Städtische Strahlungsbedingungen und ihre gesundheitsbezogenen Anwendungen

Transkript

1 Städtische Strahlungsbedingungen und ihre gesundheitsbezogenen Anwendungen Andreas Matzarakis

2 Stichworte Warum Strahlung und Bedeutung für Gesundheit Grundlagen Städte Bestimmung der Strahlung in Städten Messungen und Modellierungen Modelle Ergebnisse

3 > 50 % leben in Städten > 75 % CO 2 Emissionen finden in Städte statt Nur 2 % der Erde sind Städte (Folie: Matzarakis, 2013)

4 Städte, Klima und Klimawandel ΔT (Stadt/Umland) ca. 2-3 C ΔT (Klimawandel) > 3 C Zukunft: 2* ΔT (Folie: Matzarakis, 2013)

5 Human-Biometeorologie 1986

6 Wirkungskomplexe Wo ist Strahlung wichtig? Wirkungskomplexe Thermisch Lufthygienisch Aktinisch Biotropie Gerüche Lärm Faust (Hrsg), 1986)

7 Einfluss der atmosphärischen Umgebung auf Menschen Wirkungskomplexe Thermisch T a, VP, v, T mrt Lufthygienisch (Partikel, Gase, ) Aktinisch (UV-A, -B, -C, Licht) Biotropie Gerüche Lärm Nicht immer negativ Bedeutung: thermisch! Nicht nur Klimawandel

8 Thermischer Wirkungskomplex Thermische Indizes Thermischer Komfort Kältebelastung Hitzebelastung (Matzarakis, Martinelli, Ketterer, 2014) Concept/realization: Letizia Martinelli

9 Die Energiebilanz des Menschen M + Q shiv + W + Q* + Q H + Q L + Q sw + Q re + N + S = 0 (W) M: Metabolische Rate der Wärmeproduktion Q shiv : Reaktive Wärmebildung durch Kälte W: Mechanische Leistung Q*: Strahlungsbilanz Q H : Fluß fühlbarer Wärme Q L : Fluß latenter Wärme durch Wasserdampfdiffusion Q sw : Fluß latenter Wärme durch Verdunstung von Schweiß Q re : Wärmetransport über Atmung N: Wärmeübertragung durch Nahrungsaufnahme S: Nettowärmespeicher Jendritzky et al. 1990

10 1.1 m Wesentlicher Vorteil von PET die Verwendung der Einheit C 1.1 m Moderne thermische Indizes (abgeleitete thermische Indizes: PMV, PET, SET*, PT) Physiologisch Äquivalente Temperatur Tab. II.9: (PET): Definition: T a v T m r t Optimale Behaglichkeit: PET = 20 C VP Zuordnung von PET-Bereichen zu PMV-Bereichen bei gleichem thermischen Empfinden und gleicher thermophysiologischer Belastungsstufe von Menschen, bezogen auf eine metabolische Rate von 80 W und einen Wärmedurchgangswiderstand der Bekleidung M (leichter work = 80 Anzug) W von 0.9 clo (nach MATZARAKIS und MAYER, 1996) I cl = 0.9 clo PMV PET Thermisches Empfinden sehr kalt -3,5 4 C kalt -2,5 8 C kühl - -1,5 13 C leicht - kühl -0,5 18 C behaglich - 0,5 23 C leicht - warm 1,5 29 C warm - 2,5 35 C heiß - 3,5 41 C sehr - heiß Thermophysiologische Belastungsstufe extreme Kältebelastung T mrt = T starke Kältebelastung a v mäßige = 0.1m/s Kältebelastung schwache Kältebelastung VP = 12 hpa keine thermische --- Belastung schwache Wärmebelastung mäßige Wärmebelastung starke Wärmebelastung extreme Wärmebelastung --- T core T S k in T Skin

11 Strahlung und Mensch Mensch: 3D (Matzarakis et al., 2010)

12 Mittlere Strahlungstemperatur T mrt T a RH u, v, w T g T mrt (G o, G u, G N, G E, G S, G W, L o, L u, L N, L E, L S, L W ) (Foto: H. Mayer)

13 Mobile Messungen T mrt T a T w wd v 0-Emission Mercedes

14 Mikroskalige Modelle SkyHelios RayMan ENVI-met Solweig

15 Mikroskalige Modelle Details (frei verfügbar) RayMan - Strahlungsflüsse - Sonnenscheindauer - Sky View Faktor - thermische Indizes (PET, UTCI, ) - Punktmodell, (Fläche) - Benötigt Ta, VP/RH, v, (bew/g) - flexibel bei Input/Output SOLWEIG - Fläche - SVF, Tmrt, PET, - nur digitale Formate - Black Box ENVI-met - Fläche -Ta, RH, wind, Tmrt, - SVF, (PET), PMV - Primäre Luftverunr. - Anpassungsfaktoren für Größen - lange Laufzeit - Outputs benötigen SkyHelios - Fläche - flexibel bei Input/Output - Kombination von Datenformaten - Interface zu RayMan, ENVI-met - SVF, G, Tmrt, (v), - nicht so lange Laufzeit

16 RayMan Matzarakis et al., 2007, 2010

17 RayMan Pro Ein Tool für die Angewandte Klimatologie Sonnenscheindauer Sonnenbahnen Schatten Globalstrahlung Mitt. Strahlungstem. Predicted Mean Vote Phys. Äquiv. Temp. Stand. Effec. Temp. gefühlte Temperatur UTCI mpet NEW Energieflüsse, Tc, Tsk, b Einfache Umgebungen Komplexe Umgebungen Topographie Fish-Eye Hemisph. input/svf Meteodaten Klimadaten...

18 Muster: T a, PET

19 T a, T m r t, P E T, p T ( C ) KLIMES 70 F r e ib u r g, R ie s e lfe ld, T m rt N W -S E s tr e e t c a n y o n H /W = ; S V F = S W o r ie n te d s id e w a lk 50 PET 40 GT 30 T a C E T (h r s ) 12 Mayer, 2007

20 Universität/Platz der Alten Synagoge Quelle: Bing maps

21 Wahrnehmung/Reaktion 13. December 2011

22 Beinflussende Faktoren (SVF, Oberflächeneigenschaften) SkyHelios: SVF Bäume (Busstation) Fröhlich and Matzarakis, 2013

23 ENVI-met Tag 3 (13:00) 05/24/11 ENVI-met Fröhlich and Matzarakis, 2013

24 ENVI-met Planung Überschätzung! TIC-ENVI-met ENVI-met Fröhlich and Matzarakis, 2013

25 SVF danach Platz der Alten Synagoge MP1 Grünfläche MP2 KG I - Nord MP3 KG II - Nord MP PET35 PET35a Δ (h) MP4 UB - Nordost MP5 Theater MP6 KG II - Mitte MP7 Bushaltestelle RayMan Pro/SkyHelios Effekt: wind und Tmrt Fröhlich und Matzarakis, 2012

26 MP7 aktuell Ergebnisse: RayMan Pro Fröhlich und Matzarakis, 2012

27 MP7 danach Ergebnisse: RayMan Pro Fröhlich und Matzarakis, 2012

28 Hitzewelle August PET Aussen Innen Daten: Landesanstalt Professur für Wald und für Meteorologie Forst, München, Frage: Wälder und Bioklima während Hitzewellen?

29 Hitzewelle August PET Aussen Innen Daten: Landesanstalt für Professur Wald und für Forst, Meteorologie München, Frage: Wälder und Bioklima während Hitzewellen?

30 Umgestaltung eines Stadtviertels, Stuttgart Ketterer und Matzarakis, 2014, LUP

31 Umgestaltung eines Stadtviertels, Stuttgart Olga Hospital Aktuelle Situation Park - Szenario Wohnbebaung Szenario Ketterer et al., 2013, GRdL

32 Thermische Belastung und Mortalität Abb.: Relative Mortalität eines Tages und PET von 14 Uhr (MEZ). (Matzarakis, Muthers, Koch, TAC, 2011)

33 Relative Mortalität pro Belastungsklasse Abb.: Relative Mortalität pro WB-Klasse und Anzahl der Tage pro Jahr (April bis Oktober). (Matzarakis, Muthers, Koch, TAC, 2011)

34 Neue Generation: Thermische Indizes Kombination von Modellen Laufzeit Zusätzliche Parameter (WD) Nicht nur Hot Spots und Fallstudien

35 Anwendungen / Fazit I Stadtbioklima Plätze, Parks, Stadtwälder, usw. Komplexität der Bestimmung Tourismus, Erholung, (Freizeit)aktivitäten UV-Index Gesundheit (positiv, negativ, neutral)

36 Fazit II Strahlung nicht nur negativ Schwierigkeiten der Bestimmung durch Modelle lösbar Messungen und Kombination von Modellen Im Sommer - Zusatzbelastung Im Winter positiv Zusatzbelastung steuerbar