Stadtbäume im Klimawandel - Wuchsverhalten, Umweltleistungen und Perspektiven

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1 Stadtbäume im Klimawandel - Wuchsverhalten, Umweltleistungen und Perspektiven Thomas Rötzer, Hans Pretzsch, Astrid Moser, Jens Dahlhausen, Stephan Pauleit TUM, Lehrstuhl für Waldwachstumskunde TUM, Lehrstuhl Strategie und Management der Landschaftsentwicklung

2 o Wachsen Bäume in der Stadt anders? o Was leisten Stadtbäume für den Menschen (Umweltleistungen)? o Wie verändert sich das Wachstum von Stadtbäumen mit dem Alter? o Kann der Einfluss von Umweltbedingungen modelliert werden? o Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen?

3 % Wachsen Bäume in der Stadt anders? Prozentuale Änderung der Bestandeskennwerte für das Jahr 2 bezogen auf das Jahr Fichte Eiche Buche Stammdurchmesser Mittlerer Volumenzuwachs Bestandesvolumen Abnahme der Baumzahl *: 75-jährige Fichten- bzw. Buchenbeständen und 1-jährige Eichenbestände Rötzer und Pretzsch 215 (in review); Werte aus Pretzsch et al. 214a,b

4 Wachsen Bäume in der Stadt anders? Veränderung von Landnutzung und Versiegelungsgrad: München Stadtklima München

5 Wachsen Bäume in der Stadt anders? Temperaturverlauf München-Stadt ,8 ₒ C 8,7 ₒ C

6 Wachsen Bäume in der Stadt anders? 12 Temperaturverlauf München-Stadt und München-Land (Freising) ,7 ₒ C 9,8 ₒ C 9, ₒ,8 ₒ C C 1,3 ₒ 8 C 7,4 ₒ C

7 Wachsen Bäume in der Stadt anders? Wärmeinseleffekt (urban heat island) Wasserversorgung Strahlungsbilanz Luftzusammensetzung (CO 2, NO x, etc.) Feinstaubbelastung veränderte Raumstruktur Versiegelungsgrad Bodenzustand Atlanta, Georgia Licensed under Public Domain via Commons - File:Atlanta_thermal.jpg#/media/File:Atlanta_thermal.jpg heatisland.lbl.gov

8 Wachsen Bäume in der Stadt anders? Jährlicher Zuwachs Mittel über 1 Jahre (Werte aus Bohrkernanalysen) München Baumart n Zeitraum Alter Radialzuwachs [mm] Zentrum Stadtrand Winterlinde Robinie Roßkastanie Würzburg Baumart n Zeitraum Alter Radialzuwachs [mm] Zentrum Stadtrand Winterlinde Robinie München Würzburg Winterlinde Robinie Roßkastanie Winterlinde Robinie Zentrum Stadtrand Zentrum Stadtrand

9 Wachsen Bäume in der Stadt anders? relative Zunahme der Grundfläche* Winterlinden (> 6 Jahre) Berlin,2 dm² a -1,1 rural -,1 urban -,2 *: alterstrendbereinigt mittels Bertalanffy-Ansatz Jahr Dahlhausen et al. (in prep.)

10 Was leisten Stadtbäume für den Menschen? Umweltleistungen o Kohlenstoffspeicherung (McPherson, 1998; Nowak & Crane, 22) o Abkühlung (Akbari et al., 21; Pretzsch et al., 215) o Minderung des Regenwasserabflusses (Xiao et al., 2a; Xiao et al., 2b) o Beschattung (Akbari et al., 21; Dimoudi & Nikolopoulou, 23) o Schadstofffilterung (McPherson et al., 1997; Pretzsch et al., 215) o Biodiversität (Platt et al., 1994) o Erholungswirkung (Platt et al., 1994) o für die Höhe der Umweltleistungen entscheidend sind vor allem: Baumart Alter, Struktur, Vitalität Klima- und Umweltbedingungen Standort (Park, Platz, Straße, )

11 Was leisten Stadtbäume für den Menschen? München Temperatur: 9,6 ₒ C Niederschlag: 942 mm * Würzburg Temperatur: 9,6 ₒ C Niederschlag: 598 mm * *: Daten Deutscher Wetterdienst

12 Was leisten Stadtbäume für den Menschen? München Temperatur: 9,6 ₒ C Niederschlag: 942 mm * Würzburg Temperatur: 9,6 ₒ C Niederschlag: 598 mm * München Baumart n Alter Durchmesser [cm] Höhe [m] Kronenvolumen [m³] Mittel Minimum Maximum Mittel Minimum Maximum Mittel Minimum Maximum Winterlinde Robinie Würzburg Baumart n Alter Durchmesser [cm] Höhe [m] Kronenvolumen [m³] Mittel Minimum Maximum Mittel Minimum Maximum Mittel Minimum Maximum Winterlinde Robinie *: Daten Deutscher Wetterdienst

13 Wie verändert sich das Wachstum von Stadtbäumen mit dem Alter? Baumhöhe Empirische Erfassung von Baumstrukturen Robinie Winterlinde Kronendurchmesser Robinie Winterlinde

14 LAI [m²/m²] LAI [m²/m²] Wie verändert sich das Wachstum von Stadtbäumen mit dem Alter? Empirische Erfassung von Baumstrukturen und Wachstum Blattflächenindex Blattflächenindex 5 Winterlinde 4 3 Species Robinia Tilia 2 Robinie Height [m] 1 2 Baumhöhe [m] Robinie: R² =.57, p<.1, a=-2.3, b=.99 Winterlinde: R² =.64, p<.1, a=-.72, b=.67

15 LAI [m²/m²] LAI [m²/m²] NPP [kg]] Wie verändert sich das Wachstum von Stadtbäumen mit dem Alter? Empirische Erfassung von Baumstrukturen und Wachstum Blattflächenindex Nettoprimärproduktion 5 4 Blattflächenindex Winterlinde Species Robinia Tilia Robinie Height [m] 1 2 Baumhöhe [m] 2 Winterlinde Robinie Alter Robinie: R² =.57, p<.1, a=-2.3, b=.99 Winterlinde: R² =.64, p<.1, a=-.72, b=.67

16 J/cm² mm C Kann der Einfluss von Umweltbedingungen modelliert werden? CityTree - ein prozessbasiertes Wachstumsmodell Photosynthesemodell nach Haxeltine und Prentice (1996) bzw. Modell BALANCE (Rötzer et al. 21) Wasserhaushalt basiert auf SVAT-Modell HYMO (Rötzer et al. 24, DWA 27) Einzelprozesse nach Modell 3PG (Landsberg and Waring (1997) bzw. DWA (215) precipitation temperature radiation Triebkräfte Strahlung Temperatur rel. Feuchte Wind Niederschlag Atmosphäre CO 2 Einzelbaum wachstums modell Boden verfügbares Wasser (FK, PWP, DWT) Baumstruktur Alter Durchmesser Höhe Kronenansatz Kronenradien LAI Wuchsverhalten und Umweltleitungen Wachstum C-Bindung Wasserhaushalt Kühlungsleistung Schattenwirkung

17 NPP [kg]] NPP [kg]] Kann der Einfluss von Umweltbedingungen modelliert werden? Mittlere jährliche Nettoprimärproduktion Winterlinde Robinie empirisches Modell/Messung Prozessmodell Alter 2 empirisches Modell/Messung Prozessmodell Alter Klima: Bayern ( )

18 NPP [kg C] NPP [kg C] Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? Mittlere jährliche Nettoprimärproduktion Winterlinde Robinie Würzburg 2 Würzburg München Alter München Alter Klima: Bayern ( )

19 MM MM * : (CEC, Potsdam, UBA) nach Spekat et al. (27), aufbereitet durch Bayer. Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? Klimaszenario A1B auf Basis des statistischen WettReg-Modells* Veränderung der langjährigen Mittelwerte ( ) vs. (271-21) CO 2 -Konzentration erhöht auf 65 ppm München Temperatur Niederschlag A1B wet/dry + 1,9 ₒ C - 83 mm Würzburg Temperatur Niederschlag A1B wet/dry + 1,7 ₒ C + 9 mm 14 München: Niederschlag 14 Würzburg: Niederschlag Monat Szenarium A1B Monat Szenarium A1B

20 Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? kg C Veränderung des Wachstums (NPP) Klimaszenarium A1B (271-21) vs. Klima ( ) Alter Würzburg Linde Würzburg Robinie München Linde München Robinie

21 Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? Umweltleistungen eines 6 Jahre alten Baumes Klimaszenarium A1B (271-21) vs. Klima ( ) Baumart Durchmesser Höhe Kronendurchmesser LAI cm m m m²/m² Tilia Robinia

22 Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? kg Cl Umweltleistungen eines 6 Jahre alten Baumes Klimaszenarium A1B (271-21) vs. Klima ( ) Baumart Durchmesser Höhe Kronendurchmesser LAI cm m m m²/m² Tilia Robinia Kohlenstoffspeicherung Würzburg/Linde Würzburg/Robinie München/Linde München/Robinie

23 Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? mm Umweltleistungen eines 6 Jahre alten Baumes Klimaszenarium A1B (271-21) vs. Klima ( ) Baumart Durchmesser Höhe Kronendurchmesser LAI cm m m m²/m² Tilia Robinia Transpiration Abfluß WÜRZBURG/LINDE WÜRZBURG/ROBINIE MÜNCHEN/LINDE MÜNCHEN/ROBINIE SZE A1B

24 Wie verhalten sich Wachstum und Umweltleistungen von Stadtbäumen unter gegebenen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen? Umweltleistungen eines 6 Jahre alten Baumes Klimaszenarium A1B (271-21) vs. Klima ( ) Baumart Durchmesser Höhe Kronendurchmesser LAI cm m m m²/m² Tilia Robinia Kühlungsenergie % der jährlichen Globalstrahlung München/Robinie München/Linde Würzburg/Robinie Würzburg/Linde Szenarium A1B kwh