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Temperatur- und Feuchteverhältnisse in mäßig austauscharmen Strahlungsnächten 1992

Einleitung

Bestimmende Faktoren zur Charakterisierung des örtlichen Klimas stellen die Parameter Temperatur, Wasserdampfgehalt und relative Luftfeuchte dar, die in einem engen Abhängigkeitsverhältnis stehen. Als bioklimatischer Aspekt ist zusätzlich die Schwülegefährdung von Bedeutung. Die Überwärmung der Stadt gegenüber dem Umland und auch kleinräumige lokalklimatische Effekte innerhalb der Stadt zeigen sich – ausgeprägter als im langjährigen Mittel – in extremen Einzelsituationen. Gerade nachts, bei geringer Bewölkung und windschwachen Wetterlagen zeigen sich die stadtklimatischen Veränderungen besonders deutlich. Außerdem entfallen nachts einige örtlich sehr stark variierende Einflüsse wie z. B. der Schattenwurf bzw. die Besonnung, wodurch die flächendeckende generalisierte Darstellung von Klimaparametern erheblich erleichtert wird.

Der Tagesgang der Lufttemperatur der bodennahen Atmosphäre in Städten und Ballungsgebieten verläuft bei austauscharmen Wetterlagen je nach Lage des Standorts, Vegetationsanteil, Bebauungsstruktur und Nutzung unterschiedlich. Die Maxima in dicht bebauten Stadtstrukturen sind mäßig überhöht und verschieben sich zeitlich in die Nachmittagsstunden. Die nächtliche Abkühlung verzögert sich hierdurch beträchtlich und erreicht nicht das Niveau des klimatisch unbeeinflußten Umlands. So treten an sehr heißen Strahlungstagen die höchsten Temperaturen in Kreuzberg, am Alexanderplatz und in der Großsiedlung Hellersdorf auf. Die Temperaturabnahme in den Nachtstunden fällt in Hellersdorf, beeinflußt durch die landwirtschaftlich strukturierte Umgebung, deutlicher aus als in anderen dicht bebauten Gebieten (s. Abb. 1). Ganztägig günstiger erweisen sich locker bebaute und stark durchgrünte Wohngebiete wie Zehlendorf. Über dem im Grunewald gelegenen offenen Dahlemer Feld sinken die Nachttemperaturen gegenüber Kreuzberg um mehr als 8 °C tiefer ab, während der Waldstandort erwartungsgemäß eine Dämpfung des täglichen Temperaturganges erfährt.

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Abb. 1: Tagesgang der Lufttemperatur in 2 m Höhe an einem heißen austauscharmen Strahlungstag (8. Juli 1991) an verschiedenen Standorten in Berlin
Bild: Umweltatlas Berlin

Für denselben Sommertag sind in Abbildung 2 die Temperaturdifferenzen verschiedener Klimastationen zum kältesten Standort Dahlemer Feld aufgeführt. Um 4.00 Uhr MEZ liegen die Werte an der Station Leibnizstraße 9 °C über den Werten des Dahlemer Feldes; an anderen Wohnstandorten sinken die Differenzen kontinuierlich bis auf die niedrigen Werte in Zehlendorf (5,2 °C) und Frohnau (4,8 °C) ab. Bemerkenswert tief sind die Nachttemperaturen innerhalb des in der Innenstadt gelegenen Großen Tiergartens.

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Abb. 2: Temperaturdifferenzen einiger Klimastationen zur kältesten Station Dahlemer Feld um 4.00 Uhr MEZ an einem heißen austauscharmen Strahlungstag (8. Juli 1991).
Bild: Umweltatlas Berlin

Die relative Luftfeuchte (Sättigungsgrad der Luft mit Wasserdampf) ergibt sich aus der Lufttemperatur und dem in der Atmosphäre vorhandenen Dampfdruck (Wasserdampfgehalt der Luft). Der Wasserdampfgehalt wird erhöht vor allem durch Verdunstungsprozesse (Gewässeroberflächen, Vegetation), Atmung, insbesondere der Pflanzen (Transpiration) und Wasserdampfzufuhr durch Industrie, Gewerbe und Haushalte. Umgekehrt verringert sich der Wasserdampfgehalt durch Erniedrigung des Verdunstungspotentials z. B. infolge Grundwasserabsenkung und Versiegelung des Bodens.

Der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre unterliegt damit in der Stadtlandschaft sehr vielfältigen Randbedingungen. Das Vegetationsdefizit in den dicht bebauten Zentren muß nicht unbedingt zu einer Verringerung des Wasserdampfgehalts der Luft führen, da durch anthropogene Quellen nicht nur ein Ausgleich, sondern oftmals sogar auch ein erhöhtes Niveau geschaffen wird. In den Sommermonaten tritt dies deutlich in Erscheinung (s. Abb. 3). Kreuzberg, der Alexanderplatz und auch Hellersdorf zeigen z. B. leichte Erhöhungen gegenüber dem stark durchgrünten Zehlendorf. Im Kiefernbestand des Grunewaldes liegt der Dampfdruck höher als am baumfreien Standort Dahlemer Feld, da dort im Verlauf des Sommers aufgrund der zum Teil offenen Sandböden und der lückenhaften Vegetationsdecke nur wenig Wasserdampf produziert werden kann.

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Abb. 3: Mittelwerte des Dampfdrucks und der relativen Luftfeuchte in 2 m Höhe von Juni bis September 1991 an verschiedenen Standorten in Berlin
Bild: Umweltatlas Berlin

Insgesamt sind die Dampfdruckunterschiede im Bereich der Stadt vergleichsweise gering, so daß sich die relative Luftfeuchte umgekehrt proportional zur Lufttemperatur verhält. Im Vergleich zum Grunewald liegt die relative Feuchte in den bebauten Bereichen im Mittel um 4 bis 11 % niedriger. Auf dem Dahlemer Feld führt die in den Nachtstunden besonders tiefe Lufttemperatur trotz des niedrigen Dampfdruckes zu einer Angleichung an die anderen Standorte.

Im Verlauf eines besonders warmen Tages zeigen sich die Standortunterschiede im Dampfdruck deutlicher als im Monatsmittel (s. Abb. 4). Der Tagesgang eines Standortes selbst ist dagegen nur in den Außenbereichen der Stadt und nur bei der relativen Luftfeuchte stärker ausgeprägt. An diesem Tag kommt es zur Ausbildung einer normalen Doppelwelle im Dampfdruck, die durch ein Minimum in den frühen Morgenstunden (Taubildung und Reduzierung der Transpiration) und durch eine Unterbrechung des Maximums in den Mittags- und Nachmittagsstunden aufgrund eines verstärkten Luftaustausches gekennzeichnet ist. Aufgrund der hohen Temperatur dieses Tages wird über dem gut belüfteten Dahlemer Feld ein hohes Feuchtedefizit hervorgerufen. Nachts wird hier dagegen durch die starke Abkühlung schon in 2 m Höhe mit über 90 % nahezu eine Feuchtesättigung erreicht, so daß am Boden Taubildung eintreten wird. Auch am Waldstandort Grunewald zeigt sich eine relativ große Tagesamplitude.

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Abb. 4: Tagesgang des Dampfdruckes und der relativen Luftfeuchte an einem heißen austauscharmen Strahlungstag (8. Juli 1991) an verschiedenen Standorten in Berlin
Bild: Umweltatlas Berlin

Mit einem nächtlichen Feuchtedefizit von über 20 % erweisen sich die bebauten Stadtbereiche gegenüber den Standorten Dahlemer Feld und Grunewald nachts als relativ trocken, wohingegen in den Tagesstunden zeitweise ein höherer Wert als über dem Dahlemer Feld und dem Grunewald vorhanden sein kann. An den städtischen Standorten Kreuzberg und Alexanderplatz tragen mit Sicherheit anthropogene Quellen zu dem vergleichsweise hohen Dampfdruck bei.

Die Schwülebelastung wird durch verschiedene Klimaparameter verursacht; eine herausragende Bedeutung besitzen neben der Sonneneinstrahlung und dem Wind die Lufttemperatur und der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre. Daher bietet sich als Maß für die Schwüle die Äquivalenttemperatur an, die sich zusammensetzt aus der Lufttemperatur und der latenten Wärme, die bei der Kondensation des vorhandenen Wasserdampfgehaltes verfügbar wäre.

Wieder am Beispiel des sehr heißen Sommertages wird deutlich, daß die innerstädtischen Wohnareale in den Mittags-, aber auch noch bis in die Abendstunden sehr hohe Äquivalenttemperaturen aufweisen (s. Abb. 5). Die Station in Zehlendorf ist, besonders in den Abendstunden, schon wesentlich günstiger einzustufen. Die am wenigstens belastenden Tagesgänge weisen Außenbereiche wie der Grunewald und besonders das Dahlemer Feld auf.

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Abb. 5: Tagesgang der Äquivalenttemperatur an einem heißen austauscharmen Strahlungstag (8. Juli 1991) an verschiedenen Standorten in Berlin
Bild: Umweltatlas Berlin

Aufgrund von Untersuchungen in Berlin (Wedler 1970) muß in Bereichen, in denen ein Tagesmittel der Äquivalenttemperatur von 50 °C überschritten wird, mit gesundheitlichen Belastungen gerechnet werden. Andere Autoren (Linke und Baur 1957) definieren die Schwülegrenze bei 56 °C. In der Kurortklimatologie wird nach Jendritzky u.a. (1979) die Grenze bereits bei 49 °C gefordert. Bezogen auf diese Werte ist die Anzahl der in den besonders schwülegefährdeten Monaten Juli und August in den innerstädtischen Wohngebieten festgestellten Stunden mit Überschreitungen sehr hoch (s. Tab. 1). Das gilt auch für die am Stadtrand gelegene Großsiedlung in Hellersdorf. In den stark durchgrünten Wohngebieten, wie auch an Wald- und Feldstandorten ist die Anzahl der belastenden Stunden erheblich geringer. Die absoluten Stundenzahlen unterliegen den jährlichen Schwankungen, jedoch dürften die relativen Unterschiede an den einzelnen Standorten repräsentativ sein.

Anzahl der Stunden mit einer Äquivaltemperatur über 49 °C bzw. über 56 °C
Tab. 1: Anzahl der Stunden mit einer Äquivaltemperatur über 49 °C bzw. über 56 °C als Maß für die Schwülebelastung an verschiedenen Standorten in Berlin
Bild: Umweltatlas Berlin