Start Digitale Stadtplanung Hilfe für Städte im Kampf gegen den Klimawandel

Hilfe für Städte im Kampf gegen den Klimawandel

Neue Planungs- und Simulationsmethoden, wie sie im EU-Projekt CLARITY entwickelt werden, zeigen, wie die sommerliche Hitze in einer Stadt wie Linz um mehr als zehn Grad gesenkt werden kann.

Der Klimawandel und seine Folgen setzen Städten und ihren Bewohner*innen immer stärker zu. Städte sind diesen Veränderungen aber nicht schutzlos ausgeliefert, sondern können die Situation durch geeignete Anpassungsmaßnahmen entschärfen. Um zum Beispiel die sommerliche Überhitzung einzudämmen, sind Anpassungsmaßnahmen in den Bereichen Stadt- und Umweltplanung, Architektur oder Infrastrukturplanung nötig – etwa das Entsiegeln des Bodens, das Pflanzen von Bäumen oder das Schaffen & Freihalten von Frischluftkorridoren. Ähnliches gilt etwa für potenzielle Überschwemmungsbereiche nach Starkniederschlägen oder für die immer heftiger werdenden Sturmereignisse.

Für Planer*innen entscheidend sind dabei leistungsfähige Simulationssysteme, die Einblick in die künftige Entwicklung geben und die Auswirkungen bestimmter Maßnahmen darstellen können. Ein derartiges System wird derzeit im EU-Projekt CLARITY (Integrated Climate Adaptation Service Tools for Improving Resilience Measure Efficiency) entwickelt, in dem, koordiniert vom AIT Austrian Institute of Technology, 17 europäische Partner zusammenarbeiten. „In CLARITY bauen wir smarte IT-Systeme, um Klimarisiken und entsprechende Anpassungsmaßnahmen einfacher bewertbar zu machen, damit eine moderne und zielgerichtete Stadtplanung unterstützt werden kann“, erläutert Projektleiter Denis Havlik.

1. Berechnung von kühlenden Maßnahmen

Die entwickelten Lösungen sollen sowohl von Klimaexpert*innen als auch von Anwender*innen aus der Verwaltung und der Städteplanung eingesetzt werden können. Die Benutzer*innen werden dabei durch einen strukturierten Prozess geführt, der sie in der Risikoerhebung und der Beurteilung von Gegenmaßnahmen unterstützt. „Dadurch wird es möglich, klimarelevante Indikatoren zu analysieren und zu bewerten und Effekte von Maßnahmen abschätzbar zu machen“, so Havlik.

In CLARITY werden Klimaprognosen in vier räumlichen Skalen berechnet: von Regionalmodellen mit einer räumlichen Auflösung von zehn bis zwölf Kilometer über ein neu entwickeltes „Advanced Screening“ mit rund 500 Metern Auflösung und Stadtklimamodelle mit 100 Metern Auflösung bis hin zu Mikroklimasimulationen mit ein bis drei Metern Auflösung.

Die technische Basis dabei liefern u. a. zwei vom AIT entwickelte Systeme: Die für die Modellberechnung notwendige Technologie wird durch ein IT-System namens EMIKAT bereitgestellt. EMIKAT wird seit vielen Jahren von zahlreichen Gebietskörperschaften erfolgreich zur Erhebung und modellmäßigen Berechnung von Emissionen und zur Berechnung regionaler Energiebilanzen eingesetzt. EMIKAT ermöglicht die Simulation von Luftreinhaltemaßnahmen, sowie die Überprüfung von Maßnahmen im Bereich Energieeinsatz, Energieeinsparung und Emissionsreduktion.

In CLARITY wurden diese Modelle so erweitert, dass für dynamisch festzulegende Projektgebiete für alle Städte Europas Klimaereignisse, wie Hitzetage oder Hochwasser, auf ihre Auswirkung auf die Bevölkerung bewertet und für verschiedene Klimaszenarien gegenübergestellt werden können. Über sogenannte „Adaptation Options“ können weiters die Auswirkungen von Verbesserungsmaßnahmen berechnet werden.  Die dafür notwendigen Daten werden dynamisch von vorhandenen Datenquellen bezogen. Die Ergebnisse können über Webdienste sehr einfach für andere Nutzer zur Verfügung gestellt werden.

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2. Grüne Innenhöfe, Straßen mit Baumreihen 

Im Rahmen des CLARITY-Projekts wurde das beispielsweise für die österreichische Stadt Linz durchgespielt. „Die Stadt Linz wächst, und durch den höheren Bebauungsgrad auch die städtische Überhitzung“, erläutert Wolfgang Loibl, Stadtklimaexperte am AIT. Ohne Maßnahmen würde die Zahl der Hitzetage (über 30 Grad) von bisher rund zehn auf durchschnittlich 25 in den kommenden Jahrzehnten steigen; die jährliche Zahl der Tropennächte (keine nächtliche Abkühlung auf unter 20 Grad) würde laut Prognoserechnung von 18 auf 34 wachsen.

Das muss aber nicht sein: In Simulationsrechnungen wurde für drei konkrete Linzer Stadtteile mögliche Kühlungsmaßnahmen, bis hin zu Dach- und Fassadenbegründungen, durchgespielt. Der Vergleich zwischen der mittleren Strahlungstemperatur mit und ohne fiktiver Begrünung auf dem Hauptplatz von Linz zeigte, dass die mittlere Strahlungstemperatur im Schatten der Bäume im 24h Durchschnitt um bis zu zwölf Grad reduziert werden kann. Ähnlich große Effekte durch Baumpflanzungen lassen sich laut den Simulationsrechnungen auch in großen Innenhöfen (Begrünung) oder auf sonnenexponierten Straßen (Baumreihen) erzielen. „Aus den Mikroklimasimulationen an drei Linzer Standorten wissen wir, dass gezielte und wirksam platzierte Anpassungsmaßnahmen wie Boden-Entsiegelung, Begrünung oder Baumpflanzung, das Stadtklima deutlich kühlen und der Überhitzung entgegenwirken können“, fasst Loibl zusammen.

Abb. 1: Altstadt – fiktive Anpassung: Begrünung des Hauptplatzes (Mikroklima-Simulationen: AIT Austrian Institute of Technology)

Die Mikroklimasimulationen wurden für Sommer- und Hitzetage für spezifische Stadtgebiete (die Bereiche Innenstadt, Grüne Mitte, Tabakfabrik) ohne und mit Anpassungsmaßnahmen mit unterschiedlichen Modellen durchgeführt und die Ergebnisse kartographisch dargestellt. Die Simulationen zeigen die Wirksamkeit von (fiktiven) Entsiegelungs- und Begrünungsmaßnahmen anhand der mittleren Strahlungstemperatur (24-Stunden-Durchschnitt) in Bodennähe.

Abb. 2: Altstadt – simulierte mittlere Strahlungstemperatur ohne und mit fiktiver Begrünung des Hauptplatzes – Tagesmittelwert in Bodennähe über 24 Stunden

3. Zugänglich für alle Städte und Kommunen

Ähnliche Rechnungen wurden in CLARITY auch für andere europäische Städte wie etwa für Stockholm (Schweden) oder Neapel (Italien) durchgeführt. Das neu entwickelte „Advanced Screening“-Modell kann durch die Nutzung vorhandener Daten sehr rasch auf mehr als 400 städtische Gebiete in Europa angewendet werden – und zwar nicht nur für großstädtische Regionen, sondern auch für kleinere Bezirksstädte, für die innerhalb von 15 Minuten ein zukünftiger städtischer Wärmeinseleffekt abgeschätzt werden kann. Dies macht das Modell als Instrument für eine erste Abschätzung der Klimarisiken in frühen Projektphasen sehr nützlich.

Um diese neuen Methoden weiteren Städten und Kommunen zugänglich zu machen, wurde im Rahmen des CLARITY-Projekts die Plattform My Climate Services aufgebaut. Die entwickelnden Szenarien und Climate-Services sind dort u. a. für Klimaexpert*innen und Stadtplaner*innen, aber auch für interessierte Städte abrufbar. Sie können auf einfache Weise eingesetzt werden, damit auch diese die Auswirkungen des Klimawandels auf ihr Stadtgebiet quantifizieren und unterschiedliche Gegenmaßnahmen objektiv bewerten können. Seit Juni 2020 werden zudem Webinare mit weiteren Informationen zu diesem Thema für Interessierte und Fachexpert*innen unter folgendem Link angeboten, die auch danach als Stream über diese Seite jederzeit abrufbar sind.

4. „Advanced Screening“ als Methodik

Linz ist Schwerpunktregion im EU-Projekt CLARITY zur Entwicklung von Anpassungsmaßnahmen gegen negative Auswirkungen des Klimawandels, d.h. urbane Hitzeinseln. In CLARITY wurden Klimaprognosen in vier räumlichen Skalen berechnet: von regionalen Vorhersagen für ganz Europa, ausgehend von Regionalmodellen mit einer räumlichen Auflösung von ~10-12 km, über „Advanced Screening“ mit ~500 m Auflösung, das für über 400 städtische Gebiete in Europa durchgeführt werden kann, bis hin zum Stadtklimamodell von Linz mit ~100 m und Mikroklimasimulationsmodellen mit ~1-3m Auflösung für einzelne Bereiche innerhalb der Stadt.

Abb. 3: Analyse der Wirkung von Maßnahmen für unterschiedliche räumliche Skalen durch den Einsatz verschiedener Klimamodelle: 1) Regionale und Urbane Modelle: Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik — ZAMG 2) „Advanced Screening“ und Mikroklimate Simulationen: AIT Austrian Institute of Technology

Das “Advanced Screening” Modell wurde im Rahmen des Clarity-Projekts entwickelt. Dieses Modell kann innerhalb von 15 Minuten eine Abschätzung von zukünftigen städtischen Wärmeinseleffekten in einer großen Anzahl von europäischen Stadtregionen, einschließlich der Großräume Wien, Linz und Salzburg¹, durchführen.

Abb. 4: „Advanced Screening“ liefert eine Darstellung der Hitzebelastung, der Exposition der Bevölkerung sowie der Betroffenheit in einem 500m Raster – hier am Beispiel von Linz  (AIT Austrian Institute of Technology)

Das „Advanced Screening“-Modell wurde anhand von Expertenstudien in Neapel/Italien, Linz/Österreich und Stockholm/Schweden validiert und lieferte Vorhersagen, die mit jenen von Detail-Modellen übereinstimmen. Dies macht das Modell als Instrument für eine erste Abschätzung der Klimarisiken in frühen Projektphasen sehr nützlich.

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