Das Klima der deutschen Städte Stuttgart und Saarbrücken

Gliederung

FR 5.4 Geographie

Hausarbeit

„Das Klima der deutschen Städte

am Beispiel von Stuttgart und Saarbrücken“

1 Einleitung

2 Grundlagen: Stadtklima allgemein
2.1 Definitionen
2.2 Einflussfaktoren
2.3 Charakteristika
2.3.1 Strahlung
2.3.2 Temperatur
2.3.3 Wind
2.3.4 Niederschläge
2.3.5 Luftverunreinigung
2.4 Klimawandel in der Stadt

3 Fallbeispiel 1: Stuttgart
3.1 Räumliche Verortung
3.2 Klima
3.3 Problem der Luftbelastung
3.3.1 Entwicklung
3.3.2 Luftreinhalteplan

4 Fallbeispiel 2: Saarbrücken
4.1 Räumliche Verortung
4.2 Klima
4.3 Problem der Luftbelastung
4.3.1 Entwicklung
4.3.2 Luftreinhalteplan

5 Zusammenfassung

6 Literaturverzeichnis

FR 5.4 Geographie

Proseminar Physische Geographie Mitteleuropas

Sommersemester 2013

Hausarbeit

„Das Klima der deutschen Städte

am Beispiel von Stuttgart und Saarbrücken“

Name: Melanie Scheid

Dozentin: Herr Prof. Kubiniok

Abgabetermin: 31.08.2013

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Unterschiede klimatischer Einflussgrößen zwischen Stadt und Umland (KUTTLER 2009, S. 194)

Abb. 2: Klimatologische Ereignistage Nordrhein-Westfalen (vgl. KUTTLER 2009, S. 214; Prozentwerte eigene Ergänzung)

Abb. 3: Karte Stuttgart (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART o.J., web)

Abb. 4: Kaltluftflüsse in Stuttgart (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART 2006, S. 5)

Abb. 5: NO2- und PM10-Messungen in Stuttgart im Jahr 2008 (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART d) o.J., web)

Abb. 6: Dunstglocke über Stuttgart bei austauscharmer Wetterlage (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART d) o.J., web)

Abb. 7: Karte Saarbrücken (MINISTERIUM FÜR UMWELT UND VERBRAUCHERSCHUTZ 2013, S. 13)

Abb. 8: Mittlere NO2-Konzentration Saarbrückens im Jahr 2010 (MINISTERIUM FÜR UMWELT UND VERBRAUCHERSCHUTZ 2013, S. 34)

Abb. 9: Prognose der NO2-Belastung Saarbrückens für das Jahr 2015 (MINISTERIUM FÜR UMWELT UND VERBRAUCHERSCHUTZ 2013, S. 36)

1 Einleitung

Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit dem Lokalklima in Städten.

Hierbei werden zunächst typische Eigenschaften und Einflussfaktoren des Stadtklimas beschrieben, aber auch die problematischen Auswirkungen und aktuellen Entwicklungen hinsichtlich Verbesserungen des Stadtklimas angesprochen.

Anschließend wird auf zwei konkrete Fallbeispiele – Stuttgart und Saarbrücken - eingegangen.

Nach einer Beschreibung der geographischen Lage und spezieller klimatischer Eigenschaften der Fallbeispiele liegt der Schwerpunkt der Arbeit auf der aktuellen Problematik der Luftqualität in den Städten.

Die starke Luftverunreinigung in Stuttgart und Saarbrücken hat teilweise schon in der Vergangenheit Probleme aufgeworfen.

Bereits seit 1996 wurden von der EU (damals noch EG) Richtlinien zur Luftqualität aufgestellt. Diese wurden zuletzt 2008 erneuert und enthalten Regelungen bzgl. der Grenzwerte verschiedener Luftschadstoffe und verpflichten zur Maßnahmenergreifung bei Überschreitung dieser Grenzwerte (vgl. EURLEX 2013, web).

Beide Städte aus den Fallbeispielen waren durch eine Überschreitung der Grenzwerte gezwungen, Maßnahmen zu ergreifen, um eine weitere Verschlechterung und damit auch verstärkte negative Einflüsse auf Mensch und Umwelt zu verhindern.

Diese Entwicklungen werden hier genauer beschrieben.

2 Grundlagen: Stadtklima allgemein

2.1 Definitionen

In der Fachliteratur sind verschiedene Definitionen des Begriffs Stadtklima zu finden.

Kuttler definiert den Begriff in Abgrenzung zum Freilandklima und nennt gleichzeitig bereits einige Einflussfaktoren:

„Die klimatischen und lufthygienischen Veränderungen, die Städte im Vergleich zum Freiland aufweisen, werden allgemein unter dem Begriff ‚Stadtklima‘ zusammengefasst. Das Stadtklima ist somit ein mit der Bebauung in Wechselwirkung stehendes Mikro- und Mesoklima, das zusätzlich durch technisch produzierte Abwärme und anthropogene atmosphärische Spurenstoffe modifiziert wird“ (KUTTLER 2009, S. 193).

In Lesers Definition werden weitere zusätzliche Charakteristika genannt:

„Das Klima der urban-industriellen Gebiete, aber auch kleinerer Städte, das sich durch Baukörpermassierung, stadtspezifische Nutzflächentypen, Versiegelung der natürlichen Erdoberfläche sowie Konzentration der Standorte von Emittenten (Industrie, Gewerbe, Hausbrand), Vegetationsarmut und Verkehr ergibt“ (LESER 2008, S. 101).

2.2 Einflussfaktoren

Bei den Einflussfaktoren eines Lokalklimas wird zwischen makroskaligen Faktoren, wie Breitenlage bzw. Klimazone, Oberflächenformen und deren Beschaffenheit sowie der Entfernung zu großen Wasserkörpern, und mikro- bis mesoskaligen Faktoren unterschieden.

Im Bezug auf das Stadtklima spielen letztere eine entscheidende Rolle.

Hierzu zählen die Stadtgröße, die Einwohnerzahl, die Art der urbanen und ruralen Flächennutzung, die Höhe des Versiegelungsgrades des Bodens, die Intensität der dreidimensionalen Strukturierung eines Stadtkörpers und die Emission gasförmiger, fester und flüssiger Luftbeimengungen sowie Abwärme aus technischen Prozessen (vgl. KUTTLER 2009, S. 197).

2.3 Charakteristika

Die wesentlichen Unterschiede zwischen einer westeuropäischen Stadt und dem Umland wurden von Kuttler tabellarisch zusammengefasst. Im Folgenden werden einzelne Punkte näher erläutert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Unterschiede klimatischer Einflussgrößen zwischen Stadt und Umland (KUTTLER 2009, S. 194)

2.3.1 Strahlung

Die Globalstrahlung wird durch die städtische Dunstglocke um bis zu 10% verringert, gleichzeitig steigt infolge dieser Dunstglocke die atmosphärische Gegenstrahlung um bis zu 10% an (vgl. auch LAUER, BENDIX 2006, S. 299).

Unterschiede in der Albedo hängen von Farbe, Struktur und Ausrichtung zur Sonne ab. So können die typischen weiß getünchten Häuser im Mittelmeerraum eine höhere Albedo erzeugen, was sich auf die Strahlungsbilanz auswirkt (vgl. KUTTLER 2009, S. 194f.).

Die UV-Strahlung und die Sonnenscheindauer erreichen in der Stadt geringere Werte: Aufgrund der verschmutzten Stadtatmosphäre wird die UV-Strahlung ausgefiltert, die Sonnenscheindauer wird durch die größere Verschattung in den durch die Bebauung entstehenden ‚Straßenschluchten’ verkürzt. Dennoch können durch ungünstige Ausrichtung, Höhe, Bestandsdichte der Gebäude und den Straßenverlauf Extremwerte der Sonnenscheindauer erreicht werden (vgl. ebd., S. 194f.).

2.3.2 Temperatur

Die Lufttemperatur wird durch den Einfluss der Bebauung und der anthropogenen

(Ab-)Wärmeproduktion deutlich erhöht, im Jahresmittel um 1 bis 2 K, in Einzelfällen sogar bis zu 15 K. Die Wärmespeicherung im Untergrund und in Bauwerken durch das verwendete Baumaterial sorgt für eine Wärmespeicherung von bis zu 40%, weshalb Städte auch als Tagspeicher bezeichnet werden.

Die höheren Temperaturen beeinflussen auch die Dauer der Vegetationsperiode (verlängert) und der Frostperiode (verringert) (vgl. ebd., S. 194f.).

2.3.3 Wind

Die Bebauung sowie die dadurch veränderte Bodenrauigkeit beeinflussen auch den Wind. Die erhöhte Bodenrauigkeit behindert die Strömung, was eine geringere Windgeschwindigkeit und somit auch einen geringeren Luftaustausch verursacht. Jedoch ist die Böigkeit des Windes insbesondere an Gebäudekanten meist stark erhöht. Es kommt zu einer Kanalisierung des Windes und Nachlaufwirbeln im Lee der Gebäude (vgl. ebd., S. 194f.).

2.3.4 Niederschläge

Niederschläge in Form von Regen sind in der Stadt erhöht. Dies wird bedingt durch einen kumulativen Effekt von Turbulenzeffekten der Stadtluft, thermischer Konvektion über der städtischen Wärmeinsel und künstlicher Vermehrung der Kondensationskerne durch die Luftverschmutzung (vgl. LAUER, BENDIX 2006, S. 303). Aufgrund der höheren Temperaturen kommt es jedoch seltener zu Niederschlägen in Form von Schnee.

Durch die höheren Oberflächentemperaturen in der Nacht ist außerdem kaum Tauabsatz möglich.

2.3.5 Luftverunreinigung

Luftverunreinigungen oder auch Luftschadstoffe ist eine „Sammelbezeichnung für alle Stoffe, die in der natürlichen, nicht technogen beeinflussten Luft nicht oder nur in kleinsten Mengen vorkommen. Eine Luftbeimengung wird erst dann zum Luftschadstoff, wenn eine bestimmte Massenkonzentration […] erreicht wird und (definierte) Schäden auftreten“ (LESER 2008, S. 128).

Die Luftverunreinigung wird heute trotz Katalysatoren v.a. durch Kfz-Emissionen beeinflusst. Die Werte von Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOx), Feinstäuben (PM10), anthropogenen Kohlenwasserstoffen (AVOC) und Peroxyacetylnitraten (PAN) sind in der Stadt erhöht. In den Fallbeispielen wird näher auf diesen Punkt eingegangen (vgl. KUTTLER 2009, S. 194).

2.4 Klimawandel in der Stadt

Die Luftverunreinigungen in der Stadt beeinflussen die dortige Luftqualität sowie die Strahlung und Temperaturen.

Dieser Gesamteffekt des Stadtklimas führt letztlich zu einer Überwärmung gegenüber dem Umland, der so genannten städtischen Wärmeinsel (vgl. LAUER, BENDIX 2006, S. 301).

Wie stark sich dieser Effekt zusammen mit der allgemeinen Erderwärmung auf Temperaturen und Niederschläge auswirkt, zeigt diese Darstellung der klimatologischen Ereignistage für Nordrhein-Westfalen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Klimatologische Ereignistage Nordrhein-Westfalen (vgl. KUTTLER 2009, S. 214; Prozentwerte eigene Ergänzung)

Es ist also an der Zeit, Maßnahmen zu ergreifen, die das Stadtklima verbessern können. Hierzu zählen u.a. eine hochverdichtete, kompakte Bauweise mit optimaler Wärmedämmung und Verschattungsmöglichkeiten, eine Stadt der kurzen Wege mit optimaler Anbindung an den Personennahverkehr, eine Reduzierung des suburbanen Wachstums, die Garantie einer bodennahe Durchlüftung, urbane Durchgrünung (vgl. KUTTLER 2009, S. 216), vor allem aber auch Luftreinhaltepläne, die das Ziel haben, Emissionen zu verringern und die Luftqualität zu verbessern. Auf diese Luftreinhaltepläne wird in den folgenden Kapiteln näher eingegangen.

3 Fallbeispiel 1: Stuttgart

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Karte Stuttgart (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART o.J., web)

3.1 Räumliche Verortung

Stuttgart liegt bei 48°47‘ nördlicher Breite und 9°11‘ östlicher Länge, im Bundesland Baden-Württemberg in der Stuttgarter Bucht. Die Stadt wird im Westen durch den Schwarzwald, im Süden durch die Schwäbische Alb, im Osten durch den Schurwald und im Nordwesten durch das Strom- und Heuchelberggebiet abgeschirmt. Man spricht von einer so genannten Kessellage (vgl. MÜLLER 1998, S. 91).

Das Zentrum bzw. der Kessel liegt in einer Senke, ca. 245 m über NN, die Randhöhen erreichen ca. 400 m über NN (vgl. LANDESHAUPTSTADT STUTTGART a) o.J., web). Eine Unterbrechung erfolgt nur durch das Tal des Nesenbachs.

Hinzu kommt, dass Stuttgart im Einflussgebiet der nach Nordosten vorgeschobenen Ausläufer des Azorenhochs liegt, was eine Wetterberuhigung verursacht (vgl. MÜLLER 1998, S. 91).

3.2 Klima

Die durchschnittliche Jahrestemperatur in Stuttgart beträgt ca. 10°C im Stadtkessel und 8,4°C auf den Randhöhen. Damit ist Stuttgart eine der wärmsten Städte Deutschlands.

Die Stadt kommt im Jahr auf ca. 1720 Sonnenstunden (Maximum im Juli: 237 h, Minimum im Dezember: 60 h). Durch die unterschiedlichen Höhenverhältnisse gibt es jedoch starke Schwankungen, zudem überwiegt die Anzahl der Sonnenstunden an den Südhängen.

Den hohen Temperatur- und Sonnenstundenwerten stehen geringe Niederschlagswerte gegenüber: Mit durchschnittlich 664 mm pro Jahr gehört Stuttgart zu den niederschlagsarmen Regionen Deutschlands (Maximum im Juni, Minimum im Februar). Diese geringe Menge ist in der so genannten Leelage Stuttgarts gegenüber dem Schwarzwald und der Schwäbischen Alb begründet.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts führte sie in Kombination mit der steigenden Bevölkerung zu Wassermangel, weshalb 1917 erste Fernleitungen von der Schwäbischen Alb gebaut wurden und die Stadt seit 1959 eine zusätzliche Versorgung mit Bodenseewasser benötigt.

Die Windverhältnisse der Region werden durch die Höhenzüge bestimmt, da sie dadurch sehr abgeschattet wird. Die ohnehin im Südwesten schwache Windgeschwindigkeit (siehe 3.1) wird dadurch noch weiter abgeschwächt: Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit beträgt 1,5 m/s in der Innenstadt und 2,5 m/s auf den Randhöhen. Es kommt örtlich durch die Bebauung und Kessellage zu großen Abweichungen von der Hauptwindrichtung (West bis Südwest). Außerdem bilden sich an den Hängen sowie an den Tälern des Stadtgebiets (z.B. Nesenbachtal) Kaltluftflüsse (siehe Abb. 4) mit geringen Windgeschwindigkeiten. Diese sind äußerst wichtig für die Frischluftzufuhr und die Luftqualität (vgl. LANDESHAUPTSTADT STUTTGART 2006, S. 2ff.).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Kaltluftflüsse in Stuttgart (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART 2006, S. 5)

3.3 Problem der Luftbelastung

3.3.1 Entwicklung

Die lufthygienischen Verhältnisse waren aufgrund der topografischen Situation der städtischen Kessellage immer ein Thema bei Planung, Bauen und Besiedlung.

Die Luftbelastung in Stuttgart wurde schon Ende des 17. Jahrhunderts wahrgenommen. Das Problem sollte bei der weiteren Stadtplanung und –erweiterung berücksichtigt werden. Dennoch erfolgte eine große Stadterweiterung um 1900, die zu einem starken Bevölkerungswachstum und einer weiteren Verschlechterung der Luftverhältnisse führte (vgl. LANDESHAUPTSTADT STUTTGART b) o.J., web).

In den 1930er Jahren wurden erste Messstationen zur Kontrolle der Luftqualität geplant, aufgrund des Krieges konnte diese Planung erst in den 60er Jahren wieder aufgenommen werden.

Seit 1980 verfügt Stuttgart über ein Messnetz, das flächendeckende Daten zur Luftbelastung liefert. 1982 wurde zum ersten und einzigen Mal ein Smogalarm in der Stadt ausgerufen (vgl. LANDESHAUPTSTADT STUTTGART b) o.J., web).

Die Messungen der letzten Jahre ergaben, dass nicht verkehrsbedingte Schadstoffe (z.B. Schwefeldioxid, Staubniederschlag, Kohlenmonoxid) in den vergangenen Jahren stark abgenommen haben. Die verkehrsbedingte Schadstoffe (z. B. Stickoxide, PM10, Ozon) jedoch bleiben bisher auf hohem Niveau. In zahlreichen Stadtstraßen liegen die Schadstoffwerte für Stickstoffdioxid und PM10 über den Grenzwerten für verkehrsbeschränkende Maßnahmen (vgl. LANDESHAUPTSTADT STUTTGART c) o.J, web.).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: NO2- und PM10-Messungen in Stuttgart im Jahr 2008 (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART d) o.J., web)

Dies zeigt die Notwendigkeit des 1990 eingeführten Luftreinhalteplans.

3.3.2 Luftreinhalteplan

In Stuttgart werden die vorgeschriebenen Grenzwerte für Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Benzol und Blei in Stuttgart eingehalten. Allerdings kommt es zu einer Überschreitung des Tageswertes für Feinstaub (PM10) von 50 µg/m³ häufiger als an den erlaubten 35 Tagen. Dies ist insbesondere an Tagen mit austauscharmen Wetterlagen der Fall. So wurde der Wert z. B. an der Station „Am Neckartor" der Tageswert für das Jahr 2007 an 110 Tagen und für 2008 noch an 89 Tagen überschritten (vgl. LANDESHAUPTSTADT STUTTGART d) o.J., web).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 6: Dunstglocke über Stuttgart bei austauscharmer Wetterlage (LANDESHAUPTSTADT STUTTGART d) o.J., web)

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