Klimaanalyse 2022

Kartenbeschreibung

Nachfolgend wird eine gemeinsame Beschreibung für alle Einzelauswertungen der Modellrechnungen präsentiert. Zur schnelleren Orientierung im Text werden Verknüpfungen zu den einzelnen Schwerpunktbereichen angeboten. Es werden meteorologische Parameter, Bewertungsindizes, Kennwerte sowie eine Klimaanalysekarte, als Zusammenfassung der Klimaanalyse angeboten. Dabei sind Wind und Temperatur sowie daraus abgeleitete Parameter wie die Physiologische Äquivalente Temperatur (PET) die dominierenden Einflussfaktoren zur Bewertung des Stadtklimas unter human-biometeorologischen und lufthygienischen Gesichtspunkten.

Innerhalb der genannten Themen werden als weitere Differenzierungen in den Karten die unterschiedlichen räumlichen Strukturen (Raster, Block) sowie die verschiedenen Zeitpunkte und Höhenschnitte getrennt voneinander abgebildet. Diese unterschiedlichen Informationen sind je Thema über die Ebenenschaltung im Geoportal Berlin wählbar. Die Analysekarten 04.10.1 bis 04.10.5 sowie 04.10.8 und 04.10.9 liegen sowohl rasterbasiert als auch in blockbezogener Form vor. Dabei wird der statistische, nicht gewichtete Mittelwert aller Block(teil)flächen bzw. die Straßenflächen schneidenden Rasterzellen dargestellt. Die Klimaanalysekarte (Karte 04.10.7) liegt hingegen nur blockbezogen vor, da diese nicht direkt modelliert, sondern aus den rasterbasierten Ergebnissen der Klimamodellierung abgeleitet wurde.

Hintergrund

Eine entscheidende Funktion der modellgestützten Klimaanalyse ist die Erfassung des Prozessgeschehens der bodennahen Luftaustauschströmungen und der Versuch, eine Verbindung zwischen diesen Vorgängen und einer Gliederung des Untersuchungsraumes in klimatisch-(lufthygienische) Gunst- und Ungunsträume herzustellen. Diese beiden Begriffe beschreiben aus klimatischer Sicht die Gliederung des Raumes in Ausgleichsräume, Wirkungsräume und verbindende Strukturen (Leitbahnen) und sein Verständnis als Ausgleichsraum-Wirkungsraum-Gefüge.

“Ein Ausgleichsraum ist dabei ein vegetationsgeprägter, unbebauter Raum, der durch Bildung kühlerer und frischerer Luft über funktionsfähige Austauschbeziehungen lufthygienische oder bioklimatische Belastungen in Wirkungsräumen vermindern oder abbauen kann. Ein Wirkungsraum ist ein belasteter, bebauter oder zur Bebauung vorgesehener Raum, der über Luftaustauschprozesse an einen angrenzenden oder über eine Luftleitbahn erschlossenen Ausgleichsraum angebunden ist.” (vgl. Mosimann et al. 1999). Diese Verfahrensweise löst sich damit grundlegend von der früher verbreiteten statischen Betrachtung auf der Basis von Stadtklimatopen, die den Untersuchungsraum in räumliche Einheiten untergliedert, in denen die mikroklimatisch wichtigsten Faktoren relativ homogen und die Auswirkungen wenig unterschiedlich sind (vgl. VDI 2015).

Die hier gewählte Herangehensweise des Modelleinsatzes mit gekoppelter Auswertung statistischer Grunddaten langjährig betriebener Klimastationen (SenStadt 2025b) beinhaltet folgende wichtige Vorteile:

• Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse im Gesamtraum wird gewährleistet.
• Neben den qualitativen Aussagen zur Ausprägung einzelner stadtklimatischer Phänomene werden auch quantitative Aussagen zu klimaökologischen Zuständen und zur Austauschprozessen möglich.
• Klimaökologische Ausgleichs- und Prozessräume werden im Stadtgebiet verortet und in ihrer (möglichst exakten) räumlichen Ausprägung dargestellt.
• Ein wichtiger Aspekt des klimaökologischen Ausgleichspotenziales von Freiflächen – der Kaltlufthaushalt – kann nur auf diese Weise flächendeckend untersucht werden.

Auch mit dieser Anwendung des Klimamodells konnte der schon vielfach bestätigte Zusammenhang zwischen dem Klima verschiedener Stadtgebiete und ihrer Bau-, Freiflächen- und Vegetationsstruktur bestätigt werden. Das typische Lokalklima entsteht aber nicht nur durch die Struktur eines Stadtgebietes, sondern auch durch seine Lage innerhalb der Stadt. So können verschiedene Räume einer Stadt untereinander oder mit dem Umland in Wechselwirkung stehen. Von entscheidender Bedeutung für den klimatischen Austausch sind dabei die Temperaturunterschiede benachbarter Gebiete. Eine Reduzierung dieser Unterschiede, z.B. durch Erhöhung der Baudichte oder Angleichung der Strukturen verschlechtert das Stadtklima.

Meteorologische Parameter

Karte 04.10.1 Bodennahes Windfeld und Kaltluftvolumenstromdichte (22:00 Uhr und 04:00 Uhr)

Das bodennahe Windfeld und die Kaltluftvolumenstromdichte unterstützen die gute Durchlüftung von Siedlungsgebieten und kann zum Abbau von humanbiometeorologischen Belastungen führen (vgl. Moriske und Turowski 2002). Die humanbiometeorologischen Belastungen werden am Tag anhand des Bewertungsindex PET (Karte 04.10.5) sowie in der Nacht anhand der Lufttemperatur bewertet (vgl. Karte 04.11, Planungshinweise Stadtklima 2022).

So kann in den Nachtstunden durch das Heranführen kühlerer Luft aus dem Umland das Temperaturniveau der Stadt 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.

Die Raster-Kartenebenen stellen das sich zu den nächtlichen Analysezeitpunkten 22:00 Uhr und 04:00 Uhr in 10 m x 10 m Auflösung ausgeprägte Kaltluftströmungsfeld bodennah in 2 m dar. Das Windfeld in Form der Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit wird über die Pfeilrichtung und Pfeillänge in Form von Vektoren für alle Zellen des Modellrasters mit einer klimatisch relevanten Mindestgeschwindigkeit von ≥ 0,1 m/s abgebildet. Ergänzt werden diese rasterbezogenen Daten durch die Darstellung der Kaltluftvolumenstromdichte als Flächenwert in m³/s.

Wesentliche Inhalte der Karte

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 den Luftmassentransport bewerkstelligen kann, notwendig.

Belastungsräume

Bei den Belastungsräumen handelt es sich um Siedlungs- und Verkehrsflächen, welche am Tag und/oder in der Nacht eine Wärmebelastung aufweisen. Oft sind dies dicht bebaute Siedlungstypologien, welche gleichzeitig auch einen Mangel an Durchlüftung aufweisen. Für die Nachtsituation handelt es sich um die absolute Ausprägung der Lufttemperatur als relevante meteorologische Größe, während für die Tagsituation die Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) herangezogen wird.

Ausgleichsräume

Klimaökologische Ausgleichswirkungen gehen potenziell von allen unbebauten und unversiegelten Arealen aus, inner- wie außerhalb des Stadtgebietes. Inwieweit dieses Potenzial auch zur Entfaltung kommen kann, hängt von jeweiligen Rahmenbedingungen ab, die von der Flächengröße, der Vegetationsstruktur, der Lage im Stadtgebiet sowie dem baulich geprägten Umfeld abhängen.

Die im Verhältnis zu anderen Metropolen noch große Anzahl innerstädtischer Freiflächen ist für eine topografisch weitgehend ungegliederte Stadt wie Berlin von großem Wert, da hier die stadtklimatischen Ausgleichsleitungen für den Kernbereich der Stadt vorrangig durch die thermisch bedingten Zirkulationen erfolgt, die wiederum eine möglichst große Nähe von Grün- und bebauten Flächen zueinander erfordert (vgl. Karte 04.11, Planungshinweise Stadtklima 2022).

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. Die Lufttemperatur ist somit die entscheidende Größe für die Ermittlung der nächtlichen Überwärmung sowie der Ausbildung von Luftaustauschprozessen.

Kaltlufttransport

Die bodennahe Temperaturverteilung bedingt horizontale Luftdruckunterschiede, die wiederum Auslöser für lokale thermische Windsysteme sind. Ausgangspunkt dieses Prozesses sind die nächtlichen Temperaturunterschiede, die sich zwischen Siedlungsflächen und vegetationsgeprägten Freiflächen einstellen. An den geneigten Flächen setzt sich abgekühlte und damit schwerere Luft in Richtung zur tiefsten Stelle des Geländes in Bewegung. So entstehen an den Hängen die nächtlichen Kaltluftabflüsse (u.a. Mosimann et al. 1999). Die Windgeschwindigkeit dieses kleinräumigen Phänomens wird in erster Linie durch das Temperaturdefizit zur umgebenden Luft und durch die Neigung des Geländes bestimmt.

Neben den orographisch bedingten Strömungen mit Kaltluftabflüssen bilden sich auch so genannte Flur-/ Strukturwinde, d.h. eine direkte Ausgleichsströmung vom hohen zum tiefen Luftdruck aus. Sie entstehen, wenn sich stark überbaute oder versiegelte Gebiete stärker erwärmen als umliegende Freiflächen, und dadurch ein thermisches Tief über den urbanen Gebieten entsteht. Der resultierende Druckgradient kann daraufhin durch einströmende kühlere Luftmassen aus dem Umland ausgeglichen werden (u.a. Kiese et al. 1992). Für die Ausprägung dieser Strömungen ist es wichtig, dass die Luft über eine gewisse Strecke beschleunigt werden kann und nicht durch vorhandene Hindernisse wie Bebauung abgebremst wird. Die Flur-/ Strukturwinde sind eng begrenzte, oftmals nur schwach ausgeprägte Strömungsphänomene, die bereits durch einen schwachen überlagernden Wind überdeckt werden können. Ihre Geschwindigkeit liegt meist unterhalb von 0,2 m/s (Mosimann et al. 1999).

Die landnutzungstypischen Temperaturunterschiede beginnen sich schon kurz nach Sonnenuntergang herauszubilden und können die ganze Nacht über andauern. Dabei erweisen sich insbesondere Wiesen- und Ackerflächen als kaltluftproduktiv. Abhängig von den Oberflächeneigenschaften und Abkühlungsraten geht damit die rasche Entwicklung von Kaltluftströmungen einher, die zunächst vertikal nur von geringer Mächtigkeit (5-10 m Schichthöhe) sind und sich zwischen der Vielzahl der unterschiedlich temperierten Flächen ausbilden.

Definition der Kaltluftvolumenstromdichte

Unter dem Begriff Kaltluftvolumenstromdichte (im Folgenden vereinfacht als Kaltluftvolumenstrom bezeichnet) versteht man das Produkt aus der Fließgeschwindigkeit der Kaltluft, ihrer vertikalen (Schichthöhe) und horizontalen Ausdehnung des durchflossenen Querschnitts (Durchflussbreite). Er beschreibt somit diejenige Menge an Kaltluft in der Einheit m³, die in jeder Sekunde über eine Breite von 1 m strömt (vgl. Abbildung 4).

Abb. 4: Prinzipskizze Kaltluftvolumenstrom

Der Kaltluftvolumenstrom ist damit ein Maß für den Zustrom von Kaltluft und bestimmt die Größenordnung des Durchlüftungspotenzials. Da er ein über die Höhe integrierter Parameter ist, erfolgt keine Darstellung für das Dachniveau. Abgebildet sind alle Zellen des 10m x 10m Rasters mit einem Wert von >7 m³/s, für die eine potenzielle klimaökologische Wirksamkeit bestimmt wird.

Klassifizierung der Kaltluftvolumenstromdichte

Die qualitative Bewertung dieser meteorologischen Größe zeigt Tab. 2. Die Einstufung der rasterbasierten Kaltluftvolumenstromdichte orientiert sich an dem in der VDI-Richtlinie 3785 Blatt 1 (VDI 2008) beschriebenen Verfahren zur Z-Transformation. Dieses Vorgehen legt das lokale/regionale Werteniveau in einem Untersuchungsraum zugrunde und bewertet die Abweichung eines Parameters von den mittleren Verhältnissen in diesem Gebiet. Als Resultat ergeben sich mittels dieser Methode vier Bewertungskategorien der Stufung gering / mittel / hoch / sehr hoch.

Tab. 3: Klassifizierung der rasterbasierten Kaltluftvolumenstromdichte

Während in der vorangegangenen Analyse 2014 das gesamte Kaltluftvolumen bis zu einer Strömungsgeschwindigkeit von >0,05 m/s zugrunde gelegt wurde, wird nun das bis in eine Höhe von 50 m integrierte Volumen herangezogen. Der Vorteil dieses methodischen Vorgehens besteht darin, dass dies eine Fokussierung auf das tatsächlich für die Durchlüftung des Siedlungskörpers relevante Kaltluftvolumen darstellt.

Wirkung der Kaltluftvolumenstromdichte

Die Eindringtiefe der Kaltluft in die Siedlungsräume und damit auch das Maß der bioklimatischen Gunstwirkung während sommerlicher Hochdruckwetterlagen hängt von der Bebauungsstruktur und der Intensität der Kaltluftdynamik ab. Entsprechend der zunehmenden Bebauungshöhe und -dichte wird etwa Einzel- und Reihenhausbebauung besser durchströmt als eine Block- und Blockrandbebauung.

Zum Analysezeitpunkt 22:00 Uhr kurz nach Sonnenuntergang setzt die abendliche Abkühlungsphase ein, die in ihrer Intensität von den jeweiligen Strukturen abhängt und damit auch das sich ausbildende Kaltluftströmungsfeld beeinflusst. Im Umfeld innerstädtischer Grün- und Freiflächen handelt es sich dabei meist um eher kleinräumig ausgeprägte Luftaustauschprozesse, bei denen der Kaltluftvolumenstrom kaum über 3 m³/s („gering”) hinausgeht.

Die Kaltluft wirkt, abhängig von der Größe einer Kaltluft produzierenden Fläche und der umgebenden Bebauung, zwischen 50 m und 300 m in die Bebauung ein. Dies macht deutlich, dass vor allem eine ausreichende Zahl und günstige Lage dieser Entlastungsflächen für die Reduzierung innerstädtischer Belastungen von Bedeutung ist. Hohe bzw. sehr hohe Volumenströme sind zu diesem Zeitschnitt zumeist in den Randbezirken zu beobachten und stehen teilweise im Zusammenhang mit lokalen Kaltluftabflüssen. Dieses Niveau kann lokal aber auch über den größeren innerstädtischen Grünflächen wie dem Tiergarten oder dem Tempelhofer Feld angetroffen werden.

Zum Zeitpunkt 04:00 Uhr ist die Abkühlung der Grün- und Freiflächen und damit auch die Kaltluftproduktion deutlich fortgeschritten. Die Spanne der Eindringtiefe variiert spürbar und beträgt, abhängig von den baustrukturellen Bedingungen, zwischen 100 m und mehr als 1000 m. In Bereichen durchgrünter Siedlungstypen kommt zusätzlich noch deren ‚eigenbürtige‘ Erzeugung von Kaltluft hinzu, die sich dann günstigen bioklimatischen Bedingungen dort niederschlägt (SenStadt 2025a). Teile der innerstädtischen Block- und Blockrandbebauung sowie der bezirklichen Zentren werden hingegen auch in der zweiten Nachthälfte nicht nennenswert von Kaltluft durchströmt, da ihre hohe Bebauungsdichte und das damit höhere Temperaturniveau etwaige Kaltluftströmungen abschwächen, soweit sie sich überhaupt im potenziellen Einwirkbereich von Ausgleichsflächen befinden.

Karte 04.10.2 Bodennahe Lufttemperatur (14:00 Uhr und 04:00 Uhr)

Die Temperaturverhältnisse der bodennahen Atmosphäre werden ebenfalls auf Raster- und Block(teil)- und Straßenflächen sowie zu unterschiedlichen Tageszeiten als Ebenen der Hauptkarte abgebildet. Die Lufttemperatur ist insbesondere zur Bewertung der Nachtsituation von Relevanz.

Einfluss auf die Lufttemperatur

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 etwa 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 für den Transport von fühlbarer und latenter Energie vom Erdboden weg oder zu diesem hin (vgl. Karte 04.10.2).

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

Verlauf der Lufttemperaturentwicklung

Generell sind zwar die nächtlichen Temperaturverteilungen aussagekräftiger zur Bewertung der klimatischen Potenziale an Ent- und Belastung von Flächen, jedoch zeigen sich auch in den Mittagsstunden (14:00 Uhr) entsprechend der Flächenverteilung charakteristische Unterschiede.

Sowohl versiegelte Areale als auch rasengeprägte Freiflächen werden tagsüber stark aufgeheizt, was auf die intensive Sonneneinstrahlung, den Mangel an Verschattung sowie die starke Erwärmung der bodennahen Luftschicht zurückzuführen ist. Die auftretenden Temperaturen können hier zwischen 30°C und 35°C betragen, welche im Rahmen der modellierten sommerlichen Situation die höchsten Werte darstellen.

Sowohl Waldflächen als auch größere innerstädtische Grünanlagen wie der Große Tiergarten weisen um diese Zeit in ihren baumbestandenen Teilen etwa 5 bis 10 K niedrigere Temperaturen auf.

Baulich geprägte Gebiete liegen in ihrem Temperaturniveau zwar insgesamt höher, jedoch ist hier in der Rasterdarstellung eine die jeweilige kleinräumige Situation widerspiegelnde Differenzierung des Temperaturverhaltens festzustellen. Die blockbezogene Aggregation glättet die Unterschiede durch die nicht gewichtete Mittelwertbildung.

Über Wasserflächen sind aufgrund ihrer spezifischen Wärmekapazität die niedrigsten Werte anzutreffen, sie verhalten sich sehr homogen und wirken tagsüber klimatisch ausgleichend.

In Abhängigkeit von den individuellen Oberflächeneigenschaften der verschiedenen Landnutzungen kühlt sich die Erdoberfläche im Laufe der Nacht unterschiedlich stark ab, die Temperaturverteilung um 04:00 Uhr morgens spiegelt in etwa den Zeitpunkt der stärksten Abkühlung wider.

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 mehr oder weniger bebauten 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 städtisch geprägten Gebiete bleiben somit insgesamt wärmer. Die Temperaturunterschiede zum unbebauten Stadtrand bzw. dem Umland können in den frühen Morgenstunden mehr als 8 K betragen. Diese großen horizontalen Unterschiede werden in der Nachbarschaft von innerstädtischen Freiflächen nicht ganz erreicht, z.T. findet auch ein negativer Einfluss aus den bebauten Bereichen in die Grünflächen statt.

Karte 04.10.8 Oberflächentemperatur (14:00 Uhr und 04:00 Uhr)

Die Oberflächentemperatur spielt eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit den Energieflüssen. Das Modell FITNAH-3D berechnet für jede Landnutzungsklasse in Abhängigkeit von ihren physikalischen Eigenschaften (z.B. Rückstrahlvermögen des Sonnenlichts, Wärmeleitfähigkeit) und den lokalen meteorologischen Gegebenheit (z.B. Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur, Sonnenstand) die einzelnen Wärmeströme. Im bodennahen Aufenthaltsbereich des Menschen beeinflusst die Oberflächentemperatur die Temperatur der darüber lagernden Luftmasse. Dies ist vor allem in den Nachtstunden relevant, da die Kaltluftentstehung im Wesentlichen über die Abkühlung der Bodenoberfläche erfolgt.

Abbildung 5 zeigt die unterschiedlichen Tagesgänge von Oberflächentemperatur, Lufttemperatur und Strahlungstemperatur. Die berechneten Größen in °C dürfen jedoch aufgrund dieser komplexen Werte-Zusammensetzung nicht direkt mit den Lufttemperaturwerten des betrachteten Rasters bzw. Blockes gleichgesetzt werden.

Abb. 5: Tagesgänge von Lufttemperatur Ta, mittlerer Strahlungstemperatur Tmrt (aus Strahlungsmessungen: Tmrt,meas.; berechnet über RayMan: Tmrt,calc.) und Bodenoberflächentemperatur Ts (aus Strahlungsmessungen: Ts,meas.; berechnet über RayMan: Ts,calc.) an einem schönen Sommertag über Baumkronen (Überschirmungsgrad: 0,88) auf einer Grünfläche im nördlichen Stadtzentrum von Freiburg; Bezugshöhe für Ta und Tmrt: 1,1m Höhe über Grund

Wirkung über den Tag

Die Oberflächentemperatur um 14:00 Uhr zeigt, dass die Ausprägung dieses Parameters vor allem über die solare Einstrahlung gesteuert wird. Dabei weisen sowohl Äcker und Wiesen als auch versiegelte Flächen mit mehr als 35 °C die höchsten Werte auf. In Waldflächen liegt aufgrund der Verdunstungswirkung des Kronendaches eine niedrigere Oberflächentemperatur um 26 °C vor. In den Siedlungsflächen wird, bedingt durch das Nebeneinander von Gebäuden, versiegelter Fläche und Bäumen, ein kleinräumiges Mosaik von hohen und niedrigen Temperaturen berechnet. Die Oberflächentemperatur der Gewässerflächen liegt lediglich zwischen 22 °C und 23 °C und somit in der Größenordnung in der in das Modell eingegangenen gemessenen Wassertemperaturen. Dies ist auf die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers und die im Wasserkörper stattfindenden turbulenten Durchmischungsvorgänge zurückzuführen.

Zum Zeitpunkt 04:00 Uhr wird die Oberflächentemperatur vor allem über die (langwellige) Wärmeausstrahlung der verschiedenen Oberflächenstrukturen gesteuert. Dabei sind die höchsten Werte von etwa 20 °C bis 24 °C innerhalb der dicht bebauten Siedlungsgebiete festzustellen, was auf das hohe Bauvolumen und deren Wärmeabgabe in den Nachtstunden zurückzuführen ist. Die Oberflächentemperatur der Wasserflächen liegt in einer ähnlichen Größenordnung, da sie die tagsüber gespeicherte Wärme nun z.T. wieder abgeben. Über den größeren Wiesen und Ackerflächen liegen mit ca. 14 °C bis 15 °C die niedrigsten Werte vor, da deren Oberflächen die höchste nächtliche Abkühlung aufweisen. Die Oberflächentemperatur der Waldbestände ist in den Nachtstunden mit ca. 20 °C zwar höher als über Freiland, aber tendenziell immer noch niedriger als in den Siedlungsflächen.
Die mögliche Gesamtdifferenz zwischen den höchsten (dichte Blockbebauung) und niedrigsten Werten (offenes Freiland) liegt bei der Oberflächentemperatur in den Nachtstunden bei rund 12 K.

Karte 04.10.4 Nächtliche Abkühlung zwischen 22:00 Uhr und 04:00 Uhr

Karte 04.10.4 zeigt die nächtliche Abkühlung von Oberflächen der einzelnen Strukturen zwischen den Zeitpunkten 22:00 und 04:00 Uhr pro Rasterzelle bzw. als Mittelwert der Block(teil)- bzw. Straßenflächen in Kelvin (K) pro Stunde.

Mit dieser Auswertung zeichnen sich die Stadtstrukturen mit tendenzieller Überwärmung einerseits sowie die thermisch entlastenden Bereiche mit intensiver Abkühlung andererseits ab. Aus der dargestellten Flächenkulisse ergibt sich ein umfassendes Bild über die grundsätzlichen thermischen Bedingungen im Stadtgebiet. Die nächtliche Abkühlung fließt indirekt über die Ermittlung des Temperaturniveaus in den Siedlungsflächen in deren bioklimatische Bewertung ein.

Wirkung über den Tag

Das Ausmaß der Abkühlung kann dabei – je nach den landnutzungsabhängigen physikalischen Boden- und Oberflächeneigenschaften – große Unterschiede aufweisen. Die Stadtstrukturen zeichnen sich dahingehend in charakteristischer Weise ab. Die niedrigste Abkühlung liegt aufgrund deren hohen Wärmeleitfähigkeit und -kapazität über Gewässerflächen sowie den Siedlungsflächen mit hoher baulicher Dichte vor (Wärmeinseleffekt). Eine mäßige nächtliche Abkühlung ist in einem Großteil der übrigen Bebauung anzutreffen. Waldflächen und stark durchgrünte Siedlungstypen weisen dagegen deutlich höhere Abkühlungsraten auf. Diese ist über Äcker und Wiesen am stärksten ausgeprägt.

Bewertungsindices

Meteorologische Parameter wirken nicht unabhängig voneinander auf den Menschen ein. Um die vernetzte Wirkung meteorologischer Parameter auf den Menschen zu bewerten, werden Bewertungsindizes genutzt. Sie haben eine besondere Bedeutung für die Bewertung des thermischen Wirkungskomplexes des Menschen, den Wärmeaustausch mit seiner Umgebung in den Mittelpunkt. Hier spielen alle Klimaparameter, die den Wärmehaushalt des Menschen direkt beeinflussen eine Rolle: Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und thermophysiologisch wirksame Strahlung.

Zur Beurteilung des thermischen Wirkungskomplexes werden die zwei folgenden Bewertungsindexe angeboten: Universal Thermal Climate Index (UTCI) und Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET). Beide weisen Unterschiede in ihren Bewertungen auf.

Für die Bewertung des Bioklimas am Tag um 14:00 Uhr wird im Land Berlin der PET genutzt. Denn der PET hat sich in der Fachwelt zum Standard“ zur Bewertung der Tagsituation entwickelt (Höppe und Mayer 1987).

Karte 04.10.5 Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) (14:00 Uhr)

Der PET wurde aus dem Münchener Energiebilanzmodell MEMI abgeleitet (Höppe 1984). In Tabelle 4 werden – bezogen auf die Tagesstunden – das thermische Empfinden (abgeleitet aus dem Verhalten einer „Standardperson“, die eine mittlere thermische Empfindlichkeit repräsentiert) und die physiologische Belastungsstufe dem Index PET gegenübergestellt. Bei 20°C stellt sich eine optimale Behaglichkeit ein. Bei höheren Werten liegt eine Wärmebelastung vor, während sich bei tieferen Werten Kältestress ergibt.

Tab. 4: Zuordnung von Schwellenwerten für den Bewertungsindex PET während der Tagesstunden

Die PET-Werte um 14:00 Uhr zeigen eine starke Abhängigkeit der auftretenden Wärmebelastung am Tag von der örtlichen Verschattungssituation. Eine mäßige Wärmebelastung an wolkenlosen Sommertagen mit starker Sonneneinstrahlung weisen dementsprechend Waldbestände sowie durch von Bäumen und Gehölzen geprägte Flächen auf. Hier tragen die verminderte direkte Sonneneinstrahlung durch Schattenwurf der Vegetation und die Verdunstung von Wasser zum vergleichsweise geringen Belastungspotential bei. Aufgrund ihrer Aufenthaltsqualität insbesondere in der Nachbarschaft stärker überbauter Quartiere kommt daher den innerstädtischen Grünflächen eine hervorgehoben wichtige Rolle zu. Dem stehen die stark besonnten Areale gegenüber, wo die Wärmebelastung am Tage die höchsten Werte aufweist. Dabei werden über Rasenflächen ähnlich hohe Temperaturen erreicht wie über versiegelten Arealen.

Karte 04.10.9 Bewertungsindex Universeller Thermischer Klimaindex (UTCI) (14:00 Uhr)

Neben dem PET findet auch der UTCI Anwendung in der Praxis. Dieser Bewertungsindex wird zusätzlich angeboten. Der UTCI beruht wie auch die Physiologische Äquivalenttemperatur (PET) auf einem Wärmehaushaltsmodell des Menschen und bezieht dieselben Einflussgrößen wie solare Einstrahlung, Lufttemperatur und Luftfeuchte mit ein. Ähnlich wie bei der PET werden den Absolutwerten physiologischen Belastungsstufen zugeordnet (vgl. Tabelle 5). Während der UTCI vor allem dahingehend entwickelt wurde, um Aussagen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zu ermöglichen (deshalb „Universell“), fokussiert sich die PET stärker auf die direkten Auswirkungen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf das menschliche Wohlbefinden.

Tab. 5: Kategorisierung des UTCI in Bereiche unterschiedlicher thermischer Belastung

Analog zur PET wird auch der UTCI stark durch die solare Einstrahlung beeinflusst. Das heißt, dass zum Zeitpunkt 14:00 Uhr der UTCI vor allem über stark besonnten Oberflächen hohe Werte ausweist. Ebenso sind über unverschatteten Rasenflächen ähnlich hohe Werte wie über Versiegelung vorzufinden. In den durchgrünten Siedlungstypologien ist die Ausprägung des UTCI somit auch von der Anwesenheit von Bäumen abhängig. Ein niedriger UTCI und damit auch eine hohe Aufenthaltsqualität liegt im Umfeld Schatten spendender Vegetation vor.

Klimaanalysekarte

Die Klimaanalysekarte bildet den Ist-Zustand der Klimasituation ab. Dazu werden das Ausmaß der städtischen Überwärmung, die Ausgleichsleistungen kaltluftproduzierender Flächen sowie räumliche Beziehungen zwischen Ausgleichs- und Wirkungsräumen dargestellt. Einbezogen werden auch die Auswirkungen von Freiflächen des Umlandes auf das Stadtgebiet.

Ziel der Karte ist es, die Bereiche der Stadt nach ihrer klimatischen Funktion zu differenzieren sowie ihre Wirkung auf andere Bereiche der Stadt abzugrenzen. Ausgangspunkt ist die Gliederung des Untersuchungsraumes in bioklimatisch und/oder lufthygienisch belastete Siedlungsflächen (Wirkungsraum) einerseits und kaltluftproduzierende, unbebaute und vegetationsgeprägte Flächen andererseits (Ausgleichsräume). Sofern diese Räume nicht unmittelbar aneinandergrenzen und die Luftaustauschprozesse stark genug ausgeprägt sind, können linear ausgerichtete, maximal gering überbaute Freiflächen (Luftleitbahnen) beide miteinander verbinden. Aus der gegenseitigen Abgrenzung von Gunst- und Ungunsträumen sowie den verbindenden Strukturen ergibt sich somit ein komplexes Bild vom Prozesssystem der Luftaustauschströmungen des Ausgleichsraum-Wirkungsraum-Gefüges.

Karteninhalte

Die Darstellung des Wärmeinseleffekts in den Siedlungs- und Verkehrsflächen veranschaulicht die thermische Situation im Stadtgebiet während der Nachtstunden. Grundlage dafür ist die Abweichung der jeweiligen mittleren nächtlichen Lufttemperatur pro Fläche vom Mittelwert über alle Flächen, welcher um 04:00 Uhr 17,5°C beträgt. Im Jahrgang 2014 wird der Wärmeinseleffekt über das statistische Verfahren der z-Transformation in vier Bewertungskategorien repräsentiert („nicht vorhanden“, „schwach“…), welche direkt in die Planungshinweiskarte übernommen wurden. Da die Klimaanalysekarte die stadtklimatischen Prozesse in der Nacht zusammenfasst und sich somit auf der Sachebene befindet, soll hier noch keine Bewertung erfolgen. Daher wird in der Aktualisierung 2022 die Überwärmung als absolute Abweichung vom Mittelwert der Siedlungs- und Verkehrsflächen (17,5 °C) abgeleitet. Eine Bewertung erfolgt in einem weiteren Schritt erst auf Ebene der Planungshinweiskarte Stadtklima.

Tab. 6: Klassifizierung des nächtlichen Wärmeinseleffekts in Siedlungs- und Verkehrsflächen während sommerlichen Strahlungswetterlagen

Als kaltluftproduzierende Bereiche gelten vegetationsgeprägte Freiflächen wie Wälder, Parkanlagen und Kleingartenflächen, welche entsprechend ihrer Nutzung als ‚Grünflächen’ dargestellt sind. Für die Charakterisierung ihrer klimatischen Ausgleichsleistung wird in der Klimaanalysekarte die Kaltluftvolumenstromdichte (im Folgenden vereinfacht als Kaltluftvolumenstrom bezeichnet) herangezogen. Die Kaltluftvolumenstromdichte beschreibt diejenige Menge an Kaltluft in der Einheit m³, die in jeder Sekunde über einen Querschnitt von 1 m Breite strömt. Diesen Wert kann man sich veranschaulichen, indem man sich ein 1 m breites, quer zur Luftströmung hängendes Netz vorstellt, das ausgehend von einer Höhe von 50 m bis hinab auf die Erdoberfläche reicht. Bestimmt man nun die Menge der pro Sekunde durch das Netz strömenden Luft, erhält man die rasterbasierte Volumenstromdichte (Karte 04.10.1). Es wird die Kaltluft bis zu einer Höhe von 50 m über Grund betrachtet, da dies als der für die Durchlüftung der Siedlungsfläche relevante Höhenbereich angesehen werden kann.

Die Grünflächenanteile, welche einen klimaökologisch wirksamen Kaltluftvolumenstrom von mehr als 7 m³/s aufweisen, sind mit einer Schraffur hervorgehoben. Damit wird deutlich, welche Flächenanteile einer Grünfläche als klimatisch besonders relevant anzusehen sind.

Die Reichweiten der Entlastungswirkung werden in der Klimaanalysekarte als Einwirkbereiche der Kaltluftentstehungsgebiete bezeichnet. Diese sind als Fortsetzung des von den Grün- und Freiflächen ausgehenden Kaltluftvolumenstroms in die Siedlungs- und Verkehrsflächen anzusehen, die eine gute Durchlüftung begünstigen sowie den Wärmeinseleffekt minimieren. Die Kaltluft kann ihren Ursprung sowohl in benachbarten Grünflächen als auch in Strukturwinden haben, d.h. Luftwechsel innerhalb der Siedlungsfläche auch ohne Kaltluftquelle in der Nähe.

Zudem wird auch die positive Wohnbebauung mit klimarelevanter Funktion dargestellt. Sie weist einen Gesamtversiegelungsgrad von durchschnittlich weniger als 30 % auf. Aufgrund ihrer klimatisch günstigen Eigenschaften weisen diese Gebiete eine mehr oder weniger starke eigene Kaltluftentstehung auf und begünstigen das Einwirken nächtlicher Kaltluft in Richtung auf weiter entfernte Siedlungsareale.

Der bodennahe Luftaustausch wird durch linien- und flächenhafte Verbindungen unterschiedlicher Ausprägung unterstützt und werden in diesem Zusammenhang als Kaltluftleitbahnen bezeichnet. Leitbahnen verbinden Kaltluftentstehungsgebiete (Ausgleichsräume) und Belastungsbereiche (Wirkungsräume) miteinander und sind somit elementarer Bestandteil des Luftaustausches. Unter Berücksichtigung des Prozessgeschehens, wurden in der Karte vier unterschiedliche Luftaustauschtypen herausgearbeitet:

• Kaltluftleitbahn, vorwiegend thermisch induziert,
• Kaltluftleitbahn, vorwiegend orographisch induziert (z.B. kleinere Flussniederungen),
• flächenhafter Kaltluftabfluss auf Hangbereichen (bei Hangneigungen >1°) und
• großräumige Luftleit- und Ventilationsbahnen (Niederungen größerer Fließgewässer).

Die Ausweisung der Kaltluftleitbahnen orientiert sich am eigenbürtigen („autochthonen“) Strömungsfeld der FITNAH-3D-Simulation. Bei den ausgewiesenen Leitbahnen handelt es sich, mit Ausnahme der Flussniederungen, um vegetationsgeprägte Flächen mit einer linearen Ausrichtung auf Wirkungsräume.

Um die Areale mit Hangneigungen >1° zu kennzeichnen, auf denen ein flächenhafter Kaltluftabfluss stattfindet, wurde mit dem in FITNAH 3D eingesetzten Geländehöhenmodell eine Reliefanalyse durchgeführt.

Zur Darstellung der verkehrsbedingten Luftbelastung wurden die Daten der Umweltatlaskarte 03.11.2 „Verkehrsbedingte Luftbelastung im Straßenraum 2020 und 2025“ nachrichtlich übernommen (SenStadt 2018). In der Karte sind mit dem Feinstaub (PM10) und dem Stickstoffdioxid (NO2) die beiden zentralen verkehrsbedingten Luftschadstoffe zu einem Immissionsindex verknüpft worden.

Die Signatur Windfeldveränderungen kennzeichnet Siedlungsflächen mit Potenzial zu erhöhter Böigkeit und plötzlicher Windrichtungsänderung. Dabei handelt es sich um die Flächentypen Kerngebiete und Großsiedlungen, von deren Bebauung entsprechende Effekte auf das Windfeld ausgehen können.

Darüber hinaus werden in der Klimaanalysekarte auch Lärmschutzeinrichtungen dargestellt, welche nachrichtlich aus der Lärmkartierung übernommen wurden (SenStadt 2022). Deren Relevanz für die klimatischen Funktionen ergibt sich aus der Tatsache, dass es sich um Strukturen handelt, welche z.T. mehrere Meter Höhe aufweisen können. Daraus ergibt sich ein potenzieller Einfluss auf nächtliche Kaltluftströmungen. Die Kenntnis über deren Lage stellt eine wichtige Zusatzinformation bei der Beurteilung der Luftaustauschprozesse dar, da Lärmschutzwände nicht explizit im Modell berücksichtigt werden konnten.
Ansatz, Datengrundlagen und Methode des zur Aktualisierung der Klimadaten eingesetzten Verfahrens stellen auf eine größtmögliche, gleichzeitig flächendeckende Detailliertheit der resultierenden Aussagen ab. Aufgrund der dynamischen Entwicklung in der Stadt ändern sich jedoch die Ausgangsvoraussetzungen für die Bewertung auf einzelnen Flächen schneller als der mögliche Fortschreibungszyklus der Karten im Umweltatlas. Es wird daher empfohlen, die Überlagerungsfunktion mit den jeweils aktuellen Luftbildern im Geoportal für eine Flächenkontrolle sowie zum Vergleich mit den Sachdaten der Analysekarten zu nutzen. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die Verwendbarkeit der Ergebnisse ziehen.

Differenzierung der Raumeinheiten

Die Differenzierung der Raumeinheiten „Siedlungsfläche“ und „Grün- und Freiflächenbestand“ folgt einer Systematik, die sich aus den Flächentypen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) (SenStadt 2020) ableitet. Vertiefende Informationen zur Ableitung dieser Raumeinheiten finden sich im Begleittext zur Planungshinweiskarte Stadtklima (SenStadt 2025a). Abbildung 6 stellt die räumliche Verteilung über das Stadtgebiet dar.

Abb. 6: Gesamtstädtische Verteilung der Raumeinheiten des Klimamodells auf der Basis der Flächentypen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) (SenStadt 2020)

Grün- und Freiflächenbestand

Vegetationsbestandene Freiflächen mit nennenswerter Kaltluftproduktion stellen klima- und immissionsökologische Ausgleichsräume dar. Eine hohe langwellige nächtliche Ausstrahlung während austauscharmer Hochdruckwetterlagen führt zu einer starken Abkühlung der bodennahen Luftschicht. Die Menge der produzierten Kaltluft hängt ab vom vorherrschenden Vegetationstyp, den Bodeneigenschaften und der damit verbundenen nächtlichen Abkühlungsrate.

Die Gesamtfläche der potenziell kaltluftproduzierenden Grünflächen innerhalb des Stadtgebietes beziffert sich auf ca. 347 km², was einem Flächenanteil von rund 39 % des gesamten Stadtgebietes entspricht und als hoch angesehen werden kann. Die Ausprägung der Kaltluftlieferung innerhalb von Grünarealen ist dabei zumeist räumlich differenziert. Oft weisen bei innerstädtischen Grünflächen die zentralen Bereiche einen eher niedrigen Kaltluftvolumenstrom auf im Vergleich zu den an die Bebauung angrenzenden Teilflächen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, angetrieben durch den Temperaturunterschied zwischen Freifläche und Bebauung, die Kaltluft erst beschleunigt werden muss und dann die Werte in Richtung auf die Bebauung zunehmen. Im Übergangsbereich von Grünfläche und Bebauung sind der Temperaturgradient und damit auch die Intensität des Luftaustausches am höchsten. Areale mit einem Volumenstrom >7m³/s werden in der Karte daher als Bereiche hohen und sehr hohen Luftaustausches hervorgehoben (vgl. Tabelle 3). Zum Teil setzen sich diese Bereiche auch als Flächen mit der Inwertsetzung „Kaltlufteinwirkbereich innerhalb von Siedlungs- und Verkehrsflächen“ in die bebauten Gebiete fort.

Als Leitbahnen für den Kaltlufttransport fungieren große, linear ausgeprägte Freiflächen mit einer verhältnismäßig geringen Oberflächenrauigkeit. Hinsichtlich dieser Funktion sind auch Teilbereiche des Havel- bzw. Spreetals als bedeutsam zu nennen, wie beispielsweise der Havelabschnitt zwischen Pichelssee und Ruhlebener Straße. Dieser führt auf einer Länge von ca. 3 km Kaltluft nach Norden in den Stadtteil Spandau. Darüber hinaus ist noch ein Abschnitt der Dahme entlang von Grünauer- und Regattastraße zu nennen. Diese Ergebnisse decken sich mit den Befunden eines Gutachtens des Deutschen Wetterdienstes (DWD 1996). Zudem zeichnet sich das Wuhletal als Kaltluftleitbahn ab.

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.

Siedlungs- und Verkehrsflächen

Wie bereits im Kapitel Methode beschrieben, ist der nächtliche Wärmeinseleffekt über die Abweichung der mittleren nächtlichen Lufttemperatur der Block(teil)- und Straßenflächen in 2 m über Grund vom Durchschnittwert in den Siedlungs- und Verkehrsflächen ermittelt worden. Mit diesem Vorgehen kann eine räumliche Untergliederung der Siedlungs- und Verkehrsflächen dahingehend erfolgen, ob ein über- oder unterdurchschnittlicher Wärmeinseleffekt vorliegt. Im Rahmen der Bestimmung der Bereiche mit bioklimatischer Belastung während der Nacht in der Planungshinweiskarte wurde ebenfalls die Verteilung der Lufttemperatur herangezogen (SenStadt 2022).

Vor allem Gebiete mit mittleren Temperaturen von weniger als 17,5 °C und somit einem geringem oder nicht vorhandenem Wärmeinseleffekt stehen mehr oder weniger unter dem positiven Einfluss eines Kaltlufteinwirkbereiches und sind in diesen Fällen zumeist auch durch eine ausreichende Durchlüftung gekennzeichnet, deren Reichweite in die Bebauung zum einen abhängt von der Kaltluftproduktivität (auch in der Bebauung selbst), zum anderen aber auch von der Hinderniswirkung des jeweiligen Bebauungstyps. Vor allem in den dichten bebauten Quartieren können auch im Einflussbereich von kaltluftproduzierenden Flächen stehende Blöcke als Flächen mit mäßigem bis starkem Wärmeinseleffekt in den Nachtstunden bewertet werden. Diese lokalen Phänomene deuten darauf hin, dass in diesen Fällen die Wirkung der herangeführten Kaltluft nicht ausreicht, eine deutliche Minderung der Lufttemperatur herbeizuführen.

Dem stehen die Siedlungsflächen mit hohem Durchgrünungsgrad gegenüber, welche nur eine schwache bzw. keine nächtliche Überwärmung aufweisen. Bebaute Gebiete mit klimarelevanter Funktion weisen eine offene Siedlungsstruktur mit einem Gesamtversiegelungsgrad von weniger als 30 % sowie keine oder höchstens geringe Überwärmung auf; sie tragen damit potenziell zur lokalen Kaltluftentstehung bei. Der konkrete lokale Effekt ist jedoch von der jeweiligen örtlichen Situation, d.h. z.B. wesentlich von der Vegetationsausstattung abhängig. Typische Flächentypen mit klimarelevanter Funktion sind diejenigen der Einzel-, Reihen- und Doppelhäuser bzw. generell der Bebauung mit Gärten und Umgrünung. Oft grenzen sie an Kaltluft produzierende Grünareale an und tragen so zur Durchlüftung von weiter entfernten Siedlungsflächen mit nächtlicher Überwärmung bei.

Luftaustausch

Strukturen, die den Luftaustausch ermöglichen und Kaltluft heranführen, sind das zentrale Bindeglied zwischen Ausgleichsräumen und bioklimatisch belasteten Wirkungsräumen. Leitbahnen sollten generell eine geringe Oberflächenrauigkeit aufweisen, wobei gehölzarme Tal- und Auenbereiche, größere Grünflächen (vor allem mit ihren offenen, niedrig bewachsenen Bereichen) und Bahnareale als geeignete Strukturen in Frage kommen. Breite Straßen können aufgrund ihrer Immissionsbelastung nur dem Klimaausgleich, nicht jedoch dem Heranführen unbelasteter Luft dienen. Die Leitbahnen werden in der Klimaanalysekarte hinsichtlich des Prozessgeschehens untergliedert. Im ‚Idealfall‘ stellt eine kaltluftproduzierende Fläche auch einen Teilbereich einer Leitbahn dar.

Es überwiegen die vorwiegend thermisch induzierten Leitbahntypen mit einer rein auf die nutzungsbedingten Temperaturunterschiede zurückzuführenden Ausgleichsströmung. Beispielhaft für solche Strömungsbereiche im innerstädtischen Bereich können die Kleingartenanlagen am Priesterweg angeführt werden, die neben einer lokalen eigenen Kaltluftproduktion auch Kaltluft vom Friedhof an der Bergstraße in Steglitz sowie vom Insulaner in Richtung Norden transportieren.
Insgesamt konzentrieren sich die erkannten thermisch induzierten Leitbahnen in folgenden Bereichen:

• nördlich der Linie Tegel – Lichtenberg
• westlich des Schlossparkes Charlottenburg bis zur Stadtgrenze in Staaken; z.T. wird Kaltluft aus dem nördlichen Gatower Feld sowie dem Umland herangeführt
• im Süden östlich der Stadtgrenze zu Groß-Ziethen in den Ortsteilen Rudow und Bohnsdorf.

Flächen in der direkten Nachbarschaft von Grünflächen und Bebauung wurden nicht als Teil einer Leitbahn ausgewiesen.

Vorwiegend orographisch induzierte Leitbahnen sind auf das östliche Stadtgebiet konzentriert. Dabei handelt es sich um Talbereiche etwa der Wuhle und des Mühlenfließes, die aufgrund ihrer Ausrichtung, Breite und Oberflächenbeschaffenheit Leitbahnfunktionen übernehmen. Im westlichen Stadtgebiet kann dahingehend die vom Grunewald ausgehende Tiefenlinie Hundekehlsee – Dianasee – Koenigssee – Halensee eingeordnet werden.

Die Niederungen der größeren Fließgewässer wie Spree und Havel gehen über diese Funktion hinaus und besitzen zudem eine Eigenschaft als übergeordnete Luftleit- und Ventilationsbahnen. Sie begünstigen den Luftaustausch in der angrenzenden Bebauung auch bei stärkeren, übergeordneten Wetterlagen.

Ein flächenhafter Kaltluftabfluss ist auf Areale mit Hangneigungen >1° begrenzt und tritt im Stadtgebiet Berlin aufgrund der vergleichsweise geringen Höhenunterschiede eher selten auf. Daher ist dieser Prozess an die wenigen Bereiche mit einer nennenswerten Hangneigung wie die des Grunewalds und der Köpenicker Bürgerheide gekoppelt. Darüber hinaus kann nördlich des Tegeler Sees, in Kaulsdorf sowie im Forst Düppel vereinzelt von einem Kaltluftabfluss ausgegangen werden. Die Kaltluftlieferung ist auf diesen geneigten Waldflächen überdurchschnittlich hoch, da die Ausstrahlung und damit die primäre Abkühlung hauptsächlich aus dem oberen Kronenbereich und nicht aus unmittelbarer Bodennähe erfolgt. Aufgrund der großen, ausstrahlenden Oberfläche des Bestandes fließt die Kaltluft auch im und über den Kronenbereich ab, statt erst in den Stammraum einzusinken (Groß 1989).

Weitere Hinweise

Die lufthygienische Situation im Hauptstraßennetz wird über den Index der Luftbelastung auf Grundlage der Schadstoffe Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub (PM10) abgebildet (SenStadt 2018). Die räumliche Verteilung der Belastungssituation hängt eng mit den Verkehrsmengen sowie der entlang der Straßenabschnitte vorhandenen Bebauung zusammen. Letztere beeinflusst die Verdünnung und den Abtransport lufthygienisch belasteter Luftmassen, so dass eine erhöhte Belastung vor allem in den dichter bebauten Stadträumen mit hohen Verkehrsmengen anzutreffen ist.

Windfeldveränderungen, d.h. die Neigung zu starken Turbulenzen sowie Auf- und Abwinden können im Umfeld größerer Gebäude auftreten, wie sie in den Bebauungstypologien heterogener, innerstädtischer Mischbebauung, Großsiedlungen und Punkthochhäusern sowie Kerngebietsnutzungen vorliegen. Mit diesen Veränderungen sind einerseits positive Wirkungen wie stärkere Verwirbelung lufthygienischer Belastungen verbunden, andererseits treten jedoch auch vermehrt Einschränkungen im Windkomfort auf. Von den Gewässerflächen im Stadtgebiet Berlin geht an Tagen mit Wärmebelastung eine Kühlfunktion für das nähere Umfeld aus. Darüber hinaus dienen sie als Luftleit- und Ventilationsbahnen auch bei austauschstärkeren Wetterlagen.

Lärmschutzeinrichtungen sind an Abschnitten entlang lärmemittierender Verkehrswege und entsprechend sensiblen Nutzungen vorhanden. Sie sind vor allem entlang von Bahnstrecken im südlichen und westlichen Stadtgebiet ausgewiesen. Sie stellen in dieser Karte eine Zusatzinformation dar, da sie in der Modellierung im Hinblick auf ihren möglichen Einfluss auf die Ausbreitung von Luftmassen nicht explizit berücksichtigt werden konnten.

Entsprechend der VDI-Richtlinien 3787, Blatt1 stellt die Klimaanalysekarte „die räumlichen Klimaeigenschaften einer Bezugsfläche dar, die sich aufgrund Flächennutzung und Topografie einstellen. Dargestellt werden die thermischen, dynamischen sowie lufthygienischen Verhältnisse. Anmerkung: Die Klimaanalysekarte beinhaltet und ersetzt die ehemalige synthetische Klimafunktionskarte.“ (VDI 2015)