Das geographische Institut der Ruhr-Universität

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1 34 Martina Grudzielanek, Monika Steinrücke, Jörg Eggenstein, David Holmgren, Denis Ahlemann, Benjamin Zimmermann Das Klima in Bochum Über 100 Jahre stadtklimatologische Messungen Aus der Praxis Kurzfassung: Die Ludger-Mintrop-Stadtklima-Station ist eine der ältesten innerstädtischen Stationen ihrer Art in Deutschland. Ihre Datenreihen, die bis in das Jahr 1888 zurück reichen, bieten den Klimatologen viele Analysemöglichkeiten zum Stadtklima, zum Klimawandel und der klimatologischen Einordnung Bochums. Im Folgenden wird die Geschichte der Station dargestellt sowie das Klima Bochums anhand von Auszügen der Daten vorgestellt. Auch der Klimawandel wird in Bezug auf die Temperatur sowie das Auftreten von Sommer- und Hitzetagen kurz angerissen. Schlüsselwörter: Klima Bochum, Stadtklima, Klimawandel, Klimamessung 1 Einleitung Das geographische Institut der Ruhr-Universität Bochum (RUB) besitzt zwei Klimastationen, die nach der DIN-Norm des Deutschen Wetterdienstes betrieben werden. Zum einen ist dies die Ludger-Mintrop- Stadtklima-Station (LMSS) in der Bochumer Innenstadt und zum anderen die Rudolf- Geiger-Freiland-Klimastation (RGS) an der Fachhochschule Bochum. Die teilweise extrem langen Messreihen und die Lage in unterschiedlichen Flächennutzungen Bochums lassen Aussagen zum Klimawandel und Vergleiche zwischen Stadt- und Freilandklima zu. Vor allem die LMSS wird zu Fragestellungen bzgl. des Klimawandels herangezogen ihre Datenreihen gehören zu den längsten Stadtklimastationsdaten deutschlandweit. Schon vor über 130 Jahren, im Jahr 1877, begann die Westfälische Berggewerkschaftskasse (WBK) mit der Beobachtung von Witterungsvorgängen, um bestimmte Zusammenhänge des Wetters außen und innerhalb der Bergwerks-Stollen zu analysieren. Vor allem starke Niederschlagsereignisse konnten den Arbeitsablauf in den Stollen massiv beeinflussen. Die Wetteraufzeichnungen wurden ab 1888 in Form der vom damaligen Preußischen Meteorologischen Institut vorgeschriebenen Tagebücher für Regenstationen, fortgesetzt und enthielten hauptsächlich die täglichen und monatlichen Niederschlagsmengen. Ein Auszug aus dem Verwaltungsbericht der Westfälischen Bergwerkschaftskasse zu Bochum ist in Abb. 1 zu sehen. Abb. 1: Auszug aus dem Verwaltungsbericht der Westfälischen Bergwerkschaftskasse zu Bochum (Quelle: Eigenes Foto) In Anlehnung an die Vorschriften des meteorologischen Zentralinstituts wurden die Beobachtungen und Messungen ab dem 1. Januar 1925 auf den Umfang einer Station II. Ordnung - das entspricht einer Klimahauptstation im Netz des Deutschen Wetterdienstes (DWD) - ausgedehnt. Die längste Datenreihereihe stellt der Niederschlag dar, der seit 1888 stetig, auf gleiche Art und Weise gemessen wird. Aber auch die Temperatur- und Luftdruck-Datenreihen werden im Jahr Jahre alt.

2 35 Im Jahre 1994 wurde die Wetterwarte von der DMT (Deutsche Montan Technologie für Rohstoffe Energie Umwelt e.v.), der Nachfolgerin der WBK, aus Kostengründen aufgegeben. Um eine Fortführung der aufgrund der außergewöhnlich langen Klimamessungen sehr wertvollen Daten zu gewährleisten, wurde die gesamte Wetterwarte von der Arbeitsgruppe Klimaforschung der RUB übernommen. Seit Mai 1994 wird die Messreihe unter dem Namen Ludger-Mintrop-Stadtklimastation, nach dem Essener Geophysiker Ludger Mintrop ( ) benannt, in der Tradition der bisherigen Aufzeichnungen, aber erweitert um digitale Messungen, fortgeführt. Das zugehörige Klima-Archiv ist 2008 samt aller Originalwerte- und Aufzeichnungen, sowie dem Messgerätebestand erfreulicherweise in den Besitz dieser Arbeitsgruppe übergegangen. Die RGS wurde zu Lehrzwecken im Jahre 1990 errichtet und erfüllt ebenfalls die DIN- Norm des DWDs. Ihr Standort erfüllte nicht nur die nötige räumliche Nähe zur RUB, sondern lässt auch durch die vorhandene Landnutzung (Grün- bzw. Freiland und nur lockere Bebauung) einen Vergleich zwischen Stadtklima und dem Klima der innerstädtischen Umgebung zu. In dieser Arbeit soll ein Überblick über die langjährigen Mittelwerte ausgewählter Klimaelemente, wie Temperatur und Niederschlag in Bochum gegeben werden, wobei der Fokus auf den langen Messreihen der Stadtklimastation liegt. Dazu wird vorab eine kurze Einführung der Stationen inkl. der gemessenen Klimaelemente sowie der Verortung der Stationen in Bochum gegeben. Weiterhin wird auf den bisherigen Klimawandel in Bochum eingegangen, je nach Klimaelement werden zwischen 123 und 99 Jahren betrachtet, und der Vergleich zwischen Stadt- und Freilandklima durch die Parallelmessungen der letzten 20 Jahre gezogen. Auch Einflüsse durch die Stadtentwicklung Bochums, wie die Verdichtung der Bebauung, werden dabei kurz aufgegriffen. 2 Einführung Klimastationen und Standorteigenschaften Im Folgenden werden die Klimastationen bezüglich der gemessenen Klimaelemente, ihrer Verortung in Bochum und den sich aus der Landnutzung ergebenden Standorteigenschaften vorgestellt. Wie in der Abb. 2 zu erkennen ist, liegt die Ludger-Mintrop-Stadtklimastation fast in der Stadtmitte Bochums, südlich der Autobahn 40 in unmittelbarer Nähe des Deutschen Bergbaumuseums. Die Mitten im Stadtkern gelegene Klimastation registriert somit das Bochumer Stadtklima, eine Seltenheit, da Klimastationen üblicherweise auf der grünen Wiese am Stadtrand oder im Freiland liegen. Da für den Ballungsraum Ruhrgebiet keine weiteren reinen Stadtklima-Messreihen mit entsprechend langjährigen Aufzeichnungen zur Verfügung stehen, können die Bochumer Klimadaten unter Berücksichtigung lokalbedingter Besonderheiten eine hilfreiche Grundlage für klimatologische Untersuchungen im Bereich des Ruhrgebietes sein. Die RGS wurde Mitte 1990 als neue vollautomatische Freilandstation vom Geographischen Institut der RUB im Süden von Bochum eingerichtet. Sie ersetzt seitdem die alte, hauptsächlich für Lehrzwecke aufgestellte Wetterhütte im Botanischen Garten der Universität. Die Station liegt südlich des Hoch- Abb. 2: Lage der Klimastationen des Geographischen Institutes der (Quelle: Eigene Darstellung, Luftbild: GoogleEarth)

3 36 schulgeländes, oberhalb des Ruhrtales in weitgehend unbebauter Umgebung im Stadtteil Bochum-Querenburg, siehe Abb.2. Die kontinuierliche Fortsetzung der Beobachtung und Registrierung der meteorologischen Größen in Bochum seit 1888 ließ wertvolle, auch in den Kriegszeiten lückenlose langjährige Messreihen entstehen, die in vielfacher Weise Grundlage für fast alle Bereiche des täglichen Lebens, für Industrie, Verwaltung, Behörden und Dienstleistungsunternehmen sowie Forschungs- und Lehranstalten, wurden. Besondere Bedeutung hat die Stadtklimastation für die Stadt- und Landschaftsplanung, sowie für die Klimaforschung in Bezug auf die Entwicklung des Stadtklimas und bei der Erforschung von Klimaschwankungen und -trends in den letzten 100 Jahren. In der Tabelle 1 sind die Einzelstandorte der LMSS und RGS mit den entsprechenden Messungen aufgeführt. Die klimatischen Unterschiede zwischen Stadt und Freiland, Überwärmung und Schwüle in der Stadt oder Kältestress im Freiland, die bei verschiedenen Wetterlagen auftreten können, werden durch die kombinierte Datenerfassung kontinuierlich erfasst. Die vielfältigen Möglichkeiten, die sich aus den vorhandenen und zum Teil sehr langen Messreihen und den Stationsvergleichen ergeben, werden in die Forschung und Lehre an der Universität eingebunden. 3 Bochumer Klimadaten Im Folgenden werden die langjährigen Mittelwerte einiger ausgewählter Klimaelemente erst auf Jahres-, dann auf Monatsbasis dargestellt. Um einen Überblick der klimatischen Verhältnisse in Bochum zu bekommen, sind in der Abb. 3 die langjährigen Messreihen der Mittelwerte und Jahressummen von Lufttemperatur und Niederschlag an der LMSS dargestellt. Sowohl die Datenreihe der Jahresmitteltemperaturen, als auch die der jährlichen Niederschlagssummen unterliegen natürlichen Schwankungen. Der jährliche Niederschlag beträgt in Bochum im Mittel 817,6 mm/a (aus 123 Jahren). Das Minimum des Jahresniederschlages wurde mit 513,7 mm im Jahr 1959, das Maximum mit 1118,0 mm im Jahr 1961 erreicht. Die mittleren Jahresdurchschnittstemperaturen liegen in Bochum bei 10,4 C (aus 99 Jahren). Die Amplitude hierbei liegt mit einem Minimum von 8,7 C (1919) und einem Maximum von 12,2 C (2000) bei 3,5 Tab. 1: Lage und gemessene Klimaelemente der zwei Klimastationen des Geographischen Institutes der RUB (Quelle: Eigene Darstellung) LMSS Östliche Länge von Greenwich: 7 12 e. L. Nördliche Breite: n. B Klimaelement Standort Dach TU Georg Agricola Luftdruck 1912 Windrichtung und -geschwindigkeit Messung seit: 1931 Sonnenscheindauer 1923 Standort Kleingartenanlage Schmechtingwiesental Lufttemperatur, rel. Luftfeuchte in der Englischen Hütte 1912 Niederschlag 1888 Bodentemperaturen 1931 RGS Östliche Länge von Greenwich: 7 15 e.l. Nördliche Breite: n. B. Klimaelement Standort RGS-Station an der Fachhochschule Lufttemperatur, rel. Luftfeuchte in der Englischen Hütte Messung seit: 1990 Niederschlag 1990 Bodentemperaturen 1990 Standort Luftdruck 1990

4 37 Abb. 3: Jährliche Niederschlagssummen und Temperatur-Mittelwerte der Ludger-Mintrop-Stadtklimastation von 1888/ 1912 bis 2010 (Quelle: Eigene Darstellung) Kelvin. Um den Trend der Temperatur vereinfacht darzustellen, wurde eine lineare Trendlinie für die Temperaturkurve in Abb. 3 eingefügt. So kann man auch ohne Trendanalysen einen ersten Anhaltspunkt für einen positiven Trend, also eine Temperaturzunahme von 1912 bis 2010, erkennen. In Tab. 2 sind sämtliche Mittelwerte seit dem Start der Wetteraufzeichnung an der LMSS zusammengefasst. Diese stellen das langjährige Jahresmittel dar, die Schwankungen von Jahr zu Jahr sowie ihre Schwankungen innerhalb eines Jahresgangs sind dabei nicht erkennbar. Beispielhaft für die jährlichen Schwankungen wurden die langjährigen Monatsmittelwerte von Temperatur und Niederschlag herausgegriffen und in Abb. 4 dargestellt. Man erkennt, dass in den mittleren Breiten vorherrschende Jahreszeitenklima, also einen Jahresgang der Daten. Die höchsten Temperaturen werden im Juli mit durchschnittlich 18,5 C erreicht. die niedrigsten im Schnitt mit 2,7 C im Januar. Die Abweichungen der Monatsmitteltemperaturen eines bestimmten Monats vom langjährigen Mittel können durchaus relativ groß Tab. 2: Langjährige Jahresmittelwerte der Klimaelmente der Ludger-Mintrop-Stadtklimastation (Quelle: Eigene Darstellung) Klimaelement LMSS Jahresmitteltemperatur [ C] 10,4 99 Niederschlag [mm] 817,6 123 Relative Feuchte [%] Luftruck [hpa] 1014,9 99 Windgeschwindigkeit [m/s] 3,5 80 Windrichtung SSW 80 Sonnenscheindauer [Std.] 1229,5 88 Messdauer in Jahren ausfallen. So war z.b. der April 2007 mit 14,4 C Monatsmittel der wärmste April seit der Wetteraufzeichnung in Bochum. Im gleichen Jahr erreichte auch der Januar den bis heute höchsten Monatsmittelwert mit einer positiven Abweichung von 4,6 Kelvin (7,3 C). Der April 2007 zeichnete sich noch durch weitere auffällige Klimadaten aus, so auch beim Niederschlag: mit 0,2 mm Monatssumme war er nicht nur der trockenste April seit Wetter aufzeichnung - diese geringe und nur durch Tau entstandene Niederschlagssumme stellt auch die kleinste Monatssumme überhaupt

5 38 Abb. 4: Monatsmitteltemperaturen und mittlere monatliche Niederschlagssummen der Ludger-Mintrop-Stadtklimastation im Jahresverlauf (Quelle: Eigene Darstellung) bis heute in Bochum seit der Wetteraufzeichnung dar. Die größten Niederschlagssummen fallen in Bochum im Sommer. Diese häufig konvektiven Niederschläge bilden sich durch am Boden stark erwärmte Luftmassen, die zum Aufsteigen gezwungen werden und ihren Wasserdampf bei zunehmender Höhe auskondensieren. So ist es nicht verwunderlich, dass auch das Maximum der monatlichen Niederschlagssumme in einem August gemessen wurde: im August 1924 wurden 237,4 mm Niederschlag gemessen in diesem Monat fiel schon über ¼ des mittleren Jahresniederschlages. Vergleicht man nun die Klimate des Freilands und der Stadt beispielhaft anhand der Temperaturen, so stellt sich die Innenstadt mit 11,2 C ( ) 0,4 Kelvin wärmer dar als das Freiland mit 11,2 C ( ). Nicht nur in der Jahresmitteltemperatur treten deutliche Unterschiede auf, auch in den Daten anderer Klimaelemente lassen sich Unterschiede erkennen. Dies ist in der Modifikation des Klimas durch den Baukörper der Stadt begründet: Durch das aktive Eingreifen des Men schen in die Topographie und Oberflächenstruktur verändert er auf unterschiedliche Art und Weise nachhaltig das lokale Klima. Durch diese Eingriffe entsteht eine Modifikation des Geländeklimas, das sog. Stadtklima. Die Ursachen für eine eigene Ausprägung des Klimas in Städten gegenüber dem Umland sind vielfältig. Flächenversiegelung, Verminderung der Vegetationsflächen und der erhöhte Urbanisierungsgrad tragen zu einer Modifizierung der klimatologischen Verhältnisse bei (Chemielewski & Heyer 1998). Der erhöhte Versiegelungsgrad führt zu einer städtischen Überwärmung, da versiegelte Flächen, z.b. Asphalt, überproportional viel Wärme speichern und in der Nacht zusätzliche Wärme abgegeben. Man spricht an dieser Stelle auch von einer städtischen Wärmeinsel (FEZER, 1995). Niederschläge werden schneller abgeführt, was eine geringere Verdunstung zur Folge hat und wodurch ein Abkühlungseffekt durch die Verdunstung ausbleibt. Durch das zumeist rudimentäre Vorkommen von Grünzügen in Städten wird die städtische Wärmeinsel nicht unterbrochen und es können keine oder nur

6 39 gering kühlende oder filternde Effekte durch die Vegetation beobachtet werden. 4 Klimawandel und Temperaturtrend in Bochum Der Klimawandel, der sich auch für Europa in steigenden Temperaturen darstellt (Parry 2007) ist auch in Bochum zu beobachten. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Temperaturverhältnisse eingegangen, auch wenn der Klimawandel sich ebenfalls in anderen Klimaelementen widerspiegelt. Wie schon in Abb. 3 zu erkennen war, besteht ein positiver Trend, also eine Temperaturzunahme, seit dem Beginn der Temperaturmessung 1912 um etwa 1,5 Kelvin. Nun stellt sich die Frage, inwiefern dies als globale Klimaerwärmung zu interpretieren und wie hoch der Anteil anderer Faktoren ist. Wie oben schon genannt, ist ein Aspekt die zunehmende städtische Bebauung und die damit verbundene Stadtverdichtung. M. Falkenhagen errechnete für Bochum einen Stadtklimaeffekt von 0,2 Kelvin bis 0,5 Kelvin je Bezugszeitraum (Daten 1912 bis 2005) (Falkenhagen 2006). Demnach läge eine Klimawandel-bedingte Temperaturzunahme von etwa 1 Kelvin bis 1,3 Kelvin vor. Nicht nur die Temperaturen allgemein, sondern auch die Häufigkeiten von Sommertagen (Tages-Maximum > 25 C) und Hitzetagen (Tages-Maximum > 30 C) nehmen zu, wie der Abb. 5 zu entnehmen ist. Zudem ist ein häufigeres Auftreten von längeren Hitzeperioden zu beobachten. Das heißt, es treten nicht nur einzelne Hitzetage, sondern mehrere Hitzetage hintereinander mit hohen Maximaltemperaturen auf. Das ist Abb. 5: jährliche Anzahl der Sommertage und Heißen Tage der Ludger-Mintrop-Stadtklimastation (Quelle: Eigene Darstellung) gerade für den Stadtklimaeffekt von großer Bedeutung, da sich der Baukörper der Stadt bei längeren Hitzephasen im Gegensatz zum Umland noch stärker und längerfristiger erwärmt. Auch der Zeitraum im Jahr, in dem die Hitzetage auftreten, verändert sich, was z.b. für die Vegetationsperiode von Bedeutung ist. Schaut man sich in der Abb. 6 den Trend von 1912 bis 2010 an, so ist zu erkennen, dass Hitzetage generell schon früher im Jahr und auch noch später im Jahr auftreten, als es Anfang des 20sten Jahrhunderts noch der Fall war. Auch hier wurde ein einfacher linearer Trend berechnet trat der erste Hitzetag in der ersten Aprilhälfte auf. So wird der Zeitraum im

7 40 Abb. 6: Zeitpunkte der frühesten und spätesten Hitzetage im Jahr an der Ludger-Mintrop-Stadtklimastation (Quelle: Verändert nach Ackermann 2010) Abb. 7: Daten der Ludger-Mintrop-Stadtklimastation Bochum, Dekade berechnet aus der Häufigkeitsverteilung für die Dekade plus prognostizierter Temperaturanstieg des Jahresmittelwertes von 2 Kelvin (Quelle: Eigene Darstellung)

8 41 Jahr, in dem Hitzetage auftreten länger. Dies ist auch die Kernaussage der Kurve zur Häufigkeitsverteilung der Tagesmaxima in Abb. 7. Man erkennt eine aktuelle und vorausberechnete Verschiebung zu höheren Temperaturen. Es werden nicht nur höhere Maxima der Temperatur erreicht, sondern auch heute schon eine überproportionale Zunahme der Sommer- und Hitzetage (markierter Bereich) gemessen. Die Klimaprojektionen für Nordrhein-Westfalen zeigen, dass bis zur Mitte dieses Jahrhunderts mit einer Erwärmung um etwa 2 C im Vergleich zur Referenz-Periode gerechnet werden muss (Steinrücke et. al. 2010). Bezieht man nun diesen Temperaturanstieg von 2 Kelvin auf die Bochumer Daten, so ist eine noch größere Hitzebelastung für die Dekade zu er warten (Abb. 7). Fazit Die Bochumer Datenreihe ist eine der längsten Stadtklimazeitreihen Deutschlands. Sie nahm sogar in Kriegszeiten lückenlose Daten auf. Die Messdaten werden von ganz unterschiedlichen Abnehmern bezogen und für Fragestellungen verschiedenster klimatologischer Bereiche genutzt. Der stetige Fortbestand der Datenerfassung sollte weiterhin angestrebt werden. Die Arbeitsgruppe Klimaforschung des Geographischen Institutes hat sich die Archivierung sowie fortschreitende digitale Aufbereitung der im Klimaarchiv vorhandenen analogen und teils sehr alten Daten zur Aufgabe gemacht. Um genaue Trends und Verläufe der Klimaelemente bestimmen zu können, müssen entsprechende statistische Verfahren je nach Fragestellung angewendet werden. Dennoch können Richtung und grobe Ausprägung der hier aufgeführten Trends als repräsentativ angesehen werden. Die Aussagen von M. Falkenhagen unterliegen diesen statistischen Prüfungen, so dass seine hier aufgeführte Annahme zum Anteil der Verstädterung am Temperaturtrend als statistisch repräsentativ gelten kann. Die Bochumer Klimadaten beinhalten alle nötigen Informationen, auch zeitlich hoch aufgelöste Daten, um klimatologische Fragestellungen in den Bereichen Klimawandel, Energiewirtschaft, klimatologische Einordnung Bochums und den Stadtklimaeffekt im Vergleich zum Umland bearbeiten zu können. Namensnennung-Nicht Kommerziell-Keine Bearbeitung Sofern nicht anders angegeben, stehen die Texte dieser Seite unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 DE Lizenz AutorInnen: Dipl. Geogr. Martina Grudzielanek Martina.Grudzielanek@rub.de Dr. Monika Steinrücke Monika.Buerger@rub.de Dipl. Geogr. Jörg Eggenstein Joerg.Eggenstein@rub.de David Holmgren, B.Sc. David.Holmgren@rub.de Denis Ahlemann, B.Sc. Denis.Ahlemann@rub.de Benjamin Zimmermann, B.Sc. Benjamin.Zimmermann@rub.de

9 42 Literatur Ackermann, C. (2010): Die Veränderung der Belastung durch Hitzetage im Zuge des Klimawandels am Beispiel der Bochumer Stadtklimastation. Unveröffentlichte Bachelorarbeit. der, Bochum. Chmielewski, F.-M. & Heyer, E. (1998): Witterung und Klima. Eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie. 10. Aufl. Teubner, Stuttgart [u.a.]. Falkenhagen, M. (2006): Statistische Analyse der Temperaturdaten der Stadtklimastation in Bochum von 1912 bis Vor dem Hintergrund des Herauslösens und der Quantifizierung des stadtklimatischen Effekts. Unveröffentlichte Diplomarbeit. der, Bochum. Fezer, F. (1995): Das Klima der Städte. 54 Tabellen, Gotha. Parry, M. (2007): Climate Change Impacts, adaptation and vulnerability contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge. Steinrücke, M.; Dütemeyer, D.; Hasse, J.; Rösler, C. (2010): Handbuch Stadtklima. Maßnahmen und Handlungskonzepte für Städte und Ballungsräume zur Anpassung an den Klimawandel. URL: zuletzt geprüft am: