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Umweltatlas Berlin

04.11 Klimamodell Berlin - Planungshinweise Stadtklima (Ausgabe 2016)

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Luftaustausch

Das großräumige Luftaustauschsystem Berlins besteht vor allem aus drei Komponenten:

  • Luftleit- und Ventilationsbahnen,
  • orographisch-thermisch induzierten, flächenhaften Kaltluftabflüsse,
  • thermisch induzierten, linienhaften Kaltluftleitbahnen.

Die für Berlin wichtigen Luftleit- und Ventilationsbahnen folgen den Tälern von Havel, Dahme und Spree. Sie sind vor allem bei allochthonen Wetterlagen von Bedeutung, bei denen sich aufgrund von mehr oder weniger großräumigen Luftdruckunterschieden regionale Windsysteme ausbilden. In Berlin treten diese Wetterlagen im langjährigen Mittel (2001-2010) in Abhängigkeit von der betrachteten Station zwischen 61,9 % (Berlin-Grunewald) und 91,5 % (Berlin-Dahlem) auf (SenStadtUm 2015a). Dabei herrschen westliche Windrichtungen vor. In den Tälern wird die herangeführte Kaltluft kanalisiert, beschleunigt und auf diese Weise in die vergleichsweise windschwachere Innenstadt transportiert ("Düseneffekt"). Um dieses Phänomen optimal ausnutzen zu können, sollten Uferbereiche freigehalten und in den Übergangszonen zu Gewässern die Bebauung offen gehalten werden.

Autochthone Wetterlagen ohne (oder mit nur sehr schwach ausgeprägten) übergeordneten Windsystemen treten in Berlin zwar seltener auf (8,5 % - 38,1 % der Jahresstunden). Für die Gesundheit der Stadtbevölkerung sind sie in aller Regel aber mit stärkeren Belastungen verbunden, da aufgrund von Inversionen der Abtransport von Luftschadstoffen gehemmt wird und es zur Ausprägung der städtischen Wärmeinsel kommt. Für diese Wetterlagen übernehmen lokale, thermisch und/oder orographisch induzierte Kaltluftabflüsse und Flurwindsysteme die Versorgung der Stadt mit Kalt-/Frischluft.

Der thermisch-orographisch induzierte Kaltluftabfluss ist auf Reliefunterschiede zurückzuführen, die in den frühen Morgenstunden zu einem hangparallelen Abfluss der sich abkühlenden Luft führt. Die Voraussetzung für planungsrelevante Kaltluftabflussvolumina ist eine großflächige Hangneigung von > 1 %, die zudem in Richtung einer (thermisch belasteten) Siedlungsfläche ausgerichtet sein sollte. Das flächenmäßig größte Kaltluftabflusspotential besitzt der Grunewald. Hier kann Kaltluft auf fast 3.500 ha abfließen. Insbesondere im nördlichen und östlichen Teil profitiert die angrenzende Wohnbebauung hiervon unmittelbar.

Rein thermisch induzierte Kaltluftleitbahnen sind demgegenüber deutlich häufiger und zudem homogener über das Stadtgebiet verteilt. Sie sind auf die kleinräumige Abfolge von lokalen Hoch- und Tiefdruckgebieten innerhalb Berlins während der Nachtstunden autochthoner Wetterlagen zurückzuführen und sorgen dafür, dass die über den warmen, dicht bebauten Siedlungsbereichen aufsteigende Luft bodennah durch vergleichsweise kühlere Luftmassen aus ihrem Umfeld, insbesondere größeren Grün-/Freiflächen ersetzt wird. Sie stellen insbesondere für den Innenstadtbereich die wichtigsten Entlastungswirkungen dar.

Ihre Wirkungsbereiche untereinander und gegen die der anderen Komponenten des Luftaustauschsystems flächenscharf abzugrenzen ist aufgrund von räumlichen Überschneidungen nicht ohne weitere modell- und messtechnische Analysen möglich. Allerdings lassen sich die Kernbereiche der einzelnen Leitbahnen auf Basis der Modellierung näherungsweise räumlich abgrenzen und damit überschlägig bilanzieren und vergleichen. Als Kernbereich des thermisch induzierten Leitbahntyps eigenen sich Grünzüge im besonderen Maße. Sie transportieren nicht nur die im Außenbereich erzeugte Kaltluft weiter, sondern reichern den Luftstrom mit zusätzlichen Kaltluftvolumina weiter an. Auch über breite Straßenzüge können relevante Mengen an Kaltluft in die Stadt transportiert werden. Hier müssen lufthygienisch belastete von unbelasteten Leitbahnen unterschieden werden (VDI 2015).

Die Ausweisung der Leitbahnen und ihrer Korridore erfolgte manuell als gutachterliche Einschätzung und orientiert sich an der Ausprägung des autochthonen Strömungsfeldes der durchgeführten FITNAH-Simulation. Die Abgrenzung der Leitbahnkorridore ist dabei nicht flächenscharf und bedarf im konkreten Planungsfall (z.B. einem Bauvorhaben) zumeist mindestens einer zusätzlichen gutachterlichen Einschätzung.

Für das Berliner Stadtgebiet wurden insgesamt 21 Leitbahnen identifiziert (vgl. Abbildung 7). Ihre Kernbereiche umfassen eine Fläche von insgesamt rd. 1.250 ha, was 1,4 % des gesamten Stadtgebietes entspricht. Jede Leitbahn stellt eine zentrale Komponente des Luftaustauschsystems Berlins dar. Daher sind alle baulichen Hindernisse zu vermeiden, die einen Kaltluftstau verursachen könnten. Grundsätzlich ist der Erhalt des Grün- und Freiflächenanteils anzustreben. Im Falle einer Bebauung sind die Bauhöhen möglichst gering zu halten und die Neubauten längs zur Leitbahn auszurichten. Randbebauungen sind möglichst gänzlich zu vermeiden.

Abbildung 7
Abb. 7: Kernzonen der Kaltluftleitbahnen ("Leitbahnkorridore") in Berlin

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

Für alle drei Hauptkomponenten des Berliner Luftaustauschsystems gilt gleicher Maßen, dass zwar ihre individuellen Strukturen (Luftleit- und Ventilationsbahnen), Potentialflächen (Kaltluftabflüsse) bzw. Kernzonen (Kaltluftleitbahnen) aus den Modellergebnissen und weiteren Sach- und Geodaten abgeleitet werden können. Eine flächenscharfe bzw. komponentenbezogene Abgrenzung ihrer spezifischen Einwirkungsbereiche - die in aller Regel deutlich über die oben dargestellten Flächen hinausgehen – kann allerdings aufgrund von gegenseitiger räumlichen Überlagerung und Beeinflussung ohne weitere vertiefende Untersuchungen nicht mit ausreichender Sicherheit geleistet werden.

Es ist allerdings möglich, den gesamthaften Kaltlufteinwirkungsbereich des Berliner Austauschsystems abzubilden und zu bilanzieren (vgl. Abbildung 8). Bestandteil dieser Analyse ist auch die aus den vielen kleineren und größeren Grünflächen sowie den stark durchgrünten Siedlungsräumen ausströmende Kaltluft. Diese lokalen Phänomene bilden das kleinste Mosaikstück des Berliner Luftaustausches und bieten vor allem Teilflächen von kaltluftleitbahn- bzw. kaltluftabflussfernen Siedlungsräumen eine klimaökologische Wohlfahrtswirkung (dies betrifft u.a. die Bezirke Mitte und Friedrichshain-Kreuzberg).

Abbildung 8
Abb. 8: Summarischer Einwirkungsbereich der Komponenten des Berliner Luftaustauschsystems bei autochthonen Wetterlagen

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

Wie Abbildung 9 verdeutlicht, bestehen zwischen den Berliner Bezirken große Unterschiede in Bezug auf den absoluten und relativen Anteil der von der Kaltluft profitierenden Bewohner sowie der beeinflussten Siedlungsraumfläche. In allen genannten Kategorien nehmen die Bezirke Reinickendorf, Pankow und Spandau die drei günstigsten Ränge ein. Sie profitieren am stärksten vom Luftaustausch. Der Bezirk Reinickendorf sticht in der Statistik besonders heraus: ungefähr 8 % der Bewohner bzw. der Siedlungsraumfläche sind an Kaltluftflüsse angeschlossen. Es kann begründet davon ausgegangen werden, dass die deutlich unterdurchschnittliche nächtliche thermische Belastung und vor allem der sehr geringe Anteil an Block(teil)flächen der Klasse "ungünstige thermische Situation" in den drei Bezirken sehr eng mit der guten Versorgung mit Kaltluft verbunden ist. Dieser Zusammenhang lässt sich in umgekehrter Weise auch für die Bezirke Tempelhof-Schöneberg und vor allem Friedrichshain-Kreuzberg unterstellen. In beiden Bezirken profitieren nur wenig mehr als 20.000 Einwohner (entspricht < 10 %) von den Kaltluftflüssen. Insgesamt profitieren in Berlin auf Grundlage der Modellergebnisse rd. 1 Mio. Einwohner (entspricht ca. 30 % der Gesamtbevölkerung) von der über das vielschichtige Luftaustauschsystem in die Stadt transportierten oder direkt in ihr produzierten Kaltluft.

Diese Werte verdeutlichen zum einen die zentrale Bedeutung des Kaltlufthaushaltes für Berlin. Sie zeigen zum anderen aber auch ein Verbesserungspotential auf, das es mithilfe von Maßnahmen zu erschließen gilt.

Abbildung 9
Abb. 9: Bilanzierung der Kaltlufteinwirkung auf den Siedlungsraum in Berlin nach Bezirken

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

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