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Umweltatlas Berlin

04.06 Oberflächentemperatur bei Tag und Nacht (Ausgabe 2001)

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Problemstellung

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.

Tabelle 1
Tab. 1: Albedo (Reflexionsvermögen) verschiedener Oberflächen (Nachbarschaftsverband Stuttgart 1992)

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

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).

Abbildung 1
Abb. 1: Oberflächentemperaturen verschiedener Strukturen (Kessler 1971 in Mählenhoff 1989)

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).

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