4 DAS KLIMA IM UNTERSUCHUNGSRAUM
Die Lufttemperaturen im Betrachtungsraum werden im wesentlichen durch den Jahresgang der Globalstrahlung, die Advektion unterschiedlich temperierter Luftmassen und die Land-Wasserverteilung bestimmt. Im Küstensaum, aber auch in den ufernahen Bereichen der Elbe und ihrer Nebenflüsse lassen das erhöhte Absorptionsvermögen für Strahlung, sowie die hohe Speicherkapazität und Wärmeleitfähigkeit des Wassers die Temperaturen am Tage weniger stark ansteigen und nachts weniger stark absinken als über dem Land.
4.1.1.1 Räumliche Verteilungen mittlerer Temperaturen
Das Unterelbegebiet weist im Mittel des Zeitraums 1961-1990 Jahresmitteltemperaturen der Luft zwischen 8 und 9 °C auf (Tab. 1, Abb. 6). Die jährliche Verteilung der Lufttemperaturen zeigt nur geringe regionale Unterschiede (Karte 1). Der Raum Hamburg ist das wärmste Gebiet, da hier neben dem mildernden Einfluß durch die offenen Wasserflächen noch der Wärmeinseleffekt der Stadt (siehe 2.4) hinzukommt. In den Temperaturverhältnissen des Frühlings (Karte 2) kommt deutlich die sich von Südwest nach Nord vollziehende Erwärmung des norddeutschen Flachlandes sowie das sich rasch aufheizende Gebiet um den Hamburger Hafen zum Ausdruck. In den Sommermonaten (Karte 3) heben sich der Elberaum und die zum Landesinnern zu stärkere Erwärmung heraus. Zudem wird die Temperaturerhöhung in der Hamburger Innenstadt deutlich. Im Herbst und Winter (Karte 4 und 5) wirkt sich das Wärmereservoir Nordsee mildernd auf den Küsten- und Mündungsbereich der Elbe aus. Im Gebiet des Hamburger Hafens sind die Lufttemperaturen infolge der Abwärme der Verbrennungsprozesse in der Stadt (Hausbrand, Industrie und Verkehr) erhöht.
Zur Darstellung des thermischen Einflusses des Meeres wurden in Abb. 7 die Summen der Monatsmitteltemperaturen der Luft von Juli bis September und von April bis Juni zusammengefaßt und ihre Differenzen dargestellt. Dort, wo die Differenzen am größten sind, nämlich im Gebiet der Außenelbe, ist der maritime Einfluß am stärksten. Im Mündungsgebiet der Elbe nimmt der thermische Einfluß des Meeres dann rasch ab.
Der Abb. 8 ist der mittlere Tagesgang der Lufttemperatur für die Monate Januar und August für die Stationen Cuxhaven und HH-Fuhlsbüttel zu entnehmen. Die Temperatur erreicht im allgemeinen kurz nach Sonnenaufgang ihr Minimum und in den Nachmittagsstunden etwa 2 Stunden nach Sonnenhöchststand ihr Maximum. Wetterlagenbedingt können an Einzeltagen jedoch deutliche Abweichungen zum mittleren Tagesgang auftreten. Die Extremwerte der Lufttemperatur aus dem Zeitraum 1961 bis 1990 sind der Tab. 2 zu entnehmen.
Wie sich auch aus den Tab. 3 ersehen läßt, ist der mittlere Tagesgang der Lufttemperatur (Amplitude) in den Sommermonaten deutlich höher als in den Wintermonaten. Der Grund dafür ist die schwache Einstrahlung im Winter. Die Abb. 9a und die Tab. 3 geben bei der Station Cuxhaven deutlich den sich auf die Amplitude dämpfend auswirkenden Meereseinfluß wieder. Von März bis September bleibt trotz höherer Temperaturen zum 1. Beobachtungstermin um 7.30 Uhr die Temperatur um 14.30 Uhr um 1-2 K unter den landeinwärts gelegenen Vergleichstationen (Abb. 9b-d). Von Oktober bis Februar zeigt sich in den höheren Morgentemperaturen sowie im Oktober und November in den höheren Abendtemperaturen die mildernde Wirkung des Wassers.
Im mittleren Jahresverlauf (Tab. 1) ist der Januar der kälteste Monat mit Mitteltemperaturen zwischen 0 und 1 °C. Die höchsten Monatsmittel mit 16-17 °C treten in den Sommermonaten Juli und/oder August auf. Jedoch können in Einzeljahren große Abweichungen dazu auftreten. So wurden im Betrachtungszeitraum die tiefsten Mitteltemperaturen des Januars mit Werten um -6 °C 1963, die höchsten mit +6 °C 1975 beobachtet. Auch die Sommermonate weisen deutliche Unterschiede auf. Die höchsten Monatsmittel mit 19-20 °C wurden im Juli 1983 und August 1975 verzeichnet, die niedrigsten mit 14-15 °C 1962. Allgemein ist die Streuung der Temperaturen im Januar mit 4-5 °C am höchsten und im September mit 2-3 °C am kleinsten.
Einen ausgeprägten Jahresgang zeigen auch die über die Monate gemittelten Tageshöchst-, Tagestiefst- und Erdbodenminimumtemperaturen (vgl. Abb. 10a-d). Im Mittel der Jahre steigen die Tageshöchsttemperaturen der Luft von 2-3 °C im Januar auf 20 °C (im Küstenbereich) bis 22 °C (im Hamburger Raum) im August an und gehen zum Dezember wieder auf Werte um 4 °C zurück. Sommertage, das sind Tage mit einer Tageshöchsttemperatur größer oder gleich 25 °C, traten im Untersuchungsraum von April (selten, mit nur ein- bis dreimal in 10 Jahren) bis September auf (Tab. 7). Am häufigsten wurden sie im Juli und August mit ca. dreimal pro Jahr in Cuxhaven, etwa sechsmal bis einige Kilometer westlich von Hamburg und etwa siebenmal im Hamburger Großraum verzeichnet. Heiße Tage (Tmax ³ 30 °C) entfallen fast ausschließlich auf die Sommermonate (Tab. 8) und kommen im östlichen Untersuchungsraum etwa einmal/Jahr im Juli und August vor, in Cuxhaven durchschnittlich dreimal in 10 Jahren.
Die Tagestiefsttemperaturen der Luft (Tab. 5, Abb. 12) steigen im Mittel von -1 bis -2 °C im Januar auf 11-14 °C im Juli und August, um dann wieder auf Werte um 0.5 bis -1 °C im Dezember abzusinken. Die Tiefstwerte der Luft in 5 cm über unbewachsenem Boden, die sog. Erdbodenminimumtemperaturen (Tab.6, Abb.13), liegen im Januar und Februar im Mittel zwischen -1.5 °C und -3 °C. Sie steigen zum Juli hin bis auf 10-13 °C an und fallen zum Dezember auf Frosttemperaturen bis -2 °C ab. In den Tiefsttemperaturen, die im Küstenbereich höher liegen, kommt der mildernde Einfluß des Wassers aufgrund seiner höheren Wärmekapazität deutlich zum Ausdruck, ebenso wie der Wärmeinseleffekt der Stadt bei HH-St. Pauli.
Frosttage, also Tage, an denen die Lufttemperatur unter 0 °C zurückgeht, traten im Betrachtungszeitraum an der Elbmündung nur zwischen November und April, sonst zwischen Oktober und Mai auf (Tab. 9), in den elbfernen Gebieten vereinzelt bereits im September.Die Häufigkeit der Luftfröste ist in den Wintermonaten Dezember bis Februar am größten. Im Küsten- und Hamburger Stadtbereich werden im Mittel zwischen 13 (Dezember) und 16 (Januar) Frosttage, im elbnahen Raum bis zur Deichlinie zwischen 15 und 17, sonst meist zwischen 16 und 18 Frosttage verzeichnet. Im Jahresmittel treten in Cuxhaven und HH-St. Pauli an knapp 60 Tagen Luftfröste auf, in Elbnähe (Glückstadt) an gut 70 Tagen, weiter landeinwärts an rund 80 Tagen. Am häufigsten sind sogenannte leichte Fröste bis -4 °C (Tab. 10). Sie kommen im Bereich der Elbmündung und im Hamburger Stadtgebiet durchschnittlich an rund 40 Tagen im Jahr vor, im Außendeichsbereich an ca. 45 Tagen, in elbferneren Gebieten an rund 50 Tagen pro Jahr. Mäßige Fröste zwischen -4 und -10 °C treten vor allem im Winter auf, in den milderen Gebieten an durchschnittlich 15 Tagen, in Elbnähe an 17, im weiteren Umland an ca. 19 Tagen pro Jahr. Strenge Luftfröste ab -10 °C werden im Mittel der Jahre in Cuxhaven und HH-St. Pauli im Dezember und Februar nur ca. einmal in 2 Jahren, im Januar ein- bis zweimal pro Jahr verzeichnet. Im übrigen Gebiet treten sie im Januar drei- bis viermal jährlich auf, im Dezember und Februar einmal jährlich.
Fröste in Bodennähe (Tab. 11) treten im weiteren Küsten- und Elbmündungsbereich zwischen Oktober und Mai auf. Im übrigen Untersuchungsraum können sie vereinzelt auch in den Monaten Juni sowie im August und September vorkommen. Insgesamt treten sie im Durchschnitt um 15-20 Tagen/Jahr im elbnahen Bereich und um 20-30 Tage/Jahr in den elbfernen Gebieten häufiger auf als Luftfröste.
In den Wintermonaten, mit weiterer Entfernung von der Elbe auch im März, gehen die Temperaturen in Bodennähe an mehr als der Hälfte aller Tage unter den Gefrierpunkt zurück. Dabei sind ebenfalls leichte Fröste bei -4 °C deutlich häufiger als mäßige und strenge (Tab. 12). Sie kommen in Küstennähe und im Hamburger Stadtbereich an etwa 50 Tagen pro Jahr, sonst an knapp 60-70 Tagen pro Jahr vor. Mäßige Fröste treten im Jahresmittel an etwa 20 Tagen an der Küste, an rund 25 Tagen in unmittelbarer Elbnähe und um gut 30 Tage im Landesinnern auf. Strenge Fröste werden in Cuxhaven und HH-St. Pauli an 5-6 Tagen jährlich, mit weiterer Entfernung von der Elbe an rund 10 Tagen registriert.
Tage, an denen die Lufttemperatur unter dem Gefrierpunkt bleibt, sogenannte Eistage (Tab. 13) treten im gesamten Beratungsraum zwischen November und März auf. Im November werden nur etwa jedes 2. bis 3. Jahr Eistage verzeichnet, in den einzelnen Wintermonaten jedoch zwischen 4 und 8 pro Jahr, im März dann nur noch etwa einer pro Jahr.
4.1.2 Wassertemperaturen im Vergleich zur Lufttemperatur
Der Verlauf der Wassertemperaturen auf der Unter- und Außenelbe wird anhand von Tagesmittelwerten aufgezeigt. Diese ergeben sich aus 10-Minutenwerten, die im Verlauf der Unterelbe an Meßstationen Cuxhaven, Grauerort, Seemannshöft (als repräsentative Station für das Hafengebiet) und Geesthacht erhoben werden. Für den Außenelbebereich werden die Messungen des Feuerschiffs Elbe 1 bis 1972 und im jüngsten Zeitraum die der automatischen Wetterstation 'Elbe 1' herangezogen.
Da Daten von Wassertemperaturen an einigen Stationen nur für den Zeitraum 1988-1993 zur Verfügung standen, sind zur Vergleichbarkeit der Parameter in Tab. 14 auch die mittleren Lufttemperaturen dieses Zeitraums und deren Abweichungen zum Bezugszeitraum 1961-1990 (Tab. 15) dargelegt. In dem 6jährigen, jüngeren Zeitraum liegen im Jahresmittel die Temperaturen mit 9-10 °C um rund 1 K über denen des 30jährigen Zeitraumes. Dies ist auf die milderen Winter- und Frühlingsmonate zurückzuführen. Vor allem der Januar und Februar waren aufgrund häufigerer Westwetterlagen seit 1988 mit Abweichungen von 2-3 K zum langen Zeitraum deutlich wärmer. Dagegen fielen die Monate Oktober und November im Mittel kühler aus.
Die Abb. 14, in der die Jahresmittel von Wasser- und Lufttemperatur der Jahre 1982 bis 1993 von Cuxhaven und Hamburg dargestellt sind, zeigt, daß der Gang der Jahresmittelwerte parallel verläuft, wobei die Wassertemperatur im Mittel um 1-1.5 K über der der Lufttemperatur liegt. In einem warmen Jahr sind auch die Wassertemperaturen hoch, in einem kalten niedrig. Die an verschiedenen Meßstellen an der Unterelbe erhobenen Wassertemperaturen weisen im Jahresmittel ebenfalls einen parallelen Verlauf auf, wobei die Wassertemperatur in Cuxhaven, die im äußeren Bereich des RO-RO-Terminals gemessen wird, etwa 1.5 K niedriger liegt als die von Grauerort und diejenigen im Hamburger Stadtgebiet (Abb.15). Am Wehr Geesthacht ist die Wassertemperatur um ca. 1 K höher als im Raum Hamburg. Das ist, wie der Anstieg von 1982 bis 1984 zeigt, auf den Betrieb des Kernkraftwerkes Krümmel, das Ende 1983 nach einem Probebetrieb ans Netz ging, zurückzuführen. Im weiteren Verlauf elbaufwärts weisen die Messungen bei Schnackenburg (Stromkilometer 470) im Jahresmittel Wassertemperaturen auf, die um rund 0.5 K unter denen von Hamburg liegen. Somit ist also anzunehmen, daß die höheren Temperaturen, die sich auch zwischen Grauerort und dem Hamburger Hafen ergeben, durch Kühlwassereinleitungen von Kraftwerken verursacht werden.
Die Wassertemperaturen steigen im Jahresverlauf nach einem Minimum im Februar langsam an und erreichen ihr Maximum im Juli und/oder August (Abb. 16). Da die Mittelwerte von FS Elbe 1 dem Zeitraum 1948-1972 entstammen, der an der Station Cuxhaven im Jahresmittel um 1 K kühler war als der Zeitraum 1988 bis 1993, sind die Absolutwerte der Temperatur nicht miteinander zu vergleichen. Deutlich ist aber zu ersehen, daß die Temperatur hier im Frühling langsamer ansteigt als auf der Elbe, daß im September noch ähnlich hohe Werte wie im Juli und August verzeichnet werden, und daß im Herbst und Winter die Temperatur langsamer abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Temperaturaufnahme und -abgabe im Meer über ein weit größeres Wasservolumen vollzieht als im Fluß. Daß die Temperatur auch im Winter höher liegt, geht aus Abb. 17 hervor, in der für das Jahr 1991 der Verlauf der Wassertemperaturen von Boje Elbe 1 und Cuxhaven dargestellt ist und der auch für mittlere Verhältnisse charakteristisch ist.
Im Frühling erwärmt sich bei zunehmender Tageslänge und ansteigendem Sonnenstand die Temperatur über Land rascher als über dem Meer (Abb. 18) und damit auch das Flußwasser im Vergleich zum Meer, wie die Differenzen der Wassertemperatur Elbe 1 minus Cuxhaven in Abb. 19 zeigen. Bis Ende August bleibt die Lufttemperatur über dem Meer unter der im Küstengebiet und erst recht unter der im Landesinnern (Abb. 19). Dann kühlt sich jedoch bei abnehmender Tageslänge und niedrigem Sonnenstand die Luft nachts schon stärker ab als das Wasser, so daß im Tagesmittel die Lufttemperaturen im Herbst und Winter unter denen des Wassers bleiben (Abb. 18). Da das Meer ein größerer Wärmespeicher ist als der Fluß, ist die Wärmeabgabe über dem Meer auch größer. Daher bleiben die Tagesmitteltemperaturen über der Nordsee höher als über dem Unterelberaum (Abb. 19). Während im September und Oktober die Wassertemperaturen bei Elbe 1 und Cuxhaven noch gleich sind, bleibt im Winter das Meer deutlich wärmer (Abb. 17).
Das unterschiedliche Verhalten von Luft- und Wassertemperaturen vor der Elbmündung in der Nordsee, im Mündungsgebiet und im Hamburger Stadtgebiet zeigt Abb. 20. Über der Unterelbe liegt - anders als über der Helgoländer Bucht - die Lufttemperatur nur kurzzeitig im Februar bzw. März geringfügig über der Wassertemperatur. Im Frühling nimmt hier die Differenz zwischen Luft- und Wassertemperatur rasch zu und erreicht im Spätsommer ihr Maximum. Im Herbst nimmt sie dann im östlichen Untersuchungsraum und mit zeitlicher Verzögerung zur Elbmündung wieder ab.
Für das Untersuchungsgebiet ist damit folgendes festzuhalten: Im Gebiet der Außenelbe, die bei FS Elbe 1 nur ca. KN-25 m tief ist, herrschen aufgrund der größeren Durchmischung maritime Verhältnisse vor. Der Jahresgang der Lufttemperatur ist gedämpft. Der Jahresgang der Wassertemperatur folgt dem der Lufttemperatur mit einer deutlichen Zeitverzögerung. Im Mündungsbereich der Elbe (Cuxhaven) bewirken die der Küste vorgelagerten großflächigen Wattgebiete eine spürbar raschere Anpassung der Wassertemperatur an die Lufttemperatur. Bei einem im Küstenbereich schon stärker ausgeprägten Lufttemperaturgang weist auch der Gang der Wassertemperatur im Vergleich zur Nordsee eine größere Amplitude auf. Weiter elbaufwärts werden die Temperaturen der Tideelbe durch Kühlwassereinleitungen von Kraftwerken erhöht. Die Elbe wird schmaler und der maritime Einfluß auf die Lufttemperatur geringer. Der Jahresgang der Wassertemperatur paßt sich dem der Lufttemperatur noch deutlicher an. Hier werden bereits im Herbst die Differenzen zwischen Luft- und Wassertemperatur wieder geringer und die Wassertemperatur unterschreitet die der Außenelbe rascher als im Mündungsgebiet.
4.1.3 Eisverhältnisse auf der Elbe
Die Eisverhältnisse auf der Tideelbe werden anhand von Auswertungen des BSH dargelegt, das zwischen Neuwerk und HH-Landungsbrücken acht Eisbeoachtungsstationen betreut. Die Beobachtungen an diesen Stationen beinhalten das Auftreten von Eis (auch Vereisung genannt), dessen Bedeckungsgrad, Dicke und die Oberflächenbeschaffenheit.
Im Betrachtungszeitraum von 1961-1990 kam es nach Tab. 16 im Mündungsbereich an 60-70 % der Jahre, im Hamburger Raum zu 80 % der Jahre zur Eisbildung auf der Elbe. Zur freien See hin wurde nur in etwa der Hälfte der Jahre Eisaufkommen beobachtet (vgl. Station Neuwerk). Hier kommt es nur in strengeren Wintern zur Eisbildung. Die Eisbildung setzt häufig im Süßwasserbereich der Elbe ein. Zur Elbmündung zu wird sie u.a. durch die gefrierpunktserniedrigende Wirkung des von der Nordsee einströmenden Salzwassers verzögert.
Entsprechend den Tabellen 17-24 tritt Eis auf der Tideelbe nur etwa zwischen Mitte November und Ende März auf. Dabei ist bis Mitte Dezember und ab Mitte März die Vereisungshäufigkeit mit 1-3 % der Jahre sehr gering. Im Mündungsbereich ist Eisbildung erst ab Mitte Dezember zu beobachten. Vereisung tritt im wesentlichen im Januar und Februar auf und zwar am häufigsten um den Beginn der letzten Januardekade. Aber auch zu dieser Zeit beträgt die Vereisungshäufigkeit nur zwischen 43 % in HH-Landungsbrücken und 26 % bei Neuwerk.
Die mittlere Anzahl der Tage mit Eis in den Wintern mit Eisvorkommen nimmt flußaufwärts von etwa 24 Tagen im Mündungsgebiet auf rund 26 Tage im Hamburger Raum zu (Tab. 16). Sie ist in den Bereichen jedoch deutlich höher, wo breitere Wattflächen die Eisbildung begünstigen (vgl. Brunsbüttel).
Die maximale Anzahl der Tage mit Eis im Betrachtungszeitraum ist der Abb. 21 zu entnehmen, die die Eisverhältnisse in dem extrem starken Eiswinter 1962/63 zeigt. Nachdem vom 20. Dezember 1962 an auch die Tageshöchsttemperaturen unter dem Gefrierpunkt blieben, setzte um den 22. Dezember auf der Elbe Eisbildung ein. Ab Anfang Januar 1963, als die Tageshöchsttemperaturen über kürzere Zeiträume sogar nur -5 bis -7 °C erreichten und die Tiefsttemperaturen zeitweise -10 °C unterschritten, war die Elbe zu 7-8 Zehnteln mit Eis bedeckt und die Eisdicke (ebenes Eis) auf mehr als 15 cm angewachsen. Die Vereisung hielt sich dann selbst im Mündungsgebiet der Elbe bis um den 7. März, im Hamburger Raum bis Mitte März, im Glückstädter Hafen sogar bis zum 20. März, nachdem um den 3. März eine deutliche Milderung einsetzte.
In den Jahren mit frühzeitigem Eisvorkommen bildet sich bis Mitte Dezember nur 'sehr lockeres' oder 'lockeres' Treibeis (Bedeckungsgrad <=6/10) bis ca. 10 cm Dicke (Tab. 17.1,2 bis 24.1,2). Zu Beginn der zweiten Dezemberdekade werden dann schon Eisdicken bis zu 30 cm beobachtet. Eisdicken bis 50 cm treten ab der 2. Januardekade auf. Dabei beziehen sich die angegebenen Eisdicken auf ebenes Eis, wie es in der überwiegenden Zahl der Fälle (Tab. 17.3 bis 24.3) vorkommt. Durch den Gezeitenfluß kann das Eis im Uferbereich oder auf trockenfallenden Wattflächen auch übereinandergeschoben werden und teilweise zusammenfrieren. Bei Hochwasser können dadurch 1-2 m dicke Eisbrocken in den Fahrwasserbereich gelangen.
Der Eisbedeckungsgrad kann in Einzeljahren etwa ab Mitte Dezember, im Mündungsbereich um Mitte Januar 9/10 oder mehr der Flußoberfläche erreichen (Tab. 17.1 bis 24.1). Wegen der Tide und des hohen Schiffsaufkommens bleibt aber auch in solchen Jahren das Eis meist in Bewegung. Vorherrschend bei Westwinden kann das Eis zur Zeit des Stillwassers im Bereich der Oberrelbe jedoch zusammengeschoben werden. Dadurch entstehen in den Stromengen zeitweise (bis zu etwa 10 Tagen) erhebliche Behinderungen für Schiffe mit geringer Maschinenleistung. Die Großschiffahrt wird davon nicht betroffen. So hört trotz eingeschränkter Manövrierfähigkeit die Seeschiffahrt auch in strengen Wintern auf der Tideelbe grundsätzlich nicht auf.
4.2 Sonnenscheindauer und Bewölkung
Die Sonnenscheindauer eines Tages ist die Zeit, in der direkte Strahlung auf die Erdoberfläche auftrifft. Sie ist abhängig von der maximal möglichen Sonnenscheindauer, die von der Jahreszeit und der geographischen Lage der Station bestimmt wird, und von der Bewölkung. Die Sonnenscheindauer wird nicht an jeder Klimastation des Untersuchungsgebietes registriert.
Die Tab. 25 gibt den mittleren Jahresgang der Sonnenscheindauer wieder. Danach liegt im Jahresmittel die Sonnenscheindauer im Gebiet der Elbmündung (Cuxhaven) bei 1640 Std., im übrigen Unterelberaum um 1550 Std, in Quickborn und HH-St.Pauli bei weniger als 1500 Stunden. Die relativ hohe Sonnenscheindauer am Küstensaum, die auch auf den der Küste vorgelagerten Inseln beobachtet wird, ist bedingt durch die höhere Globalstrahlung (vgl. Kap. 2.3, Abb.3).
Die niedrigeren Sonnenscheindauern in HH-St.Pauli und Quickborn sind nicht auf einen höheren Bedeckungsgrad zurückzuführen, sondern auf die größere atmosphärische Trübung über der Stadt (St.Pauli) bzw. auf größere Nebelandauern (Quickborn) als im Rest des Untersuchungsgebiets.
Während in den Wintermonaten Dezember und Januar die Sonne im Mittel nur 30-50 Stunden lang scheint und damit weniger als 2 Stunden am Tag, werden im Mai und Juni 210 bis 220 Std., im Juli und August um 200 Std. verzeichnet, was einer täglichen Sonnenscheindauer von 6 bis 7 Stunden entspricht. Das ist vor allem auf die deutlich größere Tageslänge im Sommer zurückzuführen, aber auch auf die geringere Bewölkung (Abb. 22). Im März und Oktober ist jeweils mit etwa 100 Sonnenstunden zu rechnen.
Die Bewölkungsmenge wird als Bedeckungsgrad des sichtbaren Teils des Himmels angegeben, Maßzahl ist Achtel. Im Winter ist die untere Troposphäre als Folge des niedrigen Tempera-
turniveaus häufiger mit Wasserdampf gesättigt - Voraussetzung für die Wolkenbildung - als im Sommer. Dies zeigt sich im mittleren monatlichen Bedeckungsgrad, der im Winter bei 6, im Sommer nur bei 5 Achteln (Tab. 26) liegt.
Die Berechnung der Verdunstung im Unterelberaum wurde mit zwei unterschiedlichen Verfahren durchgeführt (vgl. Kap 2.2.3).
4.3.1 Verdunstung über Wasserflächen
Die Berechnung der Verdunstung über Wasser erfolgte mit der aerodynamischen Bulk-Methode (siehe Kap. 2.2.3). Sie erbrachte für 3 Wassertemperaturstandorte auf der Elbe, in deren Bereich repräsentative Messungen erfolgen, übereinstimmende Ergebnisse (Tab. 27). Danach liegt die mittlere jährliche Verdunstungsrate des Zeitraums 1988 - 1992 bei 700 mm. Dabei scheinen sich die Auswirkungen der höheren Windgeschwindigkeit, aber im Jahresmittel niedrigeren Wassertemperaturen in der Elbmündung und der niedrigeren Windgeschwindigkeit, aber höheren Wassertemperatur elbaufwärts auf die Verdunstungshöhe auszugleichen.
Nur im Raum Geesthacht, wo die Wassertemperatur deutlich höher liegt, steigt die Verdunstung auf 750 mm/Jahr an. Wird ein längerer Zeitraum betrachtet, in dem die vergangenen milden Jahre weniger Gewichtung erhalten, reduziert sich die Jahresverdunstung um knapp 10 % (vergl. Cuxhaven 1983 - 1992 in Tab. 27). Sensibilitätsstudien ergaben, daß die Verdunstung stark auf die Änderung von Windgeschwindigkeiten und Wassertemperaturen reagiert. An der Station Cuxhaven ergab eine Windreduzierung um 1 m/s im Jahresmittel eine Abnahme der Verdunstung um 20 % und eine Erhöhung der Wassertemperatur um 1 K eine Verdunstungszunahme von 30 %.
Die Verdunstung zeigt einen ausgeprägten Jahresgang mit einem Maximum in den Sommermonaten und einem Minimum im Winter auf. Dem Gang der Luft- und Wassertemperaturen entsprechend, weist die Elbe bei Cuxhaven in den Herbst- und Wintermonaten eine höhere Verdunstung auf als weiter flußaufwärts. Über der Nordsee, vor dem Mündungsgebiet der Elbe, verschiebt sich dann das Maximum der Verdunstung auf den November, das Minimum auf den April (KATSCHNER, 1978). KATSCHNER errechnete für den Zeitraum 1948 - 1972 für diesen Bereich eine Jahresverdunstung von 600 mm. Da er mit einem relativ niedrigen Austauschkoeffizienten von 1.3 . 10-3 rechnete, wird die Verdunstung unterschätzt. Unter Beachtung der vorherigen Aussagen kann im vieljährigen Mittel eine jährliche Verdunstungshöhe von 650 - 700 mm über der Elbe angenommen werden.
Durch Multiplikation der Verdunstungshöhe mit der Verdampfungswärme L = 28.9 W ergibt sich der Strom der latenten Wärme (Tab. 28).
Der Strom der fühlbaren Wärme, wie er an der Station Cuxhaven ermittelt wurde (Tab. 28), weist die höchsten Werte im Herbst auf, wenn das Wasser noch relativ warm ist. Er nimmt im März negative Werte an, da dann das Wasser kühler ist als die Luft (vgl. Kap. 4.1.2, Abb. 20).
Das Verhältnis vom Strom fühlbarer Wärme zum Strom latenter Wärme, das sogenannte Bowen-Verhältnis, das im Jahresmittel bei 0.18 liegt, besagt, daß der Strom der latenten Wärme den größten Anteil am Energieaustausch Meer - Luft hat. Da KATSCHNER für die Helgoländer Bucht auch ein Bowen-Verhältnis von 0.18 errechnete, kann die Aussage getroffen werden, daß etwa 80 % der aus der Strahlungsbilanz zur Verfügung stehenden Energie im Bereich der Unterelbe für die Verdunstung verbraucht wird, so daß für die direkte Erwärmung der Luft nur etwa 20 % zur Verfügung stehen.
4.3.2 Verdunstung über Grünlandflächen
Für die Berechnung der Verdunstung über Land, die nach Haude erfolgte (siehe Kap. 2.2.3) wurden dem hohen Anteil an Grünflächen im Untersuchungsraum entsprechend die Pflanzenfaktoren für Grünland verwendet:
| Jan | Feb | Mrz | Apr | Mai | Jun | Jul | Aug | Sep | Okt | Nov | Dez |
| .22 | .22 | .22 | .29 | .29 | .28 | .26 | .25 | .23 | .22 | .22 | .22 |
Die Berechnung erfolgte für den Zeitraum 1961 - 1990 sowie für 1988 - 1992, um eine Vergleichbarkeit mit den Verdunstungswerten über der Elbe zu erhalten.
Die Verdunstung (Tab. 29) weist einen gut ausgeprägten Jahresgang mit einem Maximum in den Sommermonaten und einem Minimum im Dezember/Januar auf. Im 30jährigen Jahresmittel steigt die potentielle Verdunstung von 350 bis 400 mm im Küstengebiet der Nordsee nach Osten hin auf rund 550 mm ab Hamburg an.
Im Mittel der Jahre 1988 - 1992 lag die Verdunstung jedoch um rund 10 % höher, was auf die überdurchschnittlichen Temperaturen (vgl. Kap. 4.1.1) in diesem Zeitraum zurückzuführen ist.
Aufgrund von Trockenzeiten, die wie 1992 sogar zum vorübergehenden Verdürren von Grünland führte, war die aktuelle Verdunstung jedoch geringer als die hier angegebene potentielle. Die Höhe der Reduktion ist nach Vergleichen von SCHRÖDTER (1981) bei einfachen Verfahren wie dem Haudeverfahren nur schwer zu erfassen und hängt u.a. von den Zeiten erhöhten Wasserbedarfs der jeweiligen Pflanzenarten ab.
Obwohl sich die beiden Verfahren der Verdunstungsberechnung nicht direkt miteinander vergleichen lassen, so zeigt doch die deutliche Differenz der Ergebnisse, daß über Land ein größerer Teil der aus der Strahlungsbilanz zur Verfügung stehenden Energie für die Erwärmung der Luft verbraucht wird als über Wasser.
Die mittleren monatlichen und jährlichen Niederschlagshöhen und deren Streuung sind Tab. 30 zu entnehmen. Einen raschen Überblick über die jährliche Niederschlagshöhe gibt Karte 6, in der die Messungen weiterer Niederschlagsstationen aufgenommen wurden, um die regionalen Unterschiede im Unterelberaum ausreichend zu erfassen, da der Niederschlag das Klimaelement mit der größten zeitlichen und räumlichen Variabilität ist. Sehr deutlich zeigt sich die Abnahme des jährlichen Niederschlags von 826 - 850 mm im Mündungsgebiet der Elbe auf weniger als 650 mm im Bereich der Alten Süderelbe (Finkenwerder - Neugraben). Das in diesem Gebiet geringe Niederschlagsaufkommen deutet auf einen Lee-Effekt der Harburger Berge bei südwestlicher Anströmung hin. Die allgemein nach Südosten hin abnehmenden Niederschläge sind durch die zunehmende Kontinentalität des Klimas und Lee-Effekte der Lüneburger Heide bedingt. Die erhöhten Niederschläge im Osten und Nordosten Hamburgs sind ein Stadteffekt und auf die erhöhte Aerosolkonzentration im Lee der Stadt bei südwestlichen und westlichen Winden zurückzuführen. Die hohen Niederschläge im Küstengebiet entstehen, weil die hier überwiegend aus westlichen Richtungen einströmenden maritimen Luftmassen - vor allem beim unmittelbaren Übertritt von der Nordsee auf das Festland - stark mit Feuchtigkeit angereichert sind. Mit dem Übergang auf das Land ist eine Zunahme der Bodenreibung verbunden. Diese führt zur Entstehung einer Konvergenz und damit zur Aufwärtsbewegung der Luft in den unteren Schichten. Sind die Luftmassen schon instabil geschichtet, setzt aufgrund der hohen Konzentration an Seesalzaerosolen rasch Kondensation und als Folge davon Niederschlag ein.
Instabile Schichtung, also eine überadiabatische Temperaturabnahme (> 1 K/100 m) mit der Höhe, tritt über Land vor allem in den Sommermonaten auf, wenn die Luft besonders bei starker Einstrahlung über den wärmeren Untergrund strömt und von dort aufgeheizt wird. Über dem Meer erfolgt die Labilisierung der Luftmassen im Herbst und Winter, wenn das Wasser wärmer ist als die darüberstreichende Luft. So weist Cuxhaven (Abb. 23) von Juli bis November höhere Monatsniederschläge auf, während die Niederschlagshöhe nach einem Maximum im Juli landeinwärts ab August abnimmt. Das Minimum im mittleren Jahresverlauf entfällt auf den Februar, der eine Niederschlagshöhe um 40 mm aufweist. Grund dafür sind die im Mittel der Jahre häufigeren Ostlagen, mit denen trockene Festlandsluft nach Norddeutschland einfließt, sowie die im Vergleich zu Januar und März kürzere Monatslänge.
Für wasserwirtschaftliche Fragestellungen wurden die Niederschlagshöhen für die hydrologischen Halbjahre in den Karten 7 und 8 dargestellt. Das hydrologische Winterhalbjahr umfaßt die Monate November bis April, also den Teil des Abflußjahres, in dem es zur Speicherung des gefallenen Niederschlags kommt. In diesem Zeitraum ist der Wasserverbrauch durch die Vegetation gering und die Verdunstung unbedeutend. Der Niederschlag fließt teils oberirdisch ab, teils versickert er. Dadurch werden die Böden bis zur Sättigung aufgefüllt und das Grundwasser gespeist. Die Niederschläge im Winterhalbjahr liegen im Durchschnitt um 60 mm niedriger als im Sommerhalbjahr. Wie beim Jahresniederschlag weisen beide Halbjahre eine Abnahme vom Norden zum Südosten hin auf, wobei jeweils ein Minimum eintritt, das sich vom Raum Alte Süderelbe bis in die Vierlande hin erstreckt und den Stadteffekt mit erhöhtem Niederschlag im Osten Hamburgs. Der Tab. 31, für ausgewählte Stationen auch den Abb. 24a-d, ist die mittlere monatliche und jährliche Zahl der Tage mit Niederschlag über gewissen Schwellenwerten zu entnehmen.
Danach fällt im Unterelberaum im Mittel an 190 - 200 Tagen im Jahr Niederschlag. Die Zahl der Niederschlagstage liegt in den Wintermonaten im Jahresverlauf am höchsten und im Februar, Mai, Juni und August am niedrigsten. Im Sommer wird durch intensive Sonneneinstrahlung die atmosphärische Labilität gefördert und damit die Auslösung von Schauer und Gewitterniederschlägen. Die Niederschläge fallen mit vergleichsweise großen Tropfen und großer Intensität. Entsprechend ist die mittlere monatliche Zahl der Tage mit geringen täglichen Niederschlagshöhen von 0.1 bis 1.0 mm geringer als im Winter. Dabei treten im Februar Niederschläge über 10 mm/Tag weniger als einmal im Jahr, im März und April etwa einmal pro Jahr auf. Von Juni bis Dezember kommen sie etwa zweimal jährlich vor, im Raum Alte Süderelbe - Vierlande im Oktober nur einmal jährlich.
Ist das Temperaturniveau in den unteren Luftschichten entsprechend niedrig, so fallen die Niederschläge als Schnee. Die Verteilung der Anzahl der Tage mit Schneefall (Tab. 32) wird im Unterelberaum durch den maritimen Einfluß bestimmt. Während in Küstennähe die Zahl der Tage mit Schneefall knapp unter 20 liegt, steigt sie landeinwärts auf rund 23 - 28 an. Schneefall tritt von November bis April, vereinzelt noch im Mai auf. Die Anzahl der Tage mit Schneefall ist mit jeweils 4 - 8 Tagen im Januar und Februar am höchsten. Deutlich wirkt sich die mildernde Wirkung des Meeres und der Elbe auch auf den Aufbau einer Schneedecke aus. Von der Elbmündung aus bis Freiburg/Brokdorf ist in Elbnähe nur an durchnittlich 23 Tagen im Jahr eine Schneedecke vorhanden. Mit zunehmender Entfernung von der Elbe und nach Osten zu steigt die Zahl der Tage mit einer Schneedecke auf um 30 pro Jahr an. Dabei ist die Häufigkeit einer Schneedecke im Januar mit 9 bis 11 Tagen am größten. Im April ist eine Schneedecke im Mittel nur noch etwa jedes 2. Jahr, im bereits erwähnten Raum Cuxhaven bis Freiburg/Brokdorf nur ein- bis zweimal in 10 Jahren zu beobachten. In Einzeljahren können zu den mittleren Verhältnissen jedoch deutliche Abweichungen auftreten. So wiesen in den sogenannten schneereichen Wintern des Betrachtungszeitraums 1962/63, 1969/70 und 1978/79 (Tab. 33) der Januar sowie 1963 und 1979 auch der Februar fast durchweg an allen Tagen eine Schneedecke auf. Auch im März, in dem im Durchschnitt nur noch an 2 - 5 Tagen eine Schneedecke liegt, wurde sie 1970 noch an 10 - 20 Tagen, 1979 an 7 - 12 Tagen beobachtet. In schneearmen Wintern wie 1974/75, 1988/89 und 1989/90 (Tab. 34) konnte sich im Januar und Februar verbreitet keine Schneedecke aufbauen. Nur im Dezember und 1975 im März wurde an bis zu 6 Tagen eine Schneedecke verzeichnet.
Von den verschiedenen Größen, die den Wassergehalt der Luft beschreiben (siehe Kap. 2.2.6) ist die relative Luftfeuchte die anschaulichste Größe. Sie beschreibt, wie stark die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist - über den tatsächlichen Wassergehalt sagt sie jedoch nichts aus, da er von der Lufttemperatur abhängt.
Die relative Luftfeuchte wird an den Klimastationen und den synoptischen Stationen im Untersuchungsraum gemessen. Für die Klimastationen liegen Feuchtewerte von den Beobachtungsterminen um 7.30, 14.30 und 21.30 MEZ aus den Jahren 1961 bis 1990 vor, von den synoptischen Stationen gibt es stündliche Meßwerte aus den Jahren 1981 bis 1990.
Die Jahresmittelwerte der relativen Feuchte liegen im Untersuchungsraum zwischen 77 % und 83 %. Die niedrigsten Werte werden an der Station HH-St.Pauli gemessen. Diese Station befindet sich innerhalb der Wärmeinsel über der Stadt Hamburg und weist entsprechend den höheren Lufttemperaturen niedrigere relative Feuchtewerte auf als die Stationen im Umland. In den Außenbezirken Hamburgs liegt das Jahresmittel der relativen Feuchte bei 80 %. Die restlichen Stationen im Untersuchungsraum weisen einheitlich Mittelwerte von 82 bis 83 % auf.
Die relative Feuchte hat einen Jahresgang und einen Tagesgang. Beide sind eng an die entsprechenden Gänge der Lufttemperatur gekoppelt. Die Abb. 25 zeigt die mittleren Tagesgänge der relativen Feuchte für die Monate Januar und Juli und die Stationen Cuxhaven und HH-Fuhlsbüttel. Im Januar ist der Tagesgang an beiden Stationen nur schwach ausgeprägt. In HH-Fuhlsbüttel ist die Luftfeuchte nur zwischen 12 und 16 MEZ niedriger als in Cuxhaven, in der übrigen Zeit ist sie höher. Auch im Juli, der an beiden Stationen wesentlich größere Amplituden der relativen Feuchte aufweist als der Januar, ist die relative Feuchte nachts, zwischen 23 und 6 MEZ, in HH-Fuhlsbüttel höher als in Cuxhaven. Das liegt daran, daß die Lufttemperatur in Cuxhaven nachts wegen der hohen Wärmekapazität der Nordsee weniger stark abkühlt als in HH-Fuhlsbüttel. An den anderen Stationen im Untersuchungsgebiet werden wegen der stärkeren nächtlichen Temperaturabsenkung im Mittel höhere relative Feuchten gemessen als im Hamburger Stadtgebiet.
Die mittleren Jahresgänge der relativen Feuchte sind für die Klimastationen, die sich im Untersuchungsraum befinden, in der Abb. 26 dargestellt. In Cuxhaven, der Küstenstation mit maritimem Klima, hat der Jahresgang die kleinste Amplitude. Die niedrigsten Werte der relativen Feuchte werden hier - wie an allen anderen Stationen - im Mai gemessen. Der Anstieg der relativen Feuchte erfolgt dann aber langsamer als an den anderen Stationen und das Maximum des Jahresganges wird nicht - wie an den anderen Stationen - im Dezember, sondern erst im Januar erreicht. Die Stationen Jork und Glückstadt weisen zwar im Jahresmittel dieselbe relative Feuchte auf wie Cuxhaven, sie haben aber einen ausgeprägteren Jahresgang. Jork hat von Januar bis Juni durchgehend niedrigere Feuchtewerte als Cuxhaven und in der zweiten Jahreshälfte durchgehend höhere Werte und zeigt damit den typischen Jahresgang für einen Standort in den Marschgebieten des norddeutschen Flachlandes. In Glückstadt zeigen die recht hohen Werte der relativen Feuchte zu Beginn des Jahres, daß der Einfluß der Nordsee noch bis zu dieser Station reicht. Die Station HH-Neuwiedenthal ist zwar nicht weit von Jork entfernt, sie befindet sich aber nicht mitten in der Marsch, sondern an ihrem Rand und in der Nähe lockerer Bebauung. Das geringere Feuchteangebot in der Stationsumgebung führt an diesem Standort dazu, daß die Luft in der Zeit von Mai bis August eine deutlich geringere relative Feuchte aufweist als die Luft in den unbebauten Marschgebieten. Die niedrigsten relativen Feuchten werden schließlich in der Stadtstation HH-St.Pauli gemessen. Hier sind die Oberflächen fast vollständig versiegelt, so daß als Verdunstungsfläche bzw. Wasserdampfquelle - von regennassen Flächen einmal abgesehen -vor allem die Elbe zur Verfügung steht. In der Stadt gibt es allerdings eine recht effektive Wasserdampfquelle, die auf dem Land nur in sehr geringem Maße zur Luftfeuchte beiträgt: die Verbrennung. Hausbrand, Industrie (Kraftwerke) und der Kfz-Verkehr emittieren Wasserdampf und ersetzen so einen beträchtlichen Teil des Verdunstungsdefizits einer Stadt (FIEDLER, 1979). Der Wasserdampfgehalt der Luft ist daher in der Stadt nicht grundsätzlich niedriger als an anderen Standorten.
Ein Nebeltag ist ein Tag, an dem die Sichtweite irgendwann zwischen 0 und 24 Uhr unter 1 km liegt. Die Zahl der Nebeltage, die an einer Station beobachtet wird, hängt wegen dieser Definition auch von der Beobachtungsfrequenz ab: Je häufiger die Sichtweite beobachtet wird, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Nebel, wenn er auftritt, auch von den Beobachtungen erfaßt wird. Räumliche Vergleiche der Nebelhäufigkeit kann man daher nur mit Beobachtungsstationen anstellen, die gleiche Beobachtzungsfrequenzen haben und absolute Aussagen über die Eintrittswahrscheinlichkeit von Nebel sind nur anhand stündlicher Beobachtungen möglich.
4.5.3 Nebelbeobachtungen an der Unterelbe
An den Klimastationen des Deutschen Wetterdienstes, die in der Abb. 5 eingetragen sind, wird die Sichtweite täglich um 7.30, 14.30 und 21.30 MEZ beobachtet. Die Zahl der Tage mit Nebel läßt sich anhand dieser Sichtweitenbeobachtungen ermitteln. An den Stationen Cuxhaven und HH-Fuhlsbüttel wird die Sichtweite außerdem stündlich beobachtet.
Zudem melden die Lotsen auf den ein- und auslaufenden Schiffen das Auftreten von Sichtweiten, die kleiner als 2 Seemeilen sind, an die Wasser- und Schiffahrtsdirektion. Diese registriert die Meldungen und ordnet sie Nebelbeobachtungsbereichen auf der Elbe zu. Ortsangaben zu den Nebelbeobachtungsbereichen finden sich in der Abb. 5. Es handelt sich um 6 Bereiche zwischen Neuwerk und der Hetlinger Schanze. Die Aufzeichnungen der Wasser- und Schiffahrtsdirektion konnten für das Jahr 1993 ausgewertet werden. Die Beobachtungsfrequenz dieser Werte ist wegen des lebhaften Schiffsverkehrs auf der Elbe mit der synoptischen Stationen vergleichbar.
Von den drei Nebelarten, die im Untersuchungsgebiet auftreten (siehe Kap. 2.2.7), sind die Advektionsnebel im ganzen Gebiet anzutreffen. Seenebel bilden sich nur über größeren Wasserflächen, also über der Nordsee und über der Elbe, und sie dringen nur wenig ins Landesinnere vor. Strahlungsnebel treten vor allem in der Marsch über den feuchten Wiesen oder über Moorgebieten auf. Wenn sie gleichzeitig mit Seenebel auftreten, dann lösen sie sich entlang der Küste und des Elbufers besonders schlecht wieder auf.
4.5.4 Auswahl des Beobachtungszeitraumes
Das Auftreten von Nebel ist, wie oben erwähnt, an das Vorhandensein von Kondensationskernen gebunden und das Auftreten und die Konzentration dieser Kerne steht im Zusammenhang mit der Luftverschmutzung. Infolge der Luftreinhaltemaßnahmen der letzten Jahre und Jahrzehnte (beispielhaft seien die Umstellung des Hausbrandes von Kohle auf Erdgas oder Fernwärme und die Großfeueranlagenverordnung genannt) hat die Konzentration der Kondensationskerne abgenommen und das hat - zumindest in belasteten Gebieten - zu einer Abnahme der Nebelhäufigkeit geführt (GERTH, 1983). Die Nebelbeobachtungen des Zeitraumes 1961 bis 1990 müssen deshalb nicht repräsentativ für die derzeitigen Verhältnisse sein.
Es gibt im Untersuchungsraum nur drei Stationen, die im Zeitraum 1961 bis 1990 nicht verlegt worden sind: Cuxhaven, HH-St.Pauli und HH-Fuhlsbüttel. Die Zeitreihen der jährlichen Zahl der Tage mit Nebel sind für diese drei Stationen in der Abb. 27 zu sehen. Es ist sowohl der tatsächliche Verlauf als auch ein stark geglätteter Verlauf, der Trends deutlich werden läßt, dargestellt. Die Nebeltage wurden für alle Stationen anhand der klimatologischen Beobachtungen ermittelt, für HH-Fuhlsbüttel zusätzlich auch anhand der synoptischen Beobachtungen. Diese Abbildung macht zwei Dinge deutlich:
o Man kann gut erkennen, daß drei der Reihen einen Trend aufweisen, der besonders in der Zeit bis 1975 ausgeprägt ist und sowohl bei Klimabeobachtungen (KL) als auch bei synoptischen Beobachtungen (SY) auftritt. Für diese UVU werden deshalb nur die Beobachtungen ab 1976 ausgewertet.
o Der Vergleich der beiden Reihen für HH-Fuhlsbüttel zeigt, welchen Einfluß die Beobachtungsfrequenz auf die Zahl der Nebeltage hat: Wertet man stündliche Beobachtungen aus, dann ergeben sich viel mehr Nebeltage, als bei der Auswertung der Beobachtungen von Klimabeobachtungen.
Die geglättete Reihe für Cuxhaven zeigt, daß hier die Zahl der Nebeltage in der Zeit von 1983 bis 1990 stärker zurückgeht als an den anderen Stationen. Das liegt u.a. an der Verschlechterung der Beobachtungsbedingungen in Cuxhaven: Die Beobachtungen der Sichtweite in Richtung See werden durch die starke Beleuchtung der Hafenanlage seit 1988 behindert. Auch an der Station HH-Fuhlsbüttel gibt es seit dem Ausbau des Flughafens Behinderungen bei der Beobachtung der Sichtweite auf den Landebahnen.
4.5.5 Nebelhäufigkeiten im Untersuchungsraum
4.5.5.1 Beobachtungen an Klimastationen
Die mittlere jährliche Zahl der Tage mit Nebel, berechnet für den Zeitraum 1976 bis 1990, ist für die Stationen im Untersuchungsraum und in seiner weiteren Umgebung in der untenstehenden Tabelle zusammengestellt. Neben dem Mittel ist hier auch die kleinste und größte jährliche Zahl der Tage mit Nebel angegeben.
mittlere und extreme Anzahl der Nebeltage pro Jahr, ermittelt aus Klimabeobachtungen der Sichtweite Zeitraum: 1976 bis 1990
| Station | Mittel | Minimum | Maximum |
| Cuxhaven | 28 | 16 | 48 |
| Freiburg | 40 | 24 | 62 |
| Glückstadt | 41 | 18 | 62 |
| Jork | 48 | 12 | 71 |
| HH-Neuwiedenthal | 35 | 13 | 65 |
| HH-St.Pauli | 20 | 10 | 32 |
| HH-Fuhlsbüttel | 19 | 10 | 37 |
| Quickborn | 42 | 25 | 70 |
| Brande-Hörnerkirchen | 70 | 41 | 99 |
| Helse | 44 | 18 | 86 |
Von den 10 Stationen haben 5 im Mittel 40 bis 50 Nebeltage. Diese Stationen liegen alle in der Marsch oder aber - wie Quickborn - in moorigem Gelände. Die Daten zeigen, daß die Nebelhäufigkeit im norddeutschen Flachland in feuchten Gebieten nicht stark variiert. Es gibt allerdings auch feuchte Standorte, die erheblich mehr Nebel aufweisen, wie die Beobachtungen aus Brande-Hörnerkirchen zeigen. Hier befindet sich die Klimastation in moorigem Gelände und im Bereich der Kaltluft, die bei windschwachen Wetterlagen nachts von der Geest abfließt. Wenn diese kalte Luft über feuchte Flächen abfließt, dann erreicht sie die erforderliche relative Feuchte zur Bildung von Nebel schnell.
In Cuxhaven werden kaum Strahlungsnebel beobachtet, weil die Stadt zwischen den feuchteren Gebieten im Westen und der Beobachtungsstation liegt. Die vergleichsweise geringe Zahl von Nebeltagen, die in Cuxhaven beobachtet werden, läßt daher den Schluß zu, daß sich Seenebel im Untersuchungsraum seltener bildet als Strahlungsnebel.
An den Stationen im Stadtgebiet Hamburgs wird am wenigsten Nebel beobachtet. Die geringere Nebelhäufigkeit erklärt sich aus der durchweg niedrigeren relativen Luftfeuchte im Stadtgebiet, denn Nebel bildet sich ja erst dann, wenn die relative Luftfeuchte 97 % überschreitet.
4.5.5.2 Der Jahresgang der Nebelhäufigkeit
In der Abb. 28 ist die mittlere monatliche Zahl der Tage mit Nebel für 5 der Klimastationen im Untersuchungsraum zu sehen. Seenebel wird - wie erwähnt - vornehmlich an der Station Cuxhaven beobachtet. Das drückt sich im Jahresgang dadurch aus, daß die Zahl der Tage von September bis Januar stetig zunimmt und auch dadurch, daß in der ersten Jahreshälfte im Mittel mehr Nebel beobachtet wird als in der zweiten Hälfte. In Jork zeigt sich der typische Jahresgang für einen Standort, an dem Strahlungsnebel häufig sind. Diese Nebel bilden sich vorwiegend im Herbst und dementsprechend ist der Monat Oktober hier der Monat mit den meisten Nebeltagen. Die Jahresgänge für Glückstadt und Freiburg zeigen, daß hier sowohl Strahlungsnebel als auch Seenebel beobachtet werden, denn die Nebelhäufigkeit ist hier durchweg größer als in Cuxhaven und im Frühjahr größer als in Jork. Der Jahresgang für die Station St. Pauli läßt keine Rückschlüsse darauf zu, ob hier eher Seenebel über der Elbe oder Strahlungsnebel die Sicht herabsetzen. Wahrscheinlich haben beide Nebelformen kaum Einfluß auf die Sichtweite, die am Seewetteramt beobachtet wird, so daß die Zahl der Tage mit Nebel für St. Pauli einen Hinweis darauf gibt, wie oft im Untersuchungsraum die Sichtweite durch Advektionsnebel herabgesetzt wird.
4.5.6 Synoptische Beobachtungen
Für die Stationen HH-Fuhlsbüttel und Cuxhaven können stündliche Beobachtungen der Sichtweite zur Berechnung der Zahl der Tage mit Nebel herangezogen werden. Für Cuxhaven gibt es allerdings erst ab 1982 stündliche Werte. In der Abb. 29 sind die Jahresgänge, die sich mit den synoptischen und den klimatologischen Beobachtungen berechnen lassen, für beide Stationen gegenübergestellt. Man kann sehen, daß man die Jahresgänge, die anhand der Klimabeobachtungen berechnet wurden, nur parallel nach oben verschieben muß, um die Jahresgänge zu erhalten, die aus den synoptischen Beobachtungen ermittelt wurden. Anders ausgedrückt: die beiden Jahresgänge korrelieren gut (die Korrelationskoeffizienten betragen 0.96 für Hamburg und 0.98 für Cuxhaven) und damit läßt sich die Zahl der Nebeltage, die an einem Standort insgesamt auftritt, aus der Zahl, die anhand der Klimabeobachtungen berechnet wird, sehr gut abschätzen. Man erhält allerdings für Cuxhaven und Fuhlsbüttel keine identischen Gleichungen. Das liegt daran, daß sich der Nebel im Hamburger Stadtgebiet wegen des Wärmeinseleffekts später bildet und eher auflöst. Daher verpaßt man in Hamburg zu den Klimaterminen mehr Nebelfälle als in Cuxhaven und das wirkt sich auf die Umrechnungsgleichung aus.
Mit Hilfe der anhand der Cuxhavener Beobachtungen ermittelten Umrechnungsgleichung kann man abschätzen, daß die mittlere jährliche Zahl der Tage mit Nebel in den Elbmarschen 70 bis 75 Tage beträgt. Im Bereich der Elbmündung und an den Uferbereichen oberhalb von Glückstadt, die nicht so feucht sind und daher kaum Strahlungsnebel haben, gibt es im Mittel 50 bis 55 Tage mit Nebel und im dicht bebauten Uferbereich der Stadt Hamburg etwa 40 Tage.
4.5.7 Nebelbeobachtungen der Elblotsen
Die Nebelbeobachtungen, die von den Elblotsen an die Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt -Außenstelle Nord- gemeldet werden, konnten nur für das Jahr 1993 ausgewertet werden. Dieses Jahr war durch einen besonders warmen und trockenen Sommer gekennzeichnet und kann deshalb nicht als typisch für die Verhältnisse im Untersuchungsraum angesehen werden.
Die Jahresgänge sind für die 6 Beobachtungsbereiche der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt -Außenstelle Nord- sehr ähnlich (Abb. 30): Im Februar wurden ca. 1/3 aller Nebeltage des Jahres 1993 beobachtet, von April bis August gab es so gut wie keine Nebelfälle und im September und Oktober gibt es dann Unterschiede, die sich ggf. auf die unterschiedlichen Häufigkeiten von Sichtbehinderungen durch Strahlungsnebel zurückführen lassen. Die drei Beobachtungsbereiche Freiburg, Steindeich und Hetlinger Schanze haben im Oktober, dem "klassischen" Monat für Strahlungsnebel, doppelt soviel Nebeltage wie die näher an der Elbmündung gelegenen Bereiche Belum, Brunsbüttel und Cuxhaven. Das ist ein - allerdings recht schwacher - Hinweis darauf, daß die Sichtverhältnisse im Fahrwasser zwischen Hamburg und Glückstadt auch durch die Strahlungsnebel, die über Land entstehen, beeinträchtigt werden.
Bisher ist lediglich von der Zahl der Nebeltage die Rede gewesen. Diese sagt aber nichts über die Nebeldauer aus. Wertet man die stündlichen Beobachtungen von HH-Fuhlsbüttel und Cuxhaven hinsichtlich der Andauer von Stunden mit Sichtweiten unter 1000 m aus, dann erhält man die in der Abb. 31 dargestellten Häufigkeiten der einzelnen Dauerstufen. Die Werte unterscheiden sich für die beiden Stationen nicht sehr: In mehr als 60 % aller Fälle liegt die Nebeldauer unter 4 Stunden. Die mittlere Dauer beträgt für HH-Fuhlsbüttel 3.5 Stunden und für Cuxhaven 4.3 Stunden. In Hamburg sind Dauern bis zu 7 Nebelstunden häufiger als in Cuxhaven, wo dafür Nebel von mehr als 8 Stunden Dauer etwas öfter beobachtet wird. Die geringen Unterschiede bei dieser Auswertung sind sicher auch darauf zurückzuführen, daß hier nur die Jahre 1982 bis 1990 ausgewertet werden konnten, also der Zeitraum, in dem sich die Beobachtungsbedingungen an beiden Stationen durch die Veränderungen in der Stationsumgebung verschlechtert haben.
Die Nebeldauern, die an den Stationen HH-Fuhlsbüttel und Cuxhaven beobachtet werden, sind für die Marschgebiete im Untersuchungsraum nicht typisch, weil an der Station Cuxhaven kaum Strahlungsnebel auftreten und sich die Strahlungsnebel in Fuhlsbüttel wegen des Stadteinflusses später bilden und eher auflösen als in der Marsch. Die mittlere Nebeldauer wird in den Marschgebieten deshalb wahrscheinlich mehr als 5 Stunden betragen und Nebeldauern von 8 und mehr Stunden werden hier häufiger auftreten als in Cuxhaven.
Die mittlere jährliche Zahl der Tage mit Nebel liegt im Untersuchungsraum zwischen 75 und 40 Tagen. Die größten Werte treten in den feuchten Marschgebieten entlang des Elbufers auf. Die Strahlungsnebel, die sich hier vorzugsweise im Herbst bilden, behindern oberhalb von Glückstadt auch die Sichtverhältnisse im Fahrwasser. Im Bereich der Außenelbe und der Elbmündung bildet sich Seenebel, wenn kalte Luft über das wärmere Wasser advehiert wird. Diese Nebelform tritt vorwiegend in der Zeit von September bis Februar auf. Sie ist nicht so häufig wie der Strahlungsnebel, so daß auf der Elbe unterhalb von Brunsbüttel im Jahresmittel an 50 bis 55 Tagen Sichtweiten von weniger als 1 km auftreten.
Der Hamburger Hafen befindet sich zu großen Teilen im Einflußbereich der Wärmeinsel über der Stadt. Hier sind die Lufttemperaturen höher als im Umland und dementsprechend ist die relative Luftfeuchte niedriger. Da sich Nebel erst dann bildet, wenn die Luftfeuchte 97 % übersteigt, wird am dicht bebauten Elbeufer in St. Pauli wesentlich seltener Nebel beobachtet als im Rest des Untersuchungsraumes. Hier liegt die mittlere jährliche Zahl der Tage mit Nebel bei 40 Tagen.
Die mittlere Nebeldauer liegt an der Außenelbe und im Mündungsbereich bei 4 Stunden, im Einflußbereich der Hamburger Wärmeinsel bei 3.5 Stunden. Beobachtungen der Nebeldauer in den Marschgebieten entlang der Elbe gibt es nicht, die mittlere Nebeldauer dürfte hier mehr als 5 Stunden betragen.
Die Windgeschwindigkeit in Bodennähe hängt, wie eingangs erläutert, von der Geschwindigkeit der atmosphärischen Grundströmung und von der Rauhigkeit der Erdoberfläche ab. Da die atmosphärische Grundströmung im Untersuchungsraum einheitlich ist, können die Unterschiede in der Windgeschwindigkeit auf die unterschiedlichen Rauhigkeiten zurückgeführt werden.
Die höchsten Windgeschwindigkeiten treten auf See auf. Bei auflandigem Wind nimmt die Geschwindigkeit dann mit zunehmendem Abstand von der Küste ab. So beträgt die mittlere jährliche Windgeschwindigkeit bei WNW-Wind bei Elbe 1 etwa 8.5 m/s, in Cuxhaven, Brunsbüttel und Glückstadt etwa 5.5 m/s und in Hamburg um 4 m/s.
Die mittleren Windgeschwindigkeiten, berechnet jeweils für einen 30°-Sektor der Windrichtung, sind in der Abb. 32 zu sehen. Hier kann man die rauhigkeitsbedingten Unterschiede sehr gut erkennen. Bei Elbe 1 sind die unterschiedlichen mittleren Windgeschwindigkeiten allein wetterlagenbedingt: Die Tiefdruckgebiete, die mit Winden aus dem westlichen Halbraum einhergehen, weisen größere horizontale Druckgradienten auf und erzeugen daher höhere Windgeschwindigkeiten als die Hochdruckgebiete, bei denen Winde aus dem östlichen Halbraum vorherrschen.
In Brunsbüttel und am Störsperrwerk findet man - wegen der höheren Rauhigkeit über Land auf einem entsprechend niedrigeren Niveau - ähnliche Unterschiede bei den mittleren Windgeschwindigkeiten wie bei Elbe 1. Hier macht sich bei Nordwinden in Brunsbüttel und bei Wind aus OSO am Störsperrwerk lediglich die Anströmung über die Städte Brunsbüttel bzw. Glückstadt durch eine Verminderung der Windgeschwindigkeit bemerkbar.
Die Windgeschwindigkeit an der Station Cuxhaven wird bei Winden aus West über Süd bis SSO deutlich durch die Rauhigkeit der Stadt herabgesetzt, denn bei diesen Windrichtungen liegt die Station im Leewirbel der Stadt. Die Messungen der Windgeschwindigkeit dieser Station sind damit nicht typisch für den Bereich der Elbmündung.
An der Station HH-St.Pauli sind die Windgeschwindigkeiten infolge der höheren Rauhigkeit im Stadtgebiet durchgehend niedriger als am sonst wenig oder unbebauten Elbufer. Die Unterschiede bei den Windrichtungen lassen sich auch hier auf die Grundströmung zurückführen, Einflüsse der Stationsumgebung sind kaum zu erkennen. Das ist bei der Station in St.Pauli, die sich in dicht bebauter Umgebung befindet, auf die große Meßhöhe (der Windmesser befindet sich in 46 m über Grund) zurückzuführen.
Die Windgeschwindigkeit weist auch einen Jahresgang auf (Abb. 33): Über Land werden im Sommer die niedrigsten Geschwindigkeiten gemessen, im Frühling sind sie geringfügig höher und im Herbst und Winter vor allem an den Stationen an der Elbe deutlich höher. In der Deutschen Bucht (siehe die Werte für Elbe 1) ist die mittlere Windgeschwindigkeit im Frühling niedriger als im Sommer. Das liegt daran, daß die Wassertemperaturen im Frühling im Mittel niedriger sind als die Lufttemperaturen. Dadurch ist die maritime Grenzschicht im Frühjahr häufiger stabil geschichtet und die Windgeschwindigkeiten entsprechend niedriger.
Insgesamt läßt sich damit feststellen, daß sich die unterschiedlichen Rauhigkeiten im Untersuchungsraum vorwiegend auf die mittlere Windgeschwindigkeit, gemittelt über alle Windrichtungen, auswirken, während richtungsabhängige Auswirkungen nur dann zu erkennen sind, wenn sich wie in Cuxhaven die Rauhigkeit einer Richtung stark von der der anderen Richtungen unterscheidet.
Wenn die Windgeschwindigkeit 17 m/s (Bft. 8) übersteigt, hat der Wind Sturmstärke erreicht. Die Häufigkeiten, mit denen diese hohen Windgeschwindigkeiten an den Stationen im Untersuchungsraum registriert werden, sind recht unterschiedlich: In Cuxhaven liegt die Windgeschwindigkeit in 1 aller Beobachtungsstunden über 17 m/s, in Brunsbüttel sind es 15 , am Störsperrwerk 7 und in HH-St.Pauli weniger als 1 . Die im Vergleich zu Brunsbüttel geringe Häufigkeit für Cuxhaven erklärt sich daraus, daß die Stürme meist aus westlicher Richtung kommen, der Richtung, bei der sich die Windmeßstation - wie bereits erwähnt - im Lee der Stadt befindet und ihre Geschwindigkeitsmessungen daher für die Elbe nicht typisch sind.
Die Stürme treten vor allem im Herbst und Winter auf, ihre Häufigkeit liegt in diesen Jahreszeiten zwischen 2 in HH-St.Pauli und 27 in Brunsbüttel. Im Sommer gibt es im Bereich der Stadt Hamburg keine Stürme, im Bereich der Elbmündung liegt die Häufigkeit unter 5 .
In der Abb. 34 sind die relativen Häufigkeitsverteilungen der Windrichtung für Windgeschwindigkeiten oberhalb 17 m/s für Cuxhaven, Brunsbüttel und Störsperrwerk dargestellt. Sie zeigt, daß die Stürme vorwiegend westliche Winde sind (in HH-St.Pauli werden bei diesen Windgeschwindigkeiten nur Winde aus W und WSW registriert). In Cuxhaven gibt es aber ein sekundäres Maximum für Ostwinde: Dies sind die Oststürme, die vor allem im Februar und März auftreten und dann zu deutlich erniedrigten Tidewasserständen führen (FLÜGGE, 1994).
In der Elbmündung und im küstennahen flachen Marschland weicht die Windrichtungsverteilung nur wenig von der Verteilung, die auf der Deutschen Bucht bei Elbe 1 beobachtet wird, ab (Abb. 35). Die Abweichungen sind dann besonders klein, wenn der Wind von See, d.h. aus den Richtungen WNW bis SSW kommt. Bei Winden aus S bis ONO, die die Stationen über Land erreichen, sind die Differenzen zwischen den Stationen größer, denn bei diesen Richtungen hat die Rauhigkeit auch einen erkennbaren Einfluß auf die Windrichtung. Man kann diesen Einfluß gut erkennen, wenn man die Häufigkeiten von Ostwind an den Stationen Brunsbüttel und Störsperrwerk mit der Häufigkeit der SSO-Winde in Cuxhaven vergleicht: die geringere Rauhigkeit der Elbmündung bewirkt, daß der von Land kommende Ostwind in Erdbodennähe nach rechts, d.h. nach SSO dreht und diese Richtung wird dann in Cuxhaven registriert.
Die Abb. 36 zeigt die entsprechenden Verteilungen für die Windmeßstationen HH-St.Pauli und, zum Vergleich, Elbe 1. Die Verteilung von St.Pauli wird durch die Orographie und Bebauung in der näheren und weiteren Stationsumgebung geprägt und weicht stark von der der Grundströmung ab: Hier herrschen die Windrichtungen W und WSW sowie SSO und OSO vor. Die Bevorzugung dieser Windrichtungen kommt durch die Leitwirkung der Elbe und des linken, höher gelegenen und stark bebauten Elbufers zustande. Winde aus WNW werden dadurch an der Unterelbe nach West abgelenkt, östliche Winde gemäß dem Verlauf des Elbetals oberhalb Hamburgs nach Ostsüdost, südliche Winde nach SSO. Wind aus Süd und SSW wird in St.Pauli im Vergleich zu den Stationen an der Außenelbe auffallend selten beobachtet. Auch bei dieser Windrichtung der Grundströmung, bei der der Elbhang in St.Pauli senkrecht angeströmt wird, erfolgt eine Ablenkung in Richtung des Elbetals.
Die Windrichtungsverteilungen für die vier Jahreszeiten (Abb. 37 bis 41) weisen bei Elbe 1 und den drei Stationen an der Unterelbe dieselben Charakteristika auf: Im Frühling sind östliche Winde häufiger als in den anderen Jahreszeiten, im Sommer gibt es ein ausgeprägtes Maximum für WNW-Winde und im Herbst und Winter herrschen die Richtungen WSW und SSW vor. Diese Unterschiede werden nur zum Teil durch die unterschiedlichen Häufigkeiten der Wetterlagen in den Jahreszeiten hervorgerufen. Die große Häufigkeit der sommerlichen WNW-Winde ist auch auf das Land-See-Wind-System zurückzuführen, das sich nicht nur bei Strahlungswetterlagen, sondern auch bei bedecktem Himmel ausbildet (ANTO, 1977) und das bodennahe Windfeld bis zum Störsperrwerk beeinflußt.
An der Stadtstation HH-St.Pauli (Abb. 41) hat die Windrichtungsverteilung in allen Jahreszeiten die typische, durch den Elbeverlauf vorgeprägte, Form. Im Vergleich mit den Verteilungen der anderen Stationen kann man jetzt erkennen, daß Winde aus SSW in St.Pauli nach WSW und West abgelenkt werden, Ostwinde nach OSO und SSO und WNW-Winde nach West.
Die Windrichtung und -geschwindigkeit an der Unterelbe sowie im Deichvorland im Bereich zwischen Cuxhaven und Stade werden hauptsächlich durch die atmosphärische Grundströmung geprägt, die Einflüsse durch Orographie und Bebauung sind hier nur gering. Im Sommer hat das Land-See-Windsystem einen erkennbaren Einfluß auf das bodennahe Windfeld an der Unterelbe oberhalb Glückstadts. Die mittlere Windgeschwindigkeit liegt zwischen 5 und 6 m/s, im Sommer beträgt sie weniger als 5 m/s, im Herbst und Winter liegt sie bei 6 bis 6.5 m/s. Windgeschwindigkeiten von Sturmstärke treten hier in etwa 1.5 % aller Stunden auf. Im Jahresmittel dominieren die Winde aus dem westlichen Halbraum (NNW bis SSW), wobei die Winde aus Nordwesten vor allem im Sommer auftreten, Winde aus SSW und WSW im Herbst und Winter. Östliche Winde werden vorwiegend im Frühjahr beobachtet.
An der Unterelbe oberhalb von Stade wird das Tal der Elbe enger. Hier nehmen Orographie und Bebauung einen Einfluß auf die Verteilung der Windrichtung: Winde aus dem Sektor Nord bis WNW werden in Richtung des Elbetals abgelenkt und erreichen das Elbufer in Hamburg dann als Westwinde, Winde aus Osten werden im Bereich von Norder- und Süderelbe nach SSO abgelenkt. Die dichte Bebauung am rechten Elbufer von Wedel bis Billbrook führt außerdem dazu, daß die Windgeschwindigkeit in Bodennähe herabgesetzt wird. Das Jahresmittel liegt hier bei 4 m/s, im flachen Marschland am linken Elbufer und südwestlich von Hamburg dürfte es zwischen 4 und 5 m/s liegen. Sturmstärke erreicht der Wind in weniger als 1 aller Stunden.
4.7.3 Betrachtung von zwei Sturmflutereignissen
Maßgebend für das Auftreten von Sturmfluten im Nordseeküstengebiet ist, daß im Ablauf von Sturmwetterlagen Wassermassen, die der astronomischen Tidebewegung unterliegen, gegen die Küste getrieben werden. Für die Deutsche Bucht sind Winde aus West bis Nordwest besonders stauwirksam. Sturmfluten treten bevorzugt auf, wenn stauwirksame Stürme mit dem astronomischen Hochwasserstand zusammentreffen.
Nach SIEFERT (1994) haben Untersuchungen von Sturmfluten an der Elbe bei Cuxhaven gezeigt, daß der Windeffekt an der Küste vor allem von dem Windfeld über der Deutschen Bucht hervorgerufen wird, wobei die Verzögerung zwischen dem Wind und den dadurch hervorgerufenen Wasserstandsänderungen bei 2-3 Std. liegt.
Von den von SIEFERT (1994, Tab.1) aufgeführten 20 höchsten Tidehochwasserständen in Cuxhaven werden die meteorologischen Bedingungen am 28.02.1990 und am 23.01.1993, als jeweils Wasserstände über 4 m ü.NN verzeichnet wurden, dargelegt. Bei beiden Ereignissen wurden in Hamburg Wasserstände von 5,70 m erreicht. Beide Sturmfluten traten zu Zeiten mit Springtide auf.
Im Laufe des 26.02.1990 verlagerte sich ein Orkantief mit seinen Ausläufern vom Seegebiet westlich Schottlands über die Nordsee hinweg nach Mittelschweden. Die Windgeschwindigkeit nahm im Tagesverlauf deutlich zu und erreichte bei Scharhörn (Abb. 42) schon in den Morgenstunden Sturmstärke (Bft 8), mit Frontpassage am Nachmittag kurzzeitig Bft 11. Dabei drehte der Wind auf Nordwest. Der Nordweststurm blieb dann bei Verlagerung des Orkantiefs nach Finnland bis in die Nachmittagstunden des 28. bestehen. In den Abendstunden näherte sich ein weiteres Orkantief, das vor Mitternacht den Unterelberaum überquerte. Die Windgeschwindigkeit nahm im Tiefkern deutlich ab. Die Windrichtung ging bis auf südliche Richtung zurück. Die Temperaturen sanken in Cuxhaven von knapp 10 °C zum 27. auf 3-5 °C ab, um dann wieder auf Werte um 5 °C anzusteigen.
Die Tagesmittel der Wassertemperaturen gingen zwischen dem 26.02. und 01.03. wegen des vermehrten Zuflusses von Meerwasser deutlich zurück; in Cuxhaven von 6.8 °C auf 5.7 °C, in Grauerort von 7.0 °C auf 6.4 °C, in Seemannshöft von 8.0 °C auf 7.2 °C und in Geesthacht von 9.9 °C auf 7.9 °C.
Bei der zweiten Sturmflut lag Mitteleuropa am 21.01.1993 in einer starken westlichen Strömung. Vom 22.01. zum 23.01. zog ein Orkantief vom Nordmeer zum Baltikum, auf dessen Rückseite sich eine kräftige nordwestliche Strömung aufbaute, in der in Schahörn (Abb. 43) Windgeschwindigkeiten um 20 m/s (Bft 8-9) verzeichnet wurden. Die Temperaturen in Cuxhaven gingen bei Kaltluftzufuhr von 10 °C auf 5 °C zurückgingen. Im Laufe des 23. schwächte sich der Wind unter Zwischenhocheinfluß ab und drehte über West auf Südwest.
Da zu dieser Zeit das Meer höhere Wassertemperaturen aufweist als die Elbe, stiegen die Tagesmitteltemperaturen vom 21.01. bis 24.01. in Cuxhaven von 4.6 auf 5.3 °C und in Seemannshöft von 5.6 auf 6.1 °C geringfügig an. Von Grauerort und Geesthacht liegen von diesem Zeitraum keine Wassertemperaturen vor.
KRUHL (1978) untersuchte Sturmflut-Wetterlagen, die bei Cuxhaven eine Fluthöhe von mindestens 2.50 m über dem mittleren Tidenhochwasser auslösten. Obwohl Sturmfluten Einzelereignisse sind, die sich wetterlagenmäßig nicht typisieren lassen, konnte KRUHL doch einige übereinstimmende Merkmale herausarbeiten, die auch für die betrachteten Ereignisse zutreffen. Die Zugbahnen der die Sturmfluten auslösenden Tiefdruckgebiete lassen sich in zwei Gruppen einteilen, in West- bis Südwest-Wetterlagen und in Nordwest-Wetterlagen. Während Sturmfluten zwischen 1904 und 1936 fast ausschließlich mit West-Südwest-Wetterlagen verbunden waren, treten sie seit 1937 überwiegend bei Nordwest-Wetterlagen auf. Entsprechend den von ihm unterschiedenen Gruppen ist die Sturmflut vom 28.02.1990 den West-Südwest-Wetterlagen zuzurechnen, die vom 23.01.1993 den Nordwest-Lagen. Ferner stellte KRUHL fest, daß die die Sturmflut auslösenden Tiefdruckgebiete in ihren Warmsektoren subtropische Warmluft heranführen, wie auch bei den beschriebenen (Anstieg der Temperaturen auf Werte um 10 °C), die im Zusammenspiel mit der rückseitigen Kaltluft die Energie für ihre weitere Entwicklung bot.
Die Pflanzenentwicklung ist vom Wärme- und Strahlungsangebot abhängig. Je nach Pflanzenart setzt sie erst bei einer bestimmten Schwellentemperatur ein. Bei einer Vielzahl von Pflanzen, besonders auch bei den Wintersaaten wie Wintergetreide und -raps, finden Entwicklungsprozesse statt, wenn die Tagesmitteltemperaturen kontinuierlich 5 °C überschreiten. Für die Maisentwicklung gilt ein Schwellenwert von 6 °C. Wie der Abb. 44 nach BEINHAUER u. GÜNTHER (1990) zu entnehmen ist, setzt im Mittel der Jahre das Wachstum der Wintersaaten im Untersuchungsraum ziemlich einheitlich Anfang April ein. Es endet zwischen dem 11. und 16. November, im Mündungsbereich der Elbe geringfügig später. Damit liegt die Vegetationszeit bei durchschnittlich 225 bis 230 Tagen (Abb. 45).
Wegen des engen Zusammenhangs zwischen Wärmeangebot und Pflanzenentwicklung können die Eintrittszeiten gewisser Entwicklungsstadien an entsprechenden Wärmesummen oberhalb pflanzenspezifischer Temperaturschwellenwerte festgemacht werden (Tab. 35). In den Abb. 46 bis 49 sind stellvertretend für andere Kulturen die Eintrittzeiten der phänologischen Phasen Aufgang, Schossen (Beginn des Längenwachstums) Ährenschieben und Vollreife von Winterweizen dargestellt. Aus ihnen geht hervor, daß im Mittel der Jahre für einen Großteil des Betrachtungsgebietes die einzelnen Phasen zur gleichen Zeit eintreten (Aufgang um den 23. Oktober, Beginn des Schossens um den 17. Mai, Ährenschieben um den 10. Juni und Vollreife um den 16. August). Nur auf schleswig-holsteinischem Gebiet zwischen Brunsbüttel und Küste liegen sie, abgesehen vom Auflauftermin, etwas später, was auf das niedrigere Temperaturniveau im Frühjahr zurückgeführt werden kann. Der Auflauftermin der Wintersaaten liegt in diesem Raum deshalb früher, weil die Saat aufgrund der sich im Herbst wegen hoher Niederschläge rasch verschlechternden Bodenbefahrbarkeitsbedingungen zeitiger erfolgt. Dabei ist Bodenbefahrbarkeit dann gegeben, wenn ein radgetriebener Schlepper den Acker befahren kann, ohne Strukturschäden im Boden zu verursachen. Die Zahl der Bodenbefahrbarkeitstage nimmt nach Kriterien und Auswertungen von TODT (1985) auf leichten (sandigen) Böden von durchschnittlich 193 Tagen pro Jahr im Küstengebiet auf 214 Tage im Hamburger Raum zu, bei schweren (lehmigen) Böden von 153 auf 168 Tage. Dabei sind leichte Böden im Mittel von März bis November an 18-25 Tagen je Monat, im Winter nur an monatlich 5-8 Tagen befahrbar.
Deutliche Unterschiede zwischen dem westlichen und östlichen Untersuchungsraum gibt es für die Mähdruschzeiten. BEINHAUER u. GÜNTHER (1990) rechneten als Mähdruschzeiten die Stunden zwischen 8.00 und 20.00 Uhr MESZ, in denen die nach Modellrechnungen bestimmte Kornfeuchte unter 20 % liegt. Danach stehen im Zeitraum 10 Tage nach der Wintergerstenvollreife bis 10 Tage nach Winterweizenvollreife im Durchschnitt der Jahre im Küstengebiet der Nordsee weniger als 75 Stunden, auf der Höhe von Hamburg um 150 Stunden, also das Doppelte zur Verfügung (Abb. 50).
In einzelnen Jahren können deutliche Abweichungen zu diesen durchschnittlichen Verhältnissen auftreten. 1992 bestimmte ungewöhnlich warme Witterung mit nur geringen Niederschlägen von Mai bis August die Vegetationsentwicklung. Wärme, hoher Strahlungsgenuß sowie Wassermangel ab Anfang Juni bewirkten eine beschleunigte Entwicklung, auf leichten Böden Notreife, so daß die Ernte von Wintergerste ziemlich einheitlich bereits am 1. Juli, die von Winterweizen ab 20. Juli begann. Ende Juli war dann aufgrund sehr günstiger Mähdruschbedingungen in extrem kurzer Zeit die gesamte Getreideernte im wesentlichen abgeschlossen, etwa 4 Wochen früher als üblich.
Die landwirtschaftlichen Flächen der Vordeichländereien werden zu etwa 80 % als Dauergrünland genutzt.
Ein Hinweis auf das Einsetzen nachhaltigen Grünlandwachstums ist das Erreichen bzw. Überschreiten einer Grünlandtemperatursumme von 200 Grad. Bei diesem Berechnungsverfahren, das auf ERNST und LOEPER (1967) zurückgeht, werden die Tagesmitteltemperaturen über 0 °C vom 1. Januar an aufsummiert, wobei die Januarwerte mit dem Faktor 0.5 und die Februarwerte mit 0.75 gewichtet werden. Grund für die Reduzierung der Temperaturwerte in den Wintermonaten ist, daß Wachstums- und Entwicklungsprozesse der Pflanzen nicht nur von Wärme, sondern auch vom Strahlungsangebot und damit auch von der Tageslänge abhängig sind.
Neben der Temperatursumme gilt das Erblühen des Huflattichs als Hinweis für das Einsetzen nachhaltigen Grünlandwachstums.
Im Mittel der Jahre tritt Grünlandwachstum im Untersuchungsraum ziemlich einheitlich zwischen Ende März und Anfang April ein (Tab. 36). Je nach Verlauf der Winterwitterung treten jedoch von Jahr zu Jahr Abweichungen auf, die in Extremfällen etwa einen Monat betragen. So setzte im Jahre 1990 nach einem sehr milden Winter mit positiven Abweichungen der Monatsmitteltemperaturen zu den Mittelwerten im Dezember 1989 von 1 K, im Januar 1990 von 4 K und im Februar von 6 K das Grünlandwachstum bereits um den 25. Februar ein. Sehr spät, verbreitet erst am 26. April, setzte das Grünlandwachstum nach dem langen, schneereichen und kalten Winter 1969/1970 (vgl. Tab. 33) ein, der selbst im März noch ca. 20 Tage mit Luftfrost brachte.
Der Zeitpunkt des Beginns von nachhaltigem Grünlandwachstum ist vor allem für die 1. Stickstoffdüngung von großem Interesse, da verfügbarer Stickstoff zu Wachstumsbeginn von Grünland am effektivsten verwertet wird. Außendeichs erfolgt eine überwiegend extensive Bewirtschaftung mit nur einer Düngung im Jahr, da hier die Grünlandnarbe für die Beweidung genutzt wird.
Weidereife ist erreicht, wenn der Grünlandertrag bei 15 dt/ha liegt, was einer Aufwuchshöhe von 15-20 cm entspricht. Die Beweidung, hauptsächlich durch Rindvieh, beginnt im Unterelberaum im Mittel Ende April/Anfang Mai und endet Ende Oktober/Anfang November.
In den Gebieten binnenseits der Deichlinien erfolgt neben der Beweidung auch die Rauhfutterernte. Hierbei ist der 1. Grünlandschnitt, der zu Silage verarbeitet wird, wegen seinem hohen Nährstoffgehalt von besonderem Interesse. Im vieljährigen Mittel liegt der 1. Schnitt, der optimal bei einem Rohfasergehalt von 23 % in der Trockenmasse und einem Ertrag von 35 dt/ha erfolgen sollte, um den 8. Juni. In sog. 'frühen Jahren' wie 1993 wird die Siloreife aber bereits schon um den 18. Mai erreicht.
Das Grünlandwachstum endet mit Auftreten der ersten stärkeren Luftfröste im Mittel Ende Oktober.
In den Marschgebieten an beiden Elbufern gibt es ausgedehnte Obstanbaugebiete. Da die Obstblüte generell keinen Frost vertragen kann, sind die Erträge hier vor allem durch Frost gefährdet und aus diesem Grunde beschränkt sich die Betrachtung für den Obstanbau auf die Darstellung der Frostgefährdung.
Zu welchem Grad Pflanzen die Einwirkung von Frösten ohne Schädigung vertragen, hängt von der Möglichkeit einer Adaptation der Pflanzen an ein niedriges Temperaturniveau, aber auch von Dauer und Stärke der Frosteinwirkung ab. Bei entsprechender Vorwitterung können sich Pflanzen gut auf Frosttemperaturen einstellen, indem durch Umstellungen im Stoffwechsel frosthärtende Substanzen gebildet werden. Gefährdet sind dagegen die Pflanzen besonders bei Spätfrösten im Frühjahr und ersten Frösten im Herbst, wenn die Frostresistenzen schon wieder ab- bzw. noch nicht aufgebaut sind. Tab. 37 und Abb. 51 ist zu entnehmen, wie bei Kernobst die Frostempfindlichkeit von der Winterruhe bis zur Blüte zunimmt.
Da Obstblüten generell keinen Frost vertragen, ist das Auftreten von Frösten zur Zeit der Obstblüte im Untersuchungsraum von besonderem Interesse. Der Tab. 38 sind die durchschnittlichen Phaseneintritte von Obstkulturen mit ihren Schwankungsbreiten in Tagen zu entnehmen. Diese sind für den Unterelberaum ziemlich einheitlich. Der mittlere Eintritt der Süßkirschenblüte liegt am 118. Tag, gezählt vom 1. Januar an, also am 28.04., wobei diese Blüte sich aber in Extremjahren um ± 12 Tage verschieben kann. Die Apfelblüte setzt im Mittel der Jahre am 11. Mai ein und dauert ca. 2 Wochen. Somit fällt die Obstbaumblüte im Unterelberaum im Mittel der Jahre in den Zeitraum vom 28. April bis zum 25. Mai. Da sie in frühen Jahren schon vor Mitte April beginnen kann und bei späten Jahren bis in den Juni hineinreichen kann, wurde in Tab. 39 die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Frösten im Zeitraum April bis Juni und zur Demonstration der raschen Frostabnahme im April auch für Mai/Juni dargelegt.
Die Frostwahrscheinlichkeit errechnet sich aus der Anzahl der Jahre, in denen Frost mindestens einmal auftrat, im Verhältnis zur Gesamtzahl der betrachteten Jahre. Sie wird für 7 Temperaturstufen (0 bis -6 °C) angegeben. Die für die Obstblüte gefährlichen Fröste treten vorwiegend in Strahlungsnächten (Nächte mit einer Bewölkung £ 3/8 und einer Windgeschwindigkeit £ 3 m/s) auf, da die temperaturausgleichende Wirkung des Elbästuars und der Kanäle, die die Anbaugebiete durchziehen, bei diesen Wetterlagen wegen der extrem stabilen Schichtung der bodennahen Luft nicht bis zu den Blüten reicht. Aus der Tab. 39 ist zu ersehen, daß an den in Elbnähe gelegenen Stationen nicht in jedem Jahr in den Monaten April bis Juni Luftfrost auftritt. Im Unterelberaum liegt die Frostwahrscheinlichkeit in den Obstanbaugebieten bei 70-90 %. Fröste unter -2 °C kommen hier noch zu 40-60 % vor, also in etwa jedem 2. Jahr, Fröste unter - 4 °C etwa 1 mal in 10 Jahren.
Für die Zeit Mai bis Juni liegen die Frostwahrscheinlichkeiten erheblich niedriger. Die Küstenstation Cuxhaven und die Stadtstation HH-St. Pauli sind in dieser Zeit bereits frostfrei.
Sonst werden Luftfröste in diesem späten Zeitraum nur 1-2 mal in 10 Jahren beobachtet.
Wird die Frostgefährdung ab Mai betrachtet, so geht die Gefährdung um ca 30 % zurück, was bedeutet, daß im Außendeichbereich dann keine Frostgefahr mehr besteht.
Für das Obstanbaugebiet Altes Land und Umgebung wurden vom Deutschen Wetterdienst in den sechziger bis achtziger Jahren eine Vielzahl von Untersuchungen zur Frühjahrsfrostgefährdung durchgeführt. Nach der Flutkatastrophe 1962 mußte hier im Zuge der neuen Deichsicherung, die auch zur Erhöhung der Deiche auf ca. 9 m NN führte, der binnenseitige Bodenwasserstand aus bautechnischen Gründen abgesenkt werden. Zusätzlich wurden die Gräben der abgeschotteten Obstbauflächen dem Einfluß der Tide entzogen, so daß die Wasserfläche zur Flutzeit wesentlich vermindert wurde. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen (u.a. DUENSING, 1972, BEINHAUER, 1974, 1985) liegen der Abb. 52 zugrunde, die die Frostgefährdung im Zeitraum 10.04. bis 30.06. darstellt. Deutlich ist ihr die rasche Zunahme der Frostgefährdung mit zunehmender Entfernung von der Elbe zu entnehmen. Die hohe Frostgefahr im südlichen Hinterland ist auf die dortigen Moorgebiete zurückzuführen, die überwiegend mit Gras bewachsen sind und bei nächtlicher Ausstrahlung an den oberen Grashalmen eine deutliche Temperaturerniedrigung der bodennahen Luftschicht bewirken. Die besonderen Verhältnisse nordöstlich von Francop sind auf den anthropogenen Einfluß der hier errichteten Schlicklagerstätte zurückzuführen.
Nach Messungen von DUENSING (1972) und BEINHAUER (1985) entsteht bei gewissen Strahlungswetterlagen in Bereichen des Alten Landes (z.B. Raum Ladekop) aufgrund der Temperaturunterschiede, die sich über der warmen Elbe und den kühleren Grünlandflächen ausbilden auch ein kleinräumiges Zirkulationssystem, das schematisch in Abb. 35 dargestellt ist. Dieses bewirkt, daß bei Wassertemperaturen, die zur Blütezeit des Obstes zwischen 11 und 15 °C betragen, infolge von turbulenter Durchmischung etwas mildere Luft in die Obstbaugebiete transportiert wird, die zu einer geringen Erhöhung der für die Spätfrostgefährung wirksamen Tiefsttemperaturen führen kann.