Stadt- und Lokalklima

Beispiele und Ergebnisse

• Städte
  • Deponien/Gewerbegebiete
    • Historische Klimaanalyse
      • Klimaatlas
        • Windenergieprognosen

Seit 1991 erstellt die Dr. Schulz & Partner GmbH Gutachten zu klimatischen Fragen oder berät Kommunen und andere Auftraggeber zu klimarelevanten Problemen. Standen in den ersten beiden Jahren nach Firmengründung noch Stadt- und Geländeklimagutachten im Mittelpunkt (Stadt Oranienburg, Sondermülldeponie Beesewege in der Altmark), nahm in den weiteren Jahren das Arbeitsspektrum sowohl geographisch (im Süden z. B. bis Görlitz und Meißen, im Norden bis Eberswalde bzw. Greifswald) als auch inhaltlich zu.

Es wurden Kommunen zur Kurortproblematik beraten oder Klimaänderungen in der Niederlausitzer Bergbauregion untersucht.

Bei Stadtklimauntersuchungen wurde das Instrument der Thermalbefliegung genutzt, bei Klimagutachten für Deponieplanungen wurden Strömungs- und Ausbreitungsmodelle eingesetzt. Seit 1996 stehen für die Strömungs- und Ausbreitungsberechnung auch verschiedene Modelle zur Verfügung.

Die firmeneigenen Windenergie-Standortprognosen sind inzwischen sicherer als WASP-Prognosen.

Bisher fand die Firmen-Arbeitsgruppe Meteorologie/Klimatologie für jede noch so außergewöhnliche Problemstellung jeweils auch die passende Lösungsstrategie. Derzeit wird der "planungsorientierte Klimaatlas Landkreis Oder-Spree" der Öffentlichkeit vorgestellt.

Obwohl neuartige Aufgabenstellungen ihren besonderen Reiz haben und die Dr. Schulz & Partner GmbH deshalb jederzeit diesbezüglich ansprechbar ist, führt die Firma auch die inzwischen zur Standardleistung gewordenen Stadtklimabegutachtungen sehr gern durch. Auch beim Klima gilt: Keine Stadt gleicht einer anderen.

Klimaanalysen für Städte oder besondere raumbedeutsame Vorhaben sind zunächst meist Analysen des vorhandenen lokalklimatischen Gefüges (einschließlich der bedeutsamen bodennahen Kaltluftbewegungen in austauscharmen Strahlungsnächten).

Zur Analyse eignen sich Messungen vor Ort, Modellrechnungen und/oder Thermalaufnahmen. Die nebenstehende Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus der Thermalkarte im Rahmen der Stadtklimauntersuchung Görlitz (9. August 1994, 22.25-23.00 Uhr MESZ, Flughöhe 4800 m). In der Mitte oben ist der überwärmte Bereich in Bahnhofsnähe zu sehen (hohe Oberflächentemperaturen sind durch die Farben rot, gelb, weiß dargestellt - der Bereich östlich der Neiße (polnisches Territorium) ist im Thermalbild nicht bewertet).

Aus dem Thermalbild wird ersichtlich, wo sich Flächen befinden, über denen sich Kaltluft bildet. Dringt die Kaltluft bzw. Frischluft in die Bebauung ein, so ergeben sich erwünschte lufthygienische oder bioklimatische Entlastungen. Im Rahmen der Klimaanalyse ist herauszuarbeiten, wo sich die entsprechenden Luftaustauschbahnen befinden. Wesentliche Bestandteile einer Klimaanalyse sind auch die Planungshinweise, die u. a. die Auswirkungen von Nutzungsänderungen auf das Lokalklima beschreiben oder die möglichst freizuhaltenden Freiflächen mit hoher Klimaaktivität kennzeichnen. Zahlreiche von der Dr. Schulz & Partner GmbH durchgeführte Klimauntersuchungen in Städten oder in Stadtteilen (Oranienburg, Meißen, Görlitz oder Frankfurt (Oder)) haben gezeigt, daß es durchaus unterschiedliche klimatische Wirkungsgefüge in den einzelnen Städten gibt. Eine Klimaanalyse sollte deshalb stets auf die konkrete Stadt oder die konkrete Maßnahme zugeschnitten sein.

Ähnliches gilt z. B. für Deponieplanungen. Hier liegen Erfahrungen aus dem Raum Stendal und aus der Tagebauregion Cottbus/Jänschwalde vor. Für solche Untersuchungen sind Strömungs- und Ausbreitungsmodelle sehr geeignet, da mit ihnen die Änderung des Geländezustandes bzw. der Landnutzung simuliert werden kann. Messungen zeigen "nur" die lokalklimatischen Bedingungen der Ausgangssituation.

Das rechte Bild zeigt einen Ausschnitt (zwischen Grötsch und Klein Briesnig) aus einer Strömungsfeldberechnung für einen Raum östlich von Cottbus (1994 mit dem Modell REWIMET berechnet).

Die Dr. Schulz & Partner GmbH verfügt über ein bis in die 40er Jahre zurückreichendes lückenloses Wetterdatenarchiv (tägliche Wetterkarten und verschiedene Jahrbücher). Für die Zeit davor bestehen zwar einige Lücken, es kann aber ersatzweise auch auf verschiedene Einzelveröffentlichungen von aufbereiteten Datenreihen zurückgegriffen werden. Die nebenstehende Abbildung zeigt Beispiele für Zeitreihen der Lufttemperatur und der Häufigkeit bestimmter Zirkulationsformen. Mittels Tiefpaßfilterung können kurzperiodische Schwankungen unterdrückt werden.
Ein Anwendungsfall der historischen Daten und der "Werkzeuge" für die Zeitreihenbearbeitung war die 1995 bearbeitete Historische Klimaanalyse für zwei ausgewählte Gebiete der Niederlausitzer Bergbaufolgelandschaft .

Im Zusammenhang mit der Fragestellung, ob die intensive Bergbautätigkeit (Braunkohlentagebau) im Südosten Brandenburgs bzw. in der Niederlausitz regionalklimatische Auswirkungen hatte, wurden Zeitreihen verschiedener Klimaelemente von Meß- und Klimastationen der Region untersucht. Dabei konnte z.B. ein deutlicher Rückgang der mittleren jährlichen Niederschlagsmengen in einem Gebiet südlich von Lübben im Zehnjahreszeitraum 1982- 1991 (örtlich über 100 mm/a Defizit) als Folge der Leewirkung des Lausitzer Grenzwalls bei einer deutlichen Zunahme zonaler Zirkulation in diesem Zeitraum erklärt werden.

Der Lausitzer Grenzwall bildet die Fortsetzung des Flämings auf der östlichen Seite der Dahme. Als östlicher Flügel des südlichen Landrückens in Deutschland besitzt er beachtliche Höhen (z.B. Höllenberg westl. Luckau 150 m), ein örtlich recht bewegtes Relief und ein teilweise noch gut erhaltenen glazialen Formenschatz (SCHOLZ 1962).

Ein Zusammenhang zu der Bergbauaktivität in dem untersuchten Gebiet konnte auch in anderen Zeiträumen nicht hergestellt werden. Zwar ändert sich das Mikroklima in und in unmittelbarer Nähe der Gruben, regionale Auswirkungen (im Sinne einer Fernwirkung) waren jedoch nicht nachweisbar. Auch bei den Temperaturverhältnissen (Vergleich mehrerer Stationen untereinander) wurde der Einfluß sich langfristig ändernder Häufigkeiten bestimmter Zirkulationsformen spürbar.

Das jüngste Produkt, der Klimaatlas für den Landkreis Oder-Spree, umfaßt über 400 Seiten
mit 17 großen Klimakarten u. a.

und zahlreichen, in den Text eingefügten kleinformatigen Kartendarstellungen (Lufttemperatur im Juli/Januar, Lufttemperaturjahresschwankung, Zahl der Tage mit Wärmebelastung, Sommerniederschläge, Winterniederschläge, maximale Tagessummen des Niederschlags, Zahl der Nebeltage, Jahressummen der Gebietsverdunstung, bioklimatische Bewertung, Durchlüftung, Erholungseignung u. a.). Die Erstellung der Karten erfolgte durchweg numerisch. Bis auf wenige Ausnahmen (Windrichtung und Niederschlagshöhen) wurden für alle Karten bzw. Themen die Klimawerte für einzelne Raster mit einer Kantenlänge von 100 m berechnet. Für jeden "Rasterpunkt" lagen Informationen über Landnutzung, Höhe, Geländeneigung und Exposition am Punkt selbst und in verschiedenen Umgebungsradien vor. Aus Meßwerten (Messungen erfolgten von 1994 bis 1996) und den Daten benachbarter DWD-Klimastationen (u. a. 10393) sowie den Eigenschaften an den Meßpunkten innerhalb des Landkreises wurden für jedes einzelne Klimaelement Modellbeziehungen entwickelt.

Das linke Bild zeigt einen Ausschnitt aus der Lufttemperaturverteilung in Strahlungsnächten.
(Gebiet um den Scharmützelsee)

Das nachfolgende Bild gibt (stark vereinfacht) die Klimaeignungskarte Industrie/Verkehr wieder.

Im Klimaatlas Oder-Spree ist auch eine ausführliche Beschreibung des Windpotentials enthalten. Windenergieprognosen werden auch im Binnenland immer häufiger nachgefragt.

Da das bekannte und vielfach genutzte Wind Atlas Analysis und Applikation Program (WASP) für flächenhafte Berechnungen und Darstellungen nur sehr umständlich zu handhaben ist, wurde ein firmeneigenes Windmodell entwickelt.

Zunächst wird die mittlere Bodenwindgeschwindigkeitsverteilung (10 m über Grund) berechnet. GERTH/CHRISTOFFER 1994 (Windkarten von Deutschland, Meteorol. Z. N.F. 3, Heft 2, S. 67-77) hatten bei bundesweiten Untersuchungen festgestellt, "daß der prozentuale Hindernisanteil im Umkreis von 500 m um die Station ein geeignetes Maß ist", um den Einfluß der Landnutzung auf die Windgeschwindigkeit zu berücksichtigen.

Bei den Auswertungen im Landkreis Oder-Spree ergaben sich mit diesem Hindernisanteil zunächst ungenügende Ergebnisse. Deshalb wurden zusätzlich Hindernisanteile im 300 m -, 1000 m - , 1500 m - , 2000 m -, 3000 m - und 4000 m - Umfeld bestimmt. Im Ergebnis stellten sich die Hindernisanteile im 300 m - und 3000 m - Umfeld als beste Prediktoren heraus (beste Anpassung bei Verknüpfungen beider Werte). Dieses rein "rechnerisch" gewonnene Ergebnis ist plausibel, da angenommen werden kann, daß Freiflächen von 6 km Durchmesser im Mittel höhere Bodenwindgeschwindigkeiten aufweisen als solche von 1 km Durchmesser.

Für die Modellierung der Windgeschwindigkeiten in Höhen oberhalb 10 m über Grund konnten 2jährige Windmessungen an einem 45 m hohen Mobilfunkmast ausgewertet werden (4 km südöstlich der DWD-Station Lindenberg (Kennung 10393)). Verschiedene Profilansätze wurden überprüft. Bereits KLOSE 1988 ( Radiosondenwindprofile, Abh. Meteorol. Dienstes DDR Nr. 140, Berlin, S. 43-48) hatte in Auswertung der Lindenberger Radiosondenaufstiege festgestellt, daß dem linear-logarithmischen Ansatz "der Vorzug gebührt". Die Auswertung der Meßdaten ergab, daß nur der linear-logarithmische Ansatz zufriedenstellende Näherungen des vertikalen Windprofils geben kann.

Getrennte Untersuchungen der Windprofile nach Tages- und Jahreszeit (und der Anströmungsrichtung) zeigten die markantesten Wechsel der Profilbedingungen zwischen Tag und Nacht. Nachts wird das Windprofil deutlich weniger von der Bodenrauhigkeit beeinflußt als am Tage. Die aus den Meßdaten bestimmten (richtungsabhängigen) Rauhigkeitslängen z0 entsprachen im wesentlichen den Werten, die aus den Höhen der Rauhigkeitselemente unter Verwendung von Abklingfunktionen folgen. Somit konnten flächendeckende Berechnungen des "Höhenwindes" erfolgen.

Das Windpotential (die spezifische Windleistung) verbleibt etwas unter den Werten, die das WASP-Modell für gleiche Standorte prognostiziert. Insbesondere fällt auf, daß WASP wesentlich niedrigere Werte des Formparameters k der Weibullnäherung annimmt, als es aus den Messungen und Modellierungen im Oder-Spree-Raum folgt (auch bei Umrechnung auf Klimazeiträume). Eine Erklärung dafür wäre, daß das WASP-Modell im stärker kontinental beeinflußten Binnentiefland den nächtlichen Stabilitätseinfluß "unterschätzt".

Die nebenstehende Abbildung zeigt die Häufigkeitsverteilungen der Windgeschwindigkeitswerte und entsprechende Weibullnäherungen tags und nachts am Meßstandort Buckow (bei Beeskow) in 45 m Höhe über Grund. Rückrechnungen der realen Energieerträge von bereits installierten WKA im Südosten Brandenburgs auf mittlere langjährige Erträge ergeben ebenfalls Windleistungen, die unterhalb der WASP-Prognosen bleiben.

Die jeweils aktuellen Arbeitsergebnisse wurden auf verschiedenen Fachtagungen vorgestellt, zuletzt durch einen Posterbeitrag zur Fachtagung METTOOLS III des Fachausschusses "Umweltmeteorologie" der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft vom 10. bis zum 12. März 1997 in Freiburg.