In meiner wissenschaftlichen Ausarbeitung werde ich den Umweltatlas Hessen vorstellen, daraufhin folgt eine Erklärung und Definition des Bioklimas, sowie des Klima-Michel-Modells (Jendritzky et al.,1990). Weiterhin wird ein Beispiel der Anwendung des Klima Michel Modells vorgestellt.
Der Umweltatlas Hessen ist ein Angebot des hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG). 1999 wurde der Umweltatlas das erste mal als Loseblattsammlung verteilt, 2000 folgend die erste Internetpräsenz, seither ist er im Internet zu finden. Bevor das HLUG den Umweltatlas veröffentlichte, hat dieser drei Jahrzehnte lang den Zustand der Hessischen Natur dokumentiert und mit Umweltbeobachtungssystemen erfasst. Die Motivation des HLUG war es die Umweltsituation Hessens sowie die Umweltveränderungen Hessens dazustellen. So gibt der Umweltatlas einen Überblick über wichtige Umweltdaten (HLUG,2013a). Diese werden in 370 Karten und dazu erläuternden Texten dokumentiert, immer wieder aktualisiert und ergänzt. Die Karten sind teilweise selbsterklärend, die dazu gehörigen Texte dienen dazu Fehlinterpretationen zu vermeiden (HLUG, 2013). Für die dazu gehörigen umfangreichen Daten arbeitet das HLUG mit mehreren Instituten zusammen, wie zum Beispiel mit dem Hessischen Ministerium für Umwelt sowie dem Deutschen Wetterdienst (Deutscher Wetterdienst, 2013a; HLUG,2013a). Der Umweltatlas Hessen soll der interessierten Öffentlichkeit, den Hochschulen und Landesbehörden dienen. Er dient als eine Informationsquelle von Planungs- und Entscheidungshilfen, ist jedoch lediglich als Hilfestellung für Planungen mit großen Maßstab geeignet. Für eine Planungsgrundlage für z.B Kommunen ist er nicht detailliert genug (HLUG,2013a).

Das Bioklima beschäftigt sich mit dem Einfluss des Klimas auf den Menschen.(SUKOPP, WITTIG 1998: 126). Im Umweltatlas Hessen ist das Bioklima, als die Summe aller auf den lebenden Organismus wirkenden Faktoren des Klimas definiert. Die Faktoren des Klimas sind Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit sowie die Strahlungsverhältnisse.(HLUG,2013b).

Im Folgenden gehe ich auf die Summe aller, auf den Menschen wirkenden Faktoren des Klimas ein. Der Mensch hat eine Anpassungsfähigkeit an seine Umgebung, diese bewältigt er mit seiner inneren Thermoregulation. Die Thermoregulation stellt eine Konstante unserer Inneren Temperatur unabhängig von den Umweltbedingungen dar (Deutscher Wetterdienst, 2013a). Die Anpassungsfähigkeit ist abhängig von Gesundheit, Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden des Menschen. Ein gesunder Mensch hat eine hohe Anpassungsfähigkeit an seine Umgebungsbedingungen, wobei ein empfindlicher Mensch eine niedrige aufweist und so eine höhere Beanspruchung der Thermoregulation hat (HLUG,2013b). Eine minimale Thermoregulation zeigt Behaglichkeit auf, je stärker die Thermoregulation in Anspruch genommen werden muss, umso belastender empfindet der Mensch seine Umgebung(Deutscher Wetterdienst, 2013). Unter dem Aspekt der Thermoregulation hat Jendritzky 1979 das Klima-Michel-Modell(KMM) vorgestellt, welches auf der Behaglichkeitsgleichung von Fanger(1972) beruht (vgl.JENDRIZKY,MENZ ,KESSEN& SCHIRMER,1990 114). Das KMM berechnet die Anpassungsleistung von Menschen an ihre Umgebungsbedingungen. Die Anpassungsleistung beschreibt das thermische Empfinden, so ermittelt das KMM die gefühlte Temperatur des Menschen. Die gefühlte Temperatur wird in Behaglichkeit, Wärmebelastung und Kältestress unterteilt. Sie wird in der Einheit °C angegeben(Staiger et al., 1997). Die Behaglichkeit liegt bei °0C bis °20C, Wärmebelastung bei größer als °20C und Kältestress bei weniger als °0C (HLUG,2013b). Bei einer Anwendung des Modells wird immer von Michel dem Durchschnittsmenschen ausgegangen. Michel ist männlich 35 Jahre alt, 1,75 cm groß und 75 kg schwer, ist dem Wetter immer angemessen gekleidet, so dass er sich möglichst behaglich fühlt und hat eine konstante Aktivität. Die Aktivität, hier Spazieren gehen, wird in 172,5W angegeben (HLUG,2013b). Diese nicht meteorologischen Größen werden festgelegt, damit eine Unabhängigkeit, sowie Vergleichbarkeit von Raum und Zeit gegeben werden kann(vgl.JENDRIZKY,MENZ ,KESSEN& SCHIRMER,1990,s.32). Wie schon erwähnt beruht das KMM auf der Behaglichkeitsgleichung von Fanger(1972), die folgende meteorologischen Größen verknüpft: Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, Strahlungstemperatur, sowie Wasserdampfdruck (vgl.JENDRIZKY,MENZ ,KESSEN& SCHIRMER,1990,s.18). Diese Größen werden im KMM mit dem Michel, der angemessenen Bekleidung und der konstanten Aktivität verbunden, daraus folgt die Ermittlung der gefühlten Temperatur (HLUG,2013b). Die gefühlte Temperatur wird, als Maß in Predicted Mean Vote (PMV) angegeben (vgl. JENDRIZKY,MENZ ,KESSEN& SCHIRMER,1990,s.18). PMV ist ein skalierter Wert, der von -2 über 0 bis 2+ angezeigt wird. Bei PMV=0 empfindet der Mensch Behaglichkeit, bei einem Wert von 2+ empfindet er eine Wärmebelastung, sowie bei PMV=2- ein Kältestress empfunden wird (vgl.JENDRIZKY,MENZ ,KESSEN& SCHIRMER,1990,s.19-20).

Der PMV setzt sich aus folgender Gleichung zusammen:

PMV= f(M/ADu, Icl, t1, tmrt, e, vr)

M/ADu = die Aktivität
Icl = die Bekleidung in clo-Einheiten
t1 = die Lufttemperatur
tmrt = die Strahlungstemperatur an
e = der Wasserdampfdruck
vr = die Windgeschwindigkeit
(vgl. JENDRIZKY,MENZ ,KESSEN& SCHIRMER,1990,s.18)

Das KMM ist ein Energiebilanzmodell des Menschen, welches heut zu Tage nicht öffentlich zugänglich und geistiges Eigentum des Deutschen Wetterdienstes(DWD) ist (HÜBENER,2013, mdl.Mitt.). Der DWD kann anhand des Modells flächendeckende Aussagen über die bioklimatischen Bedingungen treffen. Er lässt zu dem KMM noch weitere Größen mit einfließen. Hinzu kommen, geografische Breite, Kontinentalität, Höhe über dem Meer, Geländeform und Landnutzung (Deutscher Wetterdienst,2013b). Im nachstehenden Kapitel wird ein Beispiel der Anwendung des Modells vom DWD in Hessen erläutert.

In Hessen wurde das KMM mit den Mess- und Beobachtungsdaten des DWD angewandt, um eine bioklimatische Bewertung im Raum Hessens festzustellen. Die Daten wurden mit dem Modell über 30 Jahre von 1971-2000 analysiert und bewertet. Untersucht wurde, wie viele Tage mit Wärmebelastung und mit Kältereizen im vieljährigen Durchschnitt für den Menschen zu erwarten sind. Unter den Tagen die entweder Wärmebelastet oder dem Kältereiz ausgesetzt sind, versteht man Tage, die einen festgesetzten Wert der gefühlten Temperatur überschritten haben (HLUG,2013). Das Ziel war es den Charakter der unterschiedlichen Landschaften in Bezug auf die Thermoregulation des Menschen darzustellen. Die Darstellung erfolgt mit zwei Bioklimakarten, eine für Wärmebelastende Tage und eine für Tage mit Kältereiz, diese sind im Umweltatlas Hessen zu finden. Sie werden in dem Maßstab 1:250 00 bis 1:50 000 angegeben (HLUG, 2013; Deutscher Wetterdienst, 2013b).Im folgenden sind zwei Ausschnitte der Bioklimakarten mit der Zahl der Tage mit thermischen Stress Dargestellt:

Abb.1: Bioklima Kältereiz Darstellung, 1971-2000(HLUG,2013b).

Die Abbildung 1 zeigt die Bioklimakarte mit Tagen der Kältereize. Kältetage weisen niedrige Temperatur und hohe Windgeschwindigkeit auf. Im Rhein-Main Gebiet tauchen Tage mit Kältereizen eher weniger auf, wobei in Mittelgebirgen wie der Taunus und die Rhön häufig Tage mit Kältereizen vorkommen. So sind auch die Höhenlagen für Kältereizen von Bedeutung. Jedoch auch durch die geografische Lage wird aufgezeigt, dass im Norden mehr Kältereiz Tage auftreten als im Süden, obwohl die Höhenlage fast identsich ist. Auch ist zu sehen, dass in den Städten weniger Tage mit Kältereiz auftreten als im Umland (HLUG,2013b). Außerdem spiegeln sich in dieser Karte die verschiedenen Landnutzungen und Oberflächenbeschaffenheit wieder. Tallagen weisen weniger Tage mit Kältereizen auf als Bergkuppeln. Die Flächennutzung ist auch von Bedeutung, sie gibt zu erkennen, dass in Städten wie auch in Wäldern mit weniger Kälteeinfluss zu rechnen ist als in der Umgebung. Dies stellt zum Beispiel Frankfurt mit seiner Umgebung dar (HLUG,2013b).

Abb.2: Bioklima Wärmebelastung, Jahr 1971-2000 (HLUG,2013b).

Die Abbildung 2 zeigt die Bioklimakarte mit den Tagen mit Wärmebelastung. Die Abhängigkeit der Höhenlagen spiegelt sich auch in dieser Karte wieder. Das Rhein-Main-Gebiet, welches am niedrigsten Punkt in Hessen liegt, ist überwiegend mit Wärmebelastung betroffen. Je Höher ein Gebiet an Höhenlage liegt, desto weniger betroffen ist es von Wärmebelastung. So sind die Mittelgebirge kaum betroffen. Auch hier spielt die geografische Lage eine Rolle, bei gleicher Höhenlage von Norden und Süden, ist der Süden stärker Wärmebelastet als der Norden. Die unterschiedlichen Spannen der Tage mit Wärmebelastung, wird auch durch die Flächennutzung verdeutlicht. Zum Beispiel zeigt die dicht besiedelte Innenstadt von Frankfurt 30 oder mehr Tagemit Wärmebelastung auf, hingegen gibt es südlich von Frankfurt ca. 12- 17 Wärmebelastete Tage für den Menschen. Der Grund hierfür ist das Waldgebiet südlich von Frankfurt, welches einen Schutz vor direkter Sonnenstrahlung bietet und geringer Lufttemperatur aufweist, was dazu führt, dass der Mensch an wenigen Tagen Wärmebelastung empfindet. Die Besiedlungsdichten der Städte weisen eine weitere Abstufung auf. Die Stadt Kassel hat eine niedrigere Bebauungsdichte als Frankfurt, dies zeigt die Karte zu erkennen, da in Frankfurt mehr Wärmebelastende Tage zu erwarten sind als in Kassel (HLUG,2013b).
Kommt der Mensch in einen Kältereiz hat dieser immer noch die Möglichkeit auf Ausweichmöglichkeiten, wie z.B. in der Stadt, in windstille, geschützte Orte oder in einen Wald zu gehen. Wohingegen eine Wärmebelastung den Menschen in die Enge drängen kann, da fast keine Ausweichmöglichkeiten vorhanden sind. So ist mehr von Bedeutung die Fragen der Wärmebelastung in Planungen einfließen zu lassen als die der Kältereize (HLUG,2013b).

Wie im Kapitel 2 beschrieben, hat der Mensch eine Thermoregulation, diese funktioniert, je nach Empfindlichkeit des Menschen, mehr oder weniger gut. Das KMM berücksichtigt einen gesunden „ Michel“ , der männlich, 35 Jahre ist, 1,75cm groß und 75kg wiegt. In dieser Hinsicht berücksichtigt er nur die Thermoregulation von einem männlichen und gesunden Menschen, jedoch nicht die eines Menschen bei dem die Thermoregulation geschwächt ist(HLUG,2013a). Zudem ist das KMM für Innenräume entwickelt wurden, wohingegen das Münchener Energiebilanz-Modell für Individuen(MEMI) von Höppe (1999) auch für den Freiraum entwickelt wurden ist. Höppe und Mayer entwickelte aus MEMI die Bewertungsgröße PET(Physiological Equivalent Temperature), welche im Gegensatz zu der Behaglichkeitsgleichung von Fanger auch verschiedene Personen Typen sowie physiologische Daten berücksichtigt. Aufgrund dessen ist das Energiebilanzmodell MEMI im Gegensatz zum KMM besser für die Bewertung des thermischen Empfinden des Menschen in Freiräumen geeignet (LAUE 2009: 65f).

Das KMM wurde in Hessen als flächendeckende bioklimatische Bewertung angewendet und mit den Mess- und Beobachtungsdaten analysiert, sowie als Karten und Text dargelegt.(Hrsg. HLUG,2013) Damit hat der Umweltatlas eine Bewertung erhoben, mit der der Leser eine gute Übersicht über die Einflüsse der Umweltfaktoren auf das thermische Empfinden des Menschen bekommt. Außerdem weiß der Leser nun, in welchen Gebieten Hessen es Kältereize oder Wärmebelastung stärker oder weniger auftreten. Die bioklimatische Karten mit dem Energiebilanzmodell, KMM zu analysieren, ist eine geeignete Berechnung, da das Modell alle auf den menschlichen thermischen Haushalt einwirkenden Größen mit einbezieht. Jedoch, wie in der Diskussion schon erwähnt, ist der KMM für Innenräume entwickelt wurden, so wäre es zu Überlegen ob das MEMI für den Umweltatlas Hessen geeigneter wäre (LAUE 2009: 65f.). Bedauerlicherweise, konnte die genaue Berechnung inklusive des PMV des Modells in Hessen nicht dargestellt werden, da wie schon erwähnt das Modell geistiges Eigentum des DWD ist.(HÜBENER,2013, mdl.Mitt.) Zusammenfassend ist jedoch zu sagen, dass der Umweltatlas Hessen ein Instrument ist, welches anschaulich wie auch repräsentative Statistiken wie auch Karten und Texte darlegt, die im allgemeinen Gebrauch gut zu verstehen und zu handhaben sind. Durch das ständige Aktualisieren der Umweltsituationen, sowie der Umweltveränderungen, bekommt man als Leser einen guten Überblick.
Für unser Projekt, Prima Campus-Klima!? - Bioklimatische Einordnung und Bewertung lokalklimatischer Bedingungen am Beispiel des Campus der TU Berlin, kann der Umweltatlas ein Nachschlagewerk darstellen. Das KMM mit dem Maß PMV kann für eine bioklimatische Bewertungen des Campus angewendet werden und zeugt daher von Wichtigkeit für dieses Projekt.

DEUTSCHE WETTERDIENST,2013a., Grundlagen, Klima-Michel-Modell, online im Internet: URL: http://www.dwd.de/bvbw/appmanager/bvbw/dwdwwwDesktop;jsessionid=pqcfQWvPMVrHJ3FngNJvr5rQMJ7B1pCgb0t8RSpp2szt4pLg8svT!729386271!894390314?_nfpb=true&_pageLabel=dwdwww_result_page&gsbSearchDocId=645674 [Stand 01.12.2013].

DEUTSCHE WETTERDIENSTb., 2013, Regionales Bioklimamodell, online im Internet: URL: http://www.dwd.de/bvbw/appmanager/bvbw/dwdwwwDesktop?_nfpb=true&_pageLabel=_dwdwww_klima_umwelt_bio&T12201837091139819649992gsbDocumentPath=Content%2FOeffentlichkeit%2FKU%2FKU3%2FKU32%2FBioklimamodelle__teaser.html&_state=maximized&_windowLabel=T12201837091139819649992&lastPageLabel=_dwdwww_klima_umwelt_bio [Stand 01.12.2013].

HESSISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT & GEOLOGIE a., 2013, Umweltatlas Hessen, Einführung, online im Internet: URL: http://atlas.umwelt.hessen.de/atlas/ [Stand 01.12.2013].

HESSISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT & GEOLOGIEb., 2013, Umweltatlas Hessen, Bioklima, online im Internet: URL: http://atlas.umwelt.hessen.de/atlas/[Stand 01.12.2013].

HESSISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT& GEOLOGIE,2013, PDF, online im Internet: URL: http://www.hlug.de/fileadmin/dokumente/luft/faltblaetter/UAB_internet_144.pdf [Stand 01.12.2013].

HEIKE HÜBENER, Diplommeteorologin, Fachzentrum Klimawandel Hessen, mündliche Mitteilung. [Stand 27.11.2013].

JENDRITZKY, G., G. MENZ, H. SCHIRMER, W. SCHMIDT-KESSEN, 1990: Methodik zur raumbezogenen Bewertung der thermischen Komponente im Bioklima des Menschen (Fortgeschriebenes Klima-Michel-Modell). - Beitr. Akad. Raumforsch. Landespl. Verlag der ARL: Hannover, 114 S.

LAUE, H. M., 2009: Gefühlte Landschaftsarchitektur. Kassel University Press: Kassel, 264 S.

SUKOPP, H., WITTIG, R., 1998: Stadtökologie: Ein Fachbuch für Studium und Praxis,2.Auflage.Gustav Fischer: Stuttgart,474 S.