Dipl.-Geograph Andreas Nagl
Diplomarbeit "Stadtklimatische Untersuchungen in Schwabach - Geländemessungen und Computermodellierung hinsichtlich klimaökologischer Ausgleichsflächen"
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4.2 Geländeklimatische Messungen mit Mobilgeräten
Bei der zweiten Untersuchungsmethode soll die maximale nächtliche Auskühlung mit Hilfe von Meßprofilen erforscht werden. Zusätzlich dient die Messung dazu, die Computermodelle zu kontrollieren.
Tagsüber heizt sich die Erdoberfläche durch die eintreffenden elektromagnetischen Wellen auf. Ein großräumiger Luftaustausch fehlt an Strahlungstagen. Wie hoch der Energieanteil für die Absorption oder die Reflexion ausfällt, ist in erster Linie von der Beschaffenheit der Oberfläche und ihrer Exposition bestimmt. Physikalische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Albedo, Korngrößenverteilung oder Wärmekapazität bestimmen die Temperatur, wie sie letztlich der Mensch empfindet. Natürlich wird bereits die eintreffende Strahlung durch städtische Luftverunreinigungen oder ähnliches beeinflußt. Eine weitaus größere Rolle bei der Erwärmung spielt die Feuchte und die Verdunstungsenergie ("indirekte Erwärmung"). Der hohe Versiegelungsgrad in bebauten Flächen erhöht den oberflächlichen Abfluß. Folglich sind die Evapotranspiration und die Verdunstung geringer, was die Bown-Ratio verändert (mehr fühlbare als latente Wärme). Nachts verringert sich der Zufluß von kurzwelliger Strahlung aus der Atmosphäre, die Ausstrahlung von langwelliger Wärmestrahlung geht jedoch weiter. Vor allem bei Strahlungswetterlagen kühlt so die Erdoberfläche stark ab, da die Wärmestrahlung nicht wieder an Wolken reflektiert wird. Die Abnahme der Oberflächentemperatur verringert die Lufttemperatur der oberflächennahen Grenzschicht. Da kältere Luft eine höhere Dichte hat, stellt sich bei geneigtem Gelände eine oberflächenparallele, hangabwärtsgerichtete, ausgleichende Luftbewegung ein (vgl. VOGT 1994, S. 336). Die abfließende Kaltluft sammelt sich in Hohlformen an oder staut sich vor Hindernissen. Zwischen der Auskühlung auf den verschiedenen Oberflächen in der Stadt und im Umland gibt es relativ große Unterschiede. Um diese Unterschiede nachzuweisen, müßte man auf verschiedenen Oberflächen zur gleichen Zeit die Temperatur erfassen. Hilfreich sind hierbei Infrarotaufnahmen. Die aufgenommenen Strahlungswerte lassen auf die Temperatur der Oberflächen schließen. Kostengünstiger und einfacher ist es, mit einem Thermofühler ein Meßprofil abzufahren und dabei an mehreren Punkten die Lufttemperatur aufzunehmen. Je höher Lufttemperatur ist, desto mehr Wärme strahlt der Untergrund ab. Die Werte lassen sich dann auf einen festen Zeitpunkt hochrechnen. Um möglichst viele Punkte in einer kurzen Zeitspanne zu messen, war ich auf die Mithilfe meiner Kommilitonen angewiesen. Da sowohl im Sommersemester 1996 als auch im Wintersemester 1996/97 ein Praktikum mit dem Thema "Stadtklima" durchgeführt wurde, standen mir etwa 16 Studenten zur Verfügung, die ich bei den nächtlichen Messungen mit einplanen konnte.
Gemessen wurde mit einem Therm 2285-2 der Firma AMR, ein Gerät an das Fühler zur Bestimmung der Strömung, Feuchte und Temperatur angeschlossen werden können. Ich benutzte mehrere Geräte mit einem Temperatur-/Feuchtefühler FH9626 11R.
4.2.1 Zeitpunkt der nächtlichen Meßfahrten
Da die Auskühlung bei sogenannten Strahlungsnächten am größten ist, muß für den Termin eine geeignete Wetterlage abgewartet werden. Nachdem stabile Hochdruckwetterlagen im letzten Jahr relativ selten waren und der Meßtermin mit mehreren Personen kurzfristig abgesprochen werden mußte, erwies sich die Zeitplanung als äußerst schwierig und endete meist in einer Telefonverkettung. Günstig dagegen war, daß die Auskühlung kurz vor Sonnenaufgang (vgl. Diagramm 3) maximal und der Terminkalender vieler zu dieser Tageszeit besonders leer ist.
Diagramm 3: Tagesgang der Temperatur vom 13.6.96 bis 15.6.96, Station Tal
Trotz einiger Terminschwierigkeiten konnten an fünf verschiedenen Nächten Profile aufgenommen werden:
· 12.6.96 Sommersituation
· 15.6.96 Sommersituation
· 16.1.96 Messung bei Schneebedeckung
· 8.2.97 Wintersituation
· 9.3.97 Wintersituation
Meßbeginn war jeweils zwei Stunden vor Sonnenaufgang, die Meßdauer betrug zwischen 50 und 90 Minuten.
4.2.2 Beschreibung der Meßprofile
Insgesamt wählte ich fünf Profile mit etwa 25 Einzelmeßpunkten. Die Routen verlaufen durch das gesamte Stadtgebiet von Süd nach Nord. Sie erhalten von West nach Ost die Nummern I - V. Route I, II, III und IV queren die einzelnen Seitentäler. Route V wechselt zwischen Rednitztal und Rednitzterrasse.
Die Wahl der einzelnen Meßpunkte unterlag folgenden Kriterien:
· Die Anzahl der Punkte sollte im zeitlich Machbaren liegen (max. 30).
· Der Meßpunkt muß mit dem Fahrrad oder Auto erreichbar sein.
· Die Messung erfolgt über der charakteristischen Bedeckung wie Wald, Wiese, Acker oder versiegelte Fläche. Führt die Route z.B. auf einem Schotterweg durch eine vorwiegend landwirtschaftlich geprägte Landschaft, so wird direkt im Acker und nicht über dem Weg gemessen.
· Bei einem großflächigen Wechsel der Oberflächenbedeckung werden sowohl die Vollsituationen wie Wald und bebaute Fläche als auch die Übergangssituation berücksichtigt.
Abbildung 7: Lage der Meßprofile
· Bei einem kleinräumigen Wechsel der Oberflächenbedeckung sollte eine mögliche Abschirmung durch benachbarte Hindernisse berücksichtigt werden. Eine dichte Baumhecke kann Kaltluftmassen stauen oder auch geringfügig thermisch auf naheliegende Flächen einwirken.
· Ebenso beeinflußt die Höhe über NN die Temperatur. In den Senken sammelt sich die Kaltluft. Hinzu kommt, daß die in den Senken höhere Feuchte die Erwärmung am Tag verringert.
Diese Kriterien führen schließlich zu folgenden Punkten, wobei x-y Koordinaten eine Abweichung von 5-10 m aufweisen können. Diese Abweichung rührt daher, daß die charakteristische Bedeckung vorzugsweise im Umland der Stadt von einem Tag auf den anderen variieren kann. So kann ein Maisfeld beim nächsten Meßtermin bereits geerntet sein und eine dunkle Bodenfarbe die Auskühlung an diesem Punkt entscheidend ändern. Außerdem ist diese Genauigkeit bei den Größen der vorliegenden Flächen kaum erforderlich. Die Numerierung der Punkte erfolgt von Süd nach Nord.
An den genannten Punkten wurden jeweils fünf "Größen" aufgenommen:
I. Genaue Uhrzeit
II. Temperatur in °C in 2 m Höhe
III. Relative Luftfeuchtigkeit in % in 2 m Höhe
IV. Charakteristische Oberflächenbedeckung (vom Termin abhängig)
V. Besondere Beobachtungen
Unter "Besondere Beobachtungen" sind vor allem Wetterbeobachtungen wie das Aufkommen leichter Bewölkung, Nebel oder schwache Winde, welche die Messung beeinflussen können, zu verstehen. Je nach Jahreszeit können die Standorte Wald, Wiese, Acker, Bebauung verschiedene charakteristische Bedeckungen aufweisen. Gerade Ackerflächen ändern ihre Bedeckung häufig (z.B. nach der Ernte).
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