Simulation der städtischen Klimaszenarien für Graz und wie man die Hitze in Städten vermindern kann. Alexander Podesser, ZAMG KS Steiermark

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1 Simulation der städtischen Klimaszenarien für Graz und wie man die Hitze in Städten vermindern kann Alexander Podesser, ZAMG KS Steiermark Fachkongress Urbane Klimawandelanpassung Graz, 6.November 2018

2 Abweichung vom Mittel ( C) Hitze: Nicht nur Badespaß Temperaturabweichung - Sommer Beobachtungen zeigen außerdem: - Hitzewellen dauern länger - Hitzewellen werden häufiger - Acht von den zehn wärmsten Sommer seit Messbegin sind in den letzten 30 Jahren aufgezeichnet worden die zehn wärmsten Sommer der Messgeschichte

3 Hitze: Warum sind die Städte wärmer als die Umgebung? Straßen, Gebäude es wird mehr Energie absorbiert und die Wärme länger gespeichert k e n g - t - Bäume, Flüsse, Wiese weniger Energieabsorption, Verdünstungskälte, Schatten ZAMG höher in der Stadt und niedriger im Umland ZAMG ZAMG

4 Klimawandel in österreichischen Städten Linz Wien Salzburg Klagenfurt Graz Beobachteter Anstieg der Lufttemperaturen im Sommer entnommen der HISTALP Datenbank und mittlere Anzahl der Sommertage (Tmax 25 C) im Zeitraum basierend auf Modellsimulationen für österreichische Städte.

5 Hitze: Städte sind wärmer als die Umgebung - Graz und niedriger im Umland Mittlere Zahl der Sommertage (T max 25 C) pro Jahr für den Zeitraum für Graz In dichtbebauten Gebieten sind die meiste Sommertage zu beobachten, während es in der Umgebung von Grün- oder Wasserflächen (z.b. Mur, Schlossberg und Stadtpark, Erholungsgebiet Auwiesen) weniger Sommertage vorkommen. höher in der Stadt ZAMG

6 Hitze: Städte sind wärmer als die Umgebung - Graz Mittlere Zahl der Sommertage (T max 25 C) pro Jahr für den Zeitraum für Graz ZAMG

7 Hitze: Städte sind wärmer als die Umgebung - Graz Wintermittel (D,J,F) : -0,5 C : -0,2 C : 0,0 C : 0.0 C Frosttage (Tmin<0 C) : 109 d : 95 d : 98 d : 92,5 d Eistage (Tmax<0 C) : 25 d : 19,9d : 20 d : 18,7 d Beispiel Graz Universität Sommermittel (J,J,A) : 18,2 C : 18,6 C : 18,7 C : 19,3 C 2003: 22,2 C! Sommertage (Tmax>=25 C) : 43 d : 48 d : 52 d : 63 d 2003: 107 d! Heiße Tage (Tmax>=30 C) : 4 d : 3,5 d : 6,5 d : 11,5 d 2003: 41 d! ZAMG

8 Hitzebelastung in Graz - Vergangenheit

9 Hitzebelastung in Graz - Vergangenheit Periode Periode Periode Projekt SISSI-II (ZAMG)

10 IPCC Scenario rcp85 Klimawandel und zukünftige Klimaprojektionen Zukünftige Klimaszenarien zeigen eine starke Zunahme in Hitze mit höherer Intensität und Häufigkeit der Hitzewellen bis Ende des 21. Jahrhunderts. (IPCC, 2007; 2013) Mittlere jährliche Anzahl der Sommertage (T max 25 C), Mittel vom Modell-Ensemble (EURO-CORDEX, 11 Modelle)

11 Zukunftsszenarien für Graz Stadtklimatologische Simulationen berechnet mittels Stadtklimamodell MUKLIMO_3 und der Quadermethode (ZAMG Projekt SISSI-II) (C20) (A1B) SU: mittlere Anzahl der Sommertage (Tmax 25 C) Input: IPCC Szenario A1B, GCM/RCM Simulation ECHAM5/CCLM_r1 Beispiel Simulation Differenz in Sommertage für die Stadt Graz bei unterschiedlichen Modellen und IPCC Szenarien im Vergleich zu Zeitraum

12 Graz Hitze: wie wir unsere Städte von Hitze schützen können Anpassungsmaßnahmen: Städte kühlen durch Änderung der Energiebilanz - Dach- oder Fassadenbegrünung - Entsiegelung - Erhöhung des Albedos - Parks - Wasserflächen Dach- oder Fassadenbegrünung ZAMG Klimarefenz Änderung der Landnutzung 100% Dachbegrünung Änderung in Hitzebelastung Differenz in Sommertagen SU_diff Entsiegelung JAHN Albedoerhöhung Durch die Umsetzung Dachbegrünungsmaßnahmen kann die Hitzebelastung der Städte reduziert werden. 25 NÖM

13 Mögliche Klimaanpassungsmaßnahmen kurzfristig: Hitzewarnungssystem, Risikomanagement langfristig: Klimaanpassungsmaßnahmen in Stadtplanung: Begrünung: Höherer Anteil der begrünten Flächen (Entsiegelung, neue Parkflächen, Dachbegrünung) Reduktion der Oberflächentemperatur Abschattungseffekt Verdunstungskühlung Abflussverzögerung, Wasserrückhaltung Geringere Staubbelastung Wasser: Höherer Anteil der Wasserflächen Verdunstungskühlung Minderung der Tagesschwankungen Verbesserung der Ventilation Bwag/Wikimedia Technische Maßnahme: Änderung der Albedo (Reflexion) an Gebäuden und versiegelten Oberflächen Reflexion der kurzwelligen Strahlung Reduktion der Oberflächentemperatur Produktionstechnikzentrum der TU NÖM

14 Stadtklimamodell MUKLIMO_3 3D Mikroskaliges Urbanes KLImaMOdell (Sievers and Zdunkowski, 1986; Sievers, 1990; Sievers, 1995) Auflösung: horizontal m, vertikal m Eingangsdaten: Höhenmodell, Meteorologische- und Landnutzungsdaten Output: Tagesgang des Windes, der Temperatur und relativer Feuchtigkeit, solare und thermische Strahlung Auswertung der Klimaindizes mittels Quader Methode (Früh et al., 2010) Parametrisierung von Bebauung und Vegetation

15 Simulationen der Klimaanpassungsmaßnahmen durch Änderungen in Landnutzung Nr. Exp. Beschreibung vsg sigmb sigma albdvs albd albdw grant 0 Referenz Exp Referenzsimulation, Ist-Zustand 1 Boden Grünraum Gebäude Entsiegelung -10% -20% -50% 1.2 Reflexion Erhöhung des Anteils niedriger Vegetation +10% +30% 2.2 Erhöhung des Anteils von Bäumen +10% +20% +50% 2.3 Neue Grünflächen +10% +30% +50% 3.1 Dachalbedo Wandalbedo Dachbegrünung 25% 50% 100% Smart Cities Demo Projekt JACKY COOL CHECK ( )

16 Änderungen in Anzahl der Sommertage (T max 25 C) Grünraum Exp 007 niedrige Vegetation +10% Exp 008 niedrige Vegetation +30% Diff. in Anzahl der Sommertage Einfluss auf Hitzebelastung <1 unter Modellgenauigkeit 1-3 gering 4-9 mäßig 10 stark Exp 009 Bäume +10% Exp 010 Bäume +20% Exp 011 Bäume +50%

17 Änderungen in Anzahl der Sommertage (T max 25 C) Grünraum Exp 012 neue Grünflächen +10% Exp 013 neue Grünflächen +30% Exp 014 neue Grünflächen +50%

18 Änderungen in Anzahl der Sommertage (T max 25 C) Boden Exp 001 Entsiegelung -10% Exp 002 Entsiegelung -20% Exp 003 Entsiegelung -50% Exp 004 Reflexion 0.3 Exp 005 Reflexion 0.5 Exp 006 Reflexion 0.7

19 Änderungen in Anzahl der Sommertage (T max 25 C) Gebäude Exp 015 Dachalbedo 0.5 Exp 016 Dachalbedo 0.7 Exp 017 Wandalbedo 0.5 Exp 018 Wandalbedo 0.7

20 Änderungen in Anzahl der Sommertage (T max 25 C) Gebäude Exp 019 Dachbegrünung 25% Exp 020 Dachbegrünung 50% Exp 021 Dachbegrünung 100%

21 Graz Jakomini Bezirk Bebaute Fläche: ha (64.0%) Gebäude: ha (25.1%) Gründachpotenzial: 11.2 ha (2.8%) Verkehr: 65.7 ha (16.2%) Grünflächen: 74.3 ha (18.3%) Wasser: 6.2 ha (1.5%) Einwohner: ca Einwohnerdichte: ca /km 2 Fläche: 4.06 km 2 Höhe: ca. 380 m a.s.l. Smart Cities Demo Projekt Jacky_cool_check ( )

22 Änderung in Landnutzung Bebaute Flächen (ha) 12,6 3,1% Verkehr (ha) -0,3-0,1% Grünflächen (ha) -12,3-3,0% Wasser (ha) 0,0 0,0% Änderung Gesamtfläche (ha) -21,7 LU-KlassVALUE *NUTZUNG LU 2011 LU 2004 Diff 1 11 Ackerfläche 0,6 2,5-1, Grünfläche 23,5 30,3-6, Schrebergarten 15,1 15,1 0, Brachland 1,8 0,9 0, Waldfläche 14,5 14,8-0, Stehendes Gewässer 0,2 0,2 0, Fließendes Gewässer 6,0 6,0 0, Straßenanlage 58,7 59,0-0, Bahnanlage 6,9 6,9 0, Abstellfläche 17,6 15,2 2, Erholungsfläche 1,0 1,2-0, Technische Ver- und E 1,1 1,1 0, Parkanlage 7,9 8,0-0, Sportanlage 9,2 9,8-0, Sonstige Fläche 0,6 1,4-0, Obststreuwiese 1,3 1,8-0, Gärtnerei 0,6 1,7-1, Gewerbe- und Industr 29,6 38,1-8, Sonstiges Gebäude 36,4 23,5 12, Gründerzeitliche Verb 62,8 63,5-0, Mehrgeschossige Wo 69,1 64,4 4, Ein- und Zweifamilien 41,5 40,7 0,77

23 Hitzebelastung in Referenzsimulation und Modellvalidierung YEAR Graz-Flughafen Graz-Universitaet Graz-St. Peter SD HD WN TN SD HD WN TN SD HD WN TN Obs. 66,6 13,3 13,8 0,9 63,0 11,5 17,5 1,2 Mod. Diff (%) 60,1 8,7 67,7 25,4 51 6,9 66,40 24, % -24% >100% >100%

24 Änderungen in Hitzebelastung Versiegelte Fläche Exp 003 Entsiegelung -50%

25 Änderungen in Hitzebelastung Versiegelte Fläche Exp 006 Reflexion 0.7 Referenz Bodenalbedo der versiegelten Flächen: 0.2

26 Änderungen in Hitzebelastung Versiegelte Fläche und Gebäude Exp 008 niedrige Vegetation +30% Fläche in Jakomini (Modell): Vegetation: ha Freifläche: 36.3 ha Vegetation +30%: Vegetation: ha Freifläche: 5.4 ha

27 Änderungen in Hitzebelastung Grünfläche Exp 011 Bäume +50% (Verdichtung existierende Flächen)

28 Änderungen in Hitzebelastung Geplante Begrünung 2025 mit Straßen Exp 014_2 neue Grünflächen

29 Änderungen in Hitzebelastung Gebäude Exp 016 Dachalbedo 0.7 Gebäude Fläche: ha Referenz Dachalbedo: 0.2

30 Änderungen in Hitzebelastung Gebäude Exp 018 Wandalbedo 0.7 Referenz Wandalbedo: 0.3

31 Änderungen in Hitzebelastung Gebäude Exp 022 Pot. Dachbegrünung 100% Gebäude Fläche: ha Dachfläche (Modell): 98.9 ha Potenzielle Gründächer: 11.2 ha

32 Evaluierung der Klimaanpassungsmaßnahmen für Jakomini Klimatologische Wirkung Exp. Mittel Max 1 Boden Entsiegelung -50% Reflexion (albvs=0.7) 2 Grünraum Erhöhung des Anteils niedriger Vegetation (+30%) Erhöhung des Anteils von Bäumen (+50%) Differenz in Sommertage: 1 < SU < 5 5 SU < SU Neue Grünflächen 3 Gebäude Dachalbedo (albd=0.7) Wandalbedo (albdw=0.7) Dachbegrünung (50%) Dachbegrünung (100%) Potenzielle Dachbegrünung

33 Zusammenfassung zukünftige Klimaszenarien für die österreichische Städte zeigen eine starke Zunahme in Hitzebelastung bis Ende des 21. Jahrhunderts höherer Anteil der Vegetation, Wasserflächen und Erhöhung von Reflexionsvermögen der Gebäuden reduzieren die städtische Wärmeinsel durch großräumige und flächenhafte Anwendung von Klimaanpassungsmaßnahmen sind mäßige bis starke Kühlungseffekte realisierbar lokale Auswirkungen sind von Umgebung und Position in der Stadt abhängig mit kombinierter Umsetzung von Klimaanpassungsmaßnahmen können größere Auswirkungen erzielt werden

34 Stadtklimamodellierung an der ZAMG

35 Vielen Dank für Ihr Aufmerksamkeit! Urban Modelling Team Fachabteilung Modellapplikationen / Abteilung Vorhesagemodelle Bereich Daten, Methoden, Modelle KS Steiermark ZAMG - Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik 1190 Wien, Hohe Warte 38 urbmod@zamg.ac.at