Dipl.-Geograph Andreas Nagl
Diplomarbeit "Stadtklimatische Untersuchungen in Schwabach - Geländemessungen und Computermodellierung hinsichtlich klimaökologischer Ausgleichsflächen"
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4.1 Feste Klimastationen
Dank Prof. Dr. M. Richter hatte ich die Möglichkeit, drei Klimastationen der Universität Erlangen-Nürnberg für den Zeitraum eines Jahres zu nutzen. Zusätzlich standen mir die Daten von zwei dauerhaft in Schwabach betriebenen Stationen zur Verfügung. Dies war zum einen die Station des Zweckverbandes Sondermüll und zum anderen die Station der relativ neuen Kläranlage. Insgesamt kann ich so auf Daten dieser fünf Stationen vom März 1996 bis April 1997 zurückgreifen.
4.1.1 Stationsausstattung und Geräteeigenschaften
Alle fünf Stationen stammen von der Firma Thies Clima.
Die Einzelgeräte sind zum großen Teil baugleich.
Abbildung 4: Wetterstation "Tal" der Uni Erlangen
Stationen der Uni Erlangen:
· Kombinierter Windgeber in 2,70 m Höhe
· Hygro-Thermogeber in 2,00 m Höhe (K-Element)
· Hygro-Thermogeber in 0,40 m Höhe (H-Element)
· Pyrradiometer (Strahlungsbilanzgeber) in 1,80 m Höhe
· Thermogeber in 0,01 m Tiefe
· Thermogeber in 0,15 m Tiefe
Station Klärwerk
· Kombinierter Windgeber in 10 m Höhe
· Hygro-Thermogeber in 1,80 m Höhe (K-Element)
· Luftdruckgeber
Station Sondermüllanlage
· Kombinierter Windgeber in 50 m Höhe
· Hygro-Thermogeber in 1,60 m Höhe (K-Element)
· Luftdruckgeber
· Niederschlagsgeber
Der kombinierte Windgeber erfaßt die Windgeschwindigkeit von 0,5-35,0 m/s und die Windrichtung zwischen 1 und 360 auf ein Grad genau. Außer einigen wenigen Ausfällen durch das Eingefrieren der Windrichtungsfahne arbeitete der Windgeber einwandfrei. Der Hersteller gibt einen gerätebedingten Fehler von ± 0,2 % an.
Die Temperaturmessung mit dem Hygro-Thermogeber, dem Pyrradiometer und den Bodenfühlern erfolgt mit Hilfe eines sogenannten "Pt 100" Hartglas-Meßwiderstandes. Die Widerstandsänderung der Platinwicklung durch Temperaturänderung wird als Maß für die Temperatur verwendet. Die Beziehung Widerstand und Temperatur ist in DIN 43760 festgelegt. Der Grundwert von 100 Ohm steht für 0 °C. Eine Meßgenauigkeit von 0,3 K kann ich nach einer 3-wöchigen Kontrollmessung im Februar 1996 nicht bestätigen. Bei schnellen Temperaturschwankungen oder bei Extremtemperaturen nimmt die Genauigkeit schnell ab (bis 1 K).
Für die Messung der relativen Luftfeuchte wurde ein Haar- (H) oder Kunststoff- (K) Meßelement verwendet. Der Meßbereich des Echthaarhygrometers liegt bei 10-100 % rel. Feuchte mit einer Genauigkeit von 2 %, der Kunstfaserhygrometer mißt von 0-100 % rel. Feuchte mit einer Genauigkeit von 3 %. Bei längeren Trockenphasen kommt es vorzugsweise bei den H-Meßelementen zur Degeneration und damit zu einer zu hohen Anzeige des Meßwertes. Infolgedessen muß mit einem feuchten Handtuch das Meßelement wieder regeneriert, d.h. auf 100 % rel. Feuchte geeicht werden.
Mit dem Pyrradiometer kann die Strahlungsbilanz gemessen werden. Von einem Punkt aus wird die gesamte Strahlung vom oberen Halbraum sowie vom unteren Halbraum gemessen. Dabei wird Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 0,3-60,0 µm erfaßt. Die obere Fläche empfängt die kurzwellige Globalstrahlung (G) und die langwellige atmosphärische Strahlung (GS), die untere Fläche die reflektierte kurzwellige Strahlung (R) und die langwellige Ausstrahlung (A). Die Strahlungsbilanz kann laut Hersteller wie folgt errechnet werden:SB = (G + GS) - (R + A)Will man neben der Strahlungsbilanz zudem absolute Ein- bzw. Ausstrahlungswerte in W/m2 erhalten, muß die Blocktemperatur des Gerätes mit berücksichtigt werden, da der Meßkörper selbst ebenfalls strahlt. Der Meßbereichsumfang reicht von -2 bis 8 Joule/cm-2/min. Positive Vorzeichen stehen für Strahlungsströme, die zur Erdoberfläche hin gerichtet sind, negative für Strahlungsströme, die von der Erdoberfläche selbst ausgehen (z.B. nächtliche Ausstrahlung bei Strahlungswetterlagen). Gerätebedingte Ungenauigkeiten von ± 2,5 % sind möglich.
4.1.2 Datenerfassung, Datenstruktur
Mit Hilfe eines Dataloggers werden die Meßergebnisse der einzelnen Geber in verschiedenen Intervallen gemittelt gespeichert. Als Speichermedium dient ein Eprom, dessen Inhalt in den Computer eingelesen werden kann. Vom Klärwerk und der Sondermüllanlage habe ich die fertigen Dateien im ASCII-Code erhalten. Die verschiedenen Tabellen haben folgende Struktur:
Die entstehenden Datenmengen bei Messungen über längere Zeiträume sind infolgedessen erheblich. Bei einer einzelnen Station mit zwölf Meßergebnissen innerhalb einer halben Stunde sammeln sich im Monat 17.280 Werte und im Jahr 207.360 Werte an. Addiert man die Werte aller fünf Stationen eines Jahres, kommt man auf 1.140.480 Werte. Die Daten auf ihre Korrektheit hin zu überprüfen, kann daher nur stichprobenweise oder mit Hilfe von Computerprogrammen erfolgen.
4.1.3 Die verschiedenen Standorte
Abbildung 5: Thermohygrogeber der Station Klär
Die Station "Klär" wird von der Kläranlage Schwabach betrieben. Das Klärwerk liegt östlich der Stadt in der Rednitzaue, etwa 600 m südlich der Schwabacheinmündung auf der sogenannten "Dornigtwiese". Mit den Koordinaten R4431750 H5467225 und einer Höhe von 306 m ü. NN steht diese Station an einem der tiefsten Punkte im Schwabacher Raum. Leider sind die Daten dieser Station nur bedingt brauchbar, da die Klimageräte nicht fachmännisch betreut werden. So ist der Thermohygrogeber ohne Strahlen-schutz direkt an der Hauswand befestigt und wahrscheinlich noch nie gewartet worden (siehe Abbildung 5). Bei einigen Ergebnisdarstellungen fehlt daher die Station Klär.
Die Station "Müll" wird vom Zweckverband Sondermüll be-trieben. Die Station selbst steht an der Grenze von Schwabach zum Industriegebiet Rednitz-hembach im SE der Stadt. Der Rechtswert und Hochwert betragen R4431200 H5464630, die Höhe ü. NN etwa 358 m. Leider steht auch hier der Thermo-hygrograph etwas un-günstig, da er durch junge (4 bis 5 m hoch) Birken und Pappeln abgeschirmt wird. Ideal um völlig unbeeinflußt die Windrichtungen in Schwabach zu messen, ist dagegen der Windgeber. Er ist an einem 10 m hohen Mast auf dem Dach der Sondermüllanlage angebracht und erreicht so eine Höhe von ca. 50 m. Dies ist in ganz Schwabach neben dem Schlot der Sondermüllanlage der höchste Punkt.
Für die drei Stationen der Uni Erlangen waren geeignete Standorte zu finden. Zwei Kriterien mußten diese dabei erfüllen. Zum einen mußte der Standort klimatisch sinnvoll sein und den gegebenen Fragestellungen gerecht werden. Zum anderen mußte der Standort ebenfalls vor mutwilliger Zerstörung geschützt sein, da die Anlagen ja über ein Jahr fest installiert blieben. Dies erschwerte die Suche nach geeigneten Plätzen enorm. Ein Standort unmittelbar im Osten des Stadtkerns konnte nicht gefunden werden. Nach langen Diskussionen wählte ich schließlich folgende Standorte aus:
Station "Tal":
Diese Station wurde im Schwabachtal westlich der Stadt aufgestellt, um mögliche Kaltluftströme zu erfassen, die keinerlei städtischen Einfluß erfahren. Die Fläche ist eine kleine eingezäunte Wiese mit einer Pumpstation des Städtischen Wasserwerks. Die Koordinaten lauten folgendermaßen: R4427510/H5466480; 330 m ü. NN. Die Wiesen der an dieser Stelle etwa 150 m breiten Schwabachaue werden landwirtschaftlich genutzt.Abbildung 6: Übersichtskarte der Stationsstandorte
Station "Sporn":
Umgeben von Wiesen und Ackern, stand mir eine eingezäunte Neupflanzung des Landespflegeverbandes zur Verfügung. Die Fläche liegt südwestlich des Stadtkerns auf einem Sporn, fast 30 m über dem Talgrund der Schwabach. Hier können auf einem unbelasteten Gebiet die Kaltluftentstehung und zusammen mit der Station Tal die Kaltluftentwicklung beobachtet werden. Der Rechtswert beträgt 4427480, der Hochwert 5465510; die Höhe ü. NN ist 357 m.
Station "Mitte":
Mit den Koordinaten R4429255/H5466120; 325 m ü. NN befindet sich die Station direkt im dicht besiedelten und stark versiegelten Gebiet des Stadtzentrums. Hier sollen der städtische Einfluß auf das Klima und die Unterschiede zum Umland herausgestellt werden. Die Fläche ist eine kleine Wiese im städtischen Besitz. Im Süden grenzt die Eisentrautstraße an, im Osten liegt ein großer Parkplatz (versiegelt), der Norden und Westen wird durch mehrstöckige Bebauung eingerahmt.
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