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Klimamodell Berlin - Analysekarten 2005

Kartenbeschreibung

Nachfolgend wird eine gemeinsame Beschreibung für alle Einzelauswertungen der Modellrechnungen präsentiert. Zur schnelleren Orientierung im Text werden Verknüpfungen zu den einzelnen Schwerpunktbereichen angeboten:

  • Bodennahe Temperaturen (22.00 Uhr)
  • Bodennahe Temperaturen (06.00 Uhr)
  • Luftaustausch und Luftmassenstrom (22.00 und 06.00 Uhr)

Die Modellrechnungen wurden jeweils abends zur Zeit des Sonnenunterganges gestartet und bis Sonnenaufgang des darauf folgenden Tages durchgeführt. Die Zeitschnitte, zu denen die Modellergebnisse ausgelesen werden sollen, können prinzipiell frei ausgewählt werden (Minuten bis Stunden). Ausgewertet und in Form von Karten dargestellt werden für die einzelnen Klimaparameter die Zeitschnitte 22.00 Uhr und 06.00 Uhr. Der Termin 22.00 Uhr repräsentiert kurz nach Sonnenuntergang den Umschwung von der Einstrahlungs- zur Ausstrahlungssituation und steht für den Beginn einer Phase mit großer Abkühlungsdynamik in den unterschiedlich strukturierten Teilflächen im Stadtgebiet. Der 06.00 Uhr Termin steht für die maximale Abkühlung innerhalb des Stadtkörpers.

Im Folgenden werden einzelne, exemplarische Ergebnisse der Modellrechnungen für das gesamte Stadtgebiet kurz dargestellt. Einen Überblick über die jeweils ausgewerteten klimatologischen Parameter gibt die Abbildung 3 .

Bodennahes Temperaturfeld - Allgemeine Anmerkungen

Bei der Darstellung des bodennahen Temperaturfeldes handelt es sich um das Rastermittel der Temperatur in der bodennahen Schicht der Atmosphäre (0 – 5 m über Grund). Sind innerhalb einer Rasterzelle mehrere Landnutzungen mit unterschiedlichem Flächenanteil vorhanden, so berechnet sich die gezeigte Temperatur aus der anteilsmäßigen Wichtung. Insofern sind die simulierten Temperaturwerte nur für größere Gebiete mit einheitlicher bzw. entsprechender Landnutzung mit bodengebundenen Messwerten vergleichbar.

Ausschlaggebend für die Temperaturverteilung sind die landnutzungsabhängigen Boden- und Oberflächeneigenschaften sowie deren Wechselwirkungen mit den atmosphärischen Prozessen in der bodennahen Grenzschicht. Innerhalb des Erdbodens sind dabei Wärme- und Temperaturleitfähigkeit von Bedeutung. Je größer beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit des Bodens ist, umso schneller und tiefer kann Wärme in das entsprechende Material eindringen, aber auch wieder von diesem abgegeben werden.

Die Oberflächenbeschaffenheit natürlicher und künstlicher Flächen bestimmt über die Albedo (Reflexionsvermögen) und die Emissivität die Menge an Energie, die im kurzwelligen und im langwelligen Bereich der Strahlung für eine Erwärmung / Abkühlung zur Verfügung steht. Schließlich spielt der Turbulenzzustand der bodennahen Atmosphäre eine große Rolle bei dem Transport von fühlbarer und latenter Energie vom Erdboden weg oder zu diesem hin.

Alle genannten Prozesse sind über die Energiebilanz des Erdbodens miteinander verknüpft und bestimmen die Temperatur der Oberflächen und der darüber liegenden Luftschichten.

Bodennahes Temperaturfeld

Die Temperaturverhältnisse der bodennahen Atmosphäre um 22 Uhr im Stadtgebiet sind in Karte 04.10.01 gezeigt. Aufgrund der großen Vielfalt landnutzungsbedingter Unterschiede dieser Einflussgrößen wird eine stark strukturierte räumliche Verteilung der bodennahen Temperatur simuliert. In den frühen Nachtstunden (22.00 Uhr) heben sich dabei die Hauptlandnutzungen in charakteristischer Weise gegeneinander ab.

Die Freiflächen werden tagsüber stark aufgeheizt und kühlen sich nach Sonnenuntergang ebenso stark wieder ab. Im Temperaturfeld treten vor allem die am Rand des Stadtgebietes gelegenen unbebauten, vegetationsgeprägten Freiflächen mit den geringsten Temperaturen hervor, da hier eine ungehinderte, nächtliche Wärmeausstrahlung erfolgen kann.

Die Waldflächen sind um diese Zeit noch etwa 1 K wärmer als die umgebende Flur, jedoch deutlich kälter als die bebauten Gebiete.

Urbane Gebiete heben sich deutlich durch ein insgesamt höheres Temperaturniveau von der Umgebung ab. Allerdings ist die Temperaturverteilung in den bebauten Gebieten räumlich stark differenziert, da beispielsweise Rasterzellen mit Einzelhausbebauung, Kerngebiete, Industriegebiete und Verkehrsanlagen stark unterschiedliche Boden- und Oberflächeneigenschaften aufweisen. Auch wird das im Mittel höhere Temperaturniveau durch innerstädtische Grünanlagen wie Großer Tiergarten und die Bereiche ehemaliger Flughafen Tempelhof bzw. Flughafen Tegel unterbrochen.

In Abhängigkeit von den individuellen Oberflächeneigenschaften der verschiedenen Landnutzungen kühlt sich die Erdoberfläche im Laufe der Nacht unterschiedlich stark ab, die Temperaturverteilung um 06.00 Uhr morgens zeigt die Karte 04.10.02.

Während bei Wasserflächen diese Abkühlung aufgrund des guten Wärmespeichervermögens nur sehr gering ausfällt, zeigen Freiflächen wie Äcker und Wiesen einen starken Temperaturrückgang. Dies liegt in der ungehinderten, langwelligen Ausstrahlung dieser Flächen begründet, wobei der Bodenwärmestrom durch Trockenheit zusätzlich reduziert werden kann. Bei Waldflächen schützt das Kronendach die darunter liegende bodennahe Atmosphäre vor einer starken Abkühlung; daher heben sich Wälder in der Temperaturverteilung als relativ warme Gebiete hervor.

In den urbanen Bereichen wird die Abkühlung durch die vorhandenen wärmespeichernden Materialien wie Beton und Stein deutlich reduziert. Zum einen trägt die tagsüber gespeicherte Wärmemenge dazu bei, dass die Temperatur nicht so stark zurückgeht. Zum anderen werden durch die niedrigen Windgeschwindigkeiten turbulenter und latenter Wärmestrom reduziert, die den Abtransport wärmerer Luft bewerkstelligen könnten. Die Stadtgebiete bleiben somit insgesamt wärmer. Während der Temperaturunterschiede zum unbebauten Umland in den Abendstunden typischerweise 2 K beträgt, wächst dieser Wert bis in die frühen Morgenstunden auf 6 K an. Diese großen horizontalen Unterschiede werden im Bereich der innerstädtischen Freiflächen nicht ganz erreicht. Hier macht sich die Nachbarschaft zu den relativ warmen bebauten Gebieten bemerkbar.

Luftaustausch und Luftmassenstrom als Kriterien klimatischer Ausgleichsleistungen

Die gute Durchlüftung von Siedlungsgebieten kann zum Abbau von humanbiometeorologischen Belastungen führen (vgl. Moriske und Turowski 2002). So kann in den Nachtstunden durch das Heranführen kühlerer Luft aus dem Umland das Temperaturniveau der in der Stadt lagernden wärmeren Luftmassen gesenkt werden, was zu einem Abbau der Wärmebelastung des Menschen in den Sommermonaten führt. Ist diese herangeführte kühlere Luft mit Luftschadstoffen unbelastet (Frischluft), so führt die Durchlüftung gleichzeitig auch zu einer Verbesserung der lufthygienischen Situation.

Zur Beurteilung der Durchlüftungssituation ist folglich die geeignete Zuordnung von Belastungsräumen und Ausgleichsräumen, die die entsprechende unbelastete Luft zur Verfügung stellen, sowie ein Zirkulationssystem, welches einen Luftmassentransport bewerkstelligen kann, notwendig.

Klimaökologische Ausgleichswirkungen gehen von den unbebauten Arealen aus, die in das Stadtgebiet eingestreut sind. Sie sind durch einen hohen Vegetationsanteil sowie einem geringen Versiegelungsgrad von weniger als 20 % charakterisiert und verbessern die lokalklimatische Situation selbst in den dicht bebauten Kernbereichen Berlins (vgl. Karte 04.10.03 bis Karte 04.10.06).

Die Ausgleichsleistung wird über thermisch und/oder orographisch induzierte Strömungssysteme erbracht. Um die Freiflächen, die benachbarte bebaute Bereiche mit Frisch-/Kaltluft versorgen, zu identifizieren und sie den unterschiedlichen Austauschprozessen zuordnen zu können, werden nachfolgende Abgrenzungskriterien verwendet. Bei klimaökologisch relevanten Freiflächen sollten die eigenbürtigen Ausgleichsströmungen mindestens eine Geschwindigkeit von 0,2 m/s während einer austauscharmen, sommerlichen Strahlungswetternacht erreichen. Die Ausgleichströmungen können als Hang- oder Talwinde bezeichnet werden, wenn Hang- bzw. Talbodenneigungen von >1° auftreten. Thermisch induzierte Strömungssysteme sind in den nahezu ebenen Arealen zu finden (vgl. Abbildung 6).

An Kaltluftentstehung bzw. Kaltluftabfluss beteiligte Grünflächen bzw. grünbestimmte Siedlungsräume im Stadtgebiet Berlin
Abb. 6: An Kaltluftentstehung bzw. Kaltluftabfluss beteiligte Grünflächen bzw. grünbestimmte Siedlungsräume im Stadtgebiet Berlin während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Bedeutsame Ausgleichsleistungen sind von den großen zusammenhängenden Wald- und Parkflächen zu erwarten, die vor allem in den Randbereichen Berlins flächenhaft verbreitet sind. Aufgrund der hohen Abkühlungsraten in den Abend- und Nachtstunden sind diese Bereiche als wichtige Kaltluftliefergebiete anzusprechen. Tabelle 1 zeigt die prozentualen Flächenanteile im Stadtgebiet, die an der Bildung von Flurwinden sowie Kaltluftabflüssen beteiligt sind:

Tab. 1: Anteil der an der Ausbildung autochthoner Strömungssysteme beteiligten Flächen im Stadtgebiet.
Tab. 1: Anteil der an der Ausbildung autochthoner Strömungssysteme beteiligten Flächen im Stadtgebiet. Unterschieden werden thermisch und orographisch (reliefbedingt) induzierte Strömungssysteme.
Bild: Umweltatlas Berlin

Somit sind, beide Prozesse zusammengenommen, am Beginn einer Strahlungsnacht ca. 30 % des Stadtgebietes an der Ausbildung von Ausgleichsströmungen beteiligt, wobei der Flächenanteil im Verlauf der Nacht von 28,9 % um 22.00 Uhr auf 42,2 % um 06.00 Uhr morgens zunimmt. Diese Zunahme ist darauf zurückzuführen, dass weitere unbebaute Flächen insbesondere im Nordosten Berlins sowie im Umfeld des Müggelsees und des Grunewaldes an der Kaltluftbildung teilnehmen.

Die Folge ist, dass zum frühen Morgen zwar eine größere unbebaute Fläche an der Kaltluftentstehung mit einer Strömungsgeschwindigkeit >0,2 m/s beteiligt ist, diese sich im Vergleich zum Zeitpunkt 22.00 Uhr jedoch auf einem etwas niedrigeren Niveau abspielt. Bei einem Vergleich der mittleren Luftaustauschrate aller Rasterzellen des gesamten Stadtgebietes fällt auf, das der mittlere Zellenwert von 14,4 (22.00 Uhr) auf 17,4 (06.00 Uhr) ansteigt. Im Gegenzug sinkt der maximale Zellenwert von 93,14 auf 90,58 ab. Insofern nimmt die mittlere Luftaustauschrate zwar insgesamt zu, die Höchstwerte des 22.00 Uhr Zeitschnittes bzw. die Intensität des Luftaustausches werden jedoch durch die zunehmende Nivellierung der Temperaturunterschiede nicht mehr erreicht.

Die Ausgleichsleistung der Freiflächen erreicht große Teile der Siedlungsräume in Berlin. Eine Bilanzierung für das Stadtgebiet ergibt:

  • Etwa 37 % der überbauten Flächen wird zum Zeitschnitt 22.00 Uhr von autochthonen Strömungen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 0,2 m/s erreicht bzw. durchdrungen.
  • Die Ausgleichsleistung der Freiflächen steigt aufgrund der Intensivierung der Kaltluftlieferung umlandbezogener Strömungssysteme im Laufe der Nacht auf eine räumliche Abdeckung von ca. 63 % der durch Bebauung geprägten Stadtareale (Zeitschnitt 06.00 Uhr).
  • Gleichzeitig verringert sich die Kaltluftlieferung der meisten innerstädtischen Grün- und Freiflächen. Dies ist darauf zurück zu führen, dass sie in eine wärmere Umgebung eingebettet sind und die Abkühlung im Verlauf der Nacht weniger stark ausgeprägt ist als die der Flächen des Umlandes.

Durch die enge Verzahnung von bebauten Bereichen und Freiflächen weist Berlin insgesamt ein hohes klimaökologisches Ausgleichspotential auf. Kaltluftabflüsse haben daran aber aufgrund des meist flachen Reliefs einen vergleichsweise geringen Anteil. Sie treten flächenhaft vor allem in den folgenden Bereichen auf:

  • Östliches Havelufer entlang des Grunewaldes
  • Ostflanke des Grunewaldes
  • Südlich des Großen Müggelsees im Berliner Stadtforst Bürgerheide.

Als Leitbahnen für den Kaltlufttransport fungieren große, linear ausgeprägte Freiflächen mit einer verhältnismäßig geringen Oberflächenrauigkeit. Hinsichtlich dieser Funktion sind drei Bereiche des Havel- bzw. Spreetals als bedeutsam zu nennen. Zum einen der Havelabschnitt zwischen Pichelsee und Ruhlebener Straße, der auf einer Länge von ca. 3 km Kaltluft nach Norden in den Stadtteil Spandau führt. Zum anderen tritt der Rummelsburger See als Teil der Spree hervor, über den Kaltluft von Alt-Treptow und vom Plänterwald aus nach Rummelsburg strömt. Darüber hinaus ist noch ein Abschnitt der Dahme entlang von Grünauer- und Regattastraße zu nennen. Diese Ergebnisse decken sich mit den Befunden eines Gutachten des Deutschen Wetterdienstes (DWD 1996).

Aufgrund der wenig ausgeprägten Orographie sind solch relieforientierte Luftleitbahnen aber eher selten. Ein wesentlicher Beitrag der Niederungsbereiche von Fließgewässern zum Transport von Kaltluft aus dem Berliner Umland in das Stadtgebiet ist nicht zu erkennen, vielmehr treten nur Teile der Flusstäler innerhalb des Stadtgebietes als Leitbahnen in Erscheinung.

Als Beispiele für die Ausgleichsleistung von Freiflächen werden unter Kartenbeschreibung / ergänzende Hinweise 3 Standorte ausführlich dargestellt, um die Dynamik des Kaltlufthaushaltes im Grenzbereich von kaltluftproduzierender Freifläche zur Bebauung zu verdeutlichen.

Abschließend soll auf den Kaltlufthaushalt Berlins als Ganzes eingegangen werden. Dazu wird der Luft-Massenstrom herangezogen, wobei ausgehend von den 22.00 Uhr Werten die Kaltluftbewegung in einer Nacht von 8 Stunden quantifiziert wird. Somit werden im Stadtgebiet Berlin in einer austauscharmen, sommerlichen Strahlungswetternacht 2,3 Billionen m3 Kaltluft bewegt. Dies entspricht einem stündlichen Durchsatz von 0,29 Billionen m3. Welche Kaltluftmengen in den einzelnen Stadtteilen bewegt werden, zeigt Tabelle 2.

Kaltluftmassenstrom in den Berliner Bezirken während einer sommerlichen Strahlungswetternacht
Tab. 2: Kaltluftvolumenstrom in den Berliner Bezirken während einer sommerlichen Strahlungswetternacht
Bild: Umweltatlas Berlin

Die stadtteilbezogenen Ergebnisse entsprechen den Erwartungen hinsichtlich Größe und Lage innerhalb des Stadtgebietes. Dabei zeigt sich, dass die Kernbereiche wie Friedrichshain – Kreuzberg sowie Mitte mit einem hohen Bebauungs- und Versiegelungsgrad einen vergleichsweise schwachen Massenstrom aufweisen. Anders ist die Situation in Stadtteilen wie Pankow, Reinickendorf oder Köpenick.

Zwar sind auch hier verdichtete Areale in Richtung auf das Stadtzentrum vorhanden, dies wird jedoch durch die großen, unbebauten Flächen im Verzahnungsbereich zum Umland wieder ausgeglichen. In den nicht überbauten, kaltluftbildenden Bereichen in den Randbezirken ist deshalb der größte Beitrag zum Kaltluftmassenstrom zu sehen.

Kartenbeschreibung / ergänzende Hinweise

Nachfolgend werden anhand von ausgewählten Beispielen umfangreiche Zusatzinformationen zur Dynamik und Bedeutung des Kaltlufthaushaltes von Freiflächen angeboten. Der Text ergänzt damit die Inhalte des Kapitels Kartenschreibung. Die Legendeneinstufung von Kaltluftvolumenstrom und Luftaustausch orientiert sich an dem in der VDI-Richtlinie 3785 Blatt 1 (VDI 2008) beschriebenen Standardisierungsverfahren zur Z-Transformation. Dieses statistische Vorgehen legt allgemein das lokale/regionale Werteniveau einer Klimaanalyse zugrunde und bewertet die Abweichung eines Klimaparameters von den mittleren Verhältnissen in einem Untersuchungsraum. Die VDI-Richtlinie definiert zur Einordnung der Ergebnisse vier Bewertungskategorien (sehr günstig / günstig / weniger günstig / ungünstig), an denen sich auch die Klassifizierung der Modellergebnisse orientiert.

Kaltluftproduzierende Freiflächen und ihr Einfluss auf die Bebauung

In Abbildung 7 sind 3 Standorte gekennzeichnet, an deren Beispiel entlang eines ausgewählten Streckenabschnitts von jeweils 10 Rasterzellen mit 500 m Abschnittslänge näher auf den Kaltlufthaushalt eingegangen werden soll. Zur Charakterisierung der Dynamik des Kaltlufthaushaltes an verschiedenen Standorten im Stadtgebiet Berlins wurden diese Beispiele im Grenzbereich von kaltluftproduzierender Freifläche zur Bebauung platziert. Für den gebietsübergreifenden Vergleich der Werte innerhalb des 50 m Rasters wurde anschließend ein mittlerer Rasterzellenwert auf Basis der Zellen ermittelt, die sich entlang des Streckenverlaufs befinden.

Als Beispiele für die Ausgleichsleistung wurden drei Beispiele ausgewählt. Der südwestliche Bereich des ehemaligen Flughafens Tempelhof (A) repräsentiert einen innerstädtisch geprägten Standort, wohingegen für den Raum Spandau (B) der Einfluss von randstädtischen und umlandbezogenen Kaltluftentstehungsgebieten erläutert wird. Zwischen diesen beiden Standorten nimmt der Übergangsbereich vom Grunewald nach Wilmersdorf © eine Zwischenstellung ein.

Lage der Beispielsgebiete A, B und C zur Verdeutlichung der Prozesse 'Kaltluftentstehung' und 'Kaltluftabfluss'
Abb. 7: Lage der Beispielsgebiete A, B und C zur Verdeutlichung der Prozesse 'Kaltluftentstehung' und 'Kaltluftabfluss' während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Beispiel Flughafen Tempelhof

Für die Betrachtung des Kaltlufthaushaltes im innerstädtischen Raum soll an dieser Stelle der südwestliche Teil des ehemaligen Flughafens Tempelhof dienen, wobei hier ein 500 m langer Abschnitt entlang des Tempelhofer Damms ausgewählt wurde (vgl. Abb. 8). Der ehemalige Flughafen Tempelhof besitzt aufgrund seiner Größe und Lage innerhalb des Stadtgebiets Berlin eine hohe stadtklimatische Relevanz und leistet einen bedeutsamen lokalen Beitrag zur Reduzierung der sommerlichen Wärmebelastung in den angrenzenden Siedlungsräumen.

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Abb. 8: Luftaustausch pro Rasterzelle sowie autochthones Strömungsfeld im Bereich des ehemaligen Flughafens Tempelhof während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Hinsichtlich der Luftwechselrate sind auf dem Flughafengelände mit dem Vorfeldbereich sowie dem südwestlichen, an den Tempelhofer Damm / Autobahn A 100 angrenzenden Gebiet zwei Areale mit vergleichsweise hoher stündlicher Austauschrate von über 30 pro Rasterzelle erkennbar. Trotz der auch flächenhaft hohen Austauschrate wird die Entfaltung des auf dem Vorfeld entstehenden Flurwindes sowohl um 22.00 Uhr als auch um 06.00 Uhr durch das Abfertigungsgebäude beeinflusst. Der südwestlich am ehemaligen Flughafen verlaufende Gleis- und Straßenraum ermöglicht dagegen mit seiner geringen Oberflächenrauigkeit das Vordringen der auf dem Tempelhofer Feld entstehenden Kaltluft in Richtung Westen. Die Reichweite dieser Strömung beträgt, ausgehend vom Tempelhofer Damm, etwa 700 m (vgl. Abb. 8). Ihr steht zu diesem Zeitpunkt eine ostwärts gerichtete Kaltluftbewegung aus den Kleingartenkolonien des Südgeländes Schöneberg gegenüber, während sich beide Flurwinde etwa bis zur Alboinstraße erstrecken.

Bis zum Zeitpunkt 06.00 Uhr ist letztgenannter Flurwind aus dem Koloniegelände nahezu zum Erliegen gekommen, während sich die Reichweite des vom Flughafen Tempelhof ausgehenden Flurwindes auf ca. 800 m erhöht hat und bis zu 400 m nach Süden in den Tempelhofer Damm bis auf Höhe von Alt-Tempelhof eindringt.

Tabelle 3 fasst die Ergebnisse für die Werte der Rasterzellen zusammen, welche sich entlang des Streckenabschnitts befinden. Dabei zeigt sich, dass die berechneten Werte im Verlauf der Nacht geringfügig zurück gehen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Verlauf der Nacht auch das Temperaturniveau in den bebauten Bereichen abnimmt und sich somit der Temperaturgradient als „Antrieb“ für Luftaustauschprozesse reduziert.

Mittlere Luftaustauschrate, Volumenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes im Bereich des ehemaligen Flughafens Tempelhof
Tab. 3: Mittlere Luftaustauschrate, Volumenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes pro Rasterzelle entlang eines Streckenabschnitts im Bereich des ehemaligen Flughafens Tempelhof während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Die mittlere Luftaustauschrate pro Rasterzelle geht von 50 zum 22.00 Uhr Zeitpunkt auf 45 um 06.00 Uhr zurück, was einer Abnahme von 10 Prozentpunkten entspricht. Der Kaltluftvolumenstrom geht ebenfalls um ca. 10 Prozentpunkte von 793 m³/s auf 715 m³/s zurück. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit sinkt hingegen um etwa 19 Prozentpunkte ab. Ganz generell ergibt sich für die innerstädtischen Kaltluft produzierenden Freiflächen die Tendenz einer abnehmenden Kaltluftlieferung im Verlauf einer Nacht. Das Niveau der Luftaustauschprozesse im Umfeld des ehemaligen Flughafens kann aufgrund seiner Größe aber auch zum Zeitpunkt 06.00 Uhr noch als vergleichsweise hoch bezeichnet werden. Der Rückgang der Kaltluftlieferung ist bei den übrigen, meist kleineren innerstädtischen Freiflächen daher oft noch stärker ausgeprägt und kann bis zum Ende der Nacht sogar vollständig zum Erliegen kommen.

Beispiel Spandau

Der Ortsteil Spandau ist sowohl durch seine Randlage im Stadtgebiet als auch durch die urban geprägte Siedlungsstruktur gekennzeichnet. Im vorliegenden Beispiel wird ein 500 m langer Abschnitt in Höhe des Weinmeisterhornwegs betrachtet. Das Kaltluftquellgebiet für diesen Raum stellt die Freifläche dar, die sich westlich der Potsdamer Chaussee außerhalb Berlins im Raum Seeburg befindet. Wie Abb. 9 zeigt, treten hohe Luftwechselraten vor allem dort auf, wo sich Kleingartenanlagen und Einzelhausbebauung an die weitläufigen unbebauten Areale des Umlandes anschließen und das Eindringen der Kaltluft in den Siedlungsraum begünstigen. Dies ist auf den geringen Überbauungsgrad und den hohen Vegetationsanteil zurück zu führen, so dass diese Flächen kleinräumig als Kaltluftleitbahnen wirksam werden. Sie heben sich mit Luftwechselraten von über 30 pro Rasterzelle und Stunde deutlich von den benachbarten stärker überbauten Siedlungsflächen ab.

Die Kaltluft dringt zum Zeitpunkt 22.00 Uhr bis über die Heerstraße hinaus in die Bebauung vor, so dass die Reichweite der Strömung hier mehr als 600 m beträgt. Weiter östlich im Bereich der Fahremundstraße strömt die Kaltluft bis zum Blasewitzer Ring, so dass sich, ausgehend vom Weinmeisterhornweg, eine Reichweite von ca. 1.300 m ergibt, bevor die Strömungsgeschwindigkeit auf unter 0,2 m/s und der Luftaustausch auf ein sehr geringes Niveau absinken.

Bis um 06.00 Uhr verstärkt sich insgesamt die Kaltluftdynamik im Beispielgebiet. Während sich zum Beginn der Nacht das Eindringen von Kaltluft in die Bebauung vor allem an den gering überbauten Strukturen orientiert, ist nun ein flächenhaftes Einströmen zu beobachten. Damit geht auch eine hohe Eindringtiefe von lokal mehr als 2.000 m einher.

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Abb. 9: Luftaustausch pro Rasterzelle sowie autochthones Strömungsfeld im Bereich Spandau während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Die Intensivierung der Luftaustauschprozesse ist vor allem auf den im Verlauf der Nacht stetig anwachsenden Kaltluftvorrat zurück zu führen, den die ausgedehnten Freiflächen im Umland zur Verfügung stellen. Dieser Vorgang spiegelt sich in den ermittelten Werten wieder (Tab. 4).

Mittlere Luftaustauschrate, Volumenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes in Spandau
Tab. 4: Mittlere Luftaustauschrate, Volumenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes pro Rasterzelle entlang des Streckenabschnitts in Spandau während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

So wächst die mittlere Luftaustauschrate von 28 auf 44 an, was einem Anstieg von 57 Prozentpunkten bezogen auf den 22.00 Uhr Zeitpunkt entspricht. Eine deutliche Zunahme ist auch beim Kaltluftvolumenstrom zu verzeichnen, der von 409 m³/s pro Rasterzelle auf 744 ansteigt, was einer Steigerung um +82 Prozentpunkten entspricht. Die höchste Zunahme von 121 Prozentpunkten liegt jedoch bei der mittleren Strömungsgeschwindigkeit vor. Sie steigt von 0,34 m/s auf 0,75 m/s an.

Beispiel Grunewald

Der Grunewald zählt mit einer Größe von über 3.000 ha zu den größten Waldflächen im Stadtgebiet. Auf einer Länge von ca. 11 km profitieren insbesondere Teile der östlich gelegenen Stadtteile Charlottenburg-Wilmersdorf und Zehlendorf-Steglitz von der hohen Kaltluftlieferung. Abbildung 10 zeigt den Übergangsbereich vom Grunewald zur Einzelhausbebauung in Wilmersdorf, hier fällt der Luftaustausch pro Rasterzelle und Stunde mit Wechselraten von über 30 vergleichsweise hoch aus.

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Abb. 10: Luftaustausch pro Rasterzelle sowie autochthones Strömungsfeld im Übergangsbereich Grunewald-Wilmersdorf während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (22.00 Uhr; Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Die entsprechend große Reichweite der Kaltluftströmung ist in Wilmersdorf um 22.00 Uhr mit bis zu 3.000 m am stärksten ausgeprägt und liegt in der ausgedehnten Einzelhausbebauung begründet. In Steglitz wird dagegen mit zunehmend dichterer Bebauung ein Wert von ca. 1.250 m erreicht. Um 06.00 Uhr morgens dringt die Kaltluft nur noch ca. 1.200 bis maximal 2.100 m in die Bebauung ein.

Für den 500 m langen Abschnitt sind beispielhaft die mittlere Ausprägung des Luftaustausches pro Rasterzelle, des Volumenstroms sowie die Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes berechnet worden (vgl. Tabelle 5). Diese Strecke beginnt in der Auerbachstraße an der Avus und endet an der Koenigsallee.

Dabei zeigen sich nur moderate Veränderungen der mittleren Rasterzellenwerte im Verlauf der Nacht. Die Luftwechselrate geht von 33 auf 32 um ca. 3 Prozentpunkte zurück. Die Abnahme des Kaltluftvolumenstroms ist mit 10 Prozentpunkten etwas stärker ausgeprägt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes steigt dagegen um ca. 9 Prozentpunkte von 0,47 m/s auf 0,51 m/s leicht an. Es bleibt jedoch festzustellen, dass trotz der Abnahme von Luftaustauschrate und Volumenstrom alle drei Klimaparameter bis zum 06.00 Zeitpunkt auf einem hohen Niveau verbleiben.

Mittlere Luftaustauschrate, Volumenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes im Übergangsbereich Grunewald-Wilmersdorf
Tab. 5: Mittlere Luftaustauschrate, Volumenstrom sowie Strömungsgeschwindigkeit des Flurwindes pro Rasterzelle entlang des Streckenabschnitts im Übergangsbereich Grunewald-Wilmersdorf während einer austauscharmen sommerlichen Strahlungswetternacht (Rasterauflösung 50 m)
Bild: Umweltatlas Berlin

Fazit

Die Auswertung der Klimaparameter an einem innerstädtischen (Tempelhof), einem peripheren (Spandau) sowie einem intermediären Standort (Grunewald) macht die räumliche Ausprägung der Klimadynamik im Stadtgebiet Berlins deutlich. So zeigt sich am Beispiel Tempelhof die Tendenz, dass die Kaltluftlieferung von innerstädtischen Grünflächen zu Beginn einer Nacht am größten ist und sich zu deren Ende allmählich abschwächt. Bei den Kaltluftentstehungsgebieten des Umlandes ist es umgekehrt. Hier sind die Strömungssysteme in der zweiten Nachthälfte am stärksten entwickelt, nachdem entsprechende Kaltluftvolumina über den Freiflächen gebildet wurden. Das Beispiel Grunewald zeigt dagegen Merkmale sowohl von innerstädtischen als auch peripheren Standorten und nimmt somit eine Zwischenstellung zwischen beiden Situationen ein. Bei der stadtklimatischen Bewertung von Grünflächen sollte daher auch stets die Lage im Beurteilungsraum berücksichtigt werden.