Klimatologie. Zweige klimatologischer Forschung. Lokalklimatologie und angewandte Klimatologie. Regionale. Spezielle. Allgemeine Klimatologie

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2 Zweige klimatologischer Forschung Klimatologie Allgemeine Klimatologie Separative Klimatologie Grundlagen der dynamischen und synoptischen Klimatologie Spezielle Klimatologie Natürliche Klimaschwankungen anthropogene Klimamodifikation synoptische und dynamische Klimatologie Lokalklimatologie und angewandte Klimatologie Regionale Klimatologie Klimatologie individueller Erdräume Regionalisierung globaler Prozesse und Phänomene

3 Zur Definition von Gelände und Stadtklima Geländeklima als die kleinräumige Modifikation des Großklimas infolge der spezifischen Wechselwirkungen zwischen Relief bzw. Oberflächentyp (Wald, Feld, Stadt etc.) und Atmosphäre. (nach Bendix 2004) Das Stadtklima ist das durch die Wechselwirkung mit der Bebauung und deren Auswirkungen (einschließlich Abwärme und Emission von luftverunreinigenden Stoffen) modifizierte Klima. (WMO 1981, 1983)

4 Herausbildung mesoklimatischer Strukturen

5 Räumliche und zeitliche Skalen (Gebhardt et al. 2007)

6 Klimarelevante Eigenschaften von Städten im Vergleich zum ruralen Umland erhöhte aerodynamische Rauhigkeit kleinräumig variierende Oberflächencharakteristik Verwendung künstlicher Materialien mit spezifischen physikalischen Eigenschaften (> Wärmespeichervermögen) Emission von Luftschadstoffen

7 Klimamodifikationen in Städten im Vergleich zum ruralen Umland höhere Temperaturen (> städtische Wärmeinsel) thermisch bedingte Windsysteme (> Flurwinde) Reduzierung der mittleren Windgeschwindigkeit Zunahme der Böenhäufigkeit Erhöhung der Niederschläge und der Gewitterhäufigkeit verringerte Sonnenscheindauer Abnahme der Luftfeuchtigkeit und Nebelhäufigkeit

8 Charakteristika des Stadtklimas einer Großstadt in den mittleren Breiten (Kuttler 2004)

9 Städtische Wärmeinsel immer eine Wärmeinsel? Differenzen der Monatsmittel und Tagesmitteltemperaturen zwischen Basel (Innenstadt) und Umgebung. (Parlow 2007)

10 Städtische Wärmeinsel immer eine Wärmeinsel? Isoplethen der Lufttemperaturdifferenzen zwischen Basel (Innenstadt) und Umgebung. (10 minütige Messwerte der Jahre ) (Parlow 2007)

11 Städtische Wärmeinsel immer eine Wärmeinsel? Isoplethen der Lufttemperaturdifferenzen zwischen Innenstadt (Düsseldorf) und Umgebung. (Messwerte der Jahre ) (Kuttler 1997)

12 Städtische Wärmeinsel immer eine Wärmeinsel? Tagesmaximum und minimum der Lufttemperatur an 3 verschiedenen Stationen im Raum Augsburg während extremer Witterungsverhältnisse. (nach Jacobeit 1986) Temp. [ C] Mühlhausen St. Stephan WestheimKobel Tag Max. Min. Max. Min. Max. Min

13 Städtische Wärmeinsel abhängig von der Stadtgröße? Wärmeinselintensität und Stadtgöße Beispiel Ruhrgebiet (Snowdon 2009)

14 Städtische Wärmeinsel Schönwetterphänomen? Mittlerer Tagesgang der Lufttemperaturdifferenzen zwischen einer Stadt (S) und einer Umlandstation (U) für autochthone und allochthone Wetterlagen der Messperiode 7/1995 bis 6/1996 in Köln (Dütemeyer 2000)

15 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Ursachen stadtklimatischer Modifikationen: Oberflächenveränderungen Modifikationen der Strahlungseigenschaften im kurzwelligen (Albedo) und langwelligen Spektralbereich (Emissivität)

16 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Strahlungshaushalt der Erdoberfläche: Q = (S + D ) * (1α) + (L L ) Q S D α L L Tagsituation = Strahlungsbilanz [W*m2] = Direkte Sonnenstrahlung [W*m2] = Diffuse Himmelsstrahlung [W*m2] = Oberflächenalbedo [K /K ] = Atmosphärische Gegenstrahlung [W*m2] = Spezifische Ausstrahlung [W*m2] (L L ) = Effektive Ausstrahlung Q = (L L ) Nachtsituation

17 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Strahlungshaushalt der Erdoberfläche: Q = (S + D ) * (1α) + (L L ) Räumliche Differenzierungen im Strahlungshaushalt durch: Einstrahlungswinkel und Beleuchtungsdauer ( geographische Breitenlage) Makroklimatische Strahlungsklimazonen Geländehöhe Exposition (Hangausrichtung) Inklination (Hangneigung) Oberflächenbedeckung Mesoklimatische Differenzierung

18 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Landnutzungsklassifikation Großraum Basel (Rigo & Parlow 2007)

19 Sky view factor Basel Innenstadt Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Landnutzungsklassifikation Großraum Basel (Rigo & Parlow 2007)

20 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Daytime ground heat flux [W*m2] (Rigo & Parlow 2007)

21 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Nighttime ground heat flux [W*m2] (Rigo & Parlow 2007)

22 Städtische Wärmeinsel Insel oder Archipel? Kleinräumige innerstädtische Klimadifferenzierung anstelle homogener Wärmeinsel Beispiele aus Augsburg asphalt und betonversiegelte Freiplätze bis zu 2 C höhere Temperaturen als schmale Gassen abkühlender Effekt von Wasserflächen (Stadtbäche) um bis zu 0.7 C innerstädtische Grünflächen bewirken Abkühlung um bis zu 1.5 C Wechselwirkungseffekte zwischen unterschiedlichen Oberflächen, allerdings mit geringer horizontaler Reichweite