Umsetzung konkreter Anpassungsmaßnahmen für Ihre Stadt

• Maßgeschneiderte Klimaanpassungspläne: Auf Ihre Stadt zugeschnittene Empfehlungen für Maßnahmen wie Dach- und Fassadenbegrünung, Schaffung von Wasserflächen und Flächenentsiegelung, um die Temperaturen in Städten effektiv zu senken.
• Zukunftssichere Stadtplanung: Wärmekarten und Temperaturprojektionen aktueller und zukünftiger Szenarien (z.B. 2050 und 2085) für langfristige Planung und Anpassung.
• Entwicklung einer nachhaltigen Infrastruktur: Wissenschaftlich fundierte Stadtplanung zur Entwicklung einer Infrastruktur, die nachhaltiges Wachstum und Resilienz von Städten unterstützt.
• Unterstützung bei der Entscheidungsfindung: Laufende Unterstützung und Anleitung bei der Durchführung von Folgemaßnahmen zur Sicherstellung einer kontinuierlichen Verbesserung und Anpassung.
• Wissenschaftlich fundierte Anpassungsmaßnahmen: Bewährte Oberflächenenergiebilanzmodelle (SUEWS) werden für präzise Vorhersagen und Analysen von Anpassungsstrategien an den Klimawandel eingesetzt, um eine solide wissenschaftliche Grundlage für die Entscheidungsfindung zu schaffen.

Städtische Wärmeinseln

Der städtische Wärmeinseleffekt ist ein typisches Phänomen des Stadtklimas, das durch einen Lufttemperaturunterschied zwischen dem hitzeexponierten Stadtzentrum und den kühleren umliegenden ländlichen Gebieten gekennzeichnet ist. Der größte Lufttemperaturunterschied tritt in der Regel nachts auf und kann je nach Stadt bis zu 10 Grad erreichen. Viele Orte im Stadtzentrum sind besonders hitzeexponiert. Diese werden als städtische Hotspots bezeichnet. Bei diesen Hotspots handelt es sich in der Regel um Gebiete mit hoher Bebauungsdichte, Straßenschluchten und versiegelten Flächen, in denen sich die Wärme leicht staut.

Die Karte der städtischen Wärmeinsel (oben) zeigt als Beispiel die Intensität der städtischen Wärmeinsel für die Stadt Zürich (CH) in einer horizontalen Auflösung von 10 x 10 m. Die roten Flächen zeigen die Hotspots, die blauen Flächen die kühleren Gebiete.

Mit Hilfe der Wärmekarten lassen sich spezifische lokale Informationen über Tropennächte, Hitzetage, Heiztage und Kühltage gewinnen. Diese Analysen können sowohl für das aktuelle Jahr als auch für die nahe und ferne Zukunft unter Verwendung der RCP-Emissionsszenarien berechnet werden. Die Analysen stellen somit einen wichtigen wissenschaftlichen Beitrag zum Wärmemanagement einer Stadt dar und bieten ein wichtiges Entscheidungshilfeinstrument, um Städte bei der Bewältigung des Klimawandels mit zuverlässigen Daten zu unterstützen.

Stadtplanungsszenarien

Versiegelte Oberflächen (z.B. Beton oder Pflaster) tragen zur Erwärmung von Städten bei. So verhindert die Oberflächenversiegelung die Versickerung von Wasser, das sonst verdunsten und damit die Umwelt abkühlen würde. Stattdessen absorbiert die Oberfläche die kurzwellige Sonnenstrahlung und gibt sie dann in Form von Wärme wieder ab. Fehlende Belüftung aufgrund der kompakten Bebauung verhindert die Zirkulation der Luftmassen und damit die Abkühlung der städtischen Gebiete. Dies sind nur einige der Faktoren, die das Stadtklima beeinflussen und zu einer allgemeinen Erwärmung der Stadt führen.

Es gibt auch verschiedene Möglichkeiten, das Stadtklima durch Anpassungsmaßnahmen zu verändern. Dazu gehören die Begrünung von Dächern und Fassaden, die Verwendung von weißem Asphalt, die Entsiegelung von Flächen oder Bewässerung.

Die Entsiegelung von Flächen kann eine sehr effektive Anpassungsmaßnahme sein, wenn wasserdurchlässige Flächen einen großen Teil der Stadt einnehmen. Wenn die Flächen versiegelt sind, kann das Regenwasser nicht mehr versickern und später wieder verdunsten, was zur Abkühlung beitragen würde. Stattdessen heizen sich die versiegelten Flächen auf und tragen zur allgemeinen Erwärmung der Stadt bei. Die Entsiegelung kann die natürlichen Funktionen und die Versickerungsfähigkeit des Bodens wiederherstellen, wodurch die Flächen resistenter gegen Überschwemmungen werden. Unversiegelte Flächen können entweder begrünt oder geschottert werden. Die zusätzliche Vegetation trägt wiederum zur Kühlung der Stadt bei. Das Blätterdach der Bäume reduziert die Sonneneinstrahlung auf den Boden, d. h. der Schatten hält den Boden kühl und kann den thermischen Komfort erhöhen. Darüber hinaus kann die Vegetation eine Reihe von Vorteilen für das Mikroklima durch Evapotranspiration oder Regulierung der Luftbewegung und bessere Bedingungen für lebende Organismen haben.

Dieser Service untersucht die Auswirkungen der mit dem IoT-Messnetz umgesetzten Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel. Es werden punktspezifische Analysen der sich ändernden Luft- und Oberflächentemperaturen durchgeführt, die auf bewährten Modellen der Oberflächenenergiebilanz (SUEWS, oder Surface Urban Energy Water-balance Scheme) basieren. Im Rahmen dieses Services können mehr als 20 verschiedene Strategien zur Eindämmung des Klimawandels getestet werden.

Die Verringerung sowohl der Oberflächentemperatur als auch der Lufttemperatur (im Vergleich zum aktuellen Zustand) wird von den SUEWS-Modellen für verschiedene Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel berechnet. Die Analyse konzentriert sich dabei auf besonders heiße Gebiete in der Stadt. Auf diese Weise werden vier verschiedene Strategien mit unterschiedlichen Optionen verwendet (siehe untenstehende Tabelle), wobei verschiedene Größenordnungen von Anpassungsmaßnahmen simuliert werden.

Zusammenfassung der möglichen Klimaanpassungsstrategien

Blaue Strategien	Grüne Strategien	Maßnahmen an Gebäuden	Technische Maßnahmen zur Veränderung der Materialeigenschaften
Bewässerung von Grünflächen	Dachbegrünung	Fassadenbegrünung	Wärmedämmende Dachmaterialien (Cool Roofs)
Bau von Springbrunnen und Wasserflächen	Pflanzung neuer Bäume	Klimawandelangepasste Materialien an Gebäuden	Klimawandelangepasste Materialien für Asphalt (Cool Pavements)
	Anlegen von neuen Grünflächen		Weiße Straßen

Bei der Analyse wird nach Tages- und Jahreszeiten sowie einer Reihe von atmosphärischen Bedingungen (wie Windverhältnisse, Bewölkung und Hitzetage) unterschieden. Die Kopplung mit den Emissionsszenarien für den Klimawandel (aus dem IPCC-Bericht) ermöglicht einen Vergleich der derzeitigen Bedingungen mit den für 2050 (optional 2085) erwarteten Bedingungen. Auf diese Weise lassen sich die unterschiedlichen Auswirkungen des Klimawandels mit und ohne Anpassungsmaßnahmen abschätzen. Die Daten werden über ein Web-Repository (z. B. OneDrive) als csv-Dateien und png-Dateien (oder ähnliche) bereitgestellt. Dieser Service kann auch zwischen eindimensionalen (1D) punktspezifischen Analysen und zweidimensionalen (2D) Flächenanalysen unterscheiden.

Während sich die 1D-Analysen auf einen spezifischen und repräsentativen Ort konzentrieren, decken die 2D-Analysen ein Gebiet ab, für das Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel kombiniert werden.

Die Ergebnisse werden dann den Stadtverwaltungen vorgelegt, damit diese entscheiden können, welche Maßnahmen zur Klimaanpassung am effektivsten sind und dann in der Stadt umgesetzt werden können.

Technischer Ansatz

Die Analyse wird mit SUEWS auf Grundlage von Lufttemperaturmessungen in der Umgebung des betreffenden Gebiets durchgeführt. Die Analyse liefert Ergebnisse für die Oberflächentemperatur und die Lufttemperatur.

Zunächst wird eine Referenzsimulation des aktuellen Zustands des Gebiets durchgeführt. Anschließend werden mehrere "Sensitivitätsläufe" durchgeführt, bei denen die Oberfläche des Gebietes künstlich verändert wird. Die künstliche Oberflächenmodifikation verändert wichtige oberflächenspezifische Materialeigenschaften wie Albedo, Emissionsgrad, Wärmeleitfähigkeit und andere.

Die Unterschiede (vorher - nachher) bei Oberflächentemperatur und Lufttemperatur werden durch eine Differenzberechnung ermittelt:

ΔT=T_sens-T_ref

Wobei T_sens die Temperatur des Sensitivitätslaufs (nach der Anpassung) und T_ref die Temperatur der Referenzsimulation (vor der Anpassung) ist.

Insgesamt können 3 verschiedene Gruppen von Parametern geändert werden:

1. Die Anpassungsstrategie an den Klimawandel
2. Die Anpassungsoption an den Klimawandel
3. Das Ausmaß der Anpassungsmaßnahme

Um die Wirksamkeit der geplanten Klimaanpassungsmaßnahme zu testen, kann die Größe des Gebiets im Modell angepasst werden. So lassen sich beispielsweise Fragen beantworten, wie sich die Temperatursenkung verändert, wenn die betrachtete Fläche verdoppelt oder halbiert wird. Die Temperaturabsenkung wird für die entsprechende Fläche simuliert und dann auf das gesamte Gebiet hochgerechnet.

Oberflächentemperatur und Lufttemperatur werden für folgende Bedingungen angezeigt:

• Tageszeit: Tag- vs. Nachtbedingungen
• Jahreszeiten: Sommer- vs. Winterbedingungen
• Strahlung: bewölkt vs. sonnig
• Wind: windige Bedingungen vs. Windstille
• Aktuelle Bedingungen im Vergleich zu den Bedingungen im Jahr 2050
• Alle Ergebnisse werden in Form von Diagrammen, Karten oder Tabellen mit Trends, Extremwerten und Häufigkeitsverteilungen dargestellt.

Beispiel: Triangel-Gebiet in Basel, CH

In diesem Bericht wird die Entsiegelung als Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel getestet. Zu diesem Zweck wurde das sogenannte Triangel-Gebiet in der Schweizer Stadt Basel (im Erlenmatt-Quartier, in der Nähe des Badischen Bahnhofs) untersucht.

Eine große versiegelte Fläche wurde entsiegelt, mit Kies bedeckt und mit 18 kleinen Bäumen bepflanzt. Diese werden in den kommenden Jahren weiterwachsen und das Gebiet grüner machen (Abbildung unten).

Triangel-Gebiet vor den Anpassungsmaßnahmen (links) und danach (rechts)

Das dichte IoT-Messnetz in Basel wurde genutzt, um kleine Veränderungen der Lufttemperatur im Vergleich zur Umgebung (ohne Anpassungsmaßnahmen) zu erkennen. Um kleine Temperaturunterschiede im Triangel-Gebiet zu erkennen, wurden drei Monate vor Beginn der Umstrukturierungsarbeiten drei Sensoren in diesem Gebiet installiert. Darüber hinaus wurden 12 Referenzsensoren in der Umgebung zum Vergleich herangezogen (siehe Abbildung unten), mithilfe welcher die Durchschnittswerte der drei Sensoren im Triangel-Gebiet analysiert wurden.

Das Bild zeigt Standorte der meteorologischen Stationen im Triangel-Gebiet (drei Stationen innerhalb des schwarzen Kreises) und im umliegenden Referenzgebiet (12 Stationen innerhalb des blauen Kreises).

Die nächste Abbildung unten links zeigt die Lufttemperaturdifferenz (Triangel-Gebiet - Referenzgebiet) vor, während und nach der Umsetzung der Anpassungsmaßnahmen (links). Vor der Anpassung betrugen die Unterschiede zwischen dem Triangel-Gebiet und dem umliegenden Gebiet im Durchschnitt 0,3 °C, was bedeutet, dass das umliegende Gebiet wärmer als das Triangel-Gebiet war. Nach der Umsetzung der Anpassungsmaßnahmen im Triangel-Gebiet sind die Temperaturunterschiede zur Umgebung auf 0,6 °C gestiegen. Das Triangel-Gebiet hat also durch die Umsetzung der Anpassungsmaßnahme einen Kühleffekt von 0,3 °C erfahren.

Beispiel: Klybeck Areal in Basel, CH

In Städten herrschen höhere Temperaturen als in den umliegenden ländlichen Gebieten. Besonders in den Sommermonaten kann der Temperaturunterschied zwischen städtischen und ländlichen Gebieten mehrere Grad Celsius betragen. Aus diesem Grund gibt es inbesondere in Städten Wärmeinseln (UHI).

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diesem Effekt entgegenzuwirken, z. B. die Vergrößerung von Vegetationsflächen oder die Verwendung von hellen Oberflächen, die den Anteil des reflektierten Sonnenlichts erhöhen. Dies bewirkt, dass die Erdoberfläche weniger Wärme aufnimmt und sich folglich weniger stark aufheizt.

Im Rahmen dieses Pilotprojekts in Zusammenarbeit mit den Schweizerischen Rheinhäfen wurde ein ganzer Straßenabschnitt im Hafengebiet von Kleinhüningen weiß gestrichen. Mit Hilfe verschiedener Messsensoren und Infrarotbildern wurde der Albedo-Effekt ermittelt. Ziel der Studie war es, die Vor- und Nachteile eines weißen Belages anhand eines praktischen Testgebietes näher zu untersuchen. Außerdem sollte gezeigt werden, inwieweit das vorhandene Mikroklima durch kleine Veränderungen der Oberflächenstruktur beeinflusst wird.

Klybeck Areal vor den Anpassungsmaßnahmen (links) und danach (rechts)

Die beiden Bilder zeigen deutlich den Einfluss des weißen Belags auf die Oberflächentemperatur der Straße. Verglichen mit dem ersten Bild führte der weiß gestrichene Straßenabschnitt zu einer Verringerung der Oberflächentemperatur um etwa 7°C.

Validierung von Anpassungsstrategien

Die Validierung von Anpassungsstrategien für den Klimawandel ist Teil der Entscheidungskette und ermöglicht den Städten eine wichtige Rückkopplungsschleife für die Planung, Prioritätensetzung und Durchführung ihrer Anpassungssmaßnahmen. Eine kontinuierliche Überwachung ist erforderlich, um neue Trends zu erkennen und zu analysieren, wie sich das Klima in der Stadt verändert.

Der durch den Klimawandel verursachte Anstieg der Lufttemperatur wirkt sich auf Städte stärker aus als auf ihre ländliche Umgebung. Die durchschnittliche Lufttemperatur in Städten ist mindestens 2°C höher als in ihrem Umland. Daher wird jeder zusätzliche Temperaturanstieg, der durch den Klimawandel verursacht wird, voraussichtlich schwerwiegende Folgen für die Städte haben.

Sobald die Stadt entschieden hat, welche Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel am besten geeignet und am effizientesten sind, folgt die Umsetzung. Normalerweise schlägt meteoblue mindestens 4 Klimaanpassungsmaßnahmen an ausgewählten Standorten innerhalb der Stadt vor, je nach Entscheidung der Stadt.

Mindestens 6 Monate (vorzugsweise 12 Monate) bevor eine Stadt die Maßnahmen umsetzt, werden die Messstationen an vordefinierten Standorten installiert. Mithilfe eines Aufstellungsplans werden die Stationsstandorte bestimmt. Diese Stationen sammeln kontinuierlich Daten vor und nach der Durchführung der Maßnahmen. Diese Messungen werden in einer statistischen Analyse verwendet, um die Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel zu validieren. Innerhalb von sechs Monaten nach Abschluss der Anpassungsmaßnahme finden die ersten Validierungsanalysen statt. So können Stadtplaner die Wirkung der Anpassungsstrategien überwachen, neue Trends erkennen, und analysieren, wie sich das Klima der Stadt verändert.