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Modellierung der thermischen Belastung in urbanen Gebieten als ein Aspekt stadtklimagerechter Planung - Am Beispiel Stuttgart West
Bachelorarbeit von Frau Isa Ghasemi (2012)


Zusammenfassung

Die Stadtklimatologie stellt einen immer wichtigeren Bereich für den Menschen dar, angesichts ansteigender Zahlen der Bevölkerung in Städten oder Ballungsräumen. Thermische Belastung in Städten nimmt aufgrund sich verdichtender Siedlungsräume zu. Umso bedeutender ist es zu wissen, wie sich das städtische Bioklima hinsichtlich städtebaulicher Veränderungen, und auch vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels, ändern kann.
Diese Arbeit befasst sich als erstes damit, in die Bereiche Stadtklima und Stadtplanung und deren Zusammenhänge einzuführen. Es werden Charakteristika des Stadtklimas näher beschrieben und erläutert und inwieweit Stadtplanung Auswirkungen auf das Stadtklima haben kann. Wichtig ist zu berücksichtigen, welche Rolle lokale meteorologische und topographische Bedingungen, wie etwa die Kessellage Stuttgarts, für das Stadtklima haben.

Der Schwerpunkt und das Ziel dieser Arbeit liegen darin, die thermische Belastung mit Hilfe der Modelle ENVI-met und RayMan für ein städtisches Gebiet zu berechnen. Als Beispiel für einen besonders dichten Siedlungsraum ist die Landeshauptstadt Stuttgart ausgewählt worden. In dem Stadtteil Stuttgart-West, der durch besonders dichte Bebauungen geprägt ist, befindet sich das für die Berechnungen ausgewählte Zielgebiet. Die Bestimmung der thermischen Belastung wird mit dem thermischen Index der Physiologisch Äquivalenten Temperatur (Physiologically Equivalent Temperature, PET) durchgeführt.

Um herauszufinden, wie groß die Wärmebelastung in Extremsituationen ist, werden alle Simulationen mit Bedingungen für einen heißen Sommertag durchgeführt. Es werden jeweils die Situationen für 14 MEZ betrachtet. Für das 478 m auf 378 m große Zielgebiet wird mit ENVI-met flächenhaft PET simuliert, zum einen für den aktuellen Bestandszustand des Gebietes und zum anderen für zwei mögliche Planszenarien. Dies ist aufgrund konkreter baulicher Änderung im Ist-Zustand von Bedeutung. In dem Quartier mit der baulichen Änderung befindet sich im aktuellen Zustand das Olga-Krankenhaus, dieses soll einem neuen Wohnkomplex weichen. Als alternatives Szenario werden, statt für die geplante Wohnanlage, die thermischen Verhältnisse für eine grüne Parkanlage simuliert. Außerdem werden für fünf ausgewählte Standorte P1 bis P5 in dem Zielgebiet mit RayMan die Häufigkeiten für PET berechnet. Als Datengrundlage dient hierfür eine Zeitreihe über 10 ausgewählte Jahre im Zeitraum 2000 bis 2011. Die benötigten meteorologischen Größen für die Berechnung von PET sind Lufttemperatur (Ta), Windgeschwindigkeit (v), relative Luftfeuchte (RH) und die mittlere Strahlungstemperatur (Tmrt).

Bei Betrachtung der Ergebnisse von ENVI-met hat sich herausgestellt, dass die thermische Belastung in dem Zielgebiet insgesamt sehr hoch ist. Es lassen sich in bestimmten Bereichen, wie etwa bei verwinkelten Baustrukturen und versiegelten Böden, Höchstwerte von bis zu PET = 68 °C ablesen. Vor allem das Planungsszenario des neuen Wohnkomplexes weist extrem hohe PET-Werte auf. Niedrigere Werte (PET = 35 °C) sind bei Grünflächen und Vegetation zu erkennen, Tiefstwerte von PET = 25 °C nur in verschatteten Bereichen.

Die Ergebnisse mit RayMan zeigen Ähnlichkeiten zu denen von ENVI-met, bei RayMan treten aber niedrigere Maximalwerte von PETmax = 50,2 °C auf. Mit den Ergebnissen von Ray-Man werden die Häufigkeiten für PET über den Verlauf des Jahres dargestellt. Die größte Häufigkeit für starke und extreme Wärmebelastung beträgt am Standort P5 31,5 % für Ende Mai bis Ende August. RayMan gibt insgesamt die Verhältnisse besser wider als ENVI-met, bei dem die Höchsttemperaturen unrealistisch erscheinen.

Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass sich Grünflächen und besonders Schattenwurf, sowohl durch Gebäude als auch durch Vegetation, positiv auf die thermische Belastung auswirken. Es ist eine Verschlechterung der thermischen Bedingungen für die Umsetzung des neuen Wohnkomplexes feststellbar. Es findet eine Steigerung der thermischen Belastung im Vergleich zum aktuellen Zustand statt.

Es lassen sich deshalb Empfehlungen und Maßnahmen für eine Verbesserung der thermischen Situation festlegen. Es gilt Grünflächen und Vegetation zu erhalten und neu zu gewin-nen, Bodenversiegelung zu vermeiden und Gebäude so anzulegen, dass sie an lokale Windverhältnisse angepasst sind.


 
 

© Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Umweltschutz, Abt. Stadtklimatologie