Fallbeispiel: Berlin Wärmeinsel Stadt

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1 Quelle: FUNDAMENTE Geographie, Geographisches Grundbuch, Schülerbuch, Oberstufe S. 74/75 Geoökosysteme Ökologische Aspekte in ausgewählten Räumen der gemäßigten Breiten Fallbeispiel: Berlin Wärmeinsel Stadt M 1 Tagesgang der Lufttemperatur in 2 m Höhe an einem heißen, austauscharmen Strahlungstag ( ) an verschiedenen Standorten in Berlin M 2 Mittelwerte maximaler Temperatur- M 3 Zunahme der mittleren Lufttemperadifferenzen zwischen Stadt und Umland tur in ausgewählten europäischen Hauptstädten in Europa Differenz zwischen den Beobachtungszeiträumen und 2 24 (K) Madrid + 2,2 Brüssel + 1,2 London + 2, Wien + 1,2 Luxemburg + 2, Rom + 1,2 Lissabon + 1,9 Amsterdam + 1, Athen + 1,9 Paris + 1, Stockholm + 1,5 Helsinki +,8 Warschau + 1,3 Dublin +,7 Berlin + 1,2 Kopenhagen +,2 Zum Vergleich: Im gesamten 2. Jh. stieg die Mitteltemperatur in der unteren Tropos phäre global um,6 K, in Europa um,95 K. Positive Temperaturanomalie In der frühmorgendlichen Temperaturdifferenz von 9 K zwischen dem Forst Grunewald und dem Innenstadtteil Kreuzberg wird die Überwärmung des urbanen Geoökosystems deutlich. Was sind die Ursachen für diese Überwärmung? Die Einstrahlung im Bereich von Städten ist bis zu einem Fünftel geringer als in den umliegenden ländlichen Gebieten. Durch einen hohen Anteil an Stäuben, Schadstoffen und Kohlenstoffdioxid in der Luftschicht über der Stadt wird die Sonnenscheindauer verringert. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Sonnenscheindauer in den Städten im Sommer um fast 25 Stunden im Monat gegenüber dem Umland verringert sein kann. Dennoch verzeichnen Städte trotz der geringeren Einstrahlung einen Nettogewinn an Wärme. M 1 nach berlin.de/umwelt/umweltatlas/ d44_1.htm, Juni 26 M 2 nach Innenministerium Baden-Württemberg/Amt für Umweltschutz Stuttgart (Hrsg.): Klimafibel Online auf de/kap_2/kap_23.htm, Juni 28 M 3 nach media/download/3f dbda773c7f9dd5c c /26-3-4_archiv_77. pdf, Jan. 26 M 4 nach Baumbach 1991, auf: umwelt/umweltatlas/ d43_1.htm, Abb 1, Juni 26 M 5 nach berlin.de/umwelt/umweltatlas/ e_tab/t41_1.gif, Juni 26

2 Quelle: FUNDAMENTE Geographie, Geographisches Grundbuch, Schülerbuch, Oberstufe S. 74/75 M 4 Abnahme der Windgeschwindigkeit unter dem Einfluss von unterschiedlichen Bodenrauigkeiten Fünf Gründe für die positive Temperaturanomalie Über der Stadtoberfläche reichern sich Spurengase und Wasserdampf in der Luftschicht an. Es bildet sich eine Dunstglocke, die eine höhere Gegenstrahlung bewirkt (Treibhauseffekt). Auch die Baukörper mit ihren Wärme speichernden Materialien wie Beton und Stein tragen zur Temperaturerhöhung bei, da sie die eingestrahlte Energie besonders gut absorbieren und an die Umgebung abstrahlen können. In den urbanen Bereichen wird dadurch die nächtliche Abkühlung deutlich reduziert. Ein dritter Faktor sind schließlich die Wärmeemissionen, die bei der Gebäudeheizung, beim Betrieb von Maschinen oder aus dem Kfz-Verkehr anfallen. Ein weiterer Grund sind die niedrigen Windgeschwindigkeiten in den dicht bebauten Stadtteilen: Dadurch wird der turbulente und latente Wärmestrom und der Abtransport wärmerer Luft verringert. Die innerstädtischen Gebiete bleiben dadurch deutlich wärmer: Sie weisen im Vergleich zu den unbebauten Stadtrandlagen in den frühen Morgenstunden eine deutlich geringere Temperaturdifferenz auf. Generell gilt: Der städtische Wärmeinseleffekt, also die von den genannten Faktoren verursachte Überwärmung der bodennahen Luft, verstärkt sich mit zunehmendem Versiegelungsgrad der Stadtlandschaft. Je geringer der Anteil vegetationsbedeckter Flächen in einer Stadt ist, desto höher sind auch die Temperaturen. Ursache dafür ist die fehlende Verdunstung durch die Vegetation. Bis zu 4 l Wasser kann nämlich ein Baum an einem Sommertag verdunsten. Weil die Verdunstung von Wasser Wärme benötigt, kühlt sich die Umgebung ab. Gleichzeitig erhöht sich im Umfeld der Baumkrone die Luftfeuchtigkeit um bis zu 1 %. Einen bedeutenden Ausgleich zur Verminderung der Temperaturdifferenzen leisten die großen zusammenhängenden Wald- und Parkflächen: So bewirkt der Große Tiergarten in Berlin mit einer Fläche von 212 ha eine messbare Temperaturabnahme von mindestens,5 K, die bis zu 1 5 m weit in bebautes Gebiet hineinreicht. Kleinere Flächen wie der Stadtpark Steglitz mit 17,6 ha erreichen die gleiche Temperaturverringerung nur bis zu 14 m Entfernung in den Stadtkörper hinein. Niederschlagsverhalten der Wärmeinsel Stadt Die Wärmeinsel Stadt verändert zusätzlich noch das Niederschlagsverhalten in ihrem Umland. Forscher vom Goddard Space Flight Center der NASA konnten nachweisen, dass auf der windabgewandten Seite (Lee) einer Großstadt die monatlichen Regenfälle um ein Viertel höher als auf der windzugewandten Seiten (Luv) sind. M 5 Kaltluftmassenstrom in den Berliner Bezirken während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungsnacht Bezirk Massenstrom (Mrd. m³ pro Nacht von 8 h) Friedrichshain-Kreuzberg 44,98 Mitte 88,6 Neukölln 96,95 Lichtenberg 134,73 Tempelhof-Schöneberg 139,68 Marzahn-Hellersdorf 16,72 Charlottenburg-Wilmersdorf 28,89 Steglitz-Zehlendorf 238,27 Spandau 243,45 Pankow 25,8 Reinickendorf 267,95 Köpenick 314,6 A 1 Erläutern Sie Zusammenhänge zwischen der zunehmenden Größe einer Stadt und der wachsenden Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland. A 2 Erläutern Sie den Einfluss der Vegetation auf den Wärmehaushalt der Stadt.

3 Quelle: FUNDAMENTE Kursthemen Städtische Räume im Wandel, Schülerbuch, Oberstufe, S: 84/85 Wärmeinsel Stadt das Beispiel Stuttgart In der Überwärmung zeigt sich eine Veränderung des urbanen Ökosystems, die die Menschen unmittelbar betrifft. Ihre auffälligen Merkmale sind: Hitzestress im Sommer, nächtlicher Wärmestau, kürzere Frostzeiten oder verlängerte Vegetationszeiten. Der Nettogewinn an Wärme (positive Temperaturanomalie) lässt sich durch verschiedene Faktoren erklären. Durch die Anreicherung von Spurengasen und Wasserdampf in der Luftschicht über der Stadt bildet sich eine Dunstglocke, die wie das Glasdach eines Treibhauses die Durchschnittstemperaturen in den stark besiedelten Gebieten erhöht ( Treibhauseffekt ). Die Stadtoberfläche absorbiert nämlich das eintreffende Sonnenlicht, erwärmt sich durch die aufgenommene Energie und sendet langwellige Wärme- oder Infrarotstrahlung aus. Diese kann jedoch die Dunstglocke nicht durchdringen, sodass die Wärme in der Stadt erhalten bleibt. Weitere Faktoren der Temperaturerhöhung sind die Wärmeemissionen von Gebäudeheizungen, industriellen oder Verkehrsprozessen, die fehlenden Grünflächen, der verringerte Luftmassenaustausch und die Wärmespeicherung durch die städtische Bebauung. Zur Analyse der städtischen Wärmeinsel eignen sich Thermalscanneraufnahmen. Sie geben die augenblickliche Temperaturverteilung an der Erd oberfläche bzw. auf einem Teil von ihr wieder. Berührungslos kann aus der Luft mithilfe von Infrarotsensoren die Wärmestrahlung ermittelt werden. Auf diese Weise können in hochaufgelösten Wärmebildern relief- und siedlungsbedingte Unterschiede von Temperaturstrukturen im Stadtgebiet dargestellt werden. Oberflächentemperaturen ( ) Stuttgarter Innenstadt nach Sonnenuntergang 5 1 m Oberflächentemperaturen ( ) Stuttgarter Innenstadt vor Sonnenaufgang IR-Temperatur; Einheit C; (firab.grd) >= 22, >= 2,9 >= 19,8 >= 18,8 >= 17,7 >= 16,6 >= 15,5 >= 14,5 >= 13,4 >= 12,3 >= 11,2 >= 1,2 >= 9,1 >= 8, 5 1 m

4 Quelle: FUNDAMENTE Kursthemen Städtische Räume im Wandel, Schülerbuch, Oberstufe, S: 84/85 Stuttgart Relief, Bebauung und Wind#2944 Fundamente Stadtgeographie, S.85 verhältnisse Ortszeit Innenstadt Stuttgart Industriegebiete; Sonderbauflächen Wald, Park, Sportanlagen Der rote Rahmen zeigt den Aufnahmebereich von M Nach Wolfgang Eriksen: Die städtische Wärmeinsel. In Geographische Rundschau, 28. Jg., H. 9. Braunschweig: Westermann 1976, S. 72 Mettingen Wohngebiete; Mischgebiete Esslingen 36 Möhringen See Vaihingen 44 Wald Boden Gras Beton 24 2 % 1 % Obertürkheim Fernmeldeturm Fernsehturm Degerloch Sillenbuch 44 4 Untertürkheim Waiblingen FELLBACH 36 Heslach C % 1 % % 4 1 % g Botnang N 2 % ec ka r 1 % 28 3 Asphalt 34 3 Wilhelma 258 Bad Cannstatt 32 Schloss 219 Rosenstein Bismarckturm Hegnach Oeffingen % 1 % 28 Münster % 32 1 % Weilimdorf Feuerbach Kornwestheim 2 % 24 Kallenberg Mühlhausen % Stammheim % Zazenhausen 3 KORNTALMÜNCHINGEN Max-EythKorntal See Zuffenhausen 3 Temperaturen verschiedener Oberflächen an einem Hochsommertag km

5 Quelle: TERRA Erdkunde Räume und Strukturen, Schülerbuch, Oberstufe, S. 66/67 Anzahl klimatologischer Ereignisse im Stadtgebiet von Gelsenkirchen vom bis zum Ereignistage Definition Stadt Vorort Umland Halde Station 1 Buer Station 2 Schalke Station 3 Hassel Station 4 Sutum Station 5 Nordsternpark Station 6 Hoppenbruch Frosttage T min C Winter Kalte Tage T mit < C Heiztage T mit < 15 C Warme Tage T mit 2 C Sommertage T max > 25 C Sommer Heiße Tage T max 3 C Grillpartytage T 21 h > 2 C Heiße Nächte T h > 2 C Wilhelm Kuttler u. a.: Gesamtstädtische Klimaanalyse Gelsenkirchen, Endbericht. Umweltamt Gelsenkirchen: Essen 2 Reflexionsvermögen (Albedo) verschiedener Oberflächen (in %) Schwarze Erde trocken: 14 feucht: 8 Heller Sand: 3 4 Schnee, sauber: 99 Wasserflächen: 5 15 Grünes Gras: 26 Beton: Mauer weiß: 65 8 gelb: 35 5 grau: 2 45 Asphalt: Schotter: 5 1 Mittelwert der Erdoberfläche: 35 Nach umweltatlas/d46_1.htm, Jan. 26

6 Quelle: TERRA Geographie für Sachsen, Schülerbuch, Oberstufe, S. 11/111 Eine Klimatopkarte basiert auf einer Abend- und Morgenthermografie. Die Befliegungen fanden nach bzw. vor Sonnenaufgang während einer windschwachen Wetterlage statt. Stadtklima $ Strahlungseigenschaften typischer Oberflächen Oberfläche Albedo Asphalt,5,2 Beton,1,35 Beton, weiß,71 Dachziegel,1,35 Glas,9,52 Anstrich: weiß,5,9 Anstrich: grün,2,35 Wiese,15,25 Wasserfläche,3,1 Neuschnee,75,9 Albedo: Verhältnis zwischen reflektierter und einfallender Sonnenstrahlung mittlere Oberflächentemperatur A Wasser B C D E F G Strahlungshaushalt R = Q G (1 a) A E Wärmehaushalt R = H + V + B + W Wärm e- insel H I J K L M Kaltluftfläche gering stark Abkühlungsgrad der Oberfläche # Klimatopkarte Leipzig Die Besonderheiten des Geoökosystems Stadt wirken sich auch auf das städtische Klima aus. Aufgrund der erhöhten Belastung mit Abgasen kommt es zu einer geringeren auf der Erdoberfläche auftreffenden Globalstrahlung. Dennoch ist die Nettostrahlung höher als im Umland, da der geringe Albedowert vieler in der Stadt verwendeter Baumaterialien zu einer geringeren Reflektion der Globalstrahlung führt. Die Energieabgabe im Wärmehaushalt erfolgt hauptsächlich unmittelbar in den fühlbaren Wärmestrom und in die Erwärmung der Baumaterialien (vertikaler Wärmestrom). Diese wirken durch die verzögerte Wärmeabgabe am Abend temperaturerhöhend. Dagegen ist die Umwandlung in Verdunstungswärme aufgrund einer eher geringen vorherrschenden Luftfeuchtigkeit nicht bedeutsam. Weitere Wärmequellen für das städtische Klima sind u. a.: Heizungsanlagen von Gebäuden, Abgase von Kfz und Gewerbe, Abwärme aus der Kanalisation. Eine hohe Bebauungsdichte verringert die Windgeschwindigkeit und verhindert damit den Luftaustausch mit dem Umland. Ganz wichtig für das Stadtklima sind die meist über Frei- oder Wiesenflächen entstehenden Kaltluftseen. Dort kühlt die Oberfläche nachts sehr schnell ab, da eine hohe Ausstrahlung herrscht. Das Temperaturgefälle zur Stadt erzeugt lokale Druckunterschiede und führt zur Bildung lokaler Winde, welche für die Zufuhr von Frischluft große Bedeutung haben. % Vergleich der Klimawerte im Stadtzentrum und am Stadtrand von Leipzig Klimaelement 1 Erklären Sie mit dem Strahlungs- und Wärmehaushalt, warum die Stadt als Wärmeinsel gilt. Nutzen Sie dafür auch die Albedowerte (Tabelle 2). 2 a) Beschreiben Sie die Wärmeverteilung auf der Klimatopkarte 1. b) Erklären Sie, warum die Straßenzüge besonders auffallen. Universität Leipzig Flughafen Schkeuditz Mittleres tägliches Jahresmaximum Temperatur 14,3 C 13,8 C Mittleres tägliches Jahresminimum Temperatur 5,6 C 3,4 C Mittleres Jahresmittel Luftfeuchte 78 % 8 % Mittlere Jahressumme Niederschläge 586 mm 529 mm 3 Erläutern Sie die Bedeutung großer Freiflächen im städtischen Umland für das Stadtklima. 4 a) Erklären Sie die Wärmeverteilung an der Hauswand im Thermografiebild 5. b) Bewerten Sie die Einführung des Sächsischen Engergiepasses. ' Gebäudediagnostik mit Blower-Door oder Thermografie zeigt Schwachstellen oder auch Baumängel auf. ( Der Sächsische Energiepass Er bietet eine schnelle Übersicht zum Energie verbrauch des Gebäudes. Im Rahmen ei - ner Kurzdiagnose werden Schwachstellen am Gebäude aufgezeigt und geeignete Gegenmaßnahmen zur Energieeinsparung vor geschlagen, welche zu einer Energiekosten ersparnis von bis zu 55 % führen können.