Alle drei Monate (September, Oktober, November) waren wärmer als der langjährige Durchschnitt in diesen Monaten. So lag die Mitteltemperatur des meteorologischen Herbstes 2019 in Sachsen-Anhalt mit 10,5 °C um 1,3 K über dem langjährigen Mittelwert der Jahre 1961 bis 1990 (9,2 °C). September und Oktober zeigten sich in wechselnden Abschnitten freundlich und sonnig oder niederschlagsreich. Die Sonnenscheindauer erreichte somit im September mit 164,6 h ein Plus von 20,7 h und im Oktober mit 119,1 h ein Plus von 14,8 h über dem durchschnittlichen Soll (143,8 h im September und 104,3 h im Oktober). Der November gestaltete sich bezüglich der Sonnenscheindauer eher durchschnittlich. So herrschten wiederholt neblige Verhältnisse. Diese wurden durch eine lang anhaltende Inversionswetterlage hervorgerufen, die die vorherrschende Luftmasse am Boden gefangen hielt. So spielten sich die wetterbestimmenden Prozesse vor allem in der Grenzschicht in Bodennähe ab. Durch nächtliche Ausstrahlung kam es wiederholt zu Nebel und Hochnebel, welcher sich oft auch bis zum Tagesmitte nicht auflösen konnte. In Abbildung 1 sind beispielhaft für die Station Bernburg einige grundlegende Messdaten des DWD in täglicher Auflösung für den Herbst 2019 dargestellt. Im Verlauf des Herbstes zeigt sich die tendenzielle Abnahme der Tagesmitteltemperatur (rote Linie) hin zum Winter, mit kurzer milderer Phase im Oktober. Das Tagesmittel der relativen Feuchte (graue Linie) zeigt in der zweiten Hälfte des Novembers hohe Werte auf. Dies deutet das Potenzial zur Nebelbildung an. Weiterhin ist das Wechselspiel von Niederschlagsmenge (blaue Balken) und Sonnenscheindauer (gelbe Balken) im September und Anfang Oktober erkennbar: Tage mit Niederschlag hatten tendenziell eine geringere Sonnenscheindauer. Weiterhin wurde das Niederschlagssoll im September und Oktober maßgeblich von Tagen mit hohen Niederschlagssummen gefüllt: So brachten beispielsweise der 09.09. mit 16,5 mm und der 04.10. mit 28,1 mm hohe Niederschlagsmengen. Die Sonnenscheindauer nimmt schon aus astronomischen Gründen zum Winter hin ab: Die Tage werden kürzer. Sie wird jedoch auch von Feuchte- und Niederschlagsverhältnissen beeinflusst. Dies zeigt sich besonders deutlich im November 2019. Für alle Daten gilt, soweit nicht anders gekennzeichnet: Quelle DWD Nach dem März 2019 war der September 2019 mit 50,2 mm Niederschlag der erste Monat mit überdurchschnittlichem Niederschlag in Sachsen-Anhalt (im Vergleich zur Referenzperiode 1961 bis 1990 mit 41,6 mm). Damit endete die meteorologische Dürre des Sommerhalbjahres 2019. So schwächten der September und Oktober 2019 den Wassermangel der letzten Monate ab, während der November mit 37,9 mm (42,9 mm 1) wieder leicht unterdurchschnittlich ausfiel. Insgesamt zeigte sich für die drei Monate mit 145,4 mm (120,1 mm) ein Überschuss an Niederschlag. Die Dürre des Oberbodens in Sachsen-Anhalt konnte so zum Ende des meteorologischen Herbstes am 30.11. überwunden werden. In den tieferen Bodenschichten dauert die Dürre weiterhin an. Es bleibt auf den kommenden Winter zu hoffen, der den Bodenwasserhaushalt ausgleichen könnte, damit die Vegetationsperiode des nächsten Jahres mit besseren Bedingungen startet als die letzte. 1 In der Klammer sind jeweils die Vergleichswerte der Referenzperiode 1961 bis 1990 angegeben. Dürremonitor des Helmholtz Zentrums für Umweltforschung (UFZ) Leipzig
Nachfolgend wird eine gemeinsame Beschreibung für alle Einzelauswertungen der Modellrechnungen präsentiert. Zur schnelleren Orientierung im Text werden Verknüpfungen zu den einzelnen Schwerpunktbereichen angeboten: 04.10.1 Bodennahes Windfeld und Kaltluftvolumenstrom (22:00 Uhr und 04:00 Uhr) 04.10.2 Lufttemperatur (14:00 Uhr und 04:00 Uhr) 04.10.3 Strahlungstemperatur (14:00 Uhr und 04:00 Uhr) 04.10.4 Nächtliche Abkühlung zwischen 22:00 und 04:00 Uhr) 04.10.5 Bewertungsindex Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) 04.10.6 Anzahl meteorologischer Kennwerte im Mittel der Jahre 2001-2010 Anzahl der Sommertage Anzahl der Hitzetage Anzahl der Tropennächte 04.10.7 Klimaanalysekarte Innerhalb der genannten Themen werden als weitere Differenzierungen in den Karten die unterschiedlichen räumlichen Strukturen (Raster, Block) sowie die verschiedenen Zeitpunkte und Höhenschnitte getrennt voneinander abgebildet. Diese unterschiedlichen Informationen sind je Thema über die Ebenenschaltung des Geoportals wählbar. Die Modellrechnungen wurden jeweils abends zur Zeit des Sonnenunterganges gestartet und bis Sonnenaufgang des übernächsten Tages durchgeführt. Die Zeitschnitte, zu denen die Modellergebnisse ausgelesen werden sollen, können prinzipiell frei ausgewählt werden (Minuten bis Stunden). Ausgewertet und in Form von Karten dargestellt werden die einzelnen Klimaparameter zu verschiedenen prägnanten Zeitpunkten (MEZ) , die Rückschlüsse auf klimatische Funktionen und Bedeutungen zulassen. 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 04:00 Uhr Termin steht für die maximale Abkühlung innerhalb des Stadtkörpers in einer hochsommerlichen Strahlungsnacht. Beide Zeitpunkte sind daher vor allem für die Charakterisierung des nächtlichen Luftaustausches relevant. Der Zeitschnitt 14:00 Uhr ist darüber hinaus für die Beurteilung der bioklimatischen Situation am Tage geeignet, da zu diesem Zeitpunkt sowohl die solare Einstrahlung und in ihrer Folge auch die Lufttemperaturen stark ausgeprägt sind. Der Zeitpunkt 14:00 Uhr als Auswertezeit war darüber hinaus auch notwendig für die in der aktuellen Fassung der Planungshinweiskarten neu einbezogene Bewertung der bioklimatischen Belastungen während des Tages (SenStadtUm 2016). Die Analysekarten 04.10.1 bis 04.10.5 liegen sowohl rasterbasiert als auch in blockbezogener Form vor. Dabei wird der statistische, nicht gewichtete Mittelwert aller den Block bzw. die Blockteilfläche schneidenden Rasterzellen dargestellt. Die meteorologischen Kenntage (Karten 04.10.6) sowie die Klimaanalysekarte (Karte 04.10.7) liegen hingegen nur blockbezogen vor, da diese nicht direkt modelliert, sondern aus den rasterbasierten Ergebnissen der Klimamodellierung abgeleitet wurden. Im Folgenden werden einzelne, exemplarische Ergebnisse der Modellrechnungen für das gesamte Stadtgebiet kurz dargestellt. Allgemeine Anmerkungen 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 den Luftmassentransport bewerkstelligen kann, notwendig. Die bodennahe Temperaturverteilung bedingt horizontale Luftdruckunterschiede, die wiederum Auslöser für lokale thermische Windsysteme sind. Ausgangspunkt dieses Prozesses sind die nächtlichen Temperaturunterschiede, die sich zwischen Siedlungsräumen und vegetationsgeprägten Freiflächen einstellen. An den geneigten Flächen setzt sich abgekühlte und damit schwerere Luft in Richtung zur tiefsten Stelle des Geländes in Bewegung. So entstehen an den Hängen die nächtlichen Kaltluftabflüsse (u.a. Mosimann et al. 1999). Die Windgeschwindigkeit dieses kleinräumigen Phänomens wird in erster Linie durch das Temperaturdefizit zur umgebenden Luft und durch die Neigung des Geländes bestimmt. Neben den orographisch bedingten Strömungen mit Kaltluftabflüssen bilden sich auch so genannte Flur-/Strukturwinde, d.h. eine direkte Ausgleichsströmung vom hohen zum tiefen Luftdruck aus. Sie entstehen, wenn sich stark überbaute oder versiegelte Gebiete stärker erwärmen als umliegende Freiflächen, und dadurch ein thermisches Tief über den urbanen Gebieten entsteht. Der resultierende Druckgradient kann daraufhin durch einströmende kühlere Luftmassen aus dem Umland ausgeglichen werden (u.a. Kiese et al. 1992). Für die Ausprägung dieser Strömungen ist es wichtig, dass die Luft über eine gewisse Strecke beschleunigt werden kann und nicht durch vorhandene Hindernisse wie Bebauung abgebremst wird. Die Flur-/ Strukturwinde sind eng begrenzte, oftmals nur schwach ausgeprägte Strömungsphänomene, die bereits durch einen schwachen überlagernden Wind überdeckt werden können. Ihre Geschwindigkeit liegt meist unterhalb von 0,2 m/s (Mosimann et al. 1999). Die landnutzungstypischen Temperaturunterschiede beginnen sich schon kurz nach Sonnenuntergang herauszubilden und können die ganze Nacht über andauern. Dabei erweisen sich insbesondere Wiesen- und Ackerflächen als kaltluftproduktiv. Abhängig von den Oberflächeneigenschaft und Abkühlungsraten geht damit die rasche Entwicklung von Kaltluftströmungen einher, die zunächst vertikal nur von geringer Mächtigkeit (5-10m Schichthöhe) sind und sich zwischen der Vielzahl der unterschiedlich temperierten Flächen ausbilden. Karteninhalt Klimaökologische Ausgleichswirkungen gehen potenziell von allen unbebauten und unversiegelten Arealen aus, inner- wie außerhalb des Stadtgebietes. Inwieweit dieses Potenzial auch zur Entfaltung kommen kann, hängt von jeweiligen Rahmenbedingungen ab, die von der Flächengröße, der Vegetationsstruktur, der Lage im Stadtgebiet sowie dem baulich geprägten Umfeld abhängen. Die im Verhältnis zu anderen Metropolen noch große Anzahl innerstädtischer Freiflächen ist für eine topografisch weitgehend ungegliederte Stadt wie Berlin von großem Wert, da hier die stadtklimatischen Ausgleichsleitungen für den Kernbereich der Stadt vorrangig durch die thermisch bedingten Zirkulationen erfolgt, die wiederum eine möglichst große Nähe von Grün- und bebauten Flächen zueinander erfordert (vgl. Karte 4.11, Planungshinweise Stadtklima 2015, Abb. 8). 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 (Reflexionsvermögen) 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 Raster-Kartenebenen stellen das sich zu den nächtlichen Analysezeitpunkten 22:00 und 04:00 Uhr in 10m x 10m Auflösung ausgeprägte Kaltluftströmungsfeld bodennah in 2m sowie auf Dachniveau in 22m über Grund dar. Die Windfeld in Form der Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit wird über die Pfeilrichtung und Pfeillänge in Form von Vektoren. für alle Zellen des Modellrasters mit einer klimatisch relevanten Mindestgeschwindigkeit von ≥ 0,05m/s abgebildet. Ergänzt werden diese rasterbezogenen Daten durch die Darstellung des Kaltluftvolumenstroms als Flächenwert in m³/s. Unter dem Begriff Kaltluftvolumenstrom versteht man das Produkt aus der Fließgeschwindigkeit der Kaltluft, ihrer vertikalen (Schichthöhe) und horizontalen Ausdehnung des durchflossenen Querschnitts (Durchflussbreite). Er beschreibt somit diejenige Menge an Kaltluft in der Einheit m³, die in jeder Sekunde durch eine – in diesem Fall – 10m x 10m Rasterzelle strömt (vgl. Abb. 9). Der Volumenstrom ist damit ein Maß für den Zustrom von Kaltluft und bestimmt die Größenordnung des Durchlüftungspotenzials. Da er ein über die Höhe integrierter Parameter ist, erfolgt keine Darstellung für das Dachniveau. Abgebildet sind alle Zellen des 10m x 10m Rasters mit einem Wert von >60m³/s, für die eine potenzielle klimaökologische Wirksamkeit bestimmt wird. Die qualitative Bewertung dieser meteorologischen Größe zeigt Tab. 2. Die Einstufung des rasterbasierten Kaltluftvolumenstrom orientiert sich an dem in der VDI-Richtlinie 3785 Blatt 1 (VDI 2008) beschriebenen Verfahren zur Z-Transformation. Dieses Vorgehen legt das lokale/regionale Werteniveau in einem Untersuchungsraum zugrunde und bewertet die Abweichung eines Parameters von den mittleren Verhältnissen in diesem Gebiet. Als Resultat ergeben sich mittels dieser Methode vier Bewertungskategorien der Stufung sehr günstig / günstig / weniger günstig / ungünstig. Die Eindringtiefe der Kaltluft in die Siedlungsräume und damit auch das Maß der bioklimatischen Gunstwirkung während sommerlicher Hochdruckwetterlagen hängt von der Bebauungsstruktur und der Intensität der Kaltluftdynamik ab. Entsprechend der zunehmenden Bebauungshöhe und -dichte wird etwa Einzel- und Reihenhausbebauung besser durchströmt als eine Block- und Blockrandbebauung. Zum Analysezeitpunkt 22:00 Uhr kurz nach Sonnenuntergang setzt abendliche Abkühlungsphase ein, die in ihrer Intensität von den jeweiligen Strkturen abhängt und damit auch das sich ausbildende Kaltluftströmungsfeld beeinflusst.Im Umfeld innerstädtischer Grün- und Freiflächen handelt es sich dabei meist um eher kleinräumig ausgeprägte Luftaustauschprozesse, bei denen der Kaltluftvolumenstrom kaum über 90m³/s hinausgeht. Die Kaltluft wirkt, abhängig von der Größe einer Kaltluft produzierenden Fläche und der umgebenden Bebauung, zwischen 50m und 300m in die Bebauung ein. Dies macht deutlich, dass vor allem eine ausreichende Zahl und günstige Lage dieser Entlastungsflächen für die Reduzierung innerstädtischer Belastungen von Bedeutung ist. Hohe bzw. sehr hohe Volumenströme sind zu diesem Zeitschnitt lediglich in den Randbezirken zu beobachten und stehen meist im Zusammenhang mit lokalen Kaltluftabflüssen. Diese sind am östlichen Havelufer entlang des Grunewaldes oder südlich des Großen Müggelsees im Stadtforst Bürgerheide anzutreffen. Zum Zeitpunkt 04:00 Uhr ist die Abkühlung der Grün- und Freiflächen und damit auch die Kaltluftproduktion deutlich fortgeschritten Die Spanne der Eindringtiefe variiert spürbar und beträgt, abhängig von den baustrukturellen Bedingungen, zwischen 100m und mehr als 1000m. In Bereichen durchgrünter Siedlungstypen kommt zusätzlich noch deren ‚eigenbürtige‘ Erzeugung von Kaltluft hinzu, die sich dann günstigen bioklimatischen Bedingungen dort niederschlägt (SenStadtUm 2016). Teile der innerstädtischen Block- und Blockrandbebauung sowie der bezirklichen Zentren werden hingegen auch in der zweiten Nachthälfte nicht nennenswert von Kaltluft durchströmt, da ihre hohe Bebauungsdichte und das damit höhere Temperaturniveau etwaige Kaltluftströmungen abschwächen, soweit sie sich überhaupt im potenziellen Einwirkbereich von Auzsgleichsflächen befinden. Allgemeine Anmerkungen 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 etwa 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 (Reflexionsvermögen) 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 für den Transport von fühlbarer und latenter Energie vom Erdboden weg oder zu diesem hin (vgl. Karte 04.06 Oberflächentemperatur bei Tag und Nacht, Ausgabe 2001 ). Alle genannten Prozesse sind über die Energiebilanz des Erdbodens miteinander verknüpft und bestimmen die Temperatur der Oberflächen und der darüber liegenden Luftschichten. Karteninhalt Die Temperaturverhältnisse der bodennahen Atmosphäre werden ebenfalls auf Raster- und Blockbasis sowie zu unterschiedlichen Tageszeiten als Ebenen der Hauptkarte abgebildet. Generell sind zwar die nächtlichen Temperaturverteilungen aussagekräftiger zur Bewertung der klimatischen Potenziale an Ent- und Belastung von Flächen, jedoch zeigen sich auch in den Mittagsstunden ( 14:00 Uhr ) entsprechend der Flächenverteilung d charakteristische Unterschiede. Sowohl versiegelte Areale als auch rasengeprägte Freiflächen werden tagsüber stark aufgeheizt, was auf die intensive Sonneneinstrahlung, den Mangel an Verschattung sowie die starke Erwärmung der bodennahen Luftschicht zurückzuführen ist. Die auftretenden Temperaturen können hier zwischen 30°C und 32°C betragen, welche im Rahmen der modellierten sommerlichen Situation die höchsten Werte darstellt. Sowohl Waldflächen als auch größere innerstädtische Grünanlagen wie der Große Tiergarten weisen um diese Zeit in ihren baumbestandenen Teilen etwa 3K niedrigere Temperaturen auf. Baulich geprägte Gebiete liegen in ihrem Temperaturniveau zwar insgesamt höher, jedoch ist hier in der Rasterdarstellung eine die jeweilige kleinräumige Situation widerspiegelnde Differenzierung des Temperaturverhaltens festzustellen. Dies ist ein Ergebnis der mit dieser Version der Klimamodellierung einhergehenden weiteren Detaillierung von Datengrundlagen und Modellraster. Dadurch wird es nunmehr möglich, beispielsweise Rasterzellen mit Bäumen oder Rasen in ihrem Temperaturverhalten von versiegelten Flächen zu unterscheiden und entsprechend unterschiedlich zu bewerten. Die blockbezogene Aggregation glättet die Unterschiede durch die nicht gewichtete Mittelwertbildung. Über Wasserflächen sind aufgrund ihrer spezifischen Wärmekapazität die niedrigsten Werte anzutreffen, sie verhalten sich sehr homogen und wirken tagsüber klimatisch ausgleichend. In Abhängigkeit von den individuellen Oberflächeneigenschaften der verschiedenen Landnutzungen kühlt sich die Erdoberfläche im Laufe der Nacht unterschiedlich stark ab, die Temperaturverteilung um 04:00 Uhr morgens spiegelt in etwa den Zeitpunkt der stärksten Abkühlung wider. Während bei Wasserflächen diese Abkühlung aufgrund des guten Wärmespeichervermögens nur sehr gering ausfällt, zeigen Freiflächen wie Äcker und Wiesen einen starken Temperaturrückgang. Dies liegt in der ungehinderten, langwelligen Ausstrahlung dieser Flächen begründet, wobei der Bodenwärmestrom durch Trockenheit zusätzlich reduziert werden kann. 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 mehr oder weniger bebauten 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 städtisch geprägten Gebiete bleiben somit insgesamt wärmer. Die Temperaturunterschiede zum unbebauten Stadtrand bzw. dem Umland können in den frühen Morgenstunden mehr als 8K betragen. Diese großen horizontalen Unterschiede werden in der Benachbarung zu innerstädtischen Freiflächen nicht ganz erreicht, z.T. findet auch ein negativer Einfluss aus den bebauten Bereichen in die Grünflächen statt. Allgemeine Anmerkungen Die Strahlungstemperatur ist eine wichtige Komponente für die Berechnung der bioklimatischen Bewertungsindices, wie den hier genutzten Indikator PET (vgl. Karte 04.10.5), da sie einen großen Einfluss auf die Wärmebilanz des Menschen hat. Sie ist definiert als „einheitliche Temperatur einer schwarz strahlenden Umschließungsfläche, die zum gleichen Strahlungsenergiegewinn eines Menschen führt wie die aktuellen…kurz- und langwelligen Strahlungsflüsse“ (Matzarakis, A., Rutz, F., Mayer, H., 2000). Sie berücksichtigt die verschiedenen Strahlungsflüsse auf den Menschen, wozu die direkte (kurzwellige) Sonnenstrahlung, die diffuse Himmelsstrahlung, die kurzwellige Reflexstrahlung, die Gegenstrahlung der Atmosphäre sowie die von den Oberflächen ausgehende Infrarotstrahlung zählen. Die berechneten Größen in °C dürfen jedoch aufgrund dieser komplexen Werte-Zusammensetzung nicht direkt mit den Lufttemperaturwerten des betrachteten Rasters bzw. Blockes gleichgesetzt werden. Den unterschiedlichen Tagesverlauf der Strahlungs- und Lufttemperatur verdeutlicht Abb. 10. Die Strahlungstemperatur um 14:00 Uhr zeigt dass die Ausprägung dieses Parameters vor allem über die solare Einstrahlung gesteuert wird. Dabei weisen sowohl Äcker und Wiesen als auch versiegelte Flächen die höchsten Werte auf. In Waldflächen liegt aufgrund der Schattenwirkung des Kronendaches die niedrigste Strahlungstemperatur vor. In den Siedlungsflächen wird, bedingt durch das Nebeneinander von Gebäuden, versiegelter Fläche und Bäumen, ein kleinräumiges Mosaik von hohen und niedrigen Temperaturen berechnet. Das Werteniveau über Gewässerflächen liegt zwischen dem von Wald- und Siedlungsarealen. Dies ist zurückzuführen auf die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers, seine besondere Art der Strahlungsabsorption und die im Wasserkörper stattfindenden turbulenten Durchmischungsvorgänge. Zum Zeitpunkt 04:00 Uhr wird die Strahlungstemperatur vor allem über die (langwellige) Wärmeausstrahlung der verschiedenen Oberflächenstrukturen gesteuert. Dabei sind die höchsten Werte innerhalb der dicht bebauten Siedlungsgebiete festzustellen, was auf das hohe Bauvolumen und deren Wärmeabgabe in den Nachtstunden zurückzuführen ist. Wenig niedriger ist die Strahlungstemperatur über den Wasserflächen , welche die tagsüber gespeicherte Wärme nun z.T. wieder abgeben. Über den größeren Wiesen und Ackerflächen liegen die niedrigsten Werte vor, da deren Oberflächen gleichzeitig auch die höchste nächtliche Abkühlung aufweisen. Analog zur Lufttemperatur ist die Strahlungstemperatur in Waldbeständen in den Nachtstunden höher als über Freiland, aber immer noch niedriger als in den Siedlungsflächen. Die mögliche Gesamtdifferenz zwischen den höchsten (dichte Blockbebauung) und niedrigsten Werten (offenes Freiland) liegt bei der Strahlungstemperatur in den Nachtstunden bei rund 9,5 ° Kelvin (K). Karte 04.10.4 zeigt die nächtliche Abkühlung Oberflächen der einzelnen Strukturen zwischen den Zeitpunkten 22:00 und 04:00 Uhr pro Rasterzelle bzw. als Blockmittelwert in Kelvin (K) pro Stunde. Das Ausmaß der Abkühlung kann dabei – je nach den landnutzungsabhängigen physikalischen Boden- und Oberflächeneigenschaften – große Unterschiede aufweisen. Die Stadtstrukturen zeichnen sich dahingehend in charakteristischer Weise ab. Die niedrigste Abkühlung liegt aufgrund deren hoher Wärmeleitfähigkeit und -kapazität über Gewässerflächen sowie den Siedlungsflächen mit hoher baulicher Dichte vor. Eine mäßige nächtliche Abkühlung ist in einem Großteil der übrigen Bebauung anzutreffen. Waldflächen und stark durchgrünte Siedlungstypen weisen dagegen deutlich höhere Abkühlungsraten auf. Diese ist über Äcker und Wiesen am stärksten ausgeprägt. Allgemeine Anmerkungen Meteorologische Parameter wirken nicht unabhängig voneinander auf den Menschen ein. Von besonderer Bedeutung ist die Bewertung des thermischen Wirkungskomplexes. Hier spielen alle Klimaparameter, die den Wärmehaushalt des Menschen direkt beeinflussen eine Rolle: Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und thermophysiologisch wirksame Strahlung. Zur Beurteilung des thermischen Wirkungskomplexes wurden die drei Verfahren Universal Thermal Climate Index (UTCI) Predicted Mean Vote (PMV) und Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) modelliert und verglichen. Zur Bewertung der Tagsituation ist im Ergebnis der Index PET herangezogen worden (Höppe und Mayer 1987). Gegenüber den ebenfalls berechneten Indizes wie dem bisher verwendeten PMV hat PET vor allem den Vorteil, aufgrund seiner °C-Einheit auch von Nichtfachleuten besser nachvollzogen werden zu können. Darüber hinaus handelt es sich bei dem PET um eine Größe, die sich in der Fachwelt mittlerweile zu einer Art „Quasi-Standard“ entwickelt hat und umweltmedizinische Gesichtspunkte stärker berücksichtigt, so dass sich die Ergebnisse aus Berlin grundsätzlich auch mit denen aus anderen Städten (auch außerhalb Deutschlands) vergleichen lassen. Der PET wurde aus dem Münchener Energiebilanzmodell MEMI abgeleitet und beruht wie auch die anderen Verfahren auf dem Wärmeaustausch des Menschen mit seiner Umgebung (Höppe 1984). In Tab. 3 werden – bezogen nur auf die Tagesstunden – das thermische Empfinden (abgeleitet aus dem Verhalten einer „Standardperson“, die eine mittlere thermische Empfindlichkeit repräsentiert) und die physiologische Belastungsstufe dem Index PET gegenübergestellt. Bei 20°C stellt sich eine optimale Behaglichkeit ein. Bei höheren Werten liegt eine Wärmebelastung vor, während sich bei tieferen Werten Kältestress ergibt. Die PET-Werte um 14:00 Uhr zeigen eine starke Abhängigkeit der auftretenden Wärmebelastung am Tage von der örtlichen Verschattungssituation. Eine mäßige Wärmebelastung an wolkenlosen Sommertagen mit starker Sonneneinstrahlung weisen dementsprechend Waldbestände sowie durch von Bäumen und Gehölzen geprägte Flächen auf. Hier tragen die verminderte direkte Sonneneinstrahlung durch Schattenwurf der Vegetation und die Verdunstung von Wasser zum vergleichsweise geringen Belastungspotential bei. Aufgrund ihrer Aufenthaltsqualität insbesondere in der Nachbarschaft stärker überbauter Quartieren kommt daher den innerstädtischen Grünflächen eine hervorgehoben wichtige Rolle zu. Dem stehen die stark besonnten Areale gegenüber, wo die Wärmebelastung am Tage die höchsten Werte aufweist. Dabei werden über Rasenflächen ähnlich hohe Temperaturen erreicht wie über versiegelten Arealen. Die Situation am frühen Morgen für den Zeitschnitt 04:00 Uhr zeigt, dass Äcker und Wiesen – vor allem am Stadtrand und im Umland Berlins – kurz vor Sonnenaufgang stark abgekühlt haben, während die bebauten Stadträume in einem deutlich höheren Werteniveau verbleiben. Dieses wird lediglich durch die größeren innerstädtischen Grünflächen wie das Tempelhofer Feld, das Gleisdreieck oder den Großen Tiergarten unterbrochen, die sich je nach Vegetationsstruktur den PET-Werten der freien Flächen am Stadtrand oder im Umland angeglichen haben. Allgemeine Anmerkungen Bei Kenntnis der Häufigkeiten der Kenntage an einem Referenzstandort können die Häufigkeiten an anderer Stelle anhand der vorliegenden Temperaturdifferenz abgeschätzt werden. Auf Grundlage der simulierten Lufttemperaturen am Tage und in der Nacht am Messstandort Tempelhof (Bezugszeitraum 2001 bis 2010) wurde die Differenzen zur mittleren Temperatur pro ISU5-Block(teil)flächen bestimmt und die Häufigkeit der Kenntage pro Jahr ermittelt (vgl. Methode / ergänzende Hinweise). Die Anzahl der Hitzetage stellt eine Untermenge der Sommertage dar und ist daher in der Karte der Tage mit ≥ 25°C enthalten. Die Häufigkeit innerhalb der Siedlungsräume hängt von ihrer baulichen Dichte und ihrem Grünanteil ab. Daher weisen vor allem die Blöcke mit entsprechendem Überbauungsgrad und gegenläufigem Grünanteil wie Kerngebiete oder kerngebietsähnliche Nutzungen, Gewerbe- und Industriegebiete mit dichter Bebauung bzw. großflächiger Versiegelung sowie vergleichbare Flächentypen der Wohnbebauung die höchsten Werte sowohl bei den Sommer- als auch bei den Hitzetagen auf. Ebenfalls hohe Werte aufgrund des hohen Anteils offener rasengeprägter Abstandsflächen zeigen die Großsiedlungen und Punkthochhäuser welche sich am Tage stark erwärmen können. Dem stehen die mit einem ausgeprägten Baumbestand ausgestatteten durchgrünten Siedlungstypen wie z.B. in Charlottenburg-Wilmersdorf mit deutlich geringerer Anzahl an Sommer- und Hitzetagen gegenüber. Auch die Grün- und Freiflächen weisen eine große Spannweite auf, wobei über den Acker- und Rasenflächen aufgrund der intensiven Sonneneinstrahlung eine hohe Anzahl von Sommer- und Hitzetagen pro Block vorliegt. Aufgrund ihres Bestandsklimas ist die Häufigkeit innerhalb von Waldarealen am niedrigsten. Bei den nächtlichen Tiefsttemperaturen und damit auch bei der Anzahl der Tropennächte zeichnet sich in den Blockflächen deutlich der Einfluss der darin vorhandenen Bebauung und damit der städtische Wärmeinseleffekt ab. Die meisten Tropennächte sind somit in der City-Ost und Teilen der City-West zu erkennen. Dem stehen die durchgrünten Siedlungstypen bzw. die stadtrandnahe Bebauung mit einer geringen Anzahl gegenüber. Die übrige Bebauung nimmt in ihrem nächtlichen Temperaturniveau und damit in der Menge der Tropennächte eine mittlere Position ein. Acker- und Rasenflächen weisen aufgrund ihrer starken nächtlichen Abkühlung nur eine geringe Anzahl von Tropennächten auf. Diese ist bei Waldarealen etwas höher ausgeprägt und von der Menge her in etwa mit gut durchgrünten Siedlungsflächen wie z.B. Villenbebauung vergleichbar. Allgemeine Anmerkungen Die Klimaanalysekarte bildet den planungsrelevanten Ist-Zustand der Klimasituation ab. Dazu werden das Ausmaß der städtischen Überwärmung, die Ausgleichsleistungen kaltluftproduzierender Flächen sowie räumliche Beziehungen zwischen Ausgleichs- und Wirkungsräumen dargestellt. Einbezogen werden auch die Auswirkungen von Freiflächen des Umlandes auf das Stadtgebiet. Die Differenzierung der Raumeinheiten „Siedlungsraum“ und „Grün- und Freiflächenbestand “ folgt einer Systematik, die sich aus den Flächentypen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) (SenStadt 2010) ableitet. Vertiefende Informationen zur Ableitung dieser Raumeinheiten finden sich im Begleittext zur Planungshinweiskarte Stadtklima hier (SenStadtUm 2016). Abb. 11 stellt die räumliche Verteilung über das Stadtgebiet dar. Vegetationsbestandene Freiflächen mit nennenswerter Kaltluftproduktion stellen klima- und immissionsökologische Ausgleichsräume dar. Eine hohe langwellige nächtliche Ausstrahlung während austauscharmer Hochdruckwetterlagen führt zu einer starken Abkühlung der bodennahen Luftschicht. Die Menge der produzierten Kaltluft hängt ab vom vorherrschenden Vegetationstyp, den Bodeneigenschaften und der damit verbundenen nächtlichen Abkühlungsrate. Die Gesamtfläche der potenziell kaltluftproduzierenden Grünflächen innerhalb des Stadtgebietes beziffert sich auf ca. 351km², was einem Flächenanteil von rund 39,5% des gesamten Stadtgebietes entspricht und als hoch angesehen werden kann. Die Ausprägung der Kaltluftlieferung innerhalb von Grünarealen ist dabei zumeist räumlich differenziert. Oft weisen bei innerstädtischen Grünflächen die zentralen Bereiche einen eher niedrigen Kaltluftvolumenstrom auf im Vergleich zu den an die Bebauung angrenzenden Teilflächen. Dies ist darauf zurück zu führen, dass, angetrieben durch den Temperaturunterschied zwischen Freifläche und Bebauung, die Kaltluft erst beschleunigt werden muss und dann die Werte in Richtung auf die Bebauung zunehmen. Im Übergangsbereich von Grünfläche und Bebauung sind der Temperaturgradient und damit auch die Intensität des Luftaustausches am höchsten. Areale mit einem Volumenstrom >90m³/s werden in der Karte daher als Bereiche hohen und sehr hohen Luftaustausches hervorgehoben (vgl. Tab. 2). Zum Teil setzen sich diese Bereiche auch als Flächen mit der Inwertsetzung „Kaltlufteinwirkbereich im Siedlungsraum“ in die bebauten Gebiete fort. 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 Pichelssee und Ruhlebener Straße, der auf einer Länge von ca. 3km 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 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 Gutachtens des Deutschen Wetterdienstes (DWD 1996). Aufgrund der wenig ausgeprägten Orographie sind solch relieforientierte Luftleitbahnen aber eher selten. Ein wesentlicher Beitrag der Niederungsbereiche von Fließgewässern 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. Wie bereits im Kapitel Methode beschrieben, ist der nächtliche Wärmeinseleffekt mit Hilfe des statistischen Verfahrens der Z-Transformation der modellierten nächtlichen Lufttemperatur in 2m über Grund ermittelt worden. Mit diesem Vorgehen lässt sich eine räumliche Untergliederung des Siedlungsraumes nach dem Kriterium der nächtlichen Überwärmung gegenüber Freilandverhältnissen durchführen. Im Rahmen der Bestimmung der Bereiche mit bioklimatischer Belastung während der Nacht in der Planungshinweiskarte wurde ebenfalls die Verteilung der Lufttemperatur herangezogen (SenStadtUm 2016). Vor allem Gebiete mit der Klassifikation „Wärmeinseleffekt nicht vorhanden bzw. schwach“ stehen mehr oder weniger unter dem positiven Einfluss eines Kaltlufteinwirkbereiches und sind in diesen Fällen zumeist auch durch eine ausreichende Durchlüftung gekennzeichnet, deren Reichweite in die Bebauung zum einen abhängt von der Kaltluftproduktivität (auch in der Bebauung selbst), zum anderen aber auch von der Hinderniswirkung des jeweiligen Bebauungstyps. Vor allem in den dichten bebauten Quartieren können auch im Einflussbereich von kaltluftproduzierenden Flächen stehende Blöcke als Flächen mit mäßigem bis starken Wärmeinseleffekt in den Nachtstunden bewertet werden. Diese lokalen Phänomene deuten darauf hin, dass in diesen Fällen die Wirkung der herangeführten Kaltluft nicht ausreicht, eine deutliche Minderung der Lufttemperatur herbeizuführen. Dem stehen die Siedlungsflächen mit hohem Durchgrünungsgrad gegenüber, welche nur eine schwache bzw. keine nächtliche Überwärmung aufweisen. Bebaute Gebiete mit klimarelevanter Funktion weisen eine offene Siedlungsstruktur mit einem Gesamtversiegelungsgrad von weniger als 30% sowie keine oder höchstens geringe Überwärmung auf; sie tragen damit potenziell zur lokalen Kaltluftentstehung bei. Der konkrete lokale Effekt ist jedoch von der jeweiligen örtlichen Situation, d.h. z.B. wesentlich von der Vegetationsausstattung abhängig. Typische Flächentypen sind diejenigen der Einzel-, Reihen- und Doppelhäuser bzw. generell der Bebauung mit Gärten und Umgrünung. Oft grenzen sie an Kaltluft produzierende Grünareale an und tragen so zur Durchlüftung von weiter entfernten Siedlungsflächen mit nächtlicher Überwärmung bei. Strukturen, die den Luftaustausch ermöglichen und Kaltluft heranführen, sind das zentrale Bindeglied zwischen Ausgleichsräumen und bioklimatisch belasteten Wirkungsräumen. Leitbahnen sollten generell eine geringe Oberflächenrauigkeit aufweisen, wobei gehölzarme Tal- und Auenbereiche, größere Grünflächen (vor allem mit ihren offenen, niedrig bewachsenen Bereichen) und Bahnareale als geeignete Strukturen in Frage kommen. Breite Straßen können aufgrund ihrer Immissionsbelastung nur dem Klimaausgleich, nicht jedoch dem Heranführen unbelasteter Luft dienen. Die Leitbahnen werden in der Klimaanalysekarte hinsichtlich des Prozessgeschehens untergliedert. Im ‚Idealfall‘ stellt eine kaltluftproduzierende Fläche auch einen Teilbereich einer Leitbahn dar. Es überwiegen die vorwiegend thermisch induzierten Leitbahntypen mit einer rein auf die nutzungsbedingten Temperaturunterschiede zurückzuführenden Ausgleichsströmung. Beispielhaft für solche Strömungsbereiche im innerstädtischen Bereich können die Kleingartenanlagen am Priesterweg angeführt werden, die Kaltluft vom Friedhof an der Bergstraße in Steglitz sowie vom Insulaner in Richtung Norden transportieren. Ähnlich verhält es sich bezüglich der Kleingartenanlagen am Heckerdamm sowie des Volksparks Rehberge, hier wird ein Teil der auf dem Flughafen Tegel produzierten Kaltluft in Richtung Innenstadt weitergeleitet. Insgesamt konzentrieren sich die erkannten thermisch induzierten Leitbahnen in folgenden Bereichen: nördlich der Linie Tegel – Lichtenberg westlich des Schlossparkes Charlottenburg bis zur Stadtgrenze in Staaken; z.T. wird Kaltluft aus dem nördlichen Gatower Feld sowie dem Umland herangeführt im Süden östlich der Stadtgrenze zu Groß-Ziethen in den Ortsteilen Rudow und Bohnsdorf. Flächen in der direkten Benachbarung Grün/Bebauung wurden nicht als Teil einer Leitbahn ausgewiesen. Vorwiegend orographisch induzierte Leitbahnen sind auf das östliche Stadtgebiet konzentriert. Dabei handelt es sich um Talbereiche etwa der Wuhle und des Mühlenfließes, die aufgrund ihrer Ausrichtung, Breite und Oberflächenbeschaffenheit Leitbahnfunktionen übernehmen. Im westlichen Stadtgebiet kann dahingehend die vom Grunewald ausgehende Tiefenlinie Hundekehlsee – Dianasee – Koenigssee – Halensee eingeordnet werden. Die Niederungen der größeren Fließgewässer wie Spree und Havel gehen über diese Funktion hinaus und besitzen zudem eine Eigenschaft als übergeordnete Luftleit- und Ventilationsbahnen . Sie begünstigen den Luftaustausch in der angrenzenden Bebauung auch bei stärkeren, übergeordneten Wetterlagen. Ein flächenhafter Kaltluftabfluss ist auf Areale mit Hangneigungen >1° begrenzt und tritt im Stadtgebiet Berlin aufgrund der vergleichsweise geringen Höhenunterschiede eher selten auf. Daher ist dieser Prozess an die wenigen Bereiche mit einer nennenswerten Hangneigung wie die des Grunewalds und der Köpenicker Bürgerheide gekoppelt. Darüber hinaus kann nördlich des Tegeler Sees, in Kaulsdorf sowie im Forst Düppel vereinzelt von einem Kaltluftabfluss ausgegangen werden. Die Kaltluftlieferung ist auf diesen geneigten Waldflächen überdurchschnittlich hoch, da die Ausstrahlung und damit die primäre Abkühlung hauptsächlich aus dem oberen Kronenbereich und nicht aus unmittelbarer Bodennähe erfolgt. Aufgrund der großen, ausstrahlenden Oberfläche des Bestandes fließt die Kaltluft auch im und über den Kronenbereich ab, statt erst in den Stammraum einzusinken (Groß 1989). Die lufthygienische Situation im Hauptstraßennetz wird über den Index der Luftbelastung auf Grundlage der Schadstoffe Stickstoffdioxid (NO 2 ) und Feinstaub (PM10) abgebildet (SenStadtUm 2011). Die räumliche Verteilung der Belastungssituation hängt eng mit den Verkehrsmengen sowie der entlang der Straßenabschnitte vorhandenen Bebauung zusammen. Letztere beeinflusst die Verdünnung und den Abtransport lufthygienisch belasteter Luftmassen, so das eine erhöhte Belastung vor allem in den dichter bebauten Stadträumen mit hohen Verkehrsmengen anzutreffen ist. Windfeldveränderungen, d.h. die Neigung zu starken Turbulenzen sowie Auf- und Abwinden können im Umfeld größerer Gebäude auftreten, wie sie in den Bebauungstypologien heterogener, innerstädtischer Mischbebauung, Großsiedlungen und Punkthochhäusern sowie Kerngebietsnutzungen vorliegen. Mit diesen Veränderungen sind einerseits positive Wirkungen wie stärkere Verwirbelung lufthygienischer Belastungen verbunden, andererseits treten jedoch auch vermehrt Einschränkungen im Windkomfort auf. Von den Gewässerflächen im Stadtgebiet Berlin geht an Tagen mit Wärmebelastung eine Kühlfunktion für das nähere Umfeld aus. Darüber hinaus dienen sie als Luftleit- und Ventilationsbahnen auch bei austauschstärkeren Wetterlagen. Lärmschutzeinrichtungen sind an Abschnitten entlang lärmemittierender Verkehrswege und entsprechend sensiblen Nutzungen vorhanden. Sie sind vor allem entlang der Bundesautobahn A 113 sowie entlang von Bahnstrecken im südlichen und westlichen Stadtgebiet ausgewiesen. Sie stellen in dieser Karte eine Zusatzinformation dar, da sie in der Modellierung im Hinblick auf ihren möglichen Einfluss auf die Ausbreitung von Luftmassen nicht exlizit berücksichtigt werden konnten. Nicht bewertete Flächen stellen Gewässer, einige Plätze, Gleise einschließlich umgebenden Gleisschotters dar. Nachfolgend werden anhand eines etwa 5km x 3km großen Beispielraums im Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf die modellierten Klimaparameter sowie die daraus abgeleitete Klimaanalysekarte (04.10.7) und die Planungshinweiskarte (04.11.1) (SenStadtUm 2016) erläutert. Der Text ergänzt damit die Inhalte des Kapitels Kartenbeschreibung. Allgemeine Anmerkungen Das Areal weist eine große Bandbreite der in Berlin vorhandenen Nutzungstypologien auf und ist daher besonders für eine vertiefende Darstellung der stadtklimatischen Zusammenhänge geeignet. Es erstreckt sich vom Grunewaldsee im Südwesten bis zum Hohenzollernplatz im Nordosten und wird durch den diagonalen Verlauf der Autobahn A 100 geprägt (vgl. Abb. 12). Rasterzellen, die Gebäude repräsentieren, sind in Schwarz dargestellt. Da sich das kleinskalige Windfeld in dem ausgewählten Ausschnitt nicht sinnvoll abbilden lässt, erfolgt die Darstellung des Kaltluftströmungsfelds am Beispiel des rasterbasierten Kaltluftvolumenstroms (vgl. Abb. 13). Der Kaltluftvolumenstrom weist auf großer Fläche ein hohes bis sehr hohes Werteniveau auf und reicht weit in die östlich umgebende Bebauung, was auf die intensive Kaltluftentstehung im Bereich des Grunewaldes zurückzuführen ist. Begünstigt wird dies überdies durch Kaltluftabflüsse, welche bei Hangneigungen von mehr als 1° über dem östlichen Grunewald auftreten. Dabei werden vor allem die angrenzenden stark durchgrünten Siedlungsflächen von einem sehr hohen Volumenstrom begünstigt. Aufgrund ihrer geringen Oberflächenrauigkeit und ihrer eigenen Kaltluftproduktion können diese Bebauungsstrukturen bereits aus sich heraus als positiv klimarelevant angesehen werden. Nach Osten hin weist der Volumenstrom bis zur A 100 noch einen hohen Wert auf und sinkt darüber hinaus auf ein mäßiges Niveau ab. Dies liegt in der allmählich ansteigende Bebauungsdichte und dem höheren Temperaturniveau begründet, welche den Kaltuftvolumenstrom abschwächen. Östlich der Brandenburgischen Straße geht er auf einen geringen Wert zurück. Im Kartenbild fallen weiterhin Oberflächenstrukturen auf, welche die Kaltluft weit in die Bebauung eindringen lassen. Dabei handelt es sich um gering überbaute, vegetationsgeprägte Flächen. Im Norden des dargestellten Ausschnittes tritt dahingehend die Grünachse Dianasee-Koenigssee-Halensee im Zusammenhang mit den angrenzenden Gleisanlagen als Kaltluftleitbahn mit einem sehr hohen Kaltluftvolumenstrom hervor. Südlich ist der Grünverbund Sommerbad Wilmersdorf-Friedhof Wilmersdorf/Fennsee als Luftaustauschbereich erkennbar. Der hohe bis sehr hohe Volumenstrom setzt sich über die Uhlandstraße hinaus bis in den Volkspark Wilmersdorf fort und verdeutlicht die Leitbahnpotenzial solcher Grünstrukturen. Videoanimation Kaltluftströmung Um die Wirkungsweise bodennaher Kaltluftströmungen zu verdeutlichen, wurde mit Hilfe des verwendeten Klimamodelles FITNAH 3D eine Video-Animation berechnet, die die Einflüsse der unterschiedlichen Flächennutzungen im Beispielraum Charlottenburg-Wilmersdorf auf ihre Umgebung verdeutlichen. Im Mittelpunkt stehen der Übergangsbereich vom Grunewald als bedeutende Kaltluft produzierende Waldfläche und die angrenzende Bebauung. Grundlage für die Darstellung ist der Kaltluftvolumenstrom, der, ausgehend vom Zeitpunkt 22:00 Uhr, in einer zeitlichen Auflösung von 7,5 Minuten bis 03:00 Uhr morgens ausgewertet wurde. Der Grunewald hat eine wichtige stadtklimatische Funktion als Kaltluftproduktionsfläche für die an ihn östlich angrenzenden Bebauungen in Charlottenburg-Wilmersdorf bzw. Steglitz-Zehlendorf. Diese Kaltuftlieferungen Richtung östlich angrenzender Bebauung sind in weiten Teilen vor allem durch Kaltluftabflüsse geprägt, die bei Hangneigungen von mehr als 1 ° auftreten können. Gespeist durch diese bodennahen Strömungen ist der Bereich nördlich des Halensees zwischen den S-Bahnhöhen Grunewald und Charlottenburg als Kaltluftleitbahn einzuordnen. Die besondere klimatische Funktion des Grunewaldes entlang seines rund 11 km langen Übergangbereiches zur Bebauung wurde bereits im Beschreibungstext zur Ausgabe 2009 ausführlich dargelegt ( SenStadt 2009). Die Animation soll die Funktionsweise kaltluftproduzierender Areale am Beispiel des östlichen Grunewaldes im Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf verdeutlichen. Eine hohe langwellige nächtliche Ausstrahlung während austauscharmer Hochdruckwetterlagen führt zu einer starken Abkühlung der bodennahen Luftschicht. In deren Folge fließt die Kaltluft bei Hangneigungen von mehr als 1 ° über das Gelände nach Osten hin in die angrenzende Bebauung ab. Dabei zeichnet sich der Bereich des gering überbauten Gleisareals südlich der Messe Berlin als Kaltluftleitbahn ab. Die Animation beruht auf einer Strömungsmodellierung unter Verwendung des Klimamodelles FITNAH 3D, für die insgesamt 40 Zeitschnitte berechnet worden sind. Dargestellt wird der Kaltluftvolumenstrom in qualitativer Ausprägung in vier Klassen. Während ein geringer Volumenstrom keine Flächenfarbe aufweist, wird ein mittlerer Wert in Grün abgebildet. Ein hoher bzw. sehr hoher Volumenstrom wird in Hellblau bzw. Dunkelblau dargestellt. Eine zweite Informationsebene stellen die überlagerten Trajektorien (Bahnkurven) einzelner Luftpakete dar, welche die Fließrichtung der Kaltluft repräsentieren. Die reale Integrationszeit der Animation beläuft sich auf 5 Stunden. Dabei weisen die Bereiche, in denen das Kaltluftvolumen und die Fließgeschwindigkeit im Verlauf einer Nacht ansteigen, eine konzentrische Zunahme auf. Aufgrund der intensiven Kaltluftentstehung erfolgt ein flächenhaftes Einwirken in die Siedlungsflächen. Ab etwa 01:00 Uhr morgens tritt ein sehr hoher Kaltluftvolumenstrom in Höhe der Hilde-Ephraim-Straße sowie im Umfeld des Autobahn-Dreiecks Funkturm auf. Im weiteren Verlauf der Nacht intensiviert sich der Zustrom von Kaltluft aus dem Grunewald, so dass dieser Bereich als Kaltluftleitbahn ausgewiesen ist. Diese Strukturen sind im stadtklimatischen Wirkungsgefüge als besonders schützenswert anzusehen. Das für 04.00 Uhr in der Nacht simulierte Temperaturfeld umfasst zwischen Minimalwerten von 13,9°C und Maximalwerten von 21.2°C eine Spannweite von etwa 7 Kelvin (K) (vgl. Abb. 14). Entsprechend der baustrukturellen Ausprägung nimmt das Temperaturniveau ausgehend vom Grunewald in Richtung City West allmählich zu. Die niedrigste Lufttemperatur ist mit 13,9°C nördlich des Grunewaldsees über der Rasenfläche des Hundekehlefenn festzustellen. Als weiteres herausragendes Kaltluftgebiet – auch aufgrund seiner Größe – heben sich innerhalb der Bebauungsbereiche die Kleingartenareale südlich der Forckenbeckstraße hervor. Hinsichtlich ihres Abkühlungsverhaltes etwas schwächer ausgeprägt liegen die Werte im Friedhof Wilmersdorf zwischen 14,5°C und 16°C; über den kleineren Grünflächen ist die nächtliche Abkühlung je nach Flächengröße weniger stark ausgeprägt. Innerhalb der bebauten Bereiche ist die Temperaturausprägung entsprechend der Verteilung von Bau- und Grünvolumen räumlich differenziert. Während größere begrünte Blockinnenhöfe vergleichsweise niedrige Lufttemperaturen von 17°C bis 18°C aufweisen können, liegen diese in (vollständig) versiegelten Höfen ähnlicher Größe sowie breiten Straßenräumen um bis zu 1,5 Kelvin (K) höher. Die durchgrünten Siedlungsflächen weisen Werte zwischen 16°C und 18°C auf. Auf diesem Niveau sind auch die Lufttemperaturen über Gewässerflächen einzuordnen. Als wichtige Einflussgröße für die Berechnung des bioklimatischen Bewertungsindex Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) wird die Ausprägung der Strahlungstemperatur am Tage vor allem durch die solare Einstrahlung bestimmt. In dem in Abb. 15 dargestellten Vertiefungsraum treten zur simulierten Mittagsstunde um 14:00 an einem strahlungsreichen Sommertag Werte von weniger als 35°C in 2 m Höhe nur in den baumgeprägten Nutzungen im Schatten auf. Daher sind die vergleichsweise niedrigen Temperaturen flächendeckend im Grunewald anzutreffen, während dies in den Siedlungsarealen an vorhandene Baumbestände gekoppelt ist. Somit sind in der an den Grunewald angrenzenden durchgrünten Siedlungen tendenziell niedrigere Werte anzutreffen als in der stärker versiegelten und weniger durchgrünten Bebauung östlich der A 100. Sowohl hier als auch in den breiten Straßenräumen kann die Strahlungstemperatur in nicht beschatteten Bereichen auf über 50°C ansteigen. Durch Straßenbäume etwa kann dieses Werteniveau lokal unterbrochen werden. Dahingehend zeichnen sich der Kurfürstendamm am oberen Bildrand sowie der diagonal durch das Gebiet verlaufende Hohenzollerndamm ab. Auffällig ist, dass auch die Rasenbereiche innerhalb von Grünflächen aufgrund fehlender Abschattung hohe Strahlungstemperaturen aufweisen, die nur geringfügig unter denen versiegelter Flächen liegen. Die nächtliche Abkühlung pro Raster zwischen 22:00 und 04:00 Uhr in einer strahlungsreichen Sommernacht zeigt Abb. 16, Die Abkühlung der verschiedenen nicht gebäudebestandenen Oberflächenstrukturen geht mit ihren jeweiligen thermischen Eigenschaften wie dem Wärmestrom einher. Dieser beeinflusst, wie viel Energie am Tage von einer Oberfläche aufgenommen und im Material gespeichert bzw. in den Nachtstunden wieder an die bodennahe Atmosphäre abgegeben wird. Entsprechend der baustrukturellen Ausprägung dominiert östlich der A 100 eine mäßige bis geringe nächtliche Abkühlung von -0,75 bis -0,25 Kelvin (K) pro Stunde, was auf den erhöhten Anteil versiegelter und überbauter Fläche zurückzuführen ist. Lediglich die in die Bebauung eingestreuten Grünareale weisen mit -1,0 bis -0,75 K eine hohe Abkühlungsrate auf. Diese ist flächenhaft vor allem im Grunewald bzw. den vorgelagerten durchgrünten Siedlungstypen sowie Grünflächen wie den Kleingärten an der Forckenbeckstrasse sowie dem Friedhof Wilmersdorf anzutreffen. Einhergehend mit der wärmespeichernden Eigenschaft des Wassers ist über Gewässerflächen eine ähnlich geringe nächtliche Abkühlung zu beobachten wie in den dichter bebauten Stadträumen. Zur Beurteilung der Wärmebelastung am Tage wird in der Planungshinweiskarte (Karte 04.11.1) die Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) herangezogen, welche auf dem Wärmeaustausch des Menschen mit seiner Umgebung beruht (Höppe 1984). Dabei spielen die strahlungsbezogenen Energieflüssen eine zentrale Rolle, so dass die räumliche Verteilung der PET eng mit der Ausprägung der Strahlungstemperatur verknüpft, Während über den Gewässerflächen die niedrigsten Werte von weniger als 30°C zu beobachten sind, tritt unter dem Schatten spendenden Kronendach des Grunewaldes eine PET von etwa 30°C bis 31°C auf (vgl. Abb. 17). Dieses Temperaturniveau setzt sich, abhängig von Baumbestand, auch in den angrenzenden durchgrünten Siedlungsflächen weiter fort. Daher weisen diese während sommerlicher Wetterlagen mit potenzieller Wärmebelastung über die Nachtsituation hinaus auch am Tage günstige bioklimatische Bedingungen auf. In den übrigen Stadtstrukturen sind Werte zwischen 33°C und 35°C anzutreffen, welche über den größeren stark besonnten Flächenanteilen auch darüber hinaus gehen können. Dahingehend treten der Verlauf der A 100, größere ebenerdig versiegelte Bereiche sowie Sportplätze hervor, die frei besonnt sind. In den Straßenräumen ist unter Bäumen die PET um 1 bis 2 K niedriger, so dass sie hier die Aufenthaltsqualität deutlich verbessern und das Gehen oder Radfahren im Schatten angenehmer gestalten. Die durch Rasen geprägten Anteile von Grün- und Freiflächen weisen dagegen ähnlich hohe Werte wie ein Großteil des Straßenraums auf. Die Spanne der in den dargestellten Ausschnitt auftretenden Temperaturen beträgt somit etwa 13 K. Zur Einordnung der Werte des PET hinsichtlich des thermischen Empfindens und der physiologischen Belastung vgl. Tab. 3. Im Rahmen der Stadtklimaanalyse wurden für die Block- und Blockteilflächen des ISU5 verschiedene Kenntage ermittelt (vgl. Methode) und die durchschnittliche Häufigkeit des Auftretens pro Jahr (bezogen auf den Zeitraum 2001-2010) berechnet (Gewässer- und Straßenflächen wurden nicht bewertet). Die Ausprägung der Sommertage (T_max ≥25°C) im Beispielraum zeigt Abb. 18. Flächentypen mit hohem Grünanteil weisen eine geringe Anzahl an Sommertagen auf. Während die Anzahl hier weniger als 42 Tage/Jahr beträgt, nimmt sie im Zusammenhang mit dem nach Osten hin ansteigenden Überbauungs- und Versiegelungsgrad zu. So tritt innerhalb der Blockrandbebauung im Bereich Hohenzollerndamm an 42 bis 44 Tagen/Jahr eine Maximumtemperatur von mindestens 25°C auf. Darüber hinaus ist häufig eine Anzahl von 46 bis 48 Sommertage/Jahr anzutreffen, etwa im Bereich des Stadions Wilmersdorf/Sommerbad; hier wird deutlich, dass sich frei besonnte Rasenflächen mit starker Erwärmung am Tage steigernd auf die Anzahl der Sommertage auswirken (dagegen in der nacht Flächen intensiver Abkühlung darstellen (vgl. Abb. 14 und Abb. 16). Östlich der A 100 steigt die Anzahl der Sommertage kleinräumig auch über 50 Tage/Jahr an. Die Spannweite der auftretenden Hitzetage/Jahr beträgt zwischen weniger als 5 im Grunewald und mehr als 12 über den größeren ebenerdig versiegelten Arealen z.B. im Umfeld des Messedamms oder im Bereich des Heizkraftwerks Wilmersdorf (vgl. Abb. 19). Darüber hinaus weisen auch die Gleisanlagen entlang der A 100 eine ähnlich hohe Anzahl an Sommertagen auf. Die Siedlungsflächen liegen wertebezogen zwischen diesen Extremen und verhalten sich – in abgemilderter Form – vergleichbar der Ausprägung an Sommertagen. Die Spanne der hier auftretenden Anzahl an Hitzetagen beträgt meist zwischen 7 und 11 Tage/Jahr. Die Ermittlung der Tropennächte pro Jahr gibt Aufschluss über das nächtliche Temperaturniveau und die damit einhergehende thermische Situation, da bei nächtlichen Minimumtemperaturen von ≥ 20°C bioklimatisch belastende Bedingungen auftreten können. Die Anzahl der Tropennächte/Jahr pro Blockfläche ist eng an das nächtliche Temperaturniveau gekoppelt. Dabei sind es vor allem die Areale mit einer geringen nächtlichen Abkühlung (vgl. Abb. 16), welche sich in Abb. 20 mit mehr als 8 Tropennächte/Jahr abzeichnen. Westlich der A 100 ist, einhergehend mit einer mäßigen bis hohen nächtlichen Abkühlung, auch die Anzahl der Tropennächte geringer. Sie beträgt in den Siedlungsflächen 5 bis 8 Nächte/Jahr und geht über dem Gleisareal westlich des Halensees sowie dem ausgedehnten Kleingartenareal südlich der Forckenbeckstrasse auf weniger als 4 Tropennächte/Jahr zurück und bestätigt deren intensives Kaltlufbildungspotenzial. Insgesamt gesehen spiegelt sich somit das Mosaik der verschiedenen Nutzungen und ihr klimatisches Verhalten über den Tagesverlauf deutlich in den Auswertungen der Kenntage wider. Die Klimaanalysekarte stellt das Hauptergebnis des Analyseteils der Klimamodellierung mit FITNAH 3D dar und beruht auf den beschriebenen meteorologischen Parametern. Aus der Abgrenzung von Produktions- und Wirkräumen sowie ihren verbindenden Strukturen ergibt sich ein komplexes Bild vom Prozesssystem der Luftaustauschströmungen des Gefüges an bebauten und begrünten Flächen. Die Grün- und Freiflächen werden in der Klimaanalysekarte als klimatische Ausgleichsräume dargestellt, wobei im betrachteten Beispielraum aufgrund des intensiven Luftaustausches ein Großteil davon auch einen klimaöokologisch wirksamen Kaltluftvolumenstrom aufweist. Lediglich die kleineren Grünflächen östlich der Brandenburgischen Straße fallen aus dieser Bewertung (vgl. Abb. 21). Ein Großteil der Siedlungsflächen liegt daher im Einwirkbereich dieser Kaltluftentstehungsgebiete , welche sich über die A 100 hinaus etwa bis in Höhe der Brandenburgischen Straße fortsetzen. Zudem sind die durchgrünten Siedlungsflächen als bebaute Gebiete mit klimarelevanter Funktion ausgewiesen. Ein nächtlicher Wärmeinseleffekt ist hier nicht anzutreffen, da die Lufttemperatur um 04:00 Uhr unter dem Durchschnittswert aller untersuchten Siedlungsflächen im Stadtgebiet liegt. Im Umfeld von Dianasee, Koenigssee und Hubertussee bildet sich die Wärmeabgabe der Wasserflächen in einer leichten Überwärmung innerhalb der Blockflächen ab. Diese nimmt in Richtung auf Hohenzollerndamm und A 100 insgesamt zu, wobei östlich der A 100 ein mäßiger Wärmeinseleffekt dominiert. Am Kurfürstendamm treten einzelne Baublöcke dann auch mit einer starken Überwärmung hervor. Der Luftaustausch am östlichen Grunewald wird vor allem durch Kaltluftabflüsse geprägt, welche bei Hangneigungen von mehr als 1° auftreten können. Zudem ist der Bereich nördlich des Halensees zwischen den S-Bahnhöhen Grunewald und Charlottenburg als Kaltluftleitbahn einzuordnen. Die lufthygienische Situation ist durch den Verlauf mehrerer stark befahrener Hauptstraßen gekennzeichnet. Dahingehend weisen vor allem Kurfürstendamm und Hohenzollerndamm eine hohe bis sehr hohe lufthygienische Belastung auf. Westlich der A 100 liegt dagegen meist eine geringe bis mäßige Belastung durch die verkehrsbezogenen Schadstoffe Feinstaub (PM10) und Stickstoffdioxid (NO 2 ) vor (detaillierte Informationen bietet die Umweltatlaskarte 03.11. (Ausgabe 2011). Einzelne Blockflächen weisen ein Potenzial für Windfeldveränderungen auf. Dabei handelt es sich beispielsweise um Großsiedlungen wie die Autobahnüberbauung Schlangenbader Straße oder die Kerngebietsnutzung im Bereich Kurfürstendamm. Eine Bewertung der in der Klimaanalysekarte dargestellten Funktionen aus planerischer Sicht (Schutzwürdigkeit / thermische Gunst- bzw. Ungunstsituation) erfolgt in der Planungshinweiskarte Stadtklima . Sie stellt die planerische Inwertsetzung der erzeugten Modelldaten sowie der daraus abgeleiteten Klimaanalysekarte dar und ist die zentrale Informationsbasis für Abwägungs- und Ent-scheidungsprozesses aus stadtklimatischer Sicht. Den entsprechenden Ausschnitt zum Beispielraum zeigt Abb. 22. Die Beurteilung der thermischen Bedingungen im Siedlungsraum beruht auf der Kombination von nächtlicher Lufttemperatur und Physiologisch Äquivalenter Temperatur (PET) am Tage. Daher sind in den durchgrünten Siedlungstypen westlich der A 100 sehr günstige bis günstige Bedingungen anzutreffen. Mit nach Osten hin zunehmendem Überbauungs- und Versiegelungsgrad nimmt auch die Wärmebelastung insgesamt zu. Bioklimatisch ungünstige Bedingungen sind vor allem im Umfeld von Kurfürstendamm, Hohenzollerndamm und Brandenburgischer Straße anzutreffen. Die thermische Situation im Straßenraum basiert auf einer Bewertung der PET, sie wird an sommerlichen Strahlungstagen im Wesentlichen durch den Grad der Besonnung negativ bzw. die Schattenwirkung durch Gebäude bzw. Bäume positiv bestimmt. Dahingehend sind einige Abschnitte von Kurfürstendamm und Hohenzollerndamm als günstig bis sehr günstig einzuordnen. Dem stehen die am Tage intensiv besonnten Straßenräume gegenüber, welche eine weniger günstige bzw. ungünstige Aufenthaltsqualität aufweisen. Die Schutzwürdigkeit der Grün- und Freiflächen ist im Beispielraum fast flächendeckend als hoch bis sehr hoch anzusehen, was in der der räumlichen Nähe zu bioklimatisch belasteten Siedlungsflächen einerseits und der intensiven nächtlichen kühlenden Einwirkung auf die bebauten Bereiche andererseits begründet liegt. Zudem wird der Kaltluftleitbahnbereich in Höhe Halensee flächenhaft als Leitbahnkorridor abgegrenzt. Eine detaillierte Beschreibung der Methode Struktur der drei Karten zur Planungshinweiskarte findet sich im Begleitdokument .
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) Bodennahe Temperaturen (06.00 Uhr) Luftaustausch und Luftmassenstrom (22.00 und 06.00 Uhr) Die Modellrechnungen wurden jeweils abends zur Zeit des Sonnenunterganges gestartet und bis Sonnenaufgang des darauf folgenden Tages durchgeführt. Die Zeitschnitte, zu denen die Modellergebnisse ausgelesen werden sollen, können prinzipiell frei ausgewählt werden (Minuten bis Stunden). 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 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 (Reflexionsvermögen) 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 Stadtgebiet 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 (22.00 Uhr) heben sich dabei die Hauptlandnutzungen in charakteristischer Weise gegeneinander ab. Die Freiflächen werden tagsüber stark aufgeheizt und kühlen sich nach Sonnenuntergang ebenso stark wieder ab. Im Temperaturfeld treten vor allem die am Rand des Stadtgebietes gelegenen unbebauten, vegetationsgeprägten Freiflächen mit den geringsten Temperaturen hervor, da hier eine ungehinderte, nächtliche Wärmeausstrahlung erfolgen kann. Die Waldflächen sind um diese Zeit noch etwa 1 K wärmer als die umgebende Flur, jedoch deutlich kälter als die bebauten Gebiete. 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 Bereiche ehemaliger Flughafen Tempelhof bzw. Flughafen 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. Dies liegt in der ungehinderten, langwelligen Ausstrahlung dieser Flächen begründet, wobei der Bodenwärmestrom durch Trockenheit zusätzlich reduziert werden kann. 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. 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). 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 0,2 m/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, am Beginn einer Strahlungsnacht ca. 30 % des Stadtgebietes an der Ausbildung von Ausgleichsströmungen beteiligt , wobei der Flächenanteil im Verlauf der Nacht von 28,9 % um 22.00 Uhr auf 42,2 % um 06.00 Uhr morgens zunimmt. Diese Zunahme ist darauf zurückzuführen, dass weitere unbebaute Flächen insbesondere im Nordosten Berlins sowie im Umfeld des Müggelsees und 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 etwas niedrigeren Niveau abspielt. Bei einem Vergleich der mittleren Luftaustauschrate aller Rasterzellen des gesamten Stadtgebietes fällt auf, das der mittlere Zellenwert von 14,4 (22.00 Uhr) auf 17,4 (06.00 Uhr) ansteigt. Im Gegenzug sinkt der maximale Zellenwert von 93,14 auf 90,58 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 Siedlungsräume in Berlin. Eine Bilanzierung für das Stadtgebiet ergibt: Etwa 37 % der überbauten Flächen wird zum Zeitschnitt 22.00 Uhr von autochthonen Strömungen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 0,2 m/s erreicht bzw. durchdrungen. Die Ausgleichsleistung der Freiflächen steigt aufgrund der Intensivierung der Kaltluftlieferung umlandbezogener Strömungssysteme im Laufe der Nacht auf eine räumliche Abdeckung von ca. 63 % der durch Bebauung geprägten Stadtareale (Zeitschnitt 06.00 Uhr). Gleichzeitig verringert sich die Kaltluftlieferung der meisten innerstädtischen Grün- und Freiflächen. Dies ist darauf zurück zu führen, dass sie in eine wärmere Umgebung eingebettet sind und die Abkühlung im Verlauf der Nacht weniger stark ausgeprägt ist als die der Flächen des Umlandes. Durch die enge Verzahnung von bebauten Bereichen und Freiflächen weist Berlin insgesamt ein hohes klimaökologisches Ausgleichspotential auf. Kaltluftabflüsse haben daran aber aufgrund des meist flachen Reliefs 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 Pichelsee und Ruhlebener Straße, der auf einer Länge von ca. 3 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 der Niederungsbereiche von Fließgewässern 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 2,3 Billionen m 3 Kaltluft bewegt. Dies entspricht einem stündlichen Durchsatz von 0,29 Billionen m 3 . 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 Stadtteilen wie 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. Die Legendeneinstufung von Kaltluftvolumenstrom und Luftaustausch orientiert sich an dem in der VDI-Richtlinie 3785 Blatt 1 (VDI 2008) beschriebenen Standardisierungsverfahren zur Z-Transformation. Dieses statistische Vorgehen legt allgemein das lokale/regionale Werteniveau einer Klimaanalyse zugrunde und bewertet die Abweichung eines Klimaparameters von den mittleren Verhältnissen in einem Untersuchungsraum. Die VDI-Richtlinie definiert zur Einordnung der Ergebnisse vier Bewertungskategorien (sehr günstig / günstig / weniger günstig / ungünstig), an denen sich auch die Klassifizierung der Modellergebnisse orientiert. In Abbildung 7 sind 3 Standorte gekennzeichnet, an deren Beispiel entlang eines ausgewählten Streckenabschnitts von jeweils 10 Rasterzellen mit 500 m Abschnittslänge näher auf den Kaltlufthaushalt eingegangen werden soll. Zur Charakterisierung der Dynamik des Kaltlufthaushaltes an verschiedenen Standorten im Stadtgebiet Berlins wurden diese Beispiele im Grenzbereich von kaltluftproduzierender Freifläche zur Bebauung platziert. Für den gebietsübergreifenden Vergleich der Werte innerhalb des 50 m Rasters wurde anschließend ein mittlerer Rasterzellenwert auf Basis der Zellen ermittelt, die sich entlang des Streckenverlaufs befinden. Als Beispiele für die Ausgleichsleistung wurden drei Beispiele ausgewählt. Der südwestliche Bereich des ehemaligen Flughafens Tempelhof (A) repräsentiert einen innerstädtisch geprägten Standort, wohingegen für den Raum Spandau (B) der Einfluss von randstädtischen und umlandbezogenen Kaltluftentstehungsgebieten erläutert wird. Zwischen diesen beiden Standorten nimmt der Übergangsbereich vom Grunewald nach Wilmersdorf © eine Zwischenstellung ein. Für die Betrachtung des Kaltlufthaushaltes im innerstädtischen Raum soll an dieser Stelle der südwestliche Teil des ehemaligen Flughafens Tempelhof dienen, wobei hier ein 500 m langer Abschnitt entlang des Tempelhofer Damms ausgewählt wurde (vgl. Abb. 8). Der ehemalige Flughafen Tempelhof besitzt aufgrund seiner Größe und Lage innerhalb des Stadtgebiets Berlin eine hohe stadtklimatische Relevanz und leistet einen bedeutsamen lokalen Beitrag zur Reduzierung der sommerlichen Wärmebelastung in den angrenzenden Siedlungsräumen. Hinsichtlich der Luftwechselrate sind auf dem Flughafengelände mit dem Vorfeldbereich sowie dem südwestlichen, an den Tempelhofer Damm / Autobahn A 100 angrenzenden Gebiet zwei Areale mit vergleichsweise hoher stündlicher Austauschrate von über 30 pro Rasterzelle erkennbar. 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 das Abfertigungsgebäude beeinflusst. Der südwestlich am ehemaligen Flughafen verlaufende Gleis- und Straßenraum ermöglicht dagegen mit seiner geringen Oberflächenrauigkeit das Vordringen der auf dem Tempelhofer Feld entstehenden Kaltluft in Richtung Westen. Die Reichweite dieser Strömung beträgt, ausgehend vom Tempelhofer Damm, etwa 700 m (vgl. Abb. 8). Ihr steht zu diesem Zeitpunkt eine ostwärts gerichtete Kaltluftbewegung aus den Kleingartenkolonien des Südgeländes Schöneberg gegenüber, während sich beide Flurwinde etwa bis zur Alboinstraße erstrecken. 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 erhöht hat und bis zu 400 m nach Süden in den Tempelhofer Damm bis auf Höhe von Alt-Tempelhof eindringt. Tabelle 3 fasst die Ergebnisse für die Werte der Rasterzellen zusammen, welche sich entlang des Streckenabschnitts befinden. Dabei zeigt sich, dass die berechneten Werte im Verlauf der Nacht geringfügig zurück gehen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Verlauf der Nacht auch das Temperaturniveau in den bebauten Bereichen abnimmt und sich somit der Temperaturgradient als „Antrieb“ für Luftaustauschprozesse reduziert. Die mittlere Luftaustauschrate pro Rasterzelle geht von 50 zum 22.00 Uhr Zeitpunkt auf 45 um 06.00 Uhr zurück, was einer Abnahme von 10 Prozentpunkten entspricht. Der Kaltluftvolumenstrom geht ebenfalls um ca. 10 Prozentpunkte von 793 m³/s auf 715 m³/s zurück. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit sinkt hingegen um etwa 19 Prozentpunkte ab. Ganz generell ergibt sich für die innerstädtischen Kaltluft produzierenden Freiflächen die Tendenz einer abnehmenden Kaltluftlieferung im Verlauf einer Nacht. Das Niveau der Luftaustauschprozesse im Umfeld des ehemaligen Flughafens kann aufgrund seiner Größe aber auch zum Zeitpunkt 06.00 Uhr noch als vergleichsweise hoch bezeichnet werden. Der Rückgang der Kaltluftlieferung ist bei den übrigen, meist kleineren innerstädtischen Freiflächen daher oft noch stärker ausgeprägt und kann bis zum Ende der Nacht sogar vollständig zum Erliegen kommen. Der Ortsteil Spandau ist sowohl durch seine Randlage im Stadtgebiet als auch durch die urban geprägte Siedlungsstruktur gekennzeichnet. Im vorliegenden Beispiel wird ein 500 m langer Abschnitt in Höhe des Weinmeisterhornwegs betrachtet. Das Kaltluftquellgebiet für diesen Raum stellt die Freifläche dar, die sich westlich der Potsdamer Chaussee außerhalb Berlins im Raum Seeburg befindet. Wie Abb. 9 zeigt, treten hohe Luftwechselraten vor allem dort auf, wo sich Kleingartenanlagen und Einzelhausbebauung an die weitläufigen unbebauten Areale des Umlandes anschließen und das Eindringen der Kaltluft in den Siedlungsraum begünstigen. Dies ist auf den geringen Überbauungsgrad und den hohen Vegetationsanteil zurück zu führen, so dass diese Flächen kleinräumig als Kaltluftleitbahnen wirksam werden. Sie heben sich mit Luftwechselraten von über 30 pro Rasterzelle und Stunde deutlich von den benachbarten stärker überbauten Siedlungsflächen ab. Die Kaltluft dringt zum Zeitpunkt 22.00 Uhr bis über die Heerstraße hinaus in die Bebauung vor, so dass die Reichweite der Strömung hier mehr als 600 m beträgt. Weiter östlich im Bereich der Fahremundstraße strömt die Kaltluft bis zum Blasewitzer Ring, so dass sich, ausgehend vom Weinmeisterhornweg, eine Reichweite von ca. 1.300 m ergibt, bevor die Strömungsgeschwindigkeit auf unter 0,2 m/s und der Luftaustausch auf ein sehr geringes Niveau absinken. Bis um 06.00 Uhr verstärkt sich insgesamt die Kaltluftdynamik im Beispielgebiet. Während sich zum Beginn der Nacht das Eindringen von Kaltluft in die Bebauung vor allem an den gering überbauten Strukturen orientiert, ist nun ein flächenhaftes Einströmen zu beobachten. Damit geht auch eine hohe Eindringtiefe von lokal mehr als 2.000 m einher. Die Intensivierung der Luftaustauschprozesse ist vor allem auf den im Verlauf der Nacht stetig anwachsenden Kaltluftvorrat zurück zu führen, den die ausgedehnten Freiflächen im Umland zur Verfügung stellen. Dieser Vorgang spiegelt sich in den ermittelten Werten wieder (Tab. 4). So wächst die mittlere Luftaustauschrate von 28 auf 44 an, was einem Anstieg von 57 Prozentpunkten bezogen auf den 22.00 Uhr Zeitpunkt entspricht. Eine deutliche Zunahme ist auch beim Kaltluftvolumenstrom zu verzeichnen, der von 409 m³/s pro Rasterzelle auf 744 ansteigt, was einer Steigerung um +82 Prozentpunkten entspricht. Die höchste Zunahme von 121 Prozentpunkten liegt jedoch bei der mittleren Strömungsgeschwindigkeit vor. Sie steigt von 0,34 m/s auf 0,75 m/s an. Der Grunewald zählt mit einer Größe von über 3.000 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 Kaltluftlieferung. Abbildung 10 zeigt den Übergangsbereich vom Grunewald zur Einzelhausbebauung in Wilmersdorf, hier fällt der Luftaustausch pro Rasterzelle und Stunde mit Wechselraten von über 30 vergleichsweise hoch aus. Die entsprechend große Reichweite der Kaltluftströmung ist in Wilmersdorf um 22.00 Uhr mit bis zu 3.000 m am stärksten ausgeprägt und liegt in der ausgedehnten Einzelhausbebauung begründet. In Steglitz wird dagegen mit zunehmend dichterer Bebauung ein Wert von ca. 1.250 m erreicht. Um 06.00 Uhr morgens dringt die Kaltluft nur noch ca. 1.200 bis maximal 2.100 m in die Bebauung ein. Für den 500 m langen Abschnitt sind beispielhaft die mittlere Ausprägung des Luftaustausches pro Rasterzelle, des Volumenstroms sowie die Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes berechnet worden (vgl. Tabelle 5). Diese Strecke beginnt in der Auerbachstraße an der Avus und endet an der Koenigsallee. Dabei zeigen sich nur moderate Veränderungen der mittleren Rasterzellenwerte im Verlauf der Nacht. Die Luftwechselrate geht von 33 auf 32 um ca. 3 Prozentpunkte zurück. Die Abnahme des Kaltluftvolumenstroms ist mit 10 Prozentpunkten etwas stärker ausgeprägt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes steigt dagegen um ca. 9 Prozentpunkte von 0,47 m/s auf 0,51 m/s leicht an. Es bleibt jedoch festzustellen, dass trotz der Abnahme von Luftaustauschrate und Volumenstrom alle drei Klimaparameter bis zum 06.00 Zeitpunkt auf einem hohen Niveau verbleiben. Die Auswertung der Klimaparameter an einem innerstädtischen (Tempelhof), einem peripheren (Spandau) sowie einem intermediären Standort (Grunewald) macht die räumliche Ausprägung der Klimadynamik im Stadtgebiet Berlins deutlich. So zeigt sich am Beispiel Tempelhof die Tendenz, dass die Kaltluftlieferung von innerstädtischen Grünflächen zu Beginn einer Nacht am größten ist und sich zu deren Ende allmählich abschwächt. Bei den Kaltluftentstehungsgebieten des Umlandes ist es umgekehrt. Hier sind die Strömungssysteme in der zweiten Nachthälfte am stärksten entwickelt, nachdem entsprechende Kaltluftvolumina über den Freiflächen gebildet wurden. Das Beispiel Grunewald zeigt dagegen Merkmale sowohl von innerstädtischen als auch peripheren Standorten und nimmt somit eine Zwischenstellung zwischen beiden Situationen ein. Bei der stadtklimatischen Bewertung von Grünflächen sollte daher auch stets die Lage im Beurteilungsraum berücksichtigt werden.
Karte 04.06.1: Oberflächentemperaturen am Abend Die Überfliegung fand zum Zeitpunkt fortschreitender Abkühlung statt, die in Abhängigkeit vom Thermalverhalten der einzelnen Strukturen unterschiedlich weit erfolgt war. Der erste optische Eindruck der abendlichen Überfliegung wird von den kältesten Standorten im blau-lila Bereich bestimmt. Bis auf einzelne Standorte im inneren Stadtgebiet liegen diese Flächen ausschließlich im Stadtrandbereich und außerhalb Berlins. Dabei handelt es sich vor allem um die für die Berliner Umgebung typischen weitläufigen Äcker und (z.T. ehemaligen) Rieselfelder , die sich beinahe wie ein Kranz um die Stadt legen und im Westen (Karolinenhöhe) und Nordosten (Lübars – Blankenfelde – Wartenberg) auch noch innerhalb der Stadt liegen. Kleinere, sehr kalte und deutlich abgegrenzte Flächen stellen z.B. die Äcker des Johannisstiftes in Spandau, der Jagen 94 im Grunewald, die Ruderalfläche südöstlich des Müggelsees, aber auch die Brachflächen der Flughäfen dar. Westlich des Stadtgebietes sind zu diesen stark abkühlenden Bereichen auch die Gebiete der Döberitzer Heide (und hier besonders die Senken) zu zählen. Ihr thermisches Verhalten wird – im Gegensatz zu den Waldgebieten – zumeist unwesentlich von Reliefeinflüssen verändert. Ausschlaggebend für die genannten Flächen ist ihre Größe von mindestens mehreren Hektar Fläche sowie ihr hoher und schneller Energieumsatz im Bereich der Grenzschicht Boden/Luft. Es findet kaum oder keine Beeinflussung durch benachbarte Strukturen statt. Die trockenen Böden lassen nur eine geringe Wärmeleitung zu. Diese isolierende Wirkung zeigt sich am deutlichsten bei Sandböden mit besonders hohem Luftquantum. Moorstandorte weisen demgegenüber ähnlich der wärmespeichernden Wirkung der großen Wasserflächen eine geringere Abkühlungsrate auf; ein ähnliches Verhalten ist auch für die überstauten Bereiche in Betrieb befindlicher Rieselfelder zu erwarten. Die genannten Standorte stellen einerseits effiziente “Kaltluftproduktionsflächen” dar, sind andererseits durch die nachts sich entwickelnde Luftstagnation aber auch besonders immissionsgefährdet. Inwieweit ihre Ausgleichswirkung für den klimatisch belasteten Bereich von Berlin wirksam werden kann, hängt somit vom Emittenteneinfluss, aber auch der räumlichen Beziehung zum Belastungsgebiet ab. Gesondert betrachtet werden müssen die vereinzelt vorkommenden großflächigen Metall-Flachdachkomplexe , so z.B. an der Kanal- und Gradestraße in Neukölln, im Bereich Eichbornstraße in Reinickendorf oder am Messegelände. Blanke Metallflächen mit ihrem stark reduzierten Emissionswert unter 0,1 nehmen – wie bereits erwähnt – eine Sonderstellung ein, so dass sich aus der im Thermalbild erfassten Strahlungstemperatur nicht die “wahre” Oberflächentemperatur berechnen lässt (vgl. Methode). Sie erscheinen in der Karte zu kalt. Alle übrigen Flachdachkomplexe bieten mit ihrer weitgehend horizontalen Ausrichtung sehr effektive Ein- und Ausstrahlungsbedingungen und erreichen dementsprechend sehr hohe tägliche Temperaturmaxima und nächtliche -minima. Grundsätzlich ähnlich wie die im Außenbereich liegenden Grünland- und Ackerflächen lässt sich das thermische Verhalten auch bei den großen innerstädtischen Kleingärten und von Wiesen geprägten Parkanlagen einstufen. Jedoch ist hier die Beeinflussung durch die jeweilige Lage zum bzw. im Stadtgebiet von Bedeutung. Beispiele für offen strukturierte, vor allem durch Rasen und kleinkronige Bäume bestimmte Flächen, sind die Kolonien am Südgelände, südlich des Hohenzollernkanals, im Bereich des Britzer Gartens oder die Wiesenflächen am Wasserwerk Johannisthal. Grünbereiche mit größerem Anteil an Baumbestand zeigen demgegenüber ein thermisches Verhalten, wie es in den Waldgebieten, jedoch auch schon bei entsprechenden Parkanlagen im Stadtgebiet erkennbar ist. Am Beispiel des etwa 220 ha Großen Tiergartens soll dies näher erläutert werden: Als Parkanlage im Zentrum der Stadt ist der Große Tiergarten dem Einfluss der umgebenden dichten Bebauung ausgesetzt. Darüber hinaus kann davon ausgegangen werden, dass – bei windschwachen Wetterlagen weniger als bei strömungsreichen – die Ausstrahlungsverluste besonders der baumbestandenen Flächen durch die warme Umgebungsluft eingeschränkt werden. Über Wiesenflächen wird relativ schnell eine der Oberfläche aufliegende Kaltluftschicht aufgebaut, deren Mächtigkeit im Laufe der Nacht zunimmt. Bei weitgehend geschlossenen baumbestandenen Flächen erfasst die Thermalaufnahme dagegen nicht den Bestandesboden, sondern die Ausstrahlung im Bereich des Kronenraumes. In den Abendstunden verhindert zunächst die im Kronen- und Stammbereich gespeicherte Wärme ein schnelles Abkühlen. Im weiteren Verlauf wird zusätzlich aus der Umgebung Warmluft zugeführt, an den Blattoberflächen abgekühlt, in den Stammraum abgeleitet und durch nachströmende Warmluft aus dem Stammraum, aber auch aus der Umgebung oberhalb des Kronenbereiches ergänzt, die wiederum den abstrahlenden Blattoberflächen Wärme zuführt. Dieser Prozess wird erst dann beendet, wenn sich vom Bestandesboden her eine Kaltluftschicht aufgebaut hat, die auch den Kronenbereich erfasst. Der zum Zeitpunkt der größten Abkühlung zu erwartende Temperaturgradient zwischen den Wiesen- und Baumflächen des Großen Tiergartens hängt daher sehr stark von der Bestandeshöhe, -art und -dichte der Bäume ab. Die Waldflächen folgen grundsätzlich dem oben genannten Abkühlungsschema. In bewegtem Gelände verzögert sich die Abkühlung aber zusätzlich durch Kaltluftabfluss bzw. Kaltluftsammlung in den Senken. Die hohen Bestandestemperaturen in Kuppenlagen (Havel- und Müggelberge, Schäferberg) lassen sich dadurch erklären, dass hier der Aufbau einer Kaltluftschicht vom Boden her durch den dem Gefälle folgenden Kaltluftabfluss verhindert wird. Umgekehrt konzentriert sich die produzierte Kaltluft in vorhandenen Senkenbereichen. Im Grenzbereich zu den Gewässern überlagern sich diese Einflüsse mit dem dortigen durch das ausgeprägte Wärmespeichervermögen von Wasser gegebenen hohen Temperaturniveau. Die Gewässer wirken sehr ausgeglichen im Tag-Nachtrhythmus; der Temperaturverlauf ist abhängig von der Gewässertiefe und damit dem “Nachschub” an gespeicherter Wärme sowie direkten anthropogenen Einflüssen. Der Temperaturverlauf in den bebauten Bereichen ist im Wesentlichen eine Funktion der Bebauungsstrukturen. Hoher Anteil an wärmespeichernden Materialien wie Beton, Stein, Asphalt führt erwartungsgemäß in weiten Bereichen der Innenstadt, in Kerngebietslagen ebenso wie in Industriegebieten, zu den höchsten Temperaturwerten nach den Feucht- und Gewässerstandorten. Sie können daher als eine flächenhafte Wärmequelle angesprochen werden, die den größten Einfluss auf die Ausbildung des sogenannten “Wärmeinsel-Effektes” ausübt. Beeinflusst wird die Intensität der örtlichen Abkühlung einerseits von dem Anteil der gut wärmespeichernden Baumassen im Gebäude-, Straßen- und Stadtplatzbereich sowie andererseits von den schneller und stärker wärmeabstrahlenden Flächen der Gebäudedächer und Grünbereiche. Somit ergeben sich auch für die verdichteten Innenstadtlagen noch Unterschiede zwischen den engbebauten Blockstrukturen mit hohem Anteil schlecht wärmeleitender Dachflächen und unbesonnter Innenhöfe und den mit mehr Platz- und Abstandsflächen ausgestatteten Innenstadtgebieten. Eine Einschätzung im Hinblick auf die klimatische Gesamtsituation dieser bebauten Bereiche ist ebenso wenig wie in vergleichbaren Industriegebieten abzuleiten, da im Einzelfalle immer streng in die im Thermalbild erfassten Temperaturniveaus zu unterscheiden ist. Ähnliche Phänomene hoher Abkühlungsraten auf anthropogen stark beeinflussten Standorten sind überall dort zu erwarten, wo kein fester Anschluss an den Untergrund vorhanden ist, wie etwa bei den Schotterflächen der Bahntrassen und angrenzender Flächen. Karte 04.06.2: Oberflächentemperaturen am Morgen Die Erwärmung der Oberflächen durch die der Jahreszeit entsprechend erst gegen 6.00 Uhr MEZ aufgegangene Sonne hat materialabhängig zum Zeitpunkt der Überfliegung gegen 10.30 Uhr zu einem quasi nur als Zwischenstand differenzierten Thermalbild geführt. In vielen Fällen verhalten sich die Einzelflächen spiegelbildlich zur Nachtaufnahme und sollen daher hier nur kurz erwähnt werden. Analog zur Nachtaufnahme stellen die offenen Flächen der abgeernteten Äcker und die Wiesen sowie vergleichbare Nutzungen die auffälligsten Standorte dar. Ihre rasche Erwärmung ist auf den hohen Wärmeumsatz an der Oberfläche infolge verminderter Wärmeleitung in den Untergrund und geringen Wärmespeichervermögens zurückzuführen. Das vergleichsweise hohe Luftvolumen der trockenen Böden isoliert die Bodenoberfläche von den tieferen Bodenschichten, der Wärmeübergang zwischen den einzelnen Bodenbestandteilen wird stark erschwert. Zwischen der Tag- und Nachtüberfliegung ergeben sich dadurch Temperaturdifferenzen von mehr als 20 °C. Die Gewässer dagegen besitzen lediglich einen flachen Oberflächentemperatur-Gradienten, der selbst bei geringen Wassertiefen und damit erhöhtem Wärmeumsatz zwischen Tag und Nacht nur 2 – 3 °C beträgt. Zur hohen Wärmespeicherkapazität tritt am Tage wie auch bei anderen Feuchtstandorten der temperaturmindernde Effekt der hohen Verdunstungsraten. Sie zählen damit zu den kühlsten Standorten. Ebenfalls sehr kalt erscheinen die großen Oberflächen der Flachdachkomplexe in Industrie- und Gewerbegebieten (vgl. Abendaufnahme). Für baumbestandene Parkanlagen und die Wälder gilt zum Zeitpunkt der Erfassung, dass der im Laufe der nächtlichen Abkühlungsphase erreichte Grad der Abkühlung bis in den Kronenbereich einen zunächst weiter vorhaltenden Puffer darstellt, der durch die einsetzende Evaporation der Blattmasse (Verdunstungskälte) noch verstärkt wird. Die Wälder erscheinen darüber hinaus homogener als in der Abendaufnahme, da der Effekt des Kaltluftabflusses bei Kuppenlagen nunmehr keine Rolle spielt. Der dichtbebaute Bereich kann sich aufgrund der geschilderten physikalischen Gesetzmäßigkeiten am Vormittag noch nicht in der erwarteten Weise als zentrale Wärmeinsel darstellen; hier wäre zu einem späteren Zeitpunkt mit verstärkter Abstrahlung der gespeicherten Wärme ein Annähern an die Werte der Ackerflächen und Wiesen zu erwarten. Karte 04.06.3: Oberflächentemperaturdifferenzen Abend – Morgen Für eine Bewertung der thermischen Wirksamkeit der Flächenstrukturen ist es sinnvoll, neben der qualitativen Darstellung der Temperaturdifferenzen im Tag-Nacht-Vergleich auch eine Auswertung hinsichtlich des jeweiligen Temperaturniveaus , auf dem die Schwankungen stattfinden, einzubeziehen. Abbildung 2 bezieht sich auf ausgewählte Flächentypen und Einzelstandorte und ordnet diese in eine Tag-Nacht-Temperaturmatrix ein. Hier sind Flächen(-typen) zu erkennen, die eine relativ hohe bzw. geringe Tagesamplitude aufweisen. Daneben zeichnen sich Bereiche ab, die grundsätzlich recht kühl bzw. recht warm einzustufen sind. Das ist für die Beeinflussung der über den Oberflächen lagernden Luftmassen von großer Bedeutung, wobei sich durch den horizontalen Luftaustausch Verschiebungen der Lufttemperatur ergeben können. Unterschiedliche Zuordnungen eines Flächentyps charakterisieren die Streuung der Tages- und Nachtoberflächen-temperaturen . Die niedrigen Tages- und Nachttemperaturen der Wälder, Parkanlagen, Kleingärten und locker bebauten Stadtrandsiedlungen stehen im Gegensatz zu den ganztägig hohen Oberflächentemperaturen der dicht bebauten Innenstadt und der Verkehrs- und Industrieflächen. Durch die hohe Wärmekapazität und Wärmeleitung weisen die Gewässer mit niedrigen Tages- und hohen Nachttemperaturen eine starke Dämpfung der täglichen Amplitude auf. Dies überträgt sich auch noch auf die unmittelbare Umgebung der Uferbereiche. Im Gegensatz hierzu stehen die landwirtschaftlich genutzten Flächen, Rieselfelder und auch noch die Bahnanlagen, die sich am Tage stark erwärmen, in den Nachtstunden aber ebenso stark abkühlen. Hierdurch treten an diesen Standorten die größten Tagesamplituden auf. Vergleich der Aufnahmezeitpunkte 1991 und 2000 Die Aufnahmetermine des Jahres 1991 (vgl. Karte 04.06 Ausgabe 1993) und 2000 liegen ca. einen Monat auseinander und die Wettersituationen waren somit nicht exakt vergleichbar. Dennoch lässt sich feststellen, dass das Temperaturniveau der jeweiligen Tag- und der zugehörigen Nachtszene sich bei diesen Terminen um ca. 6°C unterschied. Somit stellen die Tag-Nacht-Differenzen ein sehr ähnliches Bild dar und es liegt nahe, bei kleinflächigen Unterschieden der Differenzen zwischen 1991 und 2000 die Beziehung zu Veränderungen der Landnutzung bzw. Bebauungsstrukturen zu prüfen. Zu beiden Aufnahmezeitpunkten zeigen die Wasserflächen im Vergleich der Oberflächentemperaturen nur sehr geringe Tag-Nachtschwankungen im Bereich von ca. 1-3 Kelvin. Demgegenüber stehen die landwirtschaftlichen Nutzflächen fast aller Bearbeitungszustände, die Berliner Flughäfen oder stark versiegelte und dabei meist industriell genutzte Flächen mit Differenzen der Oberflächentemperaturen von bis zu 15 – 20 Kelvin. Die Wälder und Parks weisen flächenhaft etwas geringere Differenzwerte als die durch innerstädtische Bebauung zu charakterisierenden Bereiche auf. Zudem fallen insbesondere in den Daten mit der höheren räumlichen Auflösung aus dem Jahr 2000 einige Bereiche mit extrem niedrigen Oberflächentemperaturen sowohl am Tag als auch in der Nacht auf: Borsighallen, Krankenhaus am Messegelände Industriestandort an der Gradestraße etc. In diesen Bereichen spiegeln sich die unter Methode bereits beschriebenen Effekte besonderer Materialeigenschaften von Metalldächern wider.
Karte 04.06.1: Oberflächentemperaturen am Abend Die Überfliegung fand zum Zeitpunkt fortschreitender Abkühlung statt, die in Abhängigkeit vom Thermalverhalten der einzelnen Strukturen unterschiedlich weit erfolgt war. Der erste optische Eindruck der abendlichen Überfliegung wird von den kältesten Standorten im blau-lila Bereich bestimmt. Bis auf einzelne Standorte im inneren Stadtgebiet liegen diese Flächen ausschließlich im Stadtrandbereich und außerhalb Berlins. Dabei handelt es sich vor allem um die für die Berliner Umgebung typischen weitläufigen Äcker und (z.T. ehemaligen) Rieselfelder , die sich beinahe wie ein Kranz um die Stadt legen und im Westen (Karolinenhöhe) und Nordosten (Lübars – Blankenfelde – Wartenberg) auch noch innerhalb der Stadt liegen. Kleinere, sehr kalte und deutlich abgegrenzte Flächen stellen z.B. die Äcker des Johannisstiftes in Spandau, der Jagen 94 im Grunewald, die Ruderalfläche südöstlich des Müggelsees, aber auch die Brachflächen der Flughäfen dar. Westlich des Stadtgebietes sind zu diesen stark abkühlenden Bereichen auch die Gebiete der Döberitzer Heide (und hier besonders die Senken) zu zählen. Ihr thermisches Verhalten wird – im Gegensatz zu den Waldgebieten – zumeist unwesentlich von Reliefeinflüssen verändert. Ausschlaggebend für die genannten Flächen ist ihre Größe von mindestens mehreren Hektar Fläche sowie ihr hoher und schneller Energieumsatz im Bereich der Grenzschicht Boden/Luft. Es findet kaum oder keine Beeinflussung durch benachbarte Strukturen statt. Die trockenen Böden lassen nur eine geringe Wärmeleitung zu. Diese isolierende Wirkung zeigt sich am deutlichsten bei Sandböden mit besonders hohem Luftquantum. Moorstandorte weisen demgegenüber ähnlich der wärmespeichernden Wirkung der großen Wasserflächen eine geringere Abkühlungsrate auf; ein ähnliches Verhalten ist auch für die überstauten Bereiche in Betrieb befindlicher Rieselfelder zu erwarten. Die genannten Standorte stellen einerseits effiziente “Kaltluftproduktionsflächen” dar, sind andererseits durch die nachts sich entwickelnde Luftstagnation aber auch besonders immissionsgefährdet. Inwieweit ihre Ausgleichswirkung für den klimatisch belasteten Bereich von Berlin wirksam werden kann, hängt somit vom Emittenteneinfluss, aber auch der räumlichen Beziehung zum Belastungsgebiet ab. Gesondert betrachtet werden müssen die vereinzelt vorkommenden großflächigen Metall-Flachdachkomplexe , so z.B. an der Kanal- und Gradestraße in Neukölln, im Bereich Eichbornstraße in Reinickendorf oder am Messegelände. Blanke Metallflächen mit ihrem stark reduzierten Emissionswert unter 0,1 nehmen – wie bereits erwähnt – eine Sonderstellung ein, so dass sich aus der im Thermalbild erfassten Strahlungstemperatur nicht die “wahre” Oberflächentemperatur berechnen lässt (vgl. Methode). Sie erscheinen in der Karte zu kalt. Alle übrigen Flachdachkomplexe bieten mit ihrer weitgehend horizontalen Ausrichtung sehr effektive Ein- und Ausstrahlungsbedingungen und erreichen dementsprechend sehr hohe tägliche Temperaturmaxima und nächtliche -minima. Grundsätzlich ähnlich wie die im Außenbereich liegenden Grünland- und Ackerflächen lässt sich das thermische Verhalten auch bei den großen innerstädtischen Kleingärten und von Wiesen geprägten Parkanlagen einstufen. Jedoch ist hier die Beeinflussung durch die jeweilige Lage zum bzw. im Stadtgebiet von Bedeutung. Beispiele für offen strukturierte, vor allem durch Rasen und kleinkronige Bäume bestimmte Flächen, sind die Kolonien am Südgelände, südlich des Hohenzollernkanals, im Bereich des Britzer Gartens oder die Wiesenflächen am Wasserwerk Johannisthal. Grünbereiche mit größerem Anteil an Baumbestand zeigen demgegenüber ein thermisches Verhalten, wie es in den Waldgebieten, jedoch auch schon bei entsprechenden Parkanlagen im Stadtgebiet erkennbar ist. Am Beispiel des etwa 220 ha Großen Tiergartens soll dies näher erläutert werden: Als Parkanlage im Zentrum der Stadt ist der Große Tiergarten dem Einfluss der umgebenden dichten Bebauung ausgesetzt. Deutlich wird dies direkt im Thermalbild z.B. an dem “Wärmekeil” westlich des Brandenburger Tores. Darüber hinaus kann davon ausgegangen werden, dass – bei windschwachen Wetterlagen weniger als bei strömungsreichen – die Ausstrahlungsverluste besonders der baumbestandenen Flächen durch die warme Umgebungsluft eingeschränkt werden. Über Wiesenflächen wird relativ schnell eine der Oberfläche aufliegende Kaltluftschicht aufgebaut, deren Mächtigkeit im Laufe der Nacht zunimmt. Bei weitgehend geschlossenen baumbestandenen Flächen erfasst die Thermalaufnahme dagegen nicht den Bestandesboden, sondern die Ausstrahlung im Bereich des Kronenraumes. In den Abendstunden verhindert zunächst die im Kronen- und Stammbereich gespeicherte Wärme ein schnelles Abkühlen. Im weiteren Verlauf wird zusätzlich aus der Umgebung Warmluft zugeführt, an den Blattoberflächen abgekühlt, in den Stammraum abgeleitet und durch nachströmende Warmluft aus dem Stammraum, aber auch aus der Umgebung oberhalb des Kronenbereiches ergänzt, die wiederum den abstrahlenden Blattoberflächen Wärme zuführt. Dieser Prozess wird erst dann beendet, wenn sich vom Bestandesboden her eine Kaltluftschicht aufgebaut hat, die auch den Kronenbereich erfasst. Der zum Zeitpunkt der größten Abkühlung zu erwartende Temperaturgradient zwischen den Wiesen- und Baumflächen des Großen Tiergartens hängt daher sehr stark von der Bestandeshöhe, -art und -dichte der Bäume ab. Die Waldflächen folgen grundsätzlich dem oben genannten Abkühlungsschema. In bewegtem Gelände verzögert sich die Abkühlung aber zusätzlich durch Kaltluftabfluss bzw. Kaltluftsammlung in den Senken. Die hohen Bestandestemperaturen in Kuppenlagen (Havel- und Müggelberge, Schäferberg) lassen sich dadurch erklären, dass hier der Aufbau einer Kaltluftschicht vom Boden her durch den dem Gefälle folgenden Kaltluftabfluss verhindert wird. Umgekehrt konzentriert sich die produzierte Kaltluft in vorhandenen Senkenbereichen. Im Grenzbereich zu den Gewässern überlagern sich diese Einflüsse mit dem dortigen durch das ausgeprägte Wärmespeichervermögen von Wasser gegebenen hohen Temperaturniveau. Die Gewässer wirken sehr ausgeglichen im Tag-Nachtrhythmus; der Temperaturverlauf ist abhängig von der Gewässertiefe und damit dem “Nachschub” an gespeicherter Wärme sowie direkten anthropogenen Einflüssen. Die Rückleitungen erwärmten Kühlwassers am Heizkraftwerk Reuter und am Kraftwerk Oberhavel sind deutlich im Thermalbild zu erkennen. Der Temperaturverlauf in den bebauten Bereichen ist im Wesentlichen eine Funktion der Bebauungsstrukturen. Hoher Anteil an wärmespeichernden Materialien wie Beton, Stein, Asphalt führt erwartungsgemäß in weiten Bereichen der Innenstadt, in Kerngebietslagen ebenso wie in Industriegebieten, zu den höchsten Temperaturwerten nach den Feucht- und Gewässerstandorten. Sie können daher als eine flächenhafte Wärmequelle angesprochen werden, die den größten Einfluss auf die Ausbildung des sogenannten “Wärmeinsel-Effektes” ausübt. Beeinflusst wird die Intensität der örtlichen Abkühlung einerseits von dem Anteil der gut wärmespeichernden Baumassen im Gebäude-, Straßen- und Stadtplatzbereich sowie andererseits von den schneller und stärker wärmeabstrahlenden Flächen der Gebäudedächer und Grünbereiche. Somit ergeben sich auch für die verdichteten Innenstadtlagen noch Unterschiede zwischen den engbebauten Blockstrukturen mit hohem Anteil schlecht wärmeleitender Dachflächen und unbesonnter Innenhöfe und den mit mehr Platz- und Abstandsflächen ausgestatteten Innenstadtgebieten. Eine Einschätzung im Hinblick auf die klimatische Gesamtsituation dieser bebauten Bereiche ist ebenso wenig wie in vergleichbaren Industriegebieten abzuleiten, da im Einzelfalle immer streng in die im Thermalbild erfassten Temperaturniveaus zu unterscheiden ist. Ähnliche Phänomene hoher Abkühlungsraten auf anthropogen stark beeinflussten Standorten sind überall dort zu erwarten, wo kein fester Anschluss an den Untergrund vorhanden ist, wie etwa bei den Schotterflächen der Bahntrassen und angrenzender Flächen. Karte 04.06.2: Oberflächentemperaturen am Morgen Die Erwärmung der Oberflächen durch die der Jahreszeit entsprechend erst gegen 6.00 Uhr MEZ aufgegangene Sonne hat materialabhängig zum Zeitpunkt der Überfliegung gegen 10.30 Uhr zu einem quasi nur als Zwischenstand differenzierten Thermalbild geführt. In vielen Fällen verhalten sich die Einzelflächen spiegelbildlich zur Nachtaufnahme und sollen daher hier nur kurz erwähnt werden. Analog zur Nachtaufnahme stellen die offenen Flächen der abgeernteten Äcker und die Wiesen sowie vergleichbare Nutzungen die auffälligsten Standorte dar. Ihre rasche Erwärmung ist auf den hohen Wärmeumsatz an der Oberfläche infolge verminderter Wärmeleitung in den Untergrund und geringen Wärmespeichervermögens zurückzuführen. Das vergleichsweise hohe Luftvolumen der trockenen Böden isoliert die Bodenoberfläche von den tieferen Bodenschichten, der Wärmeübergang zwischen den einzelnen Bodenbestandteilen wird stark erschwert. Zwischen der Tag- und Nachtüberfliegung ergeben sich dadurch Temperaturdifferenzen von mehr als 20 °C. Die Gewässer dagegen besitzen lediglich einen flachen Oberflächentemperatur-Gradienten, der selbst bei geringen Wassertiefen und damit erhöhtem Wärmeumsatz zwischen Tag und Nacht nur 2 – 3 °C beträgt. Zur hohen Wärmespeicherkapazität tritt am Tage wie auch bei anderen Feuchtstandorten der temperaturmindernde Effekt der hohen Verdunstungsraten. Sie zählen damit zu den kühlsten Standorten. Ebenfalls sehr kalt erscheinen die großen Oberflächen der Flachdachkomplexe in Industrie- und Gewerbegebieten (vgl. Abendaufnahme). Für baumbestandene Parkanlagen und die Wälder gilt zum Zeitpunkt der Erfassung, dass der im Laufe der nächtlichen Abkühlungsphase erreichte Grad der Abkühlung bis in den Kronenbereich einen zunächst weiter vorhaltenden Puffer darstellt, der durch die einsetzende Evaporation der Blattmasse (Verdunstungskälte) noch verstärkt wird. Die Wälder erscheinen darüber hinaus homogener als in der Abendaufnahme, da der Effekt des Kaltluftabflusses bei Kuppenlagen nunmehr keine Rolle spielt. Der dichtbebaute Bereich kann sich aufgrund der geschilderten physikalischen Gesetzmäßigkeiten am Vormittag noch nicht in der erwarteten Weise als zentrale Wärmeinsel darstellen; hier wäre zu einem späteren Zeitpunkt mit verstärkter Abstrahlung der gespeicherten Wärme ein Annähern an die Werte der Ackerflächen und Wiesen zu erwarten. Karte 04.06.3: Oberflächentemperaturdifferenzen Abend – Morgen Wie bereits betont, wurde für die Differenzenkarte lediglich eine qualitative Abstufung des Temperaturgradienten gewählt. Aufgrund der Aufnahmezeitpunkte verbleiben große Bereiche des Erfassungsgebietes im Bereich mittlerer Temperaturgradienten. Nur die Gewässer mit ihren geringen Temperaturschwankungen im Tag-Nacht-Rhythmus sowie umgekehrt die Flächennutzungen mit maximalen Gradienten (unbewachsene oder wiesenartige Strukturen) werden repräsentativ wiedergeben. Für eine Bewertung der thermischen Wirksamkeit der Flächenstrukturen ist es sinnvoll, neben der qualitativen Darstellung der Temperaturdifferenzen im Tag-Nacht-Vergleich auch eine Auswertung hinsichtlich des jeweiligen Temperaturniveaus , auf dem die Schwankungen stattfinden, einzubeziehen. Abbildung 2 bezieht sich auf ausgewählte Flächentypen und Einzelstandorte und ordnet diese in eine Tag-Nacht-Temperaturmatrix ein. Hier sind Flächen(-typen) zu erkennen, die eine relativ hohe bzw. geringe Tagesamplitude aufweisen. Daneben zeichnen sich Bereiche ab, die grundsätzlich recht kühl bzw. recht warm einzustufen sind. Das ist für die Beeinflussung der über den Oberflächen lagernden Luftmassen von großer Bedeutung, wobei sich durch den horizontalen Luftaustausch Verschiebungen der Lufttemperatur ergeben können. Unterschiedliche Zuordnungen eines Flächentyps charakterisieren die Streuung der Tages- und Nachtoberflächentemperaturen . Die niedrigen Tages- und Nachttemperaturen der Wälder, Parkanlagen, Kleingärten und locker bebauten Stadtrandsiedlungen stehen im Gegensatz zu den ganztägig hohen Oberflächentemperaturen der dicht bebauten Innenstadt und der Verkehrs- und Industrieflächen. Durch die hohe Wärmekapazität und Wärmeleitung weisen die Gewässer mit niedrigen Tages- und hohen Nachttemperaturen eine starke Dämpfung der täglichen Amplitude auf. Dies überträgt sich auch noch auf die unmittelbare Umgebung der Uferbereiche. Im Gegensatz hierzu stehen die landwirtschaftlich genutzten Flächen, Rieselfelder und auch noch die Bahnanlagen, die sich am Tage stark erwärmen, in den Nachtstunden aber ebenso stark abkühlen. Hierdurch treten an diesen Standorten die größten Tagesamplituden auf.
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).
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).
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 .
Überschreitungen von Luftqualitätsgrenzwerten von Feinstaub (PM10) im Osten Deutschlands treten meist an Tagen mit kalten und stabilen Wetterlagen im Winter auf und sind oft verbunden mit dem Transport von belasteter Luft aus Polen und anderen osteuropäischen Ländern. Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Studie zur Quellzuordnung durchgeführt, um den Beitrag des grenzüberschreitenden Transports aus unterschiedlichen Emissionsquellen an der erhöhten Feinstaubkonzentration im Osten Deutschlands zu bewerten. Die Studie wurde mit dem Chemie-Transportmodell LOTOS-EUROS uns der darin implementierten Labelling-Technik zur Quellzuordnung durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit den PM10-Beobachtungen der PM-Ost-Kampagne und den Ergebnissen der darin durchgeführten messbasierten Quellzuordnung verglichen. Um die Qualität des Modells im Hinblick auf die Simulation von Episoden mit hoher PM Konzentration im Winter zu verbessern, wurden in der ersten Phase des Projekts Verbesserungen der Hausbrand- Emissionen und deren zeitlicher Variabilität vorgenommen. Zusätzlich wurde eine Optimierung der vom meteorologischen Modell COSMO simulierten Mischungsschichthöhen über Sensitivitätsläufe angestrebt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Hausbrand und die Landwirtschaft die dominierenden Faktoren für erhöhte PM10-Konzentrationen im Osten Deutschlands bei kalten und stabilen Wetterbedingungen sind. Für städtische Stationen ist auch der Verkehrsbeitrag von Bedeutung. Im Durchschnitt stammt der größte Feinstaubbeitrag aus Deutschland. Bei höheren PM-Konzentrationen allerdings übersteigt der grenzüberschreitende Beitrag Polens und anderer osteuropäischer Länder denjenigen Deutschlands selbst. Die dominierenden Quellen dieses über große Distanzen transportierten Feinstaubs sind Hausbrand und Landwirtschaft. Der Vergleich der modellbasierten Quellzuordnung aus den LOTOS-EUROS-Ergebnissen mit den auf Messungen basierenden Ergebnissen aus dem PM-Ost-Projekt zeigt eine gute Übereinstimmung für Ammoniumnitrat- und Verbrennungsquellen. Für den verkehrsbedingten Beitrag sind größere Unterschiede zu erkennen, die auf die zeitliche Variabilität der Emissionen, die Auflösung des LOTOS-EUROS-Modells, die Unterschätzung der Aufwirbelung und den Reifen- und Bremsenabrieb zurückzuführen sind. Die PM10 Gesamtkonzentrationen aus dem LOTOS-EUROS Mo-dell sind in der Regel niedriger als die gemessenen Werte, was auf nicht erfasste Quellen oder Pro-zesse im Modell zurückgeführt werden kann. Die Korrelation des nicht modellierten PM10 Anteils mit den PMF-Quellen legt nahe, dass neben einer Unterschätzung der vertikalen Mischung, der Ausschluss der SOA-Bildung in LOTOS-EUROS und eine Unterschätzung der Sulfat-Bildung wahrscheinliche Gründe für die PM10-Unterschätzung sind. Quelle: Forschungsbericht
GISCO (Geographic Information System of the COmmission) is responsible for meeting the European Commission's geographical information needs at three levels: the European Union, its member countries, and its regions. In addition to creating statistical and other thematic maps, GISCO manages a database of geographical information, and provides related services to the Commission. Its database contains core geographical data covering the whole of Europe, such as administrative boundaries, and thematic geospatial information, such as population grid data. Some data are available for download by the general public and may be used for non-commercial purposes. For further details and information about any forthcoming new or updated datasets, see http://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata. This metadata refers to the whole content of GISCO reference database extracted in May 2021, which contains both public datasets (also available for the general public through http://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata) and datasets to be used only internally by the EEA (typically, but not only, GISCO datasets at 1:100k). The database is provided in as a single GDB and also as individual GPKG file per feature, with datasets at scales from 1:60M to 1:100K, with reference years spanning until 2021 (e.g. NUTS 2021). Additional information and metadata is provided with the dataset in the folder docs. The database manual, a file with the content of the database, a glossary, and a document with the naming conventions are included in this folder. The document GISCO-ConditionsOfUse.pdf provided with the dataset gives information on the copyrighted data sources, the mandatory acknowledgement clauses and re-dissemination rights. The license conditions for EuroGeographic datasets in GISCO are provided in a standalone document "LicenseConditions_EuroGeographics.pdf". The main updates with respect to the previous version of the full database in the SDI (from June 2020) are the addition of the following datasets: - Coastline boundaries, 2020 (COAS_2020) (N.B.: An update is expected soon) - Degree of Urbanisation, 2020 (DGURBA_2020) - Exclusive Economic Zones, 2020 (EEZ_2020) - FAO Fishing Areas, 2020 (FAO_FISH_2020) - Healthcare services (HEALTH) - LAU Historical Census data (LAU_CENS_1961-2011) - Local Administrative Units, 2017 (LAU_2017), 2019 (LAU_2019) and 2020 (LAU_2020) - LUCAS, 2018 (LUCAS_2018) - Metropolitan Regions, 2021 (MREG_2021) - Postal Codes, 2020 (PCODE_2020) (N.B.: DE is to be updated soon) When available, the model specifications of these new layers are also provided with the database (under the folder docs). NOTE: This metadata file is only for internal EEA purposes and in no case replaces the official metadata provided by Eurostat. For specific GISCO datasets included in this version there are individual EEA metadata files in the SDI: NUTS_2021, MREG_2021 and CNTR_2020. For public products, continuous updates are being published in the public website of GISCO: https://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata. The original metadata files from Eurostat for the different GISCO datasets are available via ECAS login through the Eurostat metadata portal on https://webgate.ec.europa.eu/inspire-sdi/srv/eng/catalog.search#/home For more information about the full database or any of its datasets, please contact the SDI Team (sdi@eea.europa.eu).
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