Handlungsoptionen: Stadtklima verbessern

Stadtklimamodelle für die Praxis

Städtische Räume reagieren sensibel auf Veränderungen des Klimas wie ausgedehnte Hitzeperioden, starke Unwetter oder Hochwasser. Damit sich Städte an die Folgen des Klimawandels anpassen und entsprechend planen können, sind leistungsstarke Stadtklimamodelle nötig. Diese sind jedoch häufig zu grobmaschig und wenig praxistauglich. Hier setzt das Climate Service Center Germany (GERICS) an.

Text: Bettina Steuri und Dr. Jörg Cortekar (GERICS)

Mitte unseres Jahrhunderts werden nahezu 80 Prozent der Europäer in Städten leben und mit ausgedehnten Hitzeperioden, Extremwetterereignissen oder Fragen der Luftqualität konfrontiert sein. Das Jahr 2016 war, weltweit gesehen, bereits das wärmste Jahr seit Beginn der Wetteraufzeichnungen.  Die Rekorde für globale Mitteltemperaturen wurden in drei aufeinanderfolgenden Jahren (2014, 2015, 2016) gebrochen. Auch Europa blickt auf große Hitzewellen zurück. Der Klimawandel und seine Folgen sind bereits heute spürbar und werden sich in Zukunft weiter verstärken. Dies stellt Städte vor große Herausforderungen, denn sie sind ein besonderer Ort von Zielkonflikten, beispielsweise zwischen der zunehmenden städtebaulichen Nachverdichtung, den nötigen Anpassungen an die Folgen des Klimawandels und einer Vielzahl weiterer Einflüsse. Jedoch muss eine zukunftsfähige Stadtplanung auch unter solchen Umständen angemessen auf die zu erwarteten spezifischen Veränderungen im Stadtklima reagieren können.

Stadtklimamodelle, die ohne Superrechner auskommen

Leistungsstarke Modelle, mit denen stadtklimatologische Zusammenhänge analysiert und in einem weiteren Schritt auf eine nachhaltige Stadtentwicklung angewendet werden können, stellen ein hilfreiches Instrument für zukünftige planerische Entscheidungen dar. Allerdings erfordern die heute verfügbaren Stadtklimamodelle kontextbezogen teils sehr spezifische Fachkenntnisse in der Grenzschicht-Meteorologie oder befassen sich häufig mit sehr wissenschaftlichen Fragestellungen. Die Verarbeitung großer Datenmengen bedarf zudem starker Rechenressourcen. Trotz aller Hürden benötigen Anwender aus der Stadtplanung ein Werkzeug, mit dem auf praktikable Weise ganz alltägliche Fragestellungen beantwortet werden können. Ein Werkzeug also, das auf handelsüblicher Hardware funktioniert und die Anwendung auch durch Nicht-Modellierer ermöglicht. Bisher ist ein derartiges Modell in Deutschland nicht verfügbar. Im Rahmen der vom BMBF finanzierten Fördermaßnahme „Stadtklima im Wandel“ soll deshalb ein leistungsstarkes und zugleich praxistaugliches Stadtklimamodell entwickelt werden.

Mit dem Living-Lab-Konzept zu einem praxistauglichen Stadtklimamodell

Die erfolgreiche Entwicklung eines solchen Stadtklimamodells kann nur durch die Beteiligung der zukünftigen Nutzer – also den Akteuren aus der Praxis – gelingen. Daher sind ein enger Wissens- und Erfahrungsaustausch und gut konzipierte Informationsflüsse zwischen den Modellentwicklern und Praxisakteuren essentiell. UseUClim setzt hierfür das Living-Lab-Konzept ein, mit dem eine realweltliche Gestaltung der Forschungsumgebung ermöglicht wird und sämtliche relevanten Stakeholder aus Wissenschaft und Praxis eingebunden werden. Die zukünftigen Nutzer nehmen innerhalb des Entwicklungsprozesses bereits ab einer frühen Phase eine aktive Rolle ein und beteiligen sich auf vielseitige Weise am Modellentwicklungsprozess.

Die systematische Interaktion zwischen Wissenschaft und Praxis findet während des gesamten Projektes statt und ist in drei aufeinander folgende Phasen gegliedert. In der ersten Phase werden potenzielle Nutzergruppen und deren Anforderungen an die Praxistauglichkeit erfasst (Phase 1 // ERKUNDEN). In der zweiten Phase gibt es vor-Ort-Schulungen und zwei Beta-Versionen des neuen Stadtklimamodells werden in der Praxis erprobt (Phase 2 // EXPERIMENTIEREN). Schlussendlich muss die Praxistauglichkeit des neuen Stadtklimamodells durch die Anwender anhand der in Phase 1 ermittelten Anforderungen beurteilt werden (Phase 1 // EVALUIEREN).

Um die Anforderungen an die Praxistauglichkeit des neuen Stadtklimamodells zu erheben, wurden in der ersten Projektphase unterschiedliche Methoden eingesetzt: (1) mit einer Stakeholder-Analyse wurden die potenziellen Nutzergruppen erfasst und kategorisiert; (2) auf Basis einer Literatur- und Projektrecherche wurde eine Online-Umfrage zu den Nutzeranforderungen erstellt; (3) mit mehreren Workshops wurde ein produktiver und ergebnisorientierter Dialog zwischen Praxisakteuren und Wissenschaftlern ermöglicht. Die Ergebnisse dieses integrativen Ansatzes wurden in einem Nutzer- und Anforderungskatalog zusammengefasst, der den Modellentwicklern und -validierern übergeben wurde. 

Was braucht es, damit ein Stadtklimamodell der Praxis Genüge leistet?

In der ersten Projektphase konnte eine Vielzahl von Anforderungen an das neue Stadtklimamodell erfasst werden, wobei die folgenden Drei für seine Praxistauglichkeit unabdingbar sind:

  • Der überwiegenden Mehrheit der zukünftigen Anwender stehen handelsübliche Desktop-Rechner für die Nutzung des neuen Stadtklimamodells zur Verfügung. Lediglich ein kleiner Teil verfügt über leistungsstärkere Workstations mit Mehrkernprozessoren oder gar einen Zugang zu externen Hochleistungsrechnern. Daher muss das neue Stadtklimamodell in der Lage sein, auf „normalen“ Rechnern Simulationen (bspw. für Gebietsgröße 0,5 x 0,5km2, Dauer 1-3 Tage, Gitterweite 1-2m, LES-Modus) durchführen zu können.
  • Die wichtigsten Aspekte des planungsrelevanten Stadtklimas sind städtische Wärmeinseln, Kaltluftströme und das Bioklima. Das bedeutet, dass das neue Stadtklimamodell in der Lage sein muss, sämtliche Maßstabsebenen von der Stadtentwicklungs- und Flächennutzungsplanung bis hin zur Gebäudearchitektur abzubilden.
  • Eine selbsterklärende, anwendungsbezogene grafische Benutzeroberfläche (GUI) ist das A und O für ein praxistaugliches Stadtklimamodell. Auf Basis der Grundsätze der Dialoggestaltung nach EN ISO 9241-110 wurden diverse Punkte zur gebrauchstauglichen Gestaltung der Benutzeroberfläche abgefragt, welche von den Anwendern ausnahmslos als sehr wichtig erachtet werden. So sollten beispielsweise fehlerhafte Formulareingaben immer angezeigt oder Fachbegriffe sehr konsistent verwendet werden.


Die ersten Projektergebnisse weisen den Weg zu einem wirklich praxistauglichen Stadtklimamodell. Für eine klimawandelgerechte Stadtentwicklung werden Verantwortliche auf diese Weise im Arbeitsalltag unterstützt. Letztendlich können dadurch - wissenschaftlich fundiert und begründet - effizientere Maßnahmen zur Verbesserung des Stadtklimas umgesetzt werden.

  • Die zukünftigen Nutzer wie Politik und Verwaltungen nehmen innerhalb des Entwicklungsprozesses eines praxisnahen Stadtklimamodells bereits ab einer frühen Phase eine aktive Rolle ein.
  • So lassen sich genauere Nutzeranforderungen formulieren wie beispielsweise die technische Infrastruktur zur Auswertung von Daten.
  • Praxisnahe Stadtklimamodelle ermöglichen eine direkte Ableitung von Maßnahmen.

Städte und Klimawandel

Immer mehr Menschen leben in Städten. Deshalb sind hier Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel enorm wichtig. Das Focus Paper "Cities and Climate Change", das vom Climate Service Center Germany (GERICS) in Zusammenarbeit mit der KfW Entwicklungsbank erstellt wurde, verdeutlicht die herausragende Rolle des Zusammenhangs von Städten und Klimawandel, sowohl im Hinblick auf notwendigen Klimaschutz als auch die Anpassung an die Folgen des Klimawandels. Denn bereits heute sind Städte für ca. 80 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs und über 70 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich.

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Quellen

  • Projektseite UseUClim, am Climate Service Center Germany (GERICS), gefördert vom BMBF. Link

Mai 2018