Stadt, Land…Klima! - Untersuchung und Bewertung des Einflusses von Stadtklimaeffekten auf das Humanbioklima

am Beispiel des Campus der Technischen Universität Berlin.


Projektbericht des Orientierungsprojektes in den Studiengängen Ökologie und Umweltplanung und Landschaftsarchitektur (2. Semester SoSe 2014)

Inhaltsverzeichnis

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Klima und Wetter

Umgangssprachlich verschwimmen diese beiden Begriffe oft miteinander, aber aus wissenschaftlicher Sicht sind Sie klar zu trennen. Unter die Kategorie Wetter fallen relativ kurzzeitige und variable Prozesse, die zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort in der Troposphäre der Erdatmosphäre ablaufen. An diesen Prozessen sind alle relevanten Klimaelemente wie Wasserdampf, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung, bewegte Luftpakete usw. beteiligt.

Das Klima hingegen beinhaltet Wettereignisse und Witterung an einem Ort, über einen längeren Zeitraum. Entscheidend für eine Aussage über das Klima ist die Beobachtung der atmosphärischen Zustände über eine größere Zeitspanne hinweg (Referenzzeitraum der meteorologischen Weltorganisation: 30 Jahre ), sowie das Auswerten von Statistiken über beispielsweise Extremwerte, Mittelwerte oder Streuung für einzelne Klimaelemente. Das Klima kann im Bezug auf Raum- und Zeitskalen weiter differenziert werden: Die Raumverhältnisse reichen vom Mikroklima über Stadt-, Regional-, Makro-, hemisphärischem- , bis zu globalem Klima. Bei der Zeitskala geht die Spannweite von wenigen Jahrzehnten bis zu Zeiträumen von hunderttausenden von Jahren. Für zielgerichtete Beobachtungen oder Rekonstruktionen vergangener Klimate ist die Wahl des Zeitraumes entscheidend.

Quellen: Malberg, H., (2007): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. 5. Aufl., Springer, 395 S;

Hupfer P., Kuttler W., (2006):Witterung und Klima. Eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie.12.Aufl.,Teubner,545 S;

L

Lufttemperatur

Die Lufttemperatur ist eine Größe für den Wärmezustand eines Luftvolumens (DWD 2014). Sie wird über die mittlere molekularkinetische Energie definiert und verhält sich proportional zu dieser (Gastheorie): Je höher die Teilchengeschwindigkeit, desto höher die Temperatur (Schönwiese 2003). Die Temperatur wird in den meisten physikalischen Grundgleichungen in der Maßeinheit Kelvin [K] angegeben, in einigen empirischen Gleichungen auch in Grad Celsius [C°]. Dies richtet sich u.a. danach, was in der Praxis üblicher ist (ebd.). In USA und Großbritannien wird sie in Fahrenheit [°F] angegeben. Die Skalen werden jeweils durch Fixpunkte bestimmt. Bspw. sind dies bei Grad Celsius der Gefrierpunkt (0°) und der Siedepunkt (100C°) von Wasser. Kelvin orientiert sich an der tiefstmöglichen Temperatur von -273,15 °C (absolute Nullpunkt), bei welcher die kinetische Energie = 0 ist. (ebd.) Die Temperatur nimmt in der Troposphäre mit zunehmender Höhe bis zu Temperaturen von -57C° ab, in der Stratosphäre nimmt sie aufgrund der Strahlungsabsorption des Ozons wieder auf 0° zu. In der Mesosphähre kühlt sie auf -100 °C ab und erwärmt sich in der Thermosphäre wieder (Marlberg 2007).

Literatur: DWD (Deutscher Wetterdienst) (2014). Lufttemperatur. Online im Internet unter http://www.dwd.de/lexikon. [Zuletzt abgerufen am 13.07.2014] Malberg, H., (2007): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. 5. Aufl., Springer, 395 S. Schönwiese, C. (2003): Klimatologie. 2. Aufl., Verlag Eugen Ulmer Stuttgart, 440 S.

Luftdruck

Mit Luftdruck wird der von der Masse der Luft unter der Wirkung der Erdanziehung ausgeübte Druck bezeichnet. Er ist definiert als das Gewicht der Luftsäule pro Flächeneinheit vom Erdboden bis zur äußeren Grenze der Atmosphäre. Die Standard-Maßeinheit für den Luftdruck ist Hektopascal (hPa ). Der Luftdruck nimmt in den unteren Luftschichten der Atmosphäre rasch mit zunehmender Höhe ab und erreicht über Mitteleuropa etwa 5.500 m über NN (Meeresspiegelhöhe) die 500 hPa-Schwelle. Mit weiter zunehmender Höhe verlangsamt sich die Druckabnahme immer mehr. Der Luftdruck wird mit einem Barometer gemessen.

Quelle:

DEUTSCHER WETTERDIENST (Hrsg.), 2014: Wetterlexikon; Luftdruck: URL: http://www.deutscher-wetterdienst.de/lexikon/index.htm?ID=L&DAT=Luftdruck [Stand 12.07.2014].

M

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Niederschlag

Niederschlag ist der Vorgang der Umwandlung und Ausscheidung des Wassers in der Atmosphäre aus der Gasphase in den flüssigen bzw. festen Aggregatzustand. (Zmarsly 2007: 130) Zuerst kühlt feuchte Luft ab, kondensiert zu Wasserdampf und wird als Wolke sichtbar. (GEO kompakt 2006: 51)

Zur Niederschlagsbildung gibt es dann zwei Möglichkeiten: 1. der direkte Zusammenschluss einer großen Anzahl von Wolkentröpfchen (Koagulation) sowie 2. der Weg über die Eisphase mit Sublimationswachstum, Vergraupelung oder Schneeflockenbildung und eventuell anschließendem Schmelzen.

Die Wahrscheinlichkeit, dass Wolkentröpfchen durch die Bewegungen in der Wolke zusammenstoßen, muss so groß sein, dass sich ein Tropfen ausreichender Größe bilden kann und trotz Verdunstungsverluste auf der Fallstrecke zwischen Wolkenuntergrenze und Erdoberfläche noch als Niederschlagströpfchen ankommt. (Weischet 1977: 196) Wolken der unteren Troposphäre enthalten vorwiegend Tröpfchen aus flüssigem Wasser. In den höheren, kälteren Schichten bestehen die Wolken meist aus Eiskristallen: Ab minus 5°C beginnen erste Wolkentröpfchen zu gefrieren, die ursprünglich reine Wasserwolke wird zu einem Gemisch aus Wasser und Eis und erst in größeren Höhen bei minus 40°C zur reinen Eiswolke. Häufig beginnen die Tropfen ihren Fall zur Erdoberfläche als Eiskristalle und tauen erst unterwegs auf. Können sie aufgrund von Turbulenzen und starken Aufwinden lange anwachsen, bevor sie zu Boden fallen, erreichen sie die Erdoberfläche als Hagel. (GEO kompakt 2006: 53)

Literatur:

Weischet, W., 1977: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. 1. Aufl., Teubner, 256 S.

Zmarsly, E., Kuttler, W., Pethe, H., 2007: Meteorologisch- klimatologisches Grundwissen. 3. Aufl., Eugen Ulmer, 182 S.

Gaede, P.-M. (Hrsg.), 2006: Die Grundlagen des Wissens. In: GEO kompakt. Wetter und Klima. 1. Aufl., Gruner + Jahr AG, Hamburg, 155 S.

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Verdunstung

Besitzen Moleküle innerhalb eines Flüssigkeitsverbands genug kinetische Energie um ihn zu verlassen, ändern Flüssigkeiten ihren Zustand auch bei Temperaturen unter dem Siedepunkt. Dieser Prozess ist unter Anderem ausschlaggebend für den Wasserkreislauf auf der Erde. Des Weiteren wird bei den Phasenübergängen Energie transportiert. Die zum Verlassen des Molekülverbands benötigte Energie wird der Flüssigkeit vom Wasserdampf als latente, Wärme entzogen und bei der Kondensation wieder freigesetzt. In Bodennähe besteht durchschnittlich 1,3% der Luft aus Wasserdampf. Die höchste Verdunstung tritt in Gebieten mit Strahlungswinkel, um 90°, also in den Tropen und Subtropen auf. Vorausgesetzt ausreichend Wasser ist verfügbar. Die Gesamtverdunstung eines Gebiets, auch Evapotranspiration, setzt sich zusammen aus Evaporation und Transpiration. Evaporation bezeichnet die direkte Verdunstung von Wasser, Transpiration die aktive Wasserdampfabgabe von Organismen, z.B bei der Photosynthese.

Die tatsächliche Verdunstung eines Gebiets beschreibt die reale Verdunstung. Sie wird bestimmt durch das Wasserangebot und dem Wetter. Ermittelt kann diese Größe direkt durch Messung mit einem Lysimeter oder indirekt mithilfe der Bodenwasserbilanz berechnet werden. (Siehe auch Verfahren nach Penman und Monteith) Auch die potentielle Verdunstung, also die theoretisch maximal mögliche, kann zum einen mit Messverfahren ermittelt, (z.B. Piche-Evapirometer, Verdunstungswaage nach Wild) oder berechnet werden (Haude-Gleichung, Penman Gleichung) Eine Übersicht zu verwendender Formeln und Verfahren findet sich in Schrödter (1985)

Malberg, H., (2007): Meteorologie und Kimatologie. Eine Einführung. 5. Aufl., Springer, 86 S. Zmarsly, E., W. Kuttler & H. Pethe, (2002): Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. Eine Einführung mit Übungen, Aufgaben und Lösungen. 2. Aufl., Ulmer, 131 S.

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Wind

Wind ist bewegte Luft, dargestellt durch den Windvektor, der durch Windgeschwindigkeit und Windrichtung gegeben ist. Dabei gibt die Windrichtung an, woher der Wind kommt. Kurzzeitige Windschwankungen bezeichnet man als Böen. Zu ihrer Erfassung werden Böenmesser verwendet.

Die Windrichtung wird in Allgemeinen in Grad(°) angegeben. Die 360°-Skala des Vollkreises wird in der Regel in 30°-Intervallen aufgeteilt. Diese ergibt dann eine 12-teilige Windrose.

Eine weitere Größe, die zur Beschreibung des Windes dient, ist die Windstärke. Die Windstärke gibt die Wirkung des Windes auf die Umgebung z.B. auf Blätter, Zweige, Äste oder die Wasseroberfläche an.

Hauptursachen für den Wind sind Unterschiede im Luftdruck zwischen Luftmassen. Die Luftteilchen bewegen sich aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck, solange in ein Gebiet mit niedrigeren Luftdruck, bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Auf die Luftmasse wirkt dabei eine Kraft, die Gradientkraft. Unter einem Gradient wird ganz allgemein die Änderung eines Messwerts pro Streckeneinheit in Richtung des stärkeren Gefälles innerhalb des Wertefeldes verstanden.

Quellen: Zmarsly, E., Kuttler, W. , Pethe , H. (2007): Meteorologischeklimatologisches Grundwissen. 3. Aufl., Springer, 182 S;

Weischet, W., Endlicher, W., (2008):Einführung in die Allgemeine Klimatologie.8.Aufl.,Borntraeger, 342 S;

Wetter und Klima

Umgangssprachlich verschwimmen diese beiden Begriffe oft miteinander, aber aus wissenschaftlicher Sicht sind Sie klar zu trennen. Unter die Kategorie Wetter fallen relativ kurzzeitige und variable Prozesse, die zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort in der Troposphäre der Erdatmosphäre ablaufen. An diesen Prozessen sind alle relevanten Klimaelemente wie Wasserdampf, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung, bewegte Luftpakete usw. beteiligt.

Das Klima hingegen beinhaltet Wettereignisse und Witterung an einem Ort, über einen längeren Zeitraum. Entscheidend für eine Aussage über das Klima ist die Beobachtung der atmosphärischen Zustände über eine größere Zeitspanne hinweg (Referenzzeitraum der meteorologischen Weltorganisation: 30 Jahre ), sowie das Auswerten von Statistiken über beispielsweise Extremwerte, Mittelwerte oder Streuung für einzelne Klimaelemente. Das Klima kann im Bezug auf Raum- und Zeitskalen weiter differenziert werden: Die Raumverhältnisse reichen vom Mikroklima über Stadt-, Regional-, Makro-, hemisphärischem- , bis zu globalem Klima. Bei der Zeitskala geht die Spannweite von wenigen Jahrzehnten bis zu Zeiträumen von hunderttausenden von Jahren. Für zielgerichtete Beobachtungen oder Rekonstruktionen vergangener Klimate ist die Wahl des Zeitraumes entscheidend.

Quellen: Malberg, H., (2007): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. 5. Aufl., Springer, 395 S;

Hupfer P., Kuttler W., (2006):Witterung und Klima. Eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie.12.Aufl.,Teubner,545 S;

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