SRM is supposed to mask global warming by enhancing the earth’s albedo, for example by stratospheric aerosol injection. Thus altering the whole climate system, SRM would impact most areas of life. The risks for geopolitics, mitigation deterrence, ecosystems, justice, food security and water availability are illustrated in this graphic. Veröffentlicht in Poster.
SRM soll die globale Erwärmung durch die Erhöhung der Albedo der Erde maskieren, zum Beispiel durch das Einbringen von Aerosolen in die Stratosphäre. Dies würde das gesamte Klimasystem verändern und damit weitreichende Auswirkungen auf alle Lebensbereiche haben. Die Risiken für Geopolitik, Klimaschutz , Ökosysteme, Gerechtigkeit, Ernährungssicherheit und Wasserverfügbarkeit werden in dieser Infografik dargestellt. Veröffentlicht in Poster.
In dieser Machbarkeitsstudie zur flächendeckenden Angabe der aktuellen UV-Belastung in Deutschland unter Einbindung der Messwerte des solaren UV-Messnetzes wurde ein Modell zur Berechnung von UV-Index Karten für Deutschland entwickelt. Das Modell berücksichtigt Bewölkungsdaten aus Satellitenbildern um die UV-Belastung zeitnah wiederzugeben.Die Einbindung von Bodenmessungen in dieses Modell wurde an möglichst wolkenfreien Tagen untersucht. Für diese Tage können Korrekturkarten aus dem Verhältnis von Bodenmessung zu Modell berechnet werden.Allerdings ist es extrem selten, dass ganz Deutschland wolkenfrei ist. Werden Stationen aufgrund von Bewölkung zeitweise nicht in der Berechnung der Korrekturkarten berücksichtigt, zeigt sich, dass diese sensitiv auf die zu jedem Zeitpunkt verwendbaren Bodenmessungen reagieren. Eine solche Korrektur kann zu plötzlichen unnatürlichen Sprüngen in den berechneten UV-Index Karten führen. Zusätzlich kann die Repräsentativität einer Station durch eine komplexe Topographie bzw. Albedo limitiert sein.Daher sind diese Korrekturkarten nicht einfach anwendbar, sondern es müssen geeignete räumliche und zeitliche Rahmenbedingungen definiert werden, um eine sinnvolle Korrektur zu erhalten. Generell bedeutet eine höhere Dichte von Stationen eine robustere Grundlage für die Bestimmung der Korrekturkarten.Auch eine Einbindung der Bodenmessungen bei homogener Bewölkung in Korrekturkarten wäre im Prinzip denkbar. Allerdings gibt es bei zeitlich und kleinräumig variabler Bewölkung keine Möglichkeit, die Bodenstationen sinnvoll zu integrieren. Die Herausforderung besteht somit in der Kategorisierung von homogenen und inhomogenen Wolkenszenen um die Repräsentativität der Stationen zu bestimmen.Die technische Umsetzbarkeit des erarbeiteten Modells zur Berechnung von zeitnahen UV-Index Karten ohne Einbindung von Bodendaten wurde erfolgreich gezeigt und implementiert.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Kopplung des Eisschild-Modells PISM mit dem Klimamodell ECHAM/MPIOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Das Erdsystemmodell MPI-ESM soll mit dem Eisschildmodell PISM gekoppelt werden, um Übergänge zwischen dem Glazial und dem Interglazial simulieren zu können. Dazu soll das existierende Modellsystem auf die jeweils aktuellen Modellversionen upgedated und auf die Südhemisphäre ausgedehnt werden. Das Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung eines funktionsfähigen gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Eisschild Modellsystems, das es erlaubt, realistische Übergänge zwischen Glazial und Interglazial (und vice versa) zu simulieren. Dieses System muss zum einen erstellt werden, zum anderen muss es ausgiebig getestet werden. 1. Aufsetzen der aktuellen Eisschildmodells PISM für die Nordhemisphäre (existiert in einer älteren Modellversion) und die Südhemisphäre (Task WP 1.1.1) 2. Implementieren von verschiedenen Modulen zur Berechnung der Oberflächenmassenbilanz aus atmosphärischen Antriebsdaten (Task WP 1.1.2) und Einbau in die aktuelle MPI-ESM Modellversion. Dabei kann von einem existierenden Modellsystem mit älteren Modellversionen ausgegangen werden. 3. Tests mit dem Einfluss von Staub auf das Albedo (Task WP 1.1.5). Dieses ist in dem existierenden Energiebilanzmodul für die Oberflächenmassenbilanzberechnung vorgesehen. 4. Analyse von Bifurkationen im glazialen Klimasystem (Task WP 1.1.7). 5. Quantifizierung des Effekts von Topographieänderungen durch die Physik der festen Erde (Task WP 1.1.8). 6. Einbau eines Eisbergmoduls (Task WP 1.1.9). 7. Erstellen und Testen des gekoppelten Modells mit den Modelländerungen aus WP 4.2, die zeitabhängige Landseemaske erlauben (Task WP 1.1.10). 8. Analyse der transienten gekoppelten Simulation aus WP1.3 (Task WP 1.1.11)Ein Vergleich mit den entsprechenden Untersuchungsergebnissen in den Teilprojekten PalMod-1-1-TP2 und PalMod-1-1-TP3 wird dazu dienen, die Robustheit der Resultate einzuordnen.
Die Einbeziehung klimatologischer Gesichtspunkte in die Bewertung der Umweltsituation städtischer Ballungsgebiete und deren räumliche Planung setzt zunächst eine Definition des Begriffes Stadtklima voraus. Unter Stadtklima versteht man nach Schirmer et al. (1987) “das gegenüber dem Umland stark modifizierte Mesoklima von Städten und Industrieballungsräumen. Es umfasst das gesamte Volumen der bodennahen Luftschicht oberhalb und in unmittelbarer Umgebung der Stadt bzw. der städtischen Grenzschicht. Verursacht wird es durch die Art und Dichte der Bebauung, das Wärmespeicherungsvermögen der Baustoffe, die Versiegelung des Bodens, das Fehlen von Vegetation, durch einen veränderten Wasserhaushalt und die vermehrte Emission von Abgasen, Aerosolen und Abwärme.” Für die Bewertung der jeweiligen Klimasituation fehlen verbindliche Grenz- und Richtwerte. Als Idealzustand sollte ein Stadtklima angestrebt werden, das weitgehend frei von Schadstoffen ist und den Stadtbewohnern eine möglichst große Vielfalt an Atmosphärenzuständen unter Vermeidung von Extremen bietet (vgl. Deutsche Meteorologische Gesellschaft 1989). Zur Erfassung des städtischen Klimas bietet sich neben der Anwendung der Methoden der klassischen klimatologischen Forschung mit Messfahrten und Messgängen (vgl. Karten 04.02 – 04.05) auch die Berechnung der Temperaturen der einzelnen Oberflächenelemente (Dächer, Straßen, Baumkronen usw.) mittels Thermal-Infrarot(IR)-Rasteraufnahmen an. Dabei wird von dem physikalischen Prinzip ausgegangen, dass alle Körper entsprechend ihrer Oberflächentemperatur Wärmestrahlung abgeben (vgl. Methode). Als Steuerungsgröße für den Wärmehaushalt der Erdoberfläche kommt der Wärmestrahlung und damit der Oberflächentemperatur als Bestandteil der Strahlungsbilanz jedes Körpers eine große Bedeutung zu. Während tagsüber der kurzwellige Strahlungsbereich vor allem mit der direkten Einstrahlung der Sonnenenergie und ihrer Absorption bzw. Reflexion (Albedo, vgl. Tab.1) an der Körperoberfläche bestimmend ist, beeinflusst nachts der langwellige Bereich mit dem Bodenwärmestrom ausschließlich das thermische Ausstrahlungsverhalten eines Körpers. Je nach Art und Beschaffenheit von Oberflächen ergeben sich deshalb bei gleichen Einstrahlungs- und Ausstrahlungsbedingungen u.U. erhebliche Unterschiede in der Oberflächentemperatur (vgl. Abb.1). Für (städtische) Klimaanalysen liegt der wesentliche Nutzen von Thermalkarten in ihrem flächenhaften, digital verarbeitbaren Informationsgehalt . Es ist zu unterscheiden zwischen Infrarot-Aufnahmen mit Thermal-Scannern von Flugzeugen aus und den für die vorliegenden Karten benutzten Satellitendaten . Unter Berücksichtigung der Größe Berlins und des engeren Verflechtungsraumes von fast 2 000 km2 ermöglicht nur ein satellitengestütztes Verfahren die jeweils fast zeitgleiche Erfassung der langwelligen Eigenstrahlung der Erde (Oberflächentemperatur) in einer aufeinanderfolgenden Nacht-/Tagsituation. Andererseits sind die Überfliegungszeiten des Satelliten nicht beeinflussbar und in diesem Falle für den Berliner Raum als nicht optimal einzuschätzen (vgl. Datengrundlage). Die Interpretation der IR-Thermalbilder erlaubt es, einzelnen Oberflächenelementen und Raumeinheiten über die spezielle erfasste Situation hinaus qualitativ allgemeine thermische Eigenschaften zuzuordnen. Diese Umsetzung setzt jedoch großes klimatisches Fachwissen und die Nutzung weiterer Datengrundlagen wie Nutzungs- und Reliefkarten voraus, da die Ausprägung der Oberflächentemperatur verschiedener Nutzungsstrukturen im Rasterbild stets das Ergebnis komplexer physikalischer Prozesse ist, an denen verschiedene horizontale und vertikale Wärmeflüsse und Energieumsätze (Verdunstung, Kondensation) beteiligt sind. Unter Einbeziehung weiterer klimatologischer Parameter wie Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit können Oberflächentemperaturkarten zusätzlich als Unterstützung für die Bestimmung von Klimafunktionsräumen herangezogen werden (vgl. Karte 04.07).
Die Einbeziehung klimatologischer Gesichtspunkte in die Bewertung der Umweltsituation städtischer Ballungsgebiete und deren räumliche Planung setzt zunächst eine Definition des Begriffes Stadtklima voraus. Unter Stadtklima versteht man nach Schirmer et al. (1987) “das gegenüber dem Umland stark modifizierte Mesoklima von Städten und Industrieballungsräumen. Es umfasst das gesamte Volumen der bodennahen Luftschicht oberhalb und in unmittelbarer Umgebung der Stadt bzw. der städtischen Grenzschicht. Verursacht wird es durch die Art und Dichte der Bebauung, das Wärmespeicherungsvermögen der Baustoffe, die Versiegelung des Bodens, das Fehlen von Vegetation, durch einen veränderten Wasserhaushalt und die vermehrte Emission von Abgasen, Aerosolen und Abwärme.” Bewertungs- und Untersuchungsansätze Für die Bewertung der jeweiligen Klimasituation fehlen verbindliche Grenz- und Richtwerte analog den Luftgüte-Werten des Bundes-Immissionsschutz-Gesetzes. Empfehlenden Charakter besitzt eine Richtlinie der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI (vgl. Verein Deutscher Ingenieure (VDI) 3787 Blatt 2 1998). Diese hat das Ziel, Bewertungsverfahren der Human-Biometeorologie als Standard für die auf Menschen bezogene Berücksichtigung von Klima und Lufthygiene (Bioklima) bei der Stadt- und Regionalplanung bereitzustellen. Die Human-Biometeorologie beschäftigt sich mit den Wirkungen von Wetter, Witterung, Klima und Lufthygiene auf den menschlichen Organismus. Im vorliegenden ersten Teil dieser Richtlinie werden die human-biometeorologischen Wirkungskomplexe zusammengestellt und die empfohlenen Bewertungsmethoden für den Bereich “Klima” erläutert. Insbesondere steht hierbei der thermische Wirkungskomplex im Vordergrund, der in der Stadt- und Regionalplanung mit dem Ziel eingesetzt werden soll, gesunde Wohn- und Arbeitsbedingungen zu sichern. Mit seiner Hilfe können planerische Fragestellungen aus bioklimatologischer Sicht behandelt werden. Als Idealzustand sollte ein Stadtklima angestrebt werden, das weitgehend frei von Schadstoffen ist und den Stadtbewohnern eine möglichst große Vielfalt an Atmosphärenzuständen unter Vermeidung von Extremen bietet (vgl. Deutsche Meteorologische Gesellschaft 1989). Zur Erfassung des städtischen Klimas bietet sich neben der Anwendung der Methoden der klassischen klimatologischen Forschung mit Messfahrten und Messgängen (vgl. Karten 04.02 – 04.05) auch die Berechnung der Temperaturen der einzelnen Oberflächenelemente (Dächer, Straßen, Baumkronen usw.) mittels Thermal-Infrarot (IR)-Rasteraufnahmen an. Dabei wird von dem physikalischen Prinzip ausgegangen, dass alle Körper entsprechend ihrer Oberflächentemperatur Wärmestrahlung abgeben (vgl. Methode). Indikatoren Als Steuerungsgröße für den Wärmehaushalt der Erdoberfläche kommt der Wärmestrahlung und damit der Oberflächentemperatur als Bestandteil der Strahlungsbilanz jedes Körpers eine große Bedeutung zu. Während tagsüber der kurzwellige Strahlungsbereich vor allem mit der direkten Einstrahlung der Sonnenenergie und ihrer Absorption bzw. Reflexion (Albedo, vgl. Tab. 1) an der Körperoberfläche bestimmend ist, beeinflusst nachts der langwellige Bereich mit dem Bodenwärmestrom ausschließlich das thermische Ausstrahlungsverhalten eines Körpers. Je nach Art und Beschaffenheit von Oberflächen ergeben sich deshalb bei gleichen Einstrahlungs- und Ausstrahlungsbedingungen u.U. erhebliche Unterschiede in der Oberflächentemperatur (vgl. Abb. 1). Digitale Thermalkarten Für (städtische) Klimaanalysen liegt der wesentliche Nutzen von Thermalkarten in ihrem flächenhaften, digital verarbeitbaren Informationsgehalt . Es ist zu unterscheiden zwischen Infrarot-Aufnahmen mit Thermal-Scannern von Flugzeugen aus und den für die vorliegenden Karten benutzten Satellitendaten . Unter Berücksichtigung der Größe Berlins und des engeren Verflechtungsraumes von fast 2 000 km² ermöglicht nur ein satellitengestütztes Verfahren die jeweils fast zeitgleiche Erfassung der langwelligen Eigenstrahlung der Erde (Oberflächentemperatur) in einer aufeinanderfolgenden Nacht-/Tagsituation. Andererseits sind die Überfliegungszeiten des Satelliten nicht beeinflussbar und in diesem Falle für den Berliner Raum als nicht optimal einzuschätzen (vgl. Datengrundlage). Die Interpretation der IR-Thermalbilder erlaubt es, einzelnen Oberflächenelementen und Raumeinheiten über die spezielle erfasste Situation hinaus qualitativ allgemeine thermische Eigenschaften zuzuordnen. Diese Umsetzung setzt jedoch großes klimatisches Fachwissen und die Nutzung weiterer Datengrundlagen wie Nutzungs- und Reliefkarten voraus, da die Ausprägung der Oberflächentemperatur verschiedener Nutzungsstrukturen im Rasterbild stets das Ergebnis komplexer physikalischer Prozesse ist, an denen verschiedene horizontale und vertikale Wärmeflüsse und Energieumsätze (Verdunstung, Kondensation) beteiligt sind. Unter Einbeziehung weiterer klimatologischer Parameter wie Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit können Oberflächentemperaturkarten zusätzlich als Unterstützung für die Bestimmung von Klimafunktionsräumen herangezogen werden (vgl. Karte 04.07).
Das Projekt "WTZ China: SO-TRACE - Emissionen von Dimethylsulfid und Isopren und ihr Einfluss auf Aerosole und Klima im Südpolarmeer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Der Ozean ist eine Quelle für atmosphärische Gase, die trotz ihrer geringen Konzentration in der Atmosphäre eine große Wirkung auf das Klima der Erde haben. Diese klimarelevanten Spurengase beeinflussen z.B. den Treibhauseffekt oder die Ausweitung des Ozonlochs. Besonders die Wirkung mariner Spurengase auf die Aerosolbildung wird heute stark diskutiert. Direkte Beweise fehlen unter anderem deshalb, weil es an gleichzeitigen Messungen von marinen Gasemissionen sowie Aerosolbeschaffenheit und -konzentration mangelt. Aerosole erhöhen das Rückstrahlvermögen der Erde und sind damit ein wichtiger natürlicher Gegenprozess zur globalen Erwärmung. Trotzdem ist die Menge der vom Ozean emittierten Spurengase mit großen Unsicherheiten behaftet. Das Südpolarmeer ist dabei von doppelt großer Bedeutung: Einerseits liegen durch seine Abgelegenheit sehr wenige Messdaten vor, die jedoch auf vergleichsweise große Emissionen hindeuten. Andererseits ist es relativ unberührt von menschlichem Einfluss: Natürliche Prozessen können deshalb nahezu ungehindert beobachtet werden. Ziel des Projekts ist es daher, die Rolle mariner Spurengasemissionen bei der Bildung von Aerosolen im Südpolarmeer besser zu verstehen. Dazu sollen in Zusammenarbeit mit dem Third Institute of Oceanography, Xiamen, China, Messungen auf zwei Seereisen in diese Region durchgeführt werden. Ein Fokus wird auf die Spurengase Dimethylsulfid und Isopren gelegt, die dort in hohen Konzentrationen im Wasser vorkommen. Da es sich bei den Auswirkungen des Klimawandels um ein globales Problem handelt, wird durch die gemeinsame Forschung nicht nur die deutsche und chinesische Gesellschaft profitieren. Beide Länder haben sich mit der Verabschiedung des Pariser Klimaabkommens politisch hinter den Klimaschutz gestellt. Dafür ist ein verbessertes Prozessverständnis unerlässlich. Mit einer solchen Zusammenarbeit wird die Expertise zweier Institute kombiniert, um das globale Klimaverständnis zu verbessern.
Das Projekt "Mögliche klimabedingte Änderungen der UV-Strahlung durch Einfluß von Aerosol und Albedo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut durchgeführt. Messung der erythemgewichteten UV-Strahlung an der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus und auf dem Zugspitzgipfel zur Bestimmung des Einflusses der Felswand hinter der UFS auf den UV-Index bei versch. Bodenbedingungen. Messung der UVI am Meteorol. Institut und an der Aussenstation in Maisach zur Bestimmung der Unterschiede des Einflusses von städtischen und ländlichen Aerosolen. Verschiedene Messungen mit dem Radiometer CIMEL und mit SSARA
Das Projekt "Echival-Feldversuch in einem von Wuestenbildung bedrohten Gebiet" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03 durchgeführt. Objective: The main goal is to provide for 'Global Change' studies and global system modelling a) the necessary area-average parametrizations of the water and energy transfer between soils, vegetation and the atmosphere, as well as b) data sets, (i) against which models can be tested that describe these processes, and (ii) which are relevant for the documentation of changes in these processes due to climate variability andor the impact of man's activity. General Information: The general setup foresees three sites arranged nearly triangularly at a distance of about 100 km and at each site there will be a couple of stations arranged around one central station to achieve the nested higher resolution of one to two kilometers. During a period of about 10 days it is expected that up to four aircraft will measure atmospheric parameters and remote sensing data above the whole plain. The aircraft equipped with eddy-correlation instruments for flux measurements have to play the integrating role for the experimental area. Supported by frequent radiosonde ascents at different locations near the experimental area it should be possible to derive from these measurements also the advective fluxes, which may play an important role under dry conditions. These may result from large scale circulation including the intrusion of Mediterranean air masses from the south-east and Atlantic air masses from the west into a continental heat low. Satellite data will be used to measure the albedo of the surface as well as the diurnal temperature wave and its changes with the retreat of the vegetation during the drying season. The role of the vegetation in the exchange of water between soils and the atmosphere will be assessed by random sampling surveys on leaf-area index, PAR, spectral reflectance, stomata resistance and biomass production. It is further planned to analyse soil samples with respect to their physical properties and to determine the soil moisture content by different methods. To validate the data obtained from satellites and the methods used in the processing of these data, mobile measurements are foreseen. The experimental results which will finally be obtained have to be imbedded in climatological and meteorological background data for the Iberian peninsula in order to find out to what degree the experimental phase covers average or extraordinary climatological conditions. The experiment will be accompanied by modelling efforts at different scales, ranging from one dimensional SVAT models to three dimensional general circulation models.
Nachfolgend wird eine gemeinsame Beschreibung für alle Einzelauswertungen der Modellrechnungen präsentiert. Zur schnelleren Orientierung im Text werden Verknüpfungen zu den einzelnen Schwerpunktbereichen angeboten: Bodennahe Temperaturen (22.00 Uhr) im Gesamtgebiet Bodennahe Temperaturen (06.00 Uhr) im Gesamtgebiet Bodennahe Temperaturen (22.00 und 06.00 Uhr) im Vertiefungsgebiet Luftaustausch und Luftmassenstrom (22.00 und 06.00 Uhr) im Gesamtgebiet Luftaustausch und Luftmassenstrom (22.00 und 06.00 Uhr) im Vertiefungsgebiet Die Modellrechnungen wurden jeweils abends zur Zeit des Sonnenunterganges gestartet und bis Sonnenaufgang des darauffolgenden Tages durchgeführt. Ausgewertet und in Form von Karten dargestellt werden für die einzelnen Klimaparameter die Zeitschnitte 22.00 Uhr und 06.00 Uhr. Der Termin 22.00 Uhr repräsentiert kurz nach Sonnenuntergang den Umschwung von der Einstrahlungs- zur Ausstrahlungssituation und steht für den Beginn einer Phase mit großer Abkühlungsdynamik in den unterschiedlich strukturierten Teilflächen im Stadtgebiet. Der 06.00 Uhr Termin steht für die maximale Abkühlung innerhalb des Stadtkörpers. Im Folgenden werden einzelne, exemplarische Ergebnisse der Modellrechnungen für das gesamte Stadtgebiet bzw. für das Vertiefungsgebiet südlicher Stadtrand – Mitte kurz dargestellt. Einen Überblick über die jeweils ausgewerteten klimatologischen Parameter gibt die Abbildung 3 . Bei der Darstellung des bodennahen Temperaturfeldes handelt es sich um das Rastermittel der Temperatur in der bodennahen Schicht der Atmosphäre (0 – 5 m über Grund). Sind innerhalb einer Rasterzelle mehrere Landnutzungen mit unterschiedlichem Flächenanteil vorhanden, so berechnet sich die gezeigte Temperatur aus der anteilsmäßigen Wichtung. Insofern sind die simulierten Temperaturwerte nur für größere Gebiete mit einheitlicher bzw. entsprechender Landnutzung mit bodengebundenen Messwerten vergleichbar. Ausschlaggebend für die Temperaturverteilung sind die landnutzungsabhängigen Boden- und Oberflächeneigenschaften sowie deren Wechselwirkungen mit den atmosphärischen Prozessen in der bodennahen Grenzschicht. Innerhalb des Erdbodens sind dabei Wärme- und Temperaturleitfähigkeit von Bedeutung. Je größer beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit des Bodens ist, umso schneller und tiefer kann Wärme in das entsprechende Material eindringen, aber auch wieder von diesem abgegeben werden. Die Oberflächenbeschaffenheit natürlicher und künstlicher Flächen bestimmt über die Albedo (Relexionsvermögen) und die Emissivität die Menge an Energie, die im kurzwelligen und im langwelligen Bereich der Strahlung für eine Erwärmung / Abkühlung zur Verfügung steht. Schließlich spielt der Turbulenzzustand der bodennahen Atmosphäre eine große Rolle bei dem Transport von fühlbarer und latenter Energie vom Erdboden weg oder zu diesem hin. Alle genannten Prozesse sind über die Energiebilanz des Erdbodens miteinander verknüpft und bestimmen die Temperatur der Oberflächen und der darüber liegenden Luftschichten. Die Temperaturverhältnisse der bodennahen Atmosphäre um 22 Uhr im Gesamtgebiet sind in Karte 04.10.01 gezeigt. Aufgrund der großen Vielfalt landnutzungsbedingter Unterschiede dieser Einflussgrößen wird eine stark strukturierte räumliche Verteilung der bodennahen Temperatur simuliert. In den frühen Nachtstunden (22 Uhr) heben sich dabei die Hauptlandnutzungen in charakteristischer Weise gegeneinander ab. Die Waldflächen sind um diese Zeit noch etwa 1 K kühler als die umgebende Flur und deutlich kälter als die bebauten Gebiete. Die Freiflächen werden tagsüber stark aufgeheizt und kühlen sich nach Sonnenuntergang ebenso stark ab. Aufgrund der relativ hohen abendlichen Ausgangstemperatur ist zu dem gewählten Zeitpunkt diese Abkühlung noch nicht so weit fortgeschritten, dass das Niveau der kühlen Waldflächen schon erreicht wird. Urbane Gebiete heben sich deutlich durch ein insgesamt höheres Temperaturniveau von der Umgebung ab. Allerdings ist die Temperaturverteilung in den bebauten Gebieten räumlich stark differenziert, da beispielsweise Rasterzellen mit Einzelhausbebauung, Kerngebiete, Industriegebiete und Verkehrsanlagen stark unterschiedliche Boden- und Oberflächeneigenschaften aufweisen. Auch wird das im Mittel höhere Temperaturniveau durch innerstädtische Grünanlagen wie Großer Tiergarten und die Flughäfen Tempelhof bzw. Tegel unterbrochen. In Abhängigkeit von den individuellen Oberflächeneigenschaften der verschiedenen Landnutzungen kühlt sich die Erdoberfläche im Laufe der Nacht unterschiedlich stark ab, die Temperaturverteilung um 06.00 Uhr morgens zeigt die Karte 04.10.02. Während bei Wasserflächen diese Abkühlung aufgrund des guten Wärmespeichervermögens nur sehr gering ausfällt, zeigen Freiflächen wie Äcker und Wiesen einen starken Temperaturrückgang. Bei Waldflächen schützt das Kronendach die darunter liegende bodennahe Atmosphäre vor einer starken Abkühlung; daher heben sich Wälder in der Temperaturverteilung als relativ warme Gebiete hervor. In den urbanen Bereichen wird die Abkühlung durch die vorhandenen wärmespeichernden Materialien wie Beton und Stein deutlich reduziert. Zum einen trägt die tagsüber gespeicherte Wärmemenge dazu bei, dass die Temperatur nicht so stark zurückgeht. Zum anderen werden durch die niedrigen Windgeschwindigkeiten turbulenter und latenter Wärmestrom reduziert, die den Abtransport wärmerer Luft bewerkstelligen könnten. Die Stadtgebiete bleiben somit insgesamt wärmer. Während der Temperaturunterschiede zum unbebauten Umland in den Abendstunden typischerweise 2 K beträgt, wächst dieser Wert bis in die frühen Morgenstunden auf 6 K an. Diese großen horizontalen Unterschiede werden im Bereich der innerstädtischen Freiflächen nicht ganz erreicht. Hier macht sich die Nachbarschaft zu den relativ warmen bebauten Gebieten bemerkbar. Bei einer Verfeinerung der räumlichen Auflösung heben sich bei der Temperatur die einzelnen Nutzungstypen, gerade auch in bebautem Gelände, noch deutlicher gegeneinander ab (vgl. Karte 04.10.07 und Karte 04.10.08). Rasterzellen, die vollständig mit dicht bebautem Gebiet ausgefüllt sind, grenzen unmittelbar an Freiflächen und somit ergeben sich große Temperaturunterschiede auf kürzester Distanz . Diese Unterschiede werden aufgrund der stark verringerten Windgeschwindigkeit in den urbanen Gebieten nur geringfügig abgebaut und bleiben während der gesamten Nachtstunden erhalten. Die unterschiedlichen Bebauungsstrukturen in dem ausgewählten Bereich werden besonders vom Flughafen Tempelhof, dem Erholungspark Britzer Garten und den Freiflächen östlich und westlich von Lichtenrade unterbrochen. Das thermische Verhalten der einzelnen Landnutzungen unterscheidet sich nicht von den weiter oben beschriebenen Verhältnissen für das Gesamtgebiet von Berlin. In den Abendstunden sind die waldbestandenen Teile der Parks die kühlsten Flächen gefolgt von den Freiflächen. Wasserflächen weisen einen nur sehr geringen Tagesgang auf und ordnen sich vom Temperaturniveau zu diesem Zeitpunkt in die vorhandene Spannbreite der Temperatur für die unterschiedlich bebauten Gebiete ein. Bis in die frühen Morgenstunden bilden sich die landnutzungstypischen Temperaturverhältnisse aus. Während in der umgebenden Flur bei Lichtenrade die Temperatur über Wiesen und Äcker relativ stark zurückgeht, kühlen sich die innerstädtischen Freiflächen, beispielsweise im Bereich des Flughafens Tempelhof, nicht in dem entsprechenden Maße ab. Hier macht sich bemerkbar, dass das Flughafengelände in eine insgesamt wärmere Umgebung eingebettet ist. Die gute Durchlüftung von Siedlungsgebieten kann zum Abbau von humanbiometeorologischen Belastungen führen (vgl. Moriske und Turowski 2002). So kann in den Nachtstunden durch das Heranführen kühlerer Luft aus dem Umland das Temperaturniveau der in der Stadt lagernden wärmeren Luftmassen gesenkt werden, was zu einem Abbau der Wärmebelastung des Menschen in den Sommermonaten führt. Ist diese herangeführte kühlere Luft mit Luftschadstoffen unbelastet (Frischluft), so führt die Durchlüftung gleichzeitig auch zu einer Verbesserung der lufthygienischen Situation. Zur Beurteilung der Durchlüftungssituation ist folglich die geeignete Zuordnung von Belastungsräumen und Ausgleichsräumen , die die entsprechende unbelastete Luft zur Verfügung stellen, sowie ein Zirkulationssystem, welches einen Luftmassentransport bewerkstelligen kann, notwendig. Klimaökologische Ausgleichswirkungen gehen von den unbebauten Arealen aus, die in das Stadtgebiet eingestreut sind. Sie sind durch einen hohen Vegetationsanteil sowie einem geringen Versiegelungsgrad von weniger als 20% charakterisiert und verbessern die lokalklimatische Situation selbst in den dicht bebauten Kernbereichen Berlins (vgl. Karte 04.10.03 bis Karte 04.10.06 für die Gesamtstadt bzw. Karte 04.10.09 bis Karte 04.10.12 für das Vertiefungsgebiet). Die Ausgleichsleistung wird über thermisch und/oder orographisch induzierte Strömungssysteme erbracht. Um die Freiflächen, die benachbarte bebaute Bereiche mit Frisch-/Kaltluft versorgen, zu identifizieren und sie den unterschiedlichen Austauschprozessen zuordnen zu können, werden nachfolgende Abgrenzungskriterien verwendet. Bei klimaökologisch relevanten Freiflächen sollten die eigenbürtigen Ausgleichsströmungen mindestens eine Geschwindigkeit von 0,2m/s während einer austauscharmen, sommerlichen Strahlungswetternacht erreichen. Die Ausgleichströmungen können als Hang- oder Talwinde bezeichnet werden, wenn Hang- bzw. Talbodenneigungen von >1° auftreten. Thermisch induzierte Strömungssysteme sind in den nahezu ebenen Arealen zu finden (vgl. Abbildung 6). Bedeutsame Ausgleichsleistungen sind von den großen zusammenhängenden Wald- und Parkflächen zu erwarten, die vor allem in den Randbereichen Berlins flächenhaft verbreitet sind. Aufgrund der hohen Abkühlungsraten in den Abend- und Nachtstunden sind diese Bereiche als wichtige Kaltluftliefergebiete anzusprechen. Tabelle 1 zeigt die prozentualen Flächenanteile im Stadtgebiet, die an der Bildung von Flurwinden sowie Kaltluftabflüssen beteiligt sind: Somit sind, beide Prozesse zusammengenommen, über 30 % des Stadtgebietes an der Ausbildung von Ausgleichsströmungen beteiligt , wobei der Flächenanteil im Verlauf der Nacht von 30,8 % um 22.00 Uhr auf 32,0 % um 06.00 Uhr morgens geringfügig zunimmt. Diese Zunahme ist darauf zurückzuführen, dass weitere unbebaute Flächen insbesondere im Umfeld des Müggelsees sowie des Grunewaldes an der Kaltluftbildung teilnehmen. Die Folge ist, dass zum frühen Morgen zwar eine größere unbebaute Fläche an der Kaltluftentstehung mit einer Strömungsgeschwindigkeit >0,2 m/s beteiligt ist, diese sich im Vergleich zum Zeitpunkt 22.00 Uhr jedoch auf einem niedrigeren Niveau abspielt. Bei einem Vergleich der mittleren Luftaustauschrate aller Rasterzellen des gesamten Stadtgebietes fällt auf, das der mittlere Zellenwert von 7,6 (22.00 Uhr) auf 8,1 (06.00 Uhr) ansteigt. Im Gegenzug sinkt der maximale Zellenwert von 29,47 auf 22,8 ab. Insofern nimmt die mittlere Luftaustauschrate zwar insgesamt zu, die Höchstwerte des 22.00 Uhr Zeitschnittes bzw. die Intensität des Luftaustausches werden jedoch durch die zunehmende Nivellierung der Temperaturunterschiede nicht mehr erreicht. Die Ausgleichsleistung der Freiflächen erreicht große Teile der überbauten Flächen Berlins. Eine Bilanzierung für das Stadtgebiet ergibt: Etwa 65,5 % der überbauten Flächen wird zum Zeitschnitt 22.00 Uhr von autochthonen Strömungen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 2 m/s erreicht bzw. durchdrungen Die Ausgleichsleistung der Freiflächen sinkt auf Grund der Nivellierung des Temperaturniveau – und damit Abschwächung der thermisch induzierten Strömungssysteme – im Laufe der Nacht auf eine räumliche Abdeckung von ca. 40 % der durch Bebauung geprägten Stadtareale (Zeitschnitt 06.00 Uhr). Durch die enge Verzahnung von bebauten Bereichen und Freiflächen weist Berlin insgesamt ein hohes klimaökologisches Ausgleichspotential auf . Kaltluftabflüsse haben daran aber einen vergleichsweise geringen Anteil. Sie treten flächenhaft vor allem in den folgenden Bereichen auf: Östliches Havelufer entlang des Grunewaldes Ostflanke des Grunewaldes Südlich des Großen Müggelsees im Berliner Stadtforst Bürgerheide. Als Leitbahnen für den Kaltlufttransport fungieren große, linear ausgeprägte Freiflächen mit einer verhältnismäßig geringen Oberflächenrauigkeit. Hinsichtlich dieser Funktion sind drei Bereiche des Havel- bzw. Spreetals als bedeutsam zu nennen. Zum einen der Havelabschnitt zwischen Lieper Bucht bis Ruhlebener Straße, der auf einer Länge von ca. 7 km Kaltluft nach Norden in den Stadtteil Spandau führt. Zum anderen tritt der Rummelsburger See als Teil der Spree hervor, über den Kaltluft von Alt-Treptow und vom Plänterwald aus nach Rummelsburg strömt. Darüber hinaus ist noch ein Abschnitt der Dahme entlang von Grünauer- und Regattastraße zu nennen. Diese Ergebnisse decken sich mit den Befunden eines Gutachten des Deutschen Wetterdienstes (DWD 1996). Aufgrund der wenig ausgeprägten Orographie sind solch relieforientierte Luftleitbahnen aber eher selten. Ein wesentlicher Beitrag zum Transport von Kaltluft aus dem Berliner Umland in das Stadtgebiet ist nicht zu erkennen, vielmehr treten nur Teile der Flusstäler innerhalb des Stadtgebietes als Leitbahnen in Erscheinung. Als Beispiele für die Ausgleichsleistung von Freiflächen werden unter Kartenbeschreibung / ergänzende Hinweise 3 Standorte ausführlich dargestellt, um die Dynamik des Kaltlufthaushaltes im Grenzbereich von kaltluftproduzierender Freifläche zur Bebauung zu verdeutlichen. Abschließend soll auf den Kaltlufthaushalt Berlins als Ganzes eingegangen werden. Dazu wird der Luft-Massenstrom herangezogen, wobei ausgehend von den 22.00 Uhr Werten die Kaltluftbewegung in einer Nacht von 8 Stunden quantifiziert wird. Somit werden im Stadtgebiet Berlin in einer austauscharmen, sommerlichen Strahlungswetternacht 2,18 Billionen m³ Kaltluft bewegt. Dies entspricht einem stündlichen Durchsatz von 0,27 Billionen m³. Welche Kaltluftmengen in den einzelnen Stadtteilen bewegt werden, zeigt Tabelle 2. Die stadtteilbezogenen Ergebnisse entsprechen den Erwartungen hinsichtlich Größe und Lage innerhalb des Stadtgebietes. Dabei zeigt sich, dass die Kernbereiche wie Friedrichshain – Kreuzberg sowie Mitte mit einem hohen Bebauungs- und Versiegelungsgrad einen vergleichsweise schwachen Massenstrom aufweisen. Anders ist die Situation in den Stadtteilen Pankow, Reinickendorf oder Köpenick. Zwar sind auch hier verdichtete Areale in Richtung auf das Stadtzentrum vorhanden, dies wird jedoch durch die großen, unbebauten Flächen im Verzahnungsbereich zum Umland wieder ausgeglichen. In den nicht überbauten, kaltluftbildenden Bereichen in den Randbezirken ist deshalb der größte Beitrag zum Kaltluftmassenstrom zu sehen. Nachfolgend werden anhand von ausgewählten Beispielen umfangreiche Zusatzinformationen zur Dynamik und Bedeutung des Kaltlufthaushaltes von Freiflächen angeboten. Der Text ergänzt damit die Inhalte des Kapitels Kartenschreibung. Kaltluftproduzierende Freiflächen und ihr Einfluss auf die Bebauung In Abbildung 7 sind 3 Standorte gekennzeichnet, an deren Beispiel entlang eines ausgewählten Streckenabschnitts von jeweils 9 Rasterzellen mit 1600 m Abschnittslänge (200 m Raster) bzw. 450 m (50 m Raster) näher auf den Kaltlufthaushalt eingegangen werden soll. Zur Charakterisierung der Dynamik des Kaltlufthaushaltes wurden diese Beispiele im Grenzbereich von kaltluftproduzierender Freifläche zur Bebauung platziert. Für den gebietsübergreifenden Vergleich der Werte innerhalb des 200 m Rasters wurde anschließend ein mittlerer Rasterzellenwert auf Basis der Zellen ermittelt, die sich entlang des Streckenverlaufs befinden. Als Beispiele für die Ausgleichsleistung von Freiflächen wurden Übergangsbereiche vom Grunewald nach Wilmersdorf (A) sowie im Bezirk Mahlsdorf (B) am östlichen Stadtrand Berlins herangezogen. Der südwestliche Abschnitt des Flughafens Tempelhof © repräsentiert das Vertiefungsgebiet, in dem ein feiner aufgelöstes 50 m Raster zum Einsatz kam. Der Grunewald zählt mit einer Größe von über 3000 ha zu den größten Waldflächen im Stadtgebiet. Auf einer Länge von ca. 11 km profitieren insbesondere Teile der östlich gelegenen Stadtteile Charlottenburg-Wilmersdorf und Zehlendorf-Steglitz von der hohen Kaltluftproduktivität. Abbildung 8 zeigt den Übergangsbereich vom Grunewald zur Einzelhausbebauung in Wilmersdorf, hier fällt der Luftaustausch pro Rasterzelle und Stunde mit Wechselraten von über 20 vergleichsweise hoch aus. Die entsprechend große Reichweite der Kaltluftströmung ist in Wilmersdorf um 22.00 Uhr mit bis zu 3000m am stärksten ausgeprägt und liegt in der ausgedehnten Einzelhausbebauung begründet. In Steglitz dagegen wird mit zunehmend dichterer Bebauung nur noch ein Wert von ca. 1500 m erreicht. Um 06.00 Uhr morgens dringt die Kaltluft nur noch ca. 1000 bis maximal 2200 m in die Bebauung ein. Für den 1600 m langen Abschnitt sind beispielhaft die mittlere Ausprägung des Luftaustausches pro Rasterzelle, des Massenstroms sowie die Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes berechnet worden (vgl. Tabelle 3). Diese Strecke beginnt in der Auerbachstraße an der Avus und führt über die Regerstraße bis zur Waldmeisterstraße. Dabei zeigt sich die Abnahme der mittleren Rasterzellenwerte im Verlauf der Nacht. Die Luftwechselrate geht von 20,13 auf 13,99 um ca. 30 % zurück. Ähnliches gilt für den Massenstrom, der sich um ca. 25 % verringert. Der Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes ist mit ca. 64 % noch stärker ausgeprägt. Das Kaltluftquellgebiet für dieses Beispiel stellt die Freifläche dar, die sich nördlich des Dahlwitzer Forstes anschließt. Sie hebt sich hierbei mit Luftwechselraten bis über 20 pro Rasterzelle und Stunde deutlich von den überbauten Flächen ab (vgl. Abb. 9). Die Reichweite dieser Luftbewegung liegt gegen 22.00 Uhr zwischen 1100 m nördlich der Bundesstraße 5 im Bereich der S-Bahntrasse und 1800 m in Richtung auf den Hönower Damm. Dort vereinigt sie sich mit dem Flurwind aus dem Kaulsdorfer Busch und fließt nach Norden, wo am Mahlsdorfer S-Bahnhof die Windgeschwindigkeit schließlich auf unter 0,2 m/s absinkt. Bis um 06:00 Uhr bleibt die Eindringtiefe nahezu erhalten. Lediglich die Strömungsrichtung ändert sich auf eine südwestliche Tendenz. Die mittleren Rasterzellenwerte übertreffen bis auf den Massenstrom die des Gebietes Wilmersdorf(A) geringfügig (vgl. Tab. 4). Der wesentliche Unterschied ist jedoch in dem schwächeren Rückgang der Werteausprägungen bis zum frühen Morgen zu sehen. Analog zu den bereits beschriebenen Untersuchungsgebieten wird auch hier die Situation anhand von 9 Rasterzellen entlang eines ausgewählten Streckenabschnittes untersucht. Für die Betrachtung des Kaltlufthaushaltes im Vertiefungsgebiet soll an dieser Stelle der südwestliche Teil des Flughafens Tempelhof dienen, wobei hier ein 450 m langer Abschnitt entlang des Tempelhofer Damms ausgewählt wurde (vgl. Abb. 10). Bei der Betrachtung des Luftaustausches pro Rasterzelle / h ist die zu durchströmende Strecke maßgeblich. Um nun einen Vergleich zwischen den zwei Rasterweiten zu ermöglichen, muss der Zellenwert des hier betrachteten 50 m Rasters durch 4 dividiert werden, um ihn mit dem 200 m-Wert vergleichbar zu machen. Hinsichtlich der Luftwechselrate sind auf dem Flughafengelände mit dem Vorfeldbereich sowie der Kreuzung Tempelhofer Damm / Autobahn A 100 zwei Areale mit vergleichsweise hoher stündlicher Austauschrate von über 80 pro Rasterzelle erkennbar. Bezogen auf das 200 m Raster, welches für das Stadtgebiet angewendet wurde, entspricht dies einem Zellenwert von 20 und ist von der Wertausprägung her mit dem Beispiel Wilmersdorf(A) vergleichbar. Trotz der auch flächenhaft hohen Austauschrate wird die Entfaltung des auf dem Vorfeld entstehenden Flurwindes sowohl um 22.00 Uhr als auch um 06.00 Uhr durch die Abfertigungsgebäude beeinträchtigt. Durch die Umsetzung der Strukturhöhen in das Rechenraster für die FITNAH-Simulation ergibt sich eine mittlere Strukturhöhe, die dazu führt, dass einzelne Hindernisse, die nominell höher als 5 m sind, überströmt werden könnten. Hingegen kann sich um 22.00 Uhr entlang des betrachteten Streckenabschnitts ein Flurwind ausbilden, der mit einer westlichen Strömung entlang der Autobahn A 100 und einer Länge von maximal 450 m im Vergleich zu den anderen Standorten eher schwach ausgeprägt ist. Ihm steht zu diesem Zeitpunkt eine ostwärts gerichtete Kaltluftbewegung aus den Kleingartenkolonien des Südgeländes Schöneberg gegenüber. Die Manteuffelstraße stellt sich dabei gewissermaßen als Trennungslinie beider Flurwinde dar. Bis zum Zeitpunkt 06.:00 Uhr ist letztgenannter Flurwind aus dem Koloniegelände nahezu zum Erliegen gekommen, während sich die Reichweite des vom Flughafen Tempelhof ausgehenden Flurwindes auf ca. 800 m verdoppelt und bis zu 200 m nach Süden in den Tempelhofer Damm eindringt (vgl. Abb. 10). Tabelle 5 fasst die Ergebnisse für den betrachteten Ausschnitt des Kerngebietes zusammen. Dabei wird deutlich, dass sich die berechneten Werte im Verlauf der Nacht geringfügig erhöhen und sich dadurch in ihrer Tendenz von den Gebieten (A) und (B) unterscheiden. Dies liegt in der hohen räumlichen Auflösung des 50 m Rasters begründet, in dem sich eine Verlagerung der Rasterzellen mit einer hohen Luftaustauschrate in Richtung auf die Bebauung abzeichnet. Für den sich westlich des betrachteten Streckenabschnitts und in Strömungsrichtung des Flurwindes anschließenden Bereich wurde das Kaltluftvolumen auf Basis des Luftaustausches ermittelt. Hierbei sind auf einer Fläche von ca. 20 Hektar die Rasterzellen berücksichtigt worden, die sich an den Streckenabschnitt westlich des Flughafens anschließen und für die eine Windgeschwindigkeit > 0,2 m/s nachgewiesen werden konnte. Die Höhe dieser bodennahen Rasterzellen beträgt 5 m, woraus sich ein Volumen von 12 500 m 3 pro Zelle ergibt. Für den genannten Bereich lässt sich ein stündlicher Luftaustausch von 5,52 Mio. m 3 beziffern. Daraus ergibt sich in diesem Teilausschnitt, hochgerechnet auf eine Nacht von 8 Stunden, ein von den Kaltluftproduktionsflächen des Flughafens induzierter Luftaustausch in der bodennahen Luftschicht (bis 5 m ü. Grund) von insgesamt 43,36 Mio. m 3 .
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 98 |
| Land | 10 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 88 |
| Text | 11 |
| unbekannt | 8 |
| License | Count |
|---|---|
| closed | 14 |
| open | 88 |
| unknown | 5 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 102 |
| Englisch | 49 |
| unbekannt | 1 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 1 |
| Dokument | 8 |
| Keine | 71 |
| Webseite | 34 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 100 |
| Lebewesen & Lebensräume | 100 |
| Luft | 101 |
| Mensch & Umwelt | 107 |
| Wasser | 93 |
| Weitere | 107 |