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Umweltatlas Berlin

04.10 Klimamodell Berlin - Analysekarten (Ausgabe 2003)

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Kartenbeschreibung / ergänzende Hinweise

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 (C) repräsentiert das Vertiefungsgebiet, in dem ein feiner aufgelöstes 50 m Raster zum Einsatz kam.

Abbildung 7 - Thumbnail
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Abb. 7: Lage der Beispielsgebiete A, B und C zur Verdeutlichung der Prozesse 'Kaltluftentstehung' und 'Kaltluftabfluss' während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 200 m)

Beispiel Grunewald

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.

Abbildung 8 - Thumbnail
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Abb. 8: Luftaustausch pro Rasterzelle sowie autochthones Strömungsfeld im Übergangsbereich Grunewald-Wilmersdorf während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 200 m)

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.

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Tab. 3: Mittlere Luftaustauschrate, Massenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes pro Rasterzelle entlang des Streckenabschnitts im Übergangsbereich Grunewald-Wilmersdorf während einer austauscharmen sommerlichen  Strahlungswetternacht  (Rasterauflösung 200 m)

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Beispiel Mahlsdorf

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.

Abbildung 9 - Thumbnail
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Abb. 9: Luftaustausch pro Rasterzelle sowie autochthones Strömungsfeld im Bereich Mahlsdorf während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 200 m)

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.

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Tab. 4: Mittlere Luftaustauschrate, Massenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes pro Rasterzelle entlang des Streckenabschnitts in Mahlsdorf während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (Rasterauflösung 200 m)

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Beispiel Flughafen Tempelhof

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.

Abbildung 10 - Thumbnail
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Abb. 10: Luftaustausch pro Rasterzelle sowie autochthones Strömungsfeld im Bereich des Flughafen Tempelhof während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 50 m)

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. 800m 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.

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Tab. 5: Mittlere Luftaustauschrate, Massenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes pro Rasterzelle entlang eines Streckenabschnitts im Bereich des Flughafen Tempelhof während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (Rasterauflösung 50 m)

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

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 m³ pro Zelle ergibt. Für den genannten Bereich lässt sich ein stündlicher Luftaustausch von 5,52 Mio. m³ 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. m³.

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