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)

Stadtklimaanalyse Graz

Autorin: Marianne Hachtmann

Einleitung

Bedingt durch die geographische Lage südlich der Alpenist Graz eine Stadt mit Windarmut und einer hohen Inversionshäufigkeit von 80% (LAZAR &SULZER 2013). Diese Inversionshäufigkeit und Windarmut führt zu einer Erhöhten Schadstoffbelastung und zu einer Verstärkung des Wärmeinsel-Effekts(LAZAR &SULZER 2013). Aus diesen Gründen und hinsichtlich der Entwicklung eines nachhaltigen Stadtentwicklungskonzeptes wurde von Reinhold Lazar und Wolfgang Sulzer des Instituts für Geographie der Karl Franzen Universität Graz eine Stadtklimaanalyse durchgeführt und 2013 veröffentlicht. Für diese Stadtklimaanalyse konnte auf Messdaten aus den Jahren 1986,1997, 2004 und 2011 zurückgegriffen werden (LAZAR &SULZER 2013). In diesem Artikel sollen die Methoden und Ergebnisse dieser Stadtklimaanalyse untersucht und diskutiert werden. Zentral bei dieser Untersuchung ist,wie zuverlässig und zielführend die Methoden waren, wie Ergebnisse fachlich zu bewerten sind und inwiefern sie umsetzbar sind bzw. umgesetzt werden und wurden. Um zunächst einen Einblick in die Problematik der städtischen Erwärmung zu geben wird der Begriff Humanbioklima definiert: Als Humanbioklima bezeichnet man den Zusammenhang zwischen den vier atmosphärischen Wirkkomplexen uns dem menschlichen Wohlbefinden (ENDLICHER 2012:73). Zu den Klimafaktoren zählt man den aktinischen Wirkungskomplex, den chemischen Wirkungskomplex, den neurotropischen Wirkungskomplex und den thermischen Wirkungskomplex (ENDLICHER 2012:73).In diesem Artikel wird ausschließlich der thermische Wirkungskomplex am Beispiel der österreichischen Stadt Graz eingehender untersucht, da ein enger„Zusammenhang zwischen thermischem Komfort (Behaglichkeit) bzw. Diskomfort (Belastung) und der menschlichen Gesundheit besteht“ (ENDLICHER 2012:73).  

Methoden und Messungen

Die Erhebung der klimatologischen Daten erfolgte durch Thermalscannerbefliegungen, Messfahrprogramme und Ballonsondierungen. Thermalscannerbefliegungen Die Thermalscannerbefliegungen erfolgten 1986, 1996 und 2004 mit dem Multispektralscanner DAEDALUS 1268 AirbornThematic Mapper (ATM) der deutschen Gesellschaft für Luft und Raumfahrt“(LAZAR &SULZER2013:17). Dieser Scanner besteht aus „einem rasch rotierendenSpiegel, kombiniert mit 11 Detektoren, welche die vom Spiegel aufgenommene Strahlungen empfangen und in elektrische Impulse umwandeln“(LAZAR &SULZER2013:17). Durch die Rotation des Spiegels wird die Erdoberfläche zeilenartig abgetastet (gescanned)(Lazar &Sulzer2013:17). Die in Impulse umgewandelten Strahlen werden dann in graustufen quantisiert und auf einem Datenträger abgespeichert(LAZAR &SULZER 2013:17). Für die Erstellung der Strahlung- und Oberflächentemperaturkarte 2011 wurdeder Airborne Wiede Array Broadband Thermal Imager(TABI) 1800 der Firma ITRES Reserched Limited eingesetzt(LAZAR &SULZER 2013:21).

Tabelle 1 Befliegungen 1989, 1996, 2004 und 2011 (eigene Darstellung nach Lazar & Sulzer 2013 :17, 21)

Datum Zeit Scanner Auflösung (Pixelgröße in m²)
20.04.1994 11:00 bis 13:00 DAEDALUS 1268 2,5×2,5
24.10.2004 12:00 bis 15:15 DAEDALUS 1268 1×1
20.12.1011 19:38 bis 22:02 TABI 1800 0,6×0,

Messfahrprogramm 1986 und 2011 erfolgten parallel zu den BefliegungenMessfahrten durch 3 bis 4 Messtrupps auf vordefinierten Fahrstrecken. Die Messtrupps hielten in regelmäßigen Abständen(200m) an und maßenmit einem Thermistorfühlerauf ca. 2m Höhe Lufttemperatur, Luftfeuchte und die Windrichtung(LAZAR &SULZER 2013: 89, 90). 2004 erfolgte das Messfahrprogramm weniger umfangreich bzw. eingeschränkt aufgrund des überraschend auftretenden Talnebels. 1996 wurde kein Messfahrprogramm durchgeführt.

Ballonsondierungen Begleitend zu den Befliegungen und den Messfahrprogrammen wurden in den Jahren 1986, 2004 und 2011, zur Untersuchung der Windverhältnisse, Fesselballonsondierungen durchgeführt(LAZAR &SULZER 2013: 89), wobei die Fesselballonsondierung im Jahr 2011 aufgrund der maximalen Steighöhe von 200m aus flugsicherheitsgründen nur eingeschränkt durchgeführt werden konnte(LAZAR &SULZER 2013: 89).  

Auswertung der Messungen

Klimatopkarte

Die Ergebnisse der Messungen 2011 wurden mit einer Klimatopkarte ausgewertet:

Abbildung 1 Klimatopkarte Graz (Lazar & Sulzer 2013: 233)

Auf dieser Karte ist die städtische Wärmeinsel dunkelrot markiert. Diese Wärmeinsel wird von einem noch stark überwärmten Gründerzeitgürtel, welcher in einem helleren rot markiert ist umschlossen. Der Gründerzeitgürtel ist wiederum von einer Blockbebauung mit mäßiger Überwärmung umgeben (orange Markierung)(LAZAR & SULZER 2013: 233). Deutlich sichtbar ist, dass der östliche Teil der Stadt stark durch Seitentalabwind (gelbe Pfeile) gekühlt wird und sich dort der Effekt der Wärmeinsel weniger weit ausdehnt(LAZAR & SULZER 2013: 233).Der westliche Teil wird von den Murtalabwinden (schwarz umrandetet Pfeile) geprägt,welche auch zu einer Kühlung der Stadt beitragen (S. LAZAR & SULZER 2013: 233).

Karte mit planerischen Hinweisen

Aus der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Klimatopkarte wurde in einem zweiten Schritt eine Karte mit planerischen Hinweisen entwickelt. Hierbei verfolgen die Autoren mit ihren Vorschlägen das Ziel, „eine Verbesserung aus lufthygienischer Sicht zu erzielen, das [Human-]Bioklima durch geeignete Maßnahmen günstig zu beeinflussen und somit einen Beitrag zur Hebung der Lebensqualität in der Stadt zu leisten“(LAZAR &SULZER 2013: 236).

Abbildung 2 Die Karte der planerischen Hinweise (Lazar & Sulzer 2013)

Da, wie sowohl auf der Klimatopkarte als auch auf dieser Karte (Abbildung 2) ersichtlich ist, vor allem der innerstädtische Bereich von dem Wärmeinsel-Effekt betroffen ist, wird an dieser Stelle nur auf diesen Bereich (Zone 1 und 2) näher eingegangen. Zone 1 und 2 Die Zone 1 und 2 dieser Karte (hell- und dunkelrot) „umfasst die Altstadt, die gründerzeitlichen Viertel und Abschnitte mit Blockbebauung in Verbindung mit einigen Gewerbebetrieben“ (LAZAR & SULZER 2013:236). In diesem Bereich wirkt sich die Innenhofgröße der Häuser stark auf das Mikroklima aus. Hierbei ist besonders der enge Lichthof als „ungünstig“ einzuschätzen, wohingegen die begrünten Innenhöfe des Gründerzeitgürtels aufgrund eines „vorteilhaften“ Gebäudegröße-Innenhofgröße-Verhältnisses, welche die Ausbildung „kleinräumiger Zirkulation“ ermöglichen, als „relativ günstig“ einzuschätzen sind (LAZAR & SULZER 2013: 336, 338). Negativ wirken sich auch die Bebauung sowie der hohe Versieglungsgrad auf das Mikroklima der Innenhöfe aus. Hier würde „eine Auflockerung durch laubabwerfende Bäume […] die bioklimatischen Bedingungen merklich verbessern“ (Lazar & Sulzer 2013: 338). Weitere Vorschläge zu Verbesserung des Stadtklimas sind die

  • „Schaffung von Parkanlagen […] die vor allem bioklimatisch wertvollsind und an heißen Sommertagen eine gröbere Ausgleichsfunktion besitzen als Wiesenflächen“
  • Begrenzung der Neubauhöhe auf vier bis fünf Stockwerke
  • Orientierung der Gebäudeausrichtungen an den Talwinden (Murtal- und Seitentaleinfluss)

(LAZAR & SULZER 2013: 339). Eine Zusammenfassung dieser Empfehlungen wird auf der Karte mit planerischen Hinweisen gegeben.  

Diskussion

Methoden Allgemein

Die Erhebung der Daten für diese Klimaanalyse erfolgte durch Befliegung, Messfahrprogramm und Ballonsondierungen. Die angewendeten Methoden sind dokumentiert, Probleme wie beispielsweise die fehlerhafte Entzerrung der Infrarotaufnahme von 1996 werden beschrieben und die Daten aufgrund dessen nicht verwendet (LAZAR & SULZER 2013: 339). Da Infrarotaufnahmen aus den Jahren 1986, 2004 und 2011 miteinander verglichen werden können, ist die Stadtklimaentwicklung nachvollziehbar(VERGL.LAZAR & SULZER 2013). Des Weiterensinddurch die Kombination von Infrarotaufnahmen, Ballonsondierung und Messfahrten die Wärmeinsel sowie die Beeinflussung des Stadtklimas durch lokale Gegebenheiten wie Beispielsweise den Murtalabwind beleg- und nachvollziehbar. Ungünstig hingegen ist nach Meinung der Autorin, dass in den Jahren 2004 und 2011 jeweils nur eine Befliegung durchgeführt wurde. Dies könnte dazu führen, dass die beobachteten Phänomene stark wetterbedingt waren und es sich nicht um für die Stadt Graz spezifische klimatische Mechanismen handelt. Des Weiteren sind jeweils nur Befliegungen aus dem Jahr 1986 mit den anderen vergleichbar, da 1986 sowohl morgens, mittags und nachtsBefliegungen durchgeführt wurden, wohingegen 2004 nur morgens und 2011 nur nachts Infrarotaufnahmen aufgenommen wurden. Hinzu kommt, dass auch die Aufnahmen 2011 im Dezember bei erheblich niedrigeren Temperaturen gemacht wurden als im Oktober 1986(VERGL.LAZAR & SULZER 2013). Auch dies erschwert zumindest den Vergleich beider Aufnahmen. Nichtsdestotrotz ist auf allen Aufnahmen das Phänomen der städtischen Wärmeinsel deutlich erkennbar, wie auch die Besonderheit, das bestimmte Gebiete aufgrund geographischer Gegebenheiten durch Talabwinde gekühlt werden.

Karte mit planerischen Hinweisen

Die Karte mit planerischen Hinweisen wurde auf Grundlage der Klimatopkarte erstellt, welche ausschließlich auf den 2011 erhobenen Daten basiert. Wie auch auf der Klimatopkarte ersichtlich betrifft der städtische Wärmeinsel-Effekt vor allem die Zone 1 und 2. Aus diesem Grund werden an dieser Stelle ausschließlich die auf der Karte mit planerischen Hinweisen sichtbar gemachten Maßnahmen in diesen Zonen diskutiert. Folgende zusammenfassende planerische Empfehlungen werden auf der Karte mit planerischen Hinweisen gegeben:

  • Straßen- und Hofbegrünung,
  • Parks als Auflockerung,
  • Flächenendsiegelung
  • Gebäudeausrichtung gemäß nächtlicher Strömungsrichtung

(LAZAR & SULZER 2013).

Hofbegrünung Die Effizienz von Hofbegrünungen ist abhängig von der Art der Begrünung sowie dem betrachteten Klimaelement: Die Schwülebelastung, welche die bioklimatische Situation in einem Hof bestimmt, ist in durch Bäume verschatteten Höfen deutlich geringer, als in einem Hof ohne Vegetation (HOBER 2000). Gegensätzlich hierzu verhalten sich die Wind- und Austauschverhältnisse in einem Hof (HOBER2000). Hierkann sich Vegetation auch negativ auswirken: Bei kleinen Höfen besteht durch einen „Kronenschluss von Bäumen“ die Gefahr, dass der Luftaustausch nahezu zum Erliegen kommt (HOBER 2000: 157, S. FEZER 1995). Da von beiden Problematiken in der Stadt Graz auszugehen ist (VERGL.LAZAR & SULZER 2013), wäre es beispielsweise möglich, die Empfehlung „Hofbegrünung“ stärker zu konkretisieren und vor allem hinsichtlich der kleinen Innenhöfe eine Wandbegrünung zu empfehlen (S. HOBER 2000, S. FEZER 1995).

Straßenbegrünung Bei der Frage der richtigen Straßenbegrünung handelt es sich um eine ähnliche Problematik wie bei der Hofbegrünung: Der Luftstrom in der Straße sollte durch Vegetation so wenig wie möglich behindert werden(S. HOBER 2000). Gleichzeitig sollte aber durch Vegetation eine zu starke Erwärmung der Luft vermieden werden(S. HOBER 2000). Aus diesem Grund muss die Straßenbegrünung straßenabhängig betrachtet werden; so sollten beispielsweise die Größe der Straße und die Richtung der Talwinde berücksichtigt werden(S. HOBER 2000). Parks Da die Innenstadt Graz stark bebaut ist, ist nur die Schaffung kleinerer Parkanlagen möglich. Da es aber einen Zusammenhang zwischen der Größe einer Parkanlage und der Temperaturdifferenz zwischen Park und städtischer Umgebung gibt, ist die Wirkung einer kleineren Anlage stark limitiert (HOBER2000, Sukopp et. al. 1998). Nicht destotrotz „zeigen sich in allen innerstädtischen Freiräumen gegenüber der bebauten Umgebung niedrigere bioklimatische Belastungen“(HOBER2000: 179). Aus diesem Grund ist auch die Schaffung kleiner Parkanlagen als positiv und sinnvoll einzuschätzen (VERGL. FEZER 1995).

Flächenentsiegelung Durch Flächenversiegelung kommt es zu weniger Verdunstung aufgrund von fehlender Vegetation, sowie zu einer erhöhten Wärmespeicherung aufgrund des hohen Wärmespeichervermögens von Straßen und Gebäuden (SENAT FÜR STADTENTWICKLUNG UND UMWELT BERLIN 2004) Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass durch Flächenentsiegelung mehr Oberfläche für Verdunstung und somit der Umwandlung von fühlbarer Wärme in latente Wärme geschaffenwird. Zusätzlich kann die entsiegelte Fläche durch Vegetation bewachsen werden,was die positiven Effekte verstärken würde.  

Schlussfolgerung

Die Methoden der Datenerhebung der Stadtklimaanalyse Graz sind nachvollziehbar, auch wenn es sich aufgrund der Datenmenge eher um stichprobenartige Daten handelt. Doch auch auf dieser Datengrundlage ist das Phänomen der städtischen Wärmeinsel sowie der Talwindbeeinflussung deutlich erkennbar. Aus diesem Grund scheint die Datenerhebung zum Zweck der Entwicklung eines nachhaltigen Stadtentwicklungskonzeptes ausreichend zu sein. Die gegebenen planerischen Empfehlungen als Orientierungshilfe für Stadt- und Landschaftsplaner sind sinnvoll, wenngleich eine differenzierte Betrachtung der Maßnahmen auf die Gegebenheiten der unterschiedlichen Objekte (Straße, Hof, potenzielle Parkfläche) zweckmäßig wäre. Auch ist die Empfehlung weiterer Maßnahmen wie Beispielsweise Dachbegrünung möglich. Insgesamt ist die Stadtklimaanalyse Graz als nachvollziehbar, handlungsbezogen und sehr umfassend zu bewerten. Abschließend sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Karte mit den planerischen Hinweisen in das Stadtentwicklungskonzept Graz 4.0 aufgenommen wurde, ihre Umsetzung also verbindlich ist (STADTPLANUNGSAMT GRAZ 2013).

Quellenverzeichnis

ENDLICHER, W. (2012): Einführung in die Stadtökologie – Grundlagen des Urbanen Mensch-Umwelt-Systems, Hrsg. Eugen Ulmer Stuttgard

FEZER, F. (1995): Das Klima der Städte. Hersg: Justus Perthes Verlag Gotha GmbH

HOBERT M. (2000): Landesentwicklung und Umweltforschung – Klimatologische Aspekte der Stadt- und Landschaftsplanung. Hrsg.: TU-Berlin

LAZAR R. UND SULZER W. (2013): Stadtklimaanalysen - 1986, 1996, 2004, 2011. Hrsg. Karl Franzens Universität Graz. Online im Internet unter:http://www.geoportal.graz.at/cms/beitrag/10223258/5414865 zuletzt abgerufen am 12.05.2014

SENAT FÜR STADTENTWICKLUNG UND UMWELT BERLIN (2004): Versiegelung. Online unter: http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/umweltatlas/da102_01.htm zuletzt abgerufen am 26.05.2014

STADTPLANUNGSAMT GRAZ (2013): Stadtentwicklungskonzept Graz 4.0. online im Internet unter http://www.graz.at/cms/beitrag/10223486/5418982/ zuletzt abgerufen am 12.05.2014

SUKOPPH.,WESSOLEK G. WITTIG, R., MACKENSEN R., RENGER M., SCHUHMACHER H., FRITSCHE U.,ERZ W., EIKMANN T., BREUST J., BRANDE A., BLUME H.,GEBHARD U, HAMICKE U., KLAUSNITZER B, KUTTLER W., LICHTENBERGER E. (1998): Stadtökologie, Ein Fachbuch für Studium und Praxis. 2. Auflage. Gustav Fischer Verlag


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