Mit ihren künstlich geschaffenen Topografien unterscheiden sich Städte stark von der ländlichen oder natürlichen Umgebung, vor allem durch Versiegelung oder durch den Rückgang von Vegetation (MALBERG, 2002). Das Stadtklima wird als auf den lokalen und regionalen Bereich beschränkte Klimabeeinflussung durch den Menschen verstanden (BARLAG, 1997). Es hat verschiedene Auswirkungen auf den Menschen, um den negativen Beeinflussungen entgegenzusteuern ist es demnach wichtig, bestimmte Maßnahmen anzuwenden und durchzuführen. Anhand des VDI-Berichtes 1330 werden wichtige Maßnahmen vorgestellt, die darauf abzielen, das Stadtklima zu verbessern. Der VDI Bericht 1330, erschienen im Jahr 1997, umfasst mehrere Themen. Im folgenden Text wird der Beitrag mit dem Titel „Möglichkeiten der Einflussnahme auf das Stadtklima“ erläutert.
Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) wurde 1856 als eingetragener Verein gegründet. Er besteht aus ausgewiesenen Fachleuten, die für diesen ehrenamtlich arbeiten. Der Verein dient dazu, Technikwissen für alle im Beruf und Studium stehende Ingenieure zu übermitteln (BGTB, 2012, online). Zu speziellen Themen werden Vorträge, Poster und Diskussionen veröffentlicht (VDI, 2014, online).
Durch den VDI Bericht soll human-bioklimatischen Belastungen, wie Hitze- oder Kältestress, entgegengesteuert werden durch flächenbezogene verkehrs- und objektorientierte Planungen. Die Aufgabe, die negativen Eigenschaften des Stadtklimas zu minimieren, wie z. B. der Wärmeinseleffekt und Luftverschmutzung, wird Stadtklimatologen, Stadtplanern und Architekten zugeschrieben. Beim Humanbioklima steht der Mensch im Fokus der vier atmosphärischen Wirkungskomplexe: thermischer, photoaktinischer, lufthygienischer Wirkungskomplex und die Wetterfühligkeit, wobei in diesem Artikel nur auf den thermischen eingegangen wird (ENDLICHER, 2012). Dieser umfasst die meteorologischen Elemente Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Strahlung (kurz-/langwellig), welche sich auf den Menschen im Freien und im geschlossenen Raum auswirken (VDI 3787, 1998).Durch gesetzliche Vorgaben können diese Maßnahmen erfüllt werden, wie z. B. durch das Baugesetzbuch oder durch das Umweltverträglichkeitsgesetz (UVP-Gesetz) im Bereich Flächenplanung. Für Verkehrs- oder Objektplanungen ist z. B. auf die 23. Bundesimmissionsschutzverordnung (BlmSchV) oder die 3. Wärmeschutzverordnung zurückzugreifen (BARLAG, 1997). Negative Eigenschaften wären in diesem Fall der Wärmeinseleffekt, damit sind Stadtregionen gemeint, die wärmer als ihre ländliche Umgebung sind. Der Wärmeinseleffekt wird definiert als Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland (MILLS, 2008).

Die grundsätzlichen stadtklimatischen Eigenschaften, welche sich durch die Bebauung und Versiegelung der urbanen Erdoberfläche, der Reduzierung der mit Vegetation bestandenen Flächen sowie der physikochemischen Veränderung der Stadtatmosphäre bilden, sind die auftretenden Ursachen, die sich negativ auf das Stadtklima auswirken. Diese Faktoren können somit in human-bioklimatischen Belastungen resultieren, vor allem während austauscharmer Strahlungswetterlagen, welche den thermischen und lufthygienischen Wirkungskomplex betreffen können (BARLAG, 1997). Es wird darauf hingewiesen, dass die folgenden Ausführungen sich auf das Klima der mittleren Breiten beziehen und somit nur in der entsprechenden Klimazone gelten.
Die negativen Eigenschaften sollen durch flächenbezogene, verkehrs- und objektorientierte Planungen minimiert werden. Dabei stellen Kfz-Verkehr und Hausbrand Quellen anthropogener Luftverunreinigungen dar, hierzu werden Maßnahmen zur Emissionsminderung vorgestellt. Weiterhin gibt es konkrete Maßnahmen zu den Themen klimarelevante Freiflächen und Luftleitbahnen. Die drei übergeordneten Themen, auf die im Bericht in Bezug auf die Maßnahmen eingegangen wird sind Grünflächen, Kfz-Verkehr und Hausbrand. Der Schwerpunkt in diesem Artikel liegt auf dem thermischen Wirkungskomplex, deswegen wird nur auf die Bereiche Freiflächen und Luftleitbahnen eingegangen (ebd., 128).

Die zuvor erwähnten Ursachen, die das Stadtklima definieren, geben eine Hilfestellung um stadtplanerische Ansätze zur Minimierung von Negativerscheinungen abzuleiten.
Klimarelevante Freiflächen bieten ein Handlungsfeld der anwendungsorientierten Stadtklimatologie, da mit ihnen die Gebäudestruktur aufgelockert werden kann. Solch eine Freifläche hat die Aufgaben Strahlungs- und Energiebilanzen in Bezug auf das Umland anzugleichen, die Ventilationsverhältnisse zu verbessern und die urbane Luftbelastung zu reduzieren. Die Ausprägung der Klimarelevanz bezieht sich hierbei auf die Beschaffenheit der Fläche wie Versiegelung, Bodenrauigkeit, Vegetationsstruktur oder Größe (ebd.). Die Bodenrauigkeit wird durch vielfältige Unebenheiten des Untergrunds beschrieben. Diese ist abhängig von der Größe und Verteilung von Freiflächen oder aber auch von der Höhe von Gebäuden. Auch Bäume stellen sogenannte Rauigkeitselemente dar (ZMARSLY et. al., 2002).
Ein günstiges Humanbioklima wird durch unversiegelte und mit Vegetation versehene Grünflächen erzeugt. Sie weisen ein geringeres Wärmespeichervermögen und eine erhöhte Evapotranspiration auf und können somit zur Kaltluftbildung beitragen. Evapotranspiration ist die Summe aus Transpiration und Evaporation (COUTTS et. al., 2012). Die Wirkungen einer Grünfläche können sich auf die Fläche beschränken oder aber über das Areal hinausgehen, wobei letzteres aus stadtklimatischer Sicht von Interesse ist. Die Fernwirkung wird durch die Zusammensetzung, die Übergangsstrukturen und die Größe von Grünanlagen bestimmt. Innerstädtische Grünanlagen, die Vernetzung innerstädtischer Grünflächen, Grünflächen in Stadtrandlage und klimarelevante Luftleitbahnen werden vorgestellt.
Bei innerstädtischen Grünanlagen empfiehlt sich der sogenannte „Savannentyp.“ Dieser besteht aus einer kurzgehaltenen Wiese, einzelnen großkronigen Bäumen im Innenbereich und einer nicht zu dicht gesetzten Strauchvegetation am Außenrand. Durch die Baumkronen wird tagsüber eine Beschattung erzeugt, wodurch eine Abkühlung entsteht. Durch die Grasflächen wird nachts Kaltluft gebildet. Auch die locker besetzte Randzone ermöglicht nachts das Übertreten von Kaltluft in die wärmere Umgebung. Ungünstige Standorte sind zum Beispiel Muldenlagen, da der Transport ohne gradientbetriebenen Antrieb von Kaltluft nicht möglich ist (BARLAG, 1997).
Ein innerstädtisches Verbundsystem kann durch Vernetzung einzelner Freiflächen erzeugt werden, sodass eine fortschreitende Verkleinerung und Verinselung vermieden wird. Dabei gilt es, potentielle Flächen zu erkennen und diese durch entsprechende Maßnahmen zu Grünflächen zu verändern. Vor allem im kleinräumigen Bereich kann durch Hausbegrünung, die Fassaden und Dächer mit einbezieht, der städtische Grünanteil erhöht werden. Bei einem begrünten Anteil von 5 % bis 10 % ist eine Verbesserung des Stadtklimas bereits nachweisbar (ebd., 130). Grünflächen in Stadtrandlage gelten als gute Kaltluftproduktionsgebiete, wobei die Flächennutzung entscheidend ist. Als gute Kaltluftproduzenten werden Wiesen- und Weidenareale, aber auch Waldareale genannt. Kaltluft ist die Luft, die aufgrund des Energieumsatzes an der Erdoberfläche eine niedrigere Temperatur aufweist als an der Bodeninversion. Sie entsteht durch negative Strahlungsbilanz der Oberfläche in windschwachen Nächten (VDI 3787 Blatt 5, 2003). Die Belüftungsfunktion für urbane Bereiche wird durch abgekoppelte Zirkulationssysteme im mikro- und mesoskaligen Bereich hervorgerufen (BARLAG, 1997). Dabei muss unterschieden werden, dass Kaltluftflüsse in Städten mit reliefiertem Terrain gravitativ erzeugt werden und die Kaltluftdynamik in Städten mit ebenem Gelände durch Flurwinde gesteuert werden (ebd., 131).
Es ist zu unterstreichen, dass die zeitliche Verzögerung zwischen der Kaltluftproduktion und das Eindringen von Kaltluft in die Stadt ein generelles Problem darstellt. Wenn man von einer Stadt in Tallage ausgeht, nimmt der Wärmeinseleffekt erst dann ab, wenn die Kaltluftströme über die Talhänge in die Stadt eingedrungen sind (ebd.).
Eine Methode, die nach Sonnenuntergang entstandene Kaltluft möglichst schnell in die Stadt zu leiten, ist die Planung von stadtklimarelevanten Luftleitbahnen (ebd., 132). Dabei bedarf es stadtplanerischer Maßnahmen, die den Stadtrandbereich auflockern, wie z. B. durch Offenhalten von Gebäudezeilen oder aber quer zu einem Kaltluftstrom angeordnete Gebäude vermeiden. Auf diese Weise sollen Luftleitbahnen zur effektiven Belüftung in den Stadtkörper hineinreichen und idealerweise eine Länge von 1000 m und eine Breite von 50 m aufweisen.
Die verschiedenen Typen von Luftleitbahnen leiten sich nach Art des Untergrundes und der Nutzung in Hinblick auf die Kühlwirkung ab. Ventilationsschneisen, die aus Grün- und Wasserflächen bestehen, sind zu empfehlen, da sie keine Emittenten aufweisen (ebd.). Damit Kaltluft und Winde aus allen Himmelsrichtungen in die Stadt eindringen können, bedarf es Luftleitbahnen, die wie ein sternförmiges Netz angelegt sind (ebd.). In Abbildung 2 wird die Windrichtungsverteilung von Flurwinden dargestellt, die in die Stadt Bochum durch fünf radial angeordnete Luftleitbahnen in das Stadtzentrum eindringen können. Flurwinde werden als kleinräumige Ausgleichsströmungen bezeichnet, die durch horizontale Temperaturdifferenzen zwischen Stadt und Umland thermisch erzeugt werden. Flurwinde richten sich immer zum wärmeren Gebiet hin (VDI 3787 Blatt 5, 2003). Die Windrichtungsverteilung wurde zwischen Mai 1987 und August 1988 an den jeweiligen Standorten gemessen. Dabei hat man auf die Datenbasis von 1200 Flurwindstunden zurückgegriffen (BARLAG, 1997). Der Ventilationseffekt kann durch diese Anordnung erheblich gesteigert werden. Aus den Messungen geht hervor, dass 100 % der registrierten Flurwindstunden der Wind aus sich mindestens zwei gegenüberliegenden Richtungen in die Stadt gelangte und 20 % aus mindestens vier unterschiedlichen Sektoren gleichzeitig.


Abb. 1: Windrichtungsverteilung von Flurwinden in Bochum von 1987 bis 1988 (BARLAG, 1997)

In Bezug auf die im Text angesprochenen Maßnahmen kann das Stadtklima nur verbessert werden durch eine hohe Finanzierung, auch den Einzelnen betreffend. Auch stellt sich hier die Frage, ob der heutige Lebensstandard zu Gunsten eines verbesserten Stadtklimas umstrukturiert werden kann. Vor allem eine Umstrukturierung der Städte erweist sich als schwierig.
Die Umsetzung der im VDI Bericht aufgeführten Maßnahmen würde zu einer Verbesserung des Stadtklimas durch nachhaltiges Bauen führen. Die Luftbelastung könnte reduziert, die Ventilationsverhältnisse verbessert und die Strahlungs- und Energiebilanzen angeglichen werden. Aus dem VDI Bericht lässt sich erschließen, dass sich die aufgeführten Ausführungen auf ein stadtplanerisches Instrumentarium beziehen, welches sich mit Effekten urbaner Grünflächen auseinandersetzt (BARLAG, 1997). Es stellt sich aber die Frage, ob die vorgestellten Faktoren (Grünflächen und Schaffung von Luftleitbahnen) die einzigen Hilfsmittel darstellen, um das Stadtklima zu verbessern. Neben Grünflächen und Luftleitbahnen kann weiterhin Wasser eine wichtige Rolle einnehmen, da es hohe Temperaturen durch Evaporation abkühlen kann. In Form eines Sees ist es als Wärmepuffer zu verstehen oder aber als Wärmeabtransport durch Flüsse (KLEEREKOPER et. al., 2012).
Der VDI Bericht hat einen zusammenfassenden Charakter, es werden Maßnahmen vorgestellt, welche zur Verbesserung des Stadtklimas beitragen würden. Deutlich wird, welchen Einfluss Grünflächen und Luftleitbahnen auf das Stadtklima haben. Es ist ein gutes Instrument, um zusammenfassend zu erläutern, wie wichtig die Verbesserung des Stadtklimas ist und um Vorschläge für Lösungsansätze zu geben. Weiterhin ist zu sagen, dass bei der Planung von Freiräumen und Architektur auf entsprechende Abschattungsmöglichkeiten, Ventilation und auch auf die Wahl des Materials geachtet werden muss um die negativen Eigenschaften des Stadtklimas zu minimieren (ENDLICHER, 2007).

Die Bebauung und Versiegelung der urbanen Erdoberfläche, die Reduzierung der mit Vegetation bestandenen Flächen sowie die physikochemische Veränderung der Stadtatmosphäre sind die gemeinsam auftretenden Ursachen und bilden die grundsätzlichen stadtklimatischen Eigenschaften. Durch diese Ursachen können während austauscharmer Strahlungswetterlagen human-bioklimatische Belastungen resultieren, die den thermischen als auch den lufthygienischen Wirkungskomplex betreffen (BARLAG, 1997). Um diesen Belastungen entgegenzusteuern bedarf es Anforderungen an Stadtklimatologen und Planern mit geeigneten Mitteln die negativen Eigenschaften zu minimieren oder zu vermeiden. Sie müssen auf konkrete Maßnahmen zurückgreifen und nachhaltig planen über flächenbezogene, verkehrs- und objektorientierte Planungen. In diesem Bericht werden Lösungsansätze gegeben, auf die Planer und Stadtklimatologen zurückgreifen können. Die Wichtigkeit von Freiflächen und Luftleitbahnen für das Stadtklima steht hier im Fokus, da sich diese auf den thermischen Wirkungskomplex beziehen (ebd., 128). Dabei gilt es, die Anforderungen an eine solche Freifläche zu erkennen und zu planen, um die Strahlungs- und Energiebilanzen an diejenigen des Umlandes anzugleichen, die Ventilationsverhältnisse zu verbessern und die urbane Luftbelastung zu reduzieren.
Die Verbesserung des Stadtklimas kann nur dann erreicht werden, wenn technische Innovationen, ökonomisches Geschick, politisches Verantwortungsbewusstsein und die Bereitschaft des Einzelnen kooperieren und zusammenspielen (ebd., 144). Die Berücksichtigung der aufgeführten Maßnahmen stellen eine Hilfestellung dar, um den negativen Folgen der fortschreitenden Urbanisierung entgegenzuwirken.

BARLAG, A.-B., 1997: Möglichkeiten der Einflussnahme auf das Stadtklima. In: Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.): VDI Berichte 1330. VDI-Gesellschaft Energietechnik. Umwelt- und Klimabeeinflussung durch den Menschen, S. 127-144, Essen.

BGTB GmbH, 2012: VDI-Richtlinien. Online in Internet URL: http://www.tiefbohr-lexikon.de/Buchstabe_V/VDI-Richtlinien/vdi-richtlinien.html [Stand 1.12.2013]

COUTTS, A., BERINGER, J., DEMUZER, M., LOUGHNAN, M., TAPPER, N., 2012: Watering our cities: The capacity for Water Sensitive Urban Design to support human thermal comfort in the Australian context. In: Progress in Physical Geography. Sage Journals, 27 S.

ENDLICHER, W., 2012: Einführung in die Stadtökologie: Grundzüge des urbanen Mensch-Umwelt-Systems. Ulmer, 272 S.

KLEEREKOPER, L., VAN ESCH, M., SALCEDO, T., 2012: How to make a city climate-proof, addressing the urban heat island effect. In: Resources, Conservation and Recycling 64, S. 30-38, Elsevier

MALBERG, H., 2002: Meteorologie und Klimatologie: Eine Einführung. 4. Auflage, Springer Verlag Berlin, 364 S.

MILLS, G. (2008): Luke Howard and The Climate of London. Weather, Ausgabe 63, Nr. 6, S. 153-157.

VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE, 1998: Umweltmeteorologie. Methoden zur human-biometeorologischen Bewertung von Klima und Lufthygiene für die Stadt- und Regionalplanung. Teil 1: Klima. VDI-Richtlinien. VDI 3787 Blatt 2. 29 S.

VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE, 2003: Umweltmeteorologie. Lokale Kaltluft. VDI-Richtlinien. VDI 3787 Blatt 5. 85 S.

VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE E.V.(Hrsg.), 2014: Fachthemen. Online in Internet URL: http://www.vdi.de/ [Stand 7.02.2014].

ZMARSLY, E., KUTTLER, W., PETHE, H., 2002: Meterologisch-klimatologisches Grundwissen. 2. Auflage, Ulmer: Stuttgart, 182 S.