Stadtklima - Das modifizierte Klima der Städte

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

2. Definition

3. Historischer Rückblick

4. Ursachen des Stadtklimas
4.1 Struktur und Beschaffenheit urbaner Oberflächen
4.1.1 Thermische Eigenschaften städtischer Oberflächen
4.1.2 Hydrologische Eigenschaften städtischer Oberflächen
4.2 Anthropogene Wärmestromdichten
4.3 Emissionen von Luftverunreinigungen

5. Unterschiede zwischen Stadt und Umland

6. Stadtklimatische Untersuchungs- und Messmethoden

7. Fazit

Literaturverzeichnis

Internetquellen

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Die Lufttemperatur von Karlsruhe an einem heißen Sommertag (23. Juli 1929); Messstrecken und Temperaturprofile (aus Kuttler 1998).

Abb. 2: Tagesgang der Luft- und Asphaltoberflächen am 11.08.1994 in Wien (nach Hupfer & Kuttler 1998)

Abb. 3: Umweltmeteorologische Untersuchungsmethoden (nach Kuttler und Dütemeyer 2003)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Beschreibung der Versiegelungsstufen (aus Wessolek & Renger 1998)

Tabelle 2: Thermische Eigenschaften künstlicher und natürlicher Materialien (nach Kuttler 2004a)

Tabelle 3: Oberflächenstrahlungstemperaturen verschiedener Flächen- nutzungen in Köln um 20 Uhr und um 3 Uhr während der Strahlungsnacht vom 30.06.1993 auf den 01.07.1993 (Grundlage: IR- Thermalbefliegung, nach Kuttler 2004a)

Tabelle 4: Porosität und Durchlässigkeit typischer Belagsarten. Relativwerte im Vergleich zu natürlichem Boden mittlerer Lagerungsdichte (nach Hupfer & Kuttler 1998)

Tabelle 5: Wasserhaushaltskomponenten versiegelter Flächen in Berlin (Messperiode: April 1985 bis März 1986) (nach Kuttler 2004)

Tabelle 6: Emissionen nach ausgewählten Sektoren in Deutschland im Jahre 1994 (nach Kuttler 2004a)

Tabelle 7: Charakteristika des Stadtklimas einer Großstadt in den mittleren Breiten (nach Kuttler 2004a)

Tabelle 8: Zu untersuchende Objekte und Elemente und die dazu passenden Mittel und Maßstäbe (nach Fezer 1995)

1. Einleitung

Seit Jahrhunderten lässt sich der Prozess der Urbanisierung beobachten. Im Jahr 2025 sollen nach Hochrechnungen der UN mehr als 20 Megastädte auf der Welt mit über 10 Millionen Einwohnern existieren (Brandt 2007). Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes lebte in Deutschland im Jahr 2004 schon jeder dritte Mensch in einer Stadt mit einer Größenordnung von 100.000 Einwohnern. Aufgrund der Tatsache, dass es immer mehr Menschen aus den unterschiedlichsten Gründen in die Ballungsräume der Erde zieht, nehmen die städtischen Räume einen weltweit immer größer werdenden Stellenwert ein. Unweigerlich mit der Urbanisierung verbunden, ist der Eingriff des Menschen in die Natur. Diese Veränderung der natürlichen Landschaft hat wiederum eine Veränderung des lokalen Klimas zur Folge. Die Auswirkungen dieses Stadtklimas auf immer mehr Menschen liefern einen Grund dafür, dass die Veränderungen des lokalen Klimas in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft Gegenstand intensiver Forschung waren, sind und sein werden.

Die folgende Ausarbeitung befasst sich mit dem Thema Stadtklima und dessen Ursachen. Nachdem im Anschluss an die Einleitung im zweiten Kapitel eine Definition des Begriffs Stadtklima gegeben wird, folgt im dritten Kapitel eine Betrachtung der historischen Entwicklung der wissenschaftlichen Erforschung des Stadtklimas. Anschließend werden im v ierten Kapitel die Faktoren erläutert, die maßgeblich an der Entstehung des Stadtklimas beteiligt sind. Hier wird näher auf die Struktur und Beschaffenheit urbaner Oberflächen, auf anthropogene Wärmestromdichten und auf Emissionen von Luftverunreinigungen eingegangen. Nachdem die Ursachen herausgestellt wurden, befasst sich das fünfte Kapitel dann mit den Charakteristika des urbanen Klimas im Vergleich zum unbebauten Umland. Das sechste Kapitel behandelt stadtklimatische Untersuchungs- und Messmethoden. Abschließend wird im siebten Kapitel ein Fazit gezogen.

2. Definition

Die Auseinandersetzung mit dem Thema Stadtklima macht es unabdinglich , die Hauptbegriffe „Klima“, „Stadtklima“ und zugehörige Begriffe zu definieren. Im Folgenden werden für die Begriffe Wetter, Witterung, Klima und Stadtklima Definitionen gegeben, um darauf aufbauend näher auf das Stadtklima eingehen zu können.

Der Deutsche Wetterdienst definiert Wetter als den physikalischen Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt oder auch in einem kürzeren Zeitraum an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet, wie er durch die meteorologischen Elemente und ihr Zusammenwirken gekennzeichnet ist (DWD 30.11.2007).

„Als Witterung wird der allgemeine, durchschnittliche oder auch vorherrschende Charakter des Wetterablaufs eines bestimmten Zeitraums (von einigen Tagen bis zu ganzen Jahreszeiten) bezeichnet.“ (ebd.)

Für den Begriff Klima gibt es zahlreiche Definitionen. Tatsache ist, dass in den letzten Jahren immer wieder neue Erkenntnisse zu dem Thema gewonnen wurden und diese dazu führten, dass sich der Inhalt der Definitionen immer wieder modifizierte. In der geographischen Klimatologie wird Klima von Blüthgen definiert als die für einen Ort, eine Landschaft oder einen größeren Raum typische Zusammenfassung der erdnahen und die Erdoberfläche beeinflussenden atmosphärischen Zustände und Witterungsvorgänge während eines längeren Zeitraums in charakteristischer Verteilung der häufigsten, mittleren und extremen Werte (Blüthgen 1980).

Helbig und Schirmer definieren Klima als einen langfristigen Aspekt des Wetters. Elemente, die beim Klima betrachtet würden, seien die gleichen wie beim Wetter. Wichtig sei allerdings, dass der Bezugszeitraum, der zur Charakterisierung verwendet wird, ausreichend lange sei - mindestens 30 Jahre - , um statistisch gesicherte Angaben der verschiedensten Parameter wie z.B. der Häufigkeiten geben zu können (Kerschgens et al. 1999).

Der Begriff Stadtklima ist im Jahre 1981 von der Weltorganisation für Meteorologie durch ihre Kommission für Klimatologie definiert worden. Danach ist das Stadtklima das durch die Wechselwirkung mit der Bebauung und deren Auswirkungen (einschließlich Abwärme und Emission von luftverunreinigenden Stoffen) modifizierte Klima (Kerschgens et al. 1999).

3. Historischer Rückblick

Die Anfänge der Stadtklimatologie, die als raumbezogene Wissenschaft der Mikro- und Mesoklimatologie zuzurechnen ist, lassen sich zeitlich sehr weit zurückverfolgen. Erste Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Stadtklimatologie werden den Griechen Vitruvius und Horaz zugeschrieben, die schon vor Christi Geburt anhand von Untersuchungen am Beispiel der Stadt Rom die Probleme der Stadtplanung in Zusammenhang mit klimatischen und lufthygienischen Einflüssen behandelt haben (Kuttler 2004a). Im Jahre 1661 erschien dann von John Evelyn die Monographie „Fumifugium“, in der er seine in Einzelstudien durchgeführten Untersuchungen zur Luftverpestung in ihrer Abhängigkeit zu den vorherrschenden Windrichtungen, zur Stadttemperatur sowie zum „ City Fog“ am Beispiel der Stadt London zusammenfasste (ebd.).

Erste systematische Messungen führte der Engländer Luke Howard in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts durch, als er die stadtklimatischen Verhältnisse von London untersuchte. So zeigte der Chemiker und Apotheker anhand seiner für die damalige Zeit schon sehr genauen Untersuchungen, dass zwischen London und seiner Umgebung wärmeklimatische Unterschiede bestehen. Er untersuchte diese Unterschiede in ihrer räumlichen und zeitlichen Abhängigkeit und erklärte deren Zustandekommen. Anhand umfangreicher Messungen konnte er belegen, dass das Stadtgebiet gegenüber dem nicht urban geprägten Umland eine höhere Lufttemperatur aufwies, die sich in den Wintermonaten auf 1 K und in den Sommermonaten auf 0,6 K belief (ebd.). Er interpretierte diese Differenzen und kam zu dem Schluss, dass der intensive Verbrauch des Brennstoffs Kohle, der Verwendung für Heiz- und Kochzwecke fand, ursächlich sei für die Temperaturunterschiede zwischen Stadtgebiet und Umgebung. 1833 publizierte Howard seine Ergebnisse, zu denen auch die Abgrenzung der durch Smog stark verrauchten Londoner Innenstadt gegenüber dem oft nebelfreien Umland zählte, in einem dreibändigen Werk, welches in den folgenden Jahren mehrere Auflagen erfuhr (Hupfer & Kuttler 2005).

Mit der Arbeit von Howard war der Grundstein gelegt und in den darauf folgenden Jahren schlossen sich etliche Arbeiten zur Erforschung des städtischen Inselphänomens an. Zu dieser Zeit war man nicht in der Lage, Aussagen für die Umgebungen von Messstandpunkten zu geben, da man hauptsächlich an fixierten Messstationen Untersuchungen durchführen konnte. Erst der Einsatz von motorisierten Fahrzeugen machte es möglich , durch Messfahrten eine flächendeckende Interpretation der Temperaturunterschiede für größere Gebiete geben zu können.

Die beiden Meteorologen Albert Peppler und Ralf Schmidt erstellten auf der Grundlage von so genannten Profilmessfahrten, unter anderem für die Stadt Karlsruhe, eine sehr detaillierte Untersuchung des Temperaturfeldes für Strahlungswetterlagen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Die Lufttemperatur von Karlsruhe an einem heißen Sommertag (23. Juli 1929); Messstrecken und Temperaturprofile (verändert, aus Kuttler 1998).

Aufgrund dieser flächendeckenden Erfassung von Temperaturen über ganze Städte hinweg ließen sich nun Stadtgebiete, die von Überwärmung geprägt waren, von solchen, die nicht überwärmt waren, abgrenzen und in ihrer Ausdehnung in thematischen Karten darstellen. Eine solche thematische Karte erstellte Peppler für das Stadtgebiet von Karlsruhe (vgl. Abb. 1). Zu erkennen sind die Messstrecken und Temperaturprofile an einem heißen Sommertag, gemessen in Karlsruhe. Sowohl im Querschnitt von West nach Ost als auch im Querschnitt von Nord nach Süd ist zu erkennen, dass die Messpunkte in Stadtnähe, besonders im Stadtzentrum, deutlich höhere Temperaturen aufweisen als das unbebaute Umland. Auf die Ursachen dieser Wärmeinseln wird im Folgenden noch näher eingegangen.

Schnell entstanden dann auch dreidimensionale Vorstellungen von Wärmeinseln in Städten, da man zusätzlich zur horizontalen Ausdehnung nun mit Zuhilfenahme von Fesselballonsonden auch Informationen über die vertikale Ausdehnung erhielt.

In den folgenden Jahren wurde das Datenmaterial zum Thema Stadtklima immer umfangreicher.

Es existierten bereits 225 Publikationen, auf die Albert Kratzer, ein Benediktinerpater, zurückgreifen konnte, als er 1937 erstmals im Rahmen seiner Dissertation über „Das Stadtklima“ eine Monographie veröffentlichte, die weltweit lange Zeit als wichtigstes Grundlagenwerk galt und zugleich den nationalen Beginn der wissenschaftlichen Erforschung einläutete (Fezer 1995). Für lange Zeit war diese Monographie die einzige auf ihrem Gebiet, denn erst im Jahr 1981 veröffentlichte Landsberg eine weitere auf den amerikanischen Raum zugeschnittene Monographie (Hupfer & Kuttler 2005).

Aufgrund des seit Jahrzehnten zu beobachtenden stetig steigenden Stadtwachstums ist es nicht verwunderlich, dass Erkenntnisse über den Zusammenhang von Klima, Lufthygiene und Planung für den Städtebau in den Folgejahren eine immer bedeutendere Rolle spielten. Diese bis heute anhaltende Entwicklung schlug sich in zahlreichen Buchpublikationen nieder und erlangte ebenso Eingang in diverse Gesetzestexte sowie praxisorientierte Richtlinien. So wurden die Planungsfaktoren Klima und Luft in gesetzlichen Regelwerken wie z. B. dem Bundesimmissionsschutzgesetz, dem Baugesetzbuch, dem Bundesnaturschutzgesetz oder dem Umweltgesetzbuch berücksichtigt, um hier nur einige zu nennen (Hupfer & Kuttler 2005).

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