererseits wird die Luft beim Überströmen der Baukörper zum Aufsteigen gezwungen, d.h., dass die Stadt einen Effekt auf die Vertikalkomponente der Strömung ausübt. Außerdem führen die vielfältigen Strömungshindernisse auch zu einer erhöhten Turbulenz im Stadtgebiet. 3.2 Versiegelung und fehlende Vegetation Im Kerngebiet der Städte sind in der Regel 70-90% der vorhandenen Fläche bebaut, asphaltiert oder anderweitig verfestigt. Nur der übrige Teil sind Freiflächen, die am Versickerungsprozess beteiligt sind und den Grundwasserspiegel regulieren. Von den versiegelten Flächen gelangt das Wasser dagegen direkt in die Kanalisation und verlässt durch die Einleitung in Flüsse rasch das Gebiet. Während auf diese Weise bei den versiegelten Arealen die Verdunstung auf die Zeit unmittelbar nach den Niederschlägen beschränkt ist, tritt in den Freiflächen eine kontinuierliche Verdunstung auf, bei der der Luft Energie entzogen wird und somit eine Abkühlung eintritt. Als Folge der thermischen Unterschiede sowie des unterschiedlichen Feuchtegehalts der Luft stellen sich innerhalb der Stadt auch Unterschiede in der relativen Feuchte, also im Sättigungsgrad der Luft ein. Höhere Temperaturen bedeuten eine Reduzierung der relativen Feuchte, denn warme Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kühle. Im Sommer liegt die relative Feuchte in der Innenstadt um durchschnittlich 5-7% unter den Werten, die in den Außenbezirken gemessen werden. 3.3 Luftverunreinigungen und Abwärme Die in den urban-industriellen Ballungsräumen freigesetzten Luftverunreinigungen entstammen im wesentlichen den Quellengruppen Kraftfahrzeugverkehr, Hausbrand, Kleingewerbe und Industrie. Zu den wichtigsten Emissionen zählen Stickstoffoxide, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und Staub. Abgesehen von einer direkten Wirkung auf die Atemluft des Menschen, trübt die Luftverschmutzung die Atmosphäre und verändert somit den örtlichen Strahlungshaushalt. Bei Inversionswetterlagen bildet sich eine Dunstglocke über der Stadt, die eine geringere Helligkeit und Sichtweite bewirkt. Die hohe Anzahl an Kondensationskernen (Aerosole) unterstützt auch die Niederschlagsbildung und die Nebelhäufigkeit. Bekannt ist, dass London noch vor 40 Jahren dreimal mehr Nebeltage als seine Umgebung hatte. Natürlich handelt es sich keineswegs mehr nur um reinen Wasserdampf, der kondensiert, sondern vielmehr um einen giftigen Rauchdunst (smog = smoke + fog). Zwei Arten des Smog werden unterschieden: der im ozeanischen Klima vor allem während der winterlichen Heizperiode auftretende "Londoner Typ" mit besonders hohem Anteil von Schwefeldioxid und der eher im Hochsommer bei intensiver 3

5 Strahlung auftretende "Los Angeles Typ", dessen Hauptkomponenten Stickstoffoxide und reaktive Kohlenwasserstoffe sind, die hohe Konzentrationen des Reizgases Ozon herbeiführen können. Eine zusätzliche Erwärmung der Stadtluft erfolgt durch die Produktion von Abwärme, die im Winter durch das Heizen und im Sommer durch die Nutzung von Klimaanlagen entsteht. 4. Stadtbedingte Einflüsse auf den Niederschlag Über stadtbedingte Modifikationen des Niederschlags liegen zahlreiche, z.t. sich widersprechende Untersuchungsergebnisse vor. Im Allgemeinen ist jedoch davon auszugehen, dass die Veränderung der Niederschläge durch einen Stadtkörper im wesentlichen auf die nachfolgend genannten Parameter zurückgeführt werden kann: - Die Überwärmung fördert Konvektionsprozesse während windschwacher Wetterlagen über dem Siedlungsgebiet, wodurch es zu einer stärkeren Wolkenbildung und zu einer erhöhten Instabilität von Wolken kommen kann. - Staueffekte, die am Übergang vom Umland zur Stadt entstehen, sorgen für ein erzwungenes Aufsteigen der Luft und können somit zur Wolkenbildung führen. - Die Freisetzung von Luftverunreinigungen in Stadtgebieten führt zu einer Vermehrung von Kondensationskernen. Der Niederschlag ist das klimatologisch am stärksten schwankende Element; selbst 30-jährige Mittelwerte weisen noch Schwankungen bis zu 5% auf. Außerdem wird der Stadteinfluss häufig noch durch topographische Einflüsse, wie z.b. durch ein Ansteigen des Geländes oder eine Tallage überlagert, so dass das Ergebnis ein recht komplexes Bild ergibt. Aus punktuell durchgeführten Messungen lässt sich ableiten, dass insbesondere im Lee (im Windschatten liegende Bereiche) eine Niederschlagserhöhung wahrscheinlich ist. Forscher ermittelten für die Lee-Gebiete um 11 bis 13% größere mittlere Niederschlagssummen, wobei insbesondere die Anzahl der Gewitter während der warmen Jahreszeit im Vergleich zum Winter um mehr als das Dreifache erhöht war. 5. Klimatologische Stadtplanung Für jede Stadt sollten die lokalklimatischen Verhältnisse gesondert festgestellt und bei Stadtplanungsvorhaben, wie die Anlage von Siedlungen, Fabriken und Freiflächen berücksichtigt werden. So lässt sich mit Hilfe der Stadtklimatologie städtebaulichen Fehlplanungen begegnen, lässt sich verhindern, dass z.b. die für das Wohlbefinden der Einwohner so wichtigen Frischluftschneisen zugebaut 4

6 werden, dass Kraftwerke, Industrieanlagen, Flughäfen usw. an der meteorologisch falschen Stelle errichtet werden. Vorrangiges Ziel einer stadtökologischen Planung sollte es sein, sowohl den Anteil und die Qualität von Freiflächen zu erhöhen als auch Ventilationsbahnen aufzuspüren und bereits vorhandene durch Baurestriktionen zu sichern. Eine Schaffung zusätzlicher Freiflächen wird jedoch nachträglich in den seltensten Fällen aufgrund des bekannten Platzmangels in unseren Städten durchzusetzen sein. Gefragt sind deshalb auch Möglichkeiten, die durch einfacher zu realisierende Maßnahmen eine nachträgliche Verbesserung der Lebensqualität in den Ballungsräumen herbeiführen, ohne bereits vorhandene Strukturen beseitigen zu müssen. Allein durch die Farbgebung von Hauswänden und -dächern lassen sich deren Oberflächentemperaturen wirksam reduzieren, wenn für den Anstrich helle, die Reflexion begünstigende Farbtöne verwendet werden. Noch wesentlich wirkungsvoller kann eine Überwärmung an Bauwerken allerdings vermieden werden, wenn an diesen Fassaden- und/oder Dachbegrünungen vorgenommen werden, die in mannigfaltiger Weise das bauwerknahe Mikroklima verbessern können. So bewirkt eine Hausbegrünung: - durch die pflanzliche Transpiration einen Ausgleich der relativen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung, - eine Senkung der Oberflächentemperatur durch hohe Wärmespeicherfähigkeit der Pflanzen, - eine Erhöhung der Wasserrückhaltefähigkeit nach Starkregen mit der dadurch bedingten Vermeidung von Abflussspitzen in der Kanalisation. Die schädlichen Auswirkungen des Großstadtklimas können durch die Anlage von Grüngürteln und die Konzentration der Industriegebiete in den windabgewandten Sektoren erheblich vermindert werden, wenn auch der Schwefeldioxid-Gehalt von Rauch und Abgasen manchen Baumarten erheblich Schaden zufügt. In Parkanlagen von der Größe des Berliner Tiergartens oder des Londoner Hyde-Parks vermindert sich die Anzahl der Staubteilchen bereits auf wenige Prozent der in der City gemessenen Beträge. Die Sanierung der Innenstädte, z.b. die Schaffung von Fußgänger- und Einkaufszonen mit geringerem inner-städtischen Autoverkehr, die Errichtung von Fernheizwerken und das Verlagern von Industriegebieten aus den Zentren der Städte an die Peripherie bringen eine deutliche Smog-Entlastung des Stadtinnern mit sich. 5

7 Literaturverzeichnis Fezer, F. (1995): Das Klima der Städte. Gotha Frankenberg, P. (1991): Moderne Klimakunde. Grundwissen von Advektion bis Treibhausklima. Braunschweig Hofmeister, B. (1993): Stadtgeographie. 6. Auflage. Braunschweig Lauer, W. (1993): Klimatologie. Braunschweig Malberg, H. (1994): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. 3. Auflage. Berlin, Heidelberg, New York Kuttler, W. (1998): Stadtklima. In: Sukopp, H.; Wittig, R. (Hg.): Stadtökologie. Ein Fachbuch für Studium und Praxis. 2.Auflage. S Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm Teubner, C. (1999): Transformation der Wirtschaftsordnung in Polen und Spanien. Wiesbaden 6