Regionaler planungsbezogener Klimaatlas auf der Basis eines GIS Prof. Dr. J. Baumüller

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1 Regionaler planungsbezogener Klimaatlas auf der Basis eines GIS Prof. Dr. J. Baumüller

2 Impressum Herausgeber: Konzept und Projektleitung Erstellung, Redaktion Datenaufbereitung und Modellierungen GIS-Bearbeitung: und Kartographie Fotos: Bezugsquelle: Verband Region Stuttgart Kronenstraße Stuttgart Prof. Dr. J. Baumüller Abteilung Stadtklimatologie Amt für Umweltschutz Landeshauptstadt Stuttgart Prof. Dr. J. Baumüller Dr. U. Reuter Dipl. Met. U. Hoffmann Dipl. Geogr. H. Esswein Dipl. Geogr. Th. Nagel, Dr. Th. Flassak, Ing. Büro Dr. A. Lohmeyer Karlsruhe, Deutscher Wetterdienst Dipl. Geogr. H. Esswein Schmidt-Contag, Baumüller Verband Region Stuttgart Kronenstraße Stuttgart 2

3 Gliederung Einleitung Grundlagendaten Klimakarten Luftbelastungskarten Analysekarten Zusammenfassung und Ausblick 3

4 Was verstehen wir unter KLIMA? Das KLIMA ist definiert als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort der Erdoberfläche charakterisieren, repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften: - Mittelwerte, - Häufigkeit extremer Ereignisse, - Andauerwerte u.a. Was prägt unser KLIMA? Geographische Breite Lage (Insel, Küste, Kontinent) Höhe Orographische Situation Stadteffekt ( Stadtklima, Landnutzung) über eine genügend lange Periode (z.b. 30-Jahre). 4

5 5 Quelle: Stgt. Nachr , EEA

6 Klimawandel Temperatur Anomalie 2006/07 wärmster gemessener Winter Januar 2007 war 5.1 Grad zu warm Winter 2006/07 war 4.6 Grad zu warm 6

7 7

8 Die Gletscher schmelzen 8

9 Hitzesommer Tote in Europa Tote in Deutschland Tote in Baden-Württemberg ca.500 Tote in der Region Stuttgart In Stuttgart: Jahr 2000 Sommer 2003 Juli 2006 Winter 2006/07 Frühjahr 2007 Jahr 2007 / wärmstes je gemessene wärmster je gemessene wärmster je gemessene wärmster je gemessene wärmstes je gemessene 3.-wärmstes je gemessen

10 Quelle: IPCC

11 Erstellung Regionaler Klimazenarien (REMO) Doppelnestung Auflösung 50 km Auflösung 10 km 12

12 Temperaturverlauf in Deutschland (Modell REMO) 13 Quelle: UBA, 2008

13 Temperaturänderung in Deutschland (A1B), Bezug Jahr Sommer Quelle: UBA,

14 Niederschlagsänderung in Deutschland (A1B), Bezug Sommer Winter Quelle: UBA,

15 Normalwetter - Extremwetter 16

16 Normalwetter - Extremwetter 17

17 Kosten durch Klimaschäden (DIW, 2008; Basis WETTREG A1B Szenario) 18

18 Mobile Kühle 19

19 Anpassung: Open Air Gastronomie nimmt stark zu Über zugelassene Außen-Sitzplätze in Stuttgart in der Open Air Gastronomie in Stuttgart 20

20 Der Klimawandel ist bei der Planung angekommen Quelle: Umweltforum Berlin, Okt

21 Wirkungen des Klimawandels Quelle: UBA,

22 Handlungsfelder Quelle: UBA,

23 Der Klimawandel ist bei der Planung angekommen 25

24 Klima als wichtiger Belang in der Raumplanung Nach dem Baugesetzbuch (1986) sind Klima und Luft wichtige Belange in der räumlichen Planung, die bei der Abwägung zu berücksichtigen sind. Während in größeren Städten inzwischen öfter flächenhafte Klimauntersuchungen durchgeführt wurden, fehlen in der Regel solche auf regionaler Ebene. Seit 2004 ist es per Gesetz vorgeschrieben, bei raumbedeutsamen Planungen eine so genannte Strategische Umweltprüfung (SUP) durchzuführen. Dies gilt auch bei der Aufstellung von Regionalplänen. Im Zusammenhang mit der Fortschreibung des Regionalplanes für die Region Stuttgart (2007) wird deshalb auch ein digitaler Klimaatlas mittels eines GIS erstellt, der auch für weitergehende Planungen auf Stadt- und Gemeindeebene verwendet werden kann. Ausgangspunkt war der Klimaatlas für den Nachbarschaftsverband Stuttgart (1992), der ebenfalls von der Abteilung Stadtklimatologie des Amtes für Umweltschutz erstellt wurde. 26

25 27

26 Einleitung Planning area Landscape planning Spatial planning Scale Federal state Landscape programme State-wide spatial plan 1: to 1: Region Landscape framework plan Regional plan 1: to 1: Meso scale grid size 50 m -1km Community Landscape plan Land use plan 1: to 1:5.000 Meso scale grid size 50 m -200 m Part of the community Open space development plan Development plan 1:2.500 to 1:1.000 Meso scale micro scale grid size 5 m -200 m Source: adapted from Federal Ministry for Environment 1998: Landscape Planning Contents and Procedures, Bonn. 28

27 Nationalatlas BRD, 2003, Teil 3 Klimaatlas Baden-Württemberg, LUBW, 2006 Makro scale grid size 1km Klimaatlas Region Stuttgart, 2008 Meso scale grid size 50 m -1km Spezielle Klimauntersuchungen Meso scale micro scale grid size 5 m -200 m 29

28 Region Stuttgart ca. ¼ der Bevölkerung ca. 1/10 der Fläche 30

29 Region Stuttgart Land Baden-Württemberg Bevölkerung: Fläche: 10,739 Millionen km² Region Stuttgart Bevölkerung: Fläche: ca. 2,7 Millionen km² Landeshauptstadt Stuttgart Bevölkerung: Fläche: 207 km² 31

30 Region Stuttgart 32

31 Naturräumliche Haupteinheiten Region Stuttgart 33

32 Landkreise 2,7 Millionen Einwohner (Schleswig-Holstein: 2,7 Mio.) Quadratkilometer (Saarland: km 2 ) 179 Städte und Gemeinden 718 Einwohner / km 2 (Bundesgebiet 230 Einw./km²) 34

33 Zersiedelung 35

34 Zersiedelung 36

35 Zersiedlung in der Stuttgart Region Stuttgart 37

36 Stuttgart 38

37 Klimaatlas mit Hinweisen für die Planung,

38 40

39 Klimaaspekte in der Raumplanung Bioklima Immissionsklima Hitzestress Kältestress Horizontal Ausbreitung Vertikal Ausbreitung 41

40 Verwendete ArcGIS Anwendungen Programm Extensions Daten Haupteinsatz ArcGis 9.1 3D-Analyst shapefiles grids Kartenlayout, 3-D Darstellungen Datenumwandlung ArcView 3.2 Spatial Analyst shapefiles grids Rasterbearbeitung mit Spatial Analyst 42

41 Gliederung Einleitung Grundlagendaten und Karten Klimakarten Luftbelastungskarten Analysekarten Zusammenfassung und Ausblick 43

42 Grundlagendaten und Verfahren Grundlagen Verfahren Luftbilder Digitales Höhenmodell Landnutzung (ATKIS) Auswertung von Messdaten Klimaatlas Baden-Württemberg Emissionskataster Baden-Württemberg (2004) Geostatistisches Verfahren Remote Sensing Kaltluftabflussmodell (mesoskalig) (KALM) Digitale Windfeldmodelle (mesoskalig) (DIWIMO, METRAS) ArcGIS 9.1 Datengrundlagen: Landesvermessungsamt Verband Region Stuttgart Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW) Deutscher Wetterdienst (DWD) Landeshauptstadt Stuttgart 44

43 Grundlagenkarten Übersichtskarte mit Verwaltungsgrenzen Übersichtskarte mit Messstationen Höhenkarte farbig Höhenreliefkarte Karte mit Steigungen Landnutzungskarte Verkehrsstärkenkarte Infrarotkarte (Falschfarben) Karte der unzerschnittenen Räume 45

44 Übersichtskarte 46

45 Landnutzung Region Stuttgart Siedlung und Verkehr 22% Landwirtschaft 46% Wald 31% 47

46

47 Unzerschnittene verkehrsarme Räume 49

48 Straßen mit DTV > Bei diesen Straßen liegt der Lärmpegel Tags > 70 db(a) Nachts > 60 db(a) 50

49

50

51 53

52 Höhenkarte > 850 Flächenanteil der Höhen in der Region Stuttgart Höhe in m < Flächenanteil in % 54

53 Höhenrelief Region Stuttgart 55

54 Hangneigung ca. 5,5% der Fläche > 15% ca. 1% der Fläche > 25% 56

55 Gliederung Einleitung Grundlagendaten Klimakarten Luftbelastungskarten Analysekarten Zusammenfassung und Ausblick 57

56 Klimakarten Thermalkarten Mittag / Abend / Morgen Thermalklassifizierung Temperatur Jahresmittel / Mittlere Minima / Mittlere Maxima Temperaturspanne Windgeschwindigkeit Jahresmittel Kaltluftströmung Kaltluftmächtigkeit Kaltluftproduktion Globalstrahlung Niederschlag Besondere Tage (Inversionstage, Sommertage, Heiße Tage, Frosttage, Eistage, Schneetage) 58

57 Thermalkarte Abend 59

58 Thermalkarte Morgen 60

59 Thermalkarte Innenstadt Stuttgart Abend Morgen 61

60 Mittlere Jahresminimumtemperatur [%] 50 Flächenanteil der Minimumtemperaturen in der Region Stuttgart [ C] 62

61 Jahresmitteltemperatur Mitteltemperatur in C Flächenanteil der Mitteltemperatur in der Region Flächenanteil in % 63

62 Jahresmitteltemperatur Hohenheimer Jahres-Lufttemperatur in 2 m Höhe ( ), über 10 Jahre geglättet und Trendlinie Jahresmittel der Temperatur ( C) 11,0 10,5 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 Temp.- Gleit. Mittel ü. 10 Werte Temp.-Jahresmittel Polynom. Trend 5. Ordnung Jahre 64

63 Mittlere Jahresmaximumtemperatur 76 % der Fläche > 10 C Maximaltemperatur in C Flächenanteil der Maximaltemperatur in der Region Stuttgart Flächenanteil in % 65

64 Mittlere Temperaturdifferenz (Jahr) Die größten Unterschiede treten in den Tälern auf. 66

65 Mittlerer Niederschlag (Jahr) Hohenheimer Jahres-Niederschlagssummen , über 10 Jahre geglättet NN-Gleit.Mitt. ü. 10 Werte Jahres-Niederschlagssumme Niederschlagssumme (l/m2) Polynom. Trend 5.Ordnung Jahre 67

66 Mittlere jährliche Windgeschwindigkeit ca. 36% der Fläche < 2,5 m/s Mittlere Windgeschwindigkeiten in der Region Stuttgart (10m über Grund, ) 45,00 40,00 35,00 30,00 [%] 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 < 1,5 1,6-2,0 2,1-2,5 2,6-3,0 3,1-3,5 3,6-4,0 4,1-4,5 4,6-5,0 > 5,0 [m/s] 68

67 Inversionshäufigkeit 30 % der Fläche mit mehr als 225 Tagen mit Inversion 69

68

69 Gliederung 30,00 Luftbelastung in der Region Stuttgart Einleitung Grundlagendaten Klimakarten Luftbelastungskarten 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 sehr gering gering mittel hoch sehr hoch Analysekarten 0,00 sehr gering gering mittel hoch sehr hoch Zusammenfassung und Ausblick 71

70 Luftbelastungskarten CO 2 Jahressumme alle Quellen NO x Jahressumme alle Quellen NOx Jahressumme Verkehr PM10 Jahressumme alle Quellen PM10 Jahressumme Verkehr 72

71 CO 2 -Emissionen (Jahr) CO 2 -Emissionen pro Jahr in Mio. Tonnen Verkehr 4,6 Industrie Gewerbe Kleine Anlagen 5,9 5,0 Entspricht 5,7 t CO 2 pro Person und Jahr 73

72

73 NO x -Emissionen (Jahr) 75

74 NO x -Emissionen (Jahr) 76

75 PM 10 -Emissionen 77

76 Gliederung Einleitung Grundlagendaten Klimakarten Luftbelastungskarten Analysekarten Zusammenfassung und Ausblick 78

77 Analysekarten Temperaturprognose Hitzebelastung Kältestress Bevölkerungsbelastung durch Hitze Potentielle Luftbelastung Potentielle Erholungseignung Sommer Potentielle Erholungseignung Winter Klimaanalysekarten (Synthese) Planungshinweiskarten 79

78 Durchlüftung 38 % der Fläche schlecht 80

79 Potenzial der Luftbelastung Ca. 34% der Fläche sind hoch bis sehr hoch belastet. Dort leben aber ca. 75% der Menschen 81

80 Potenzial der Luftbelastung Ca. 34% der Fläche sind hoch bis sehr hoch belastet. Dort leben aber ca. 75% der Menschen 82

81 Tage mit Wärmebelastung ( ) 6% der Fläche hat mehr als 30 Tage/Jahr mit Wärmebelastung 83

82 > 84

83 Tage mit Wärmebelastung ( ) 57% der Fläche hat mehr als 30 Tage mit Wärmebelastung 85

84 Tage mit Wärmebelastung ( ) 57% der Fläche hat mehr als 30 Tage mit Wärmebelastung 86

85 Regenerationsseignung (Sommer) 87

86 Regenerationseignung (Winter) 88

87 Kaltluftmächtigkeit (nach 1h) 89

88 Bodeninversionsgefährdung 90

89

90 Kaltluftmächtigkeit (nach 4h) 92

91 Kaltluftvolumenstrom 93

92 Kaltluftvolumenstrom 94

93 Modul Kaltluft- Trajektorien 95

94

95 Modul Synthetische Windrosen 97

96 Klima-Analysen Karte (Synthese)

97 Legende zur Klima-Analyse 99

98 Detailkarten 100

99 101

100

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104 Gliederung Einleitung Grundlagendaten Klimakarten Luftbelastungskarten Analysekarten Zusammenfassung und Ausblick 106

105 Kartenauflösung und Masstäblichkeit Thema Auflösung (m) Maßstab Digitales Höhenmodell 50 Landnutzung 10 Thermalkarten 10 Klimakarten Windfeld 400 Kaltluftflüsse 50 Lufthygienekarten 1000 Bioklima 50 Klimaanalyse/ Planungshinweise 1: : unterlegt mit TK

106 Vorteile der GIS Verwendung ArcGIS ist in vielen Städten und Gemeinden vorhanden Datenhaltung für verschiedene Anwendungen in digitaler Form Flexible und einfache Fortführung der Daten Räumliche Informationen Verschneidung bzw. Überlagerung mit verschiedenen Themen möglich Gute Darstellungsmöglichkeiten Export unterschiedlicher Bildformate der Kartenlayouts Bei einer teilweisen Auflösung von 50 m sind die Ergebnisse für die Gemeinden auch für die Flächennutzungspläne und z.t. auch für Bebauungspläne geeignet Nachteil: Die GIS - Welt ist teuer 108

107 Ausblick Der Abschlußbericht zum Klimaatlas der Region Stuttgart liegt als pdf-file vor. ( Im GIS werden zukünftig über 200 Karten mit Bezug zum Klima abrufbar sein Die GIS Dateien werden den Städten und Gemeinden zur Verfügung gestellt. DVD-ROM mit Klimaatlasdaten für Stuttgart im Oktober DVD-ROM mit Klimaatlasdaten der Region für 2009 geplant 109

108 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und Ihre Geduld

109 Impressum Herausgeber: Konzept und Projektleitung Erstellung, Redaktion Datenaufbereitung und Modellierungen GIS-Bearbeitung: und Kartographie Fotos: Bezugsquelle: Verband Region Stuttgart Kronenstraße Stuttgart Prof. Dr. J. Baumüller Abteilung Stadtklimatologie Amt für Umweltschutz Landeshauptstadt Stuttgart Prof. Dr. J. Baumüller Dr. U. Reuter U. Hoffmann Dipl. Geogr. H. Esswein Dipl. Geogr. Th. Nagel, Dr. Th. Flassak, Ing. Büro Dr. A. Lohmeyer Karlsruhe, Deutscher Wetterdienst Dipl. Geogr. H. Esswein Schmidt-Contag, Baumüller Verband Region Stuttgart Kronenstraße Stuttgart 111

110 Presse (Stgt. Nachr.) 112

111 Presse (Stgt. Zeit.) 113