Siedlungsklima im Ballungsraum Pilotprojekt Frankfurt

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1 Siedlungsklima im Ballungsraum Pilotprojekt Frankfurt Deutscher Wetterdienst Abteilung Klima- und Umweltberatung Johann Hessel Barbara Früh Marita Roos Deutscher Wetterdienst Zentrales Gutachtenbüro 16. September 2009 MORO-Auftaktworkshop Gießen en

2 Kooperation Stadt Frankfurt/DWD Pilotprojekt Stadtklima Frankfurt Vorgehen MORO-Auftaktworkshop 09/ Allgemeine Einführung 2 Stadtklimamodell MUKLIMO_3 Downscaling 3 Ergebnisse 4 Zusammenfassung und Ausblick

3 Standorte der Politik- und Klimaberatung im DWD Klimaüberwachung Regionale Klima- und Umweltberatung - RKB (Know-how-Center - KHC) Zentrales Gutachtenbüro - ZGB Zentrum für Medizin-Meteorologische Forschung Freiburg - ZMMF Agrarmeteorologie (inkl. Zentrum für Agrar- Meteorologische Forschung Braunschweig, ZAMF) Hydrometeorologie MORO-Auftaktworkshop 09/2009-3

4 Kompetenzgebiet: Regionale Klimamodellierung und -folgenabschätzung Entwicklung eines nahtlosen Vorhersagesystemes Lücke MORO-Auftaktworkshop 09/2009-4

5 ZWEK Herstellung von ZWEK-Daten (aus den Ergebnissen von 4 Regionalen Klimamodellen) ZWEK stellt alle verfügbaren Klimaprojektionen bereit sammelt die verschiedenen Klimaprojektionen REMO WETTREG STAR CLM DWD: Projekt ZWEK Z usammenstellung von W irkmodell- E ingangsdatensätzen zur K limafolgenabschätzung stellt die Bandbreite der Klimaprojektionen fest berechnet mittlere Klimaprojektionen als gleichberechtigte Zeitreihen (Eingangsdaten für Wirkmodelle) MORO-Auftaktworkshop 09/2009-5

6 Regionale Klimaprojektionen: Änderung der jährlichen Anzahl der SOMMERTAGE (mittleres Emissionsszenario A1B, Antrieb durch globales Klimamodell ECHAM-5) Änderungen im Vergleich zu Rhein-Main- Gebiet: Zunahme zwischen 6 und 30 Tagen Rhein-Main- Gebiet: Zunahme zwischen 24 und 42 Tagen MORO-Auftaktworkshop 09/2009-6

7 KU1 - Klimawandel in Städten Wärmebelastung Zeitreihen Stadtklimamodell UBIKLIM oder MUKLIMO_3 Wärmeinselintensität Evaluation mobile Messungen Beobachtungen Vergangenheit Hitze- / Wärmetage Anzahl der Tage Klimaprojektionen Vergangenheit Hitze- / Wärmetage Anzahl der Tage Regionalmodell-Bias Klimaprojektionen Zukunft Kooperationen mit Berlin und Frankfurt a.m. (aktuell), Kooperationen mit Köln und Wien in Vorbereitung MORO-Auftaktworkshop 09/ Hitze- / Wärmetage Anzahl der Tage Änderungssignal Signifikanztest

8 Siedlungsklima im Ballungsraum Kooperation Stadt Frankfurt/DWD Pilotprojekt Stadtklima Frankfurt MORO-Auftaktworkshop 09/ Allgemeine Einführung 2 Stadtklimamodell MUKLIMO_3 Downscaling 4 Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Ausblick

9 Stadtklimamodell MUKLIMO_3: Mikroskaliges urbanes Klima-Modell, 3-dim. Version Dynamik Lösung der Bewegungsgleichung über Stromfunktions-Vorticity Methode nicht-hydrostatisches Modell Tagesgang entsprechend den Anfangsbedingungen Physik Wärmegleichung Strahlung Vegetation nicht-aufgelöste Bebauung kein Niederschlag oder horizontaler Abfluss Modellgebiet Stufenförmige Orographie Rotation des Modellgebietes gegen Nord möglich Nichtäquidistantes Modellgitter MORO-Auftaktworkshop 09/2009-9

10 MUKLIMO_3 Modellgebiet Frankfurt a. M. ca. 25 x 17 km² hier: Geländehöhe mit Main und Hauptverkehrslinien 5km geplante Erweiterung bis Mitte 2010 Auflösung 100 m Raster T a u n u s o NW-Kreuz ow-kreuz ofrankfurter Kreuz Innenstadt o Bad Homburger Kreuz Berger Rücken ooffenbacher Kreuz N MORO-Auftaktworkshop 09/

11 Bebauungsstrukturen nach BBR (1980) 19 Flächennutzungsklassen Siedlung (dicht) Siedlung (locker) Wald Park Gewerbe (dicht) Gewerbe (locker) Freiflächen Wasser Bankenviertel Ein-, Mehrfam.haussdlg. Dorfkern Reihenhaussiedlung Zeilenbebauung Zeilenbeb. + Hochhäuser Blockbebauung City Mittelalterl. Stadt Gleise Kleingärten MORO-Auftaktworkshop 09/ Bankenviertel 25 km Innenstadt

12 Erkennen der Bebauungsstrukturen Hell blau: Zeile (dicht) /Hochhäuser Gelb: Blockbebauung Rosa: Zeile (mittel) Orange: Gewerbe (dicht) Grün gestrichelt: Kleingärten Grün: Reihenhäuser Dunkel blau gestrichelt: Gewerbe (locker) MORO-Auftaktworkshop 09/

13 Eingabedaten für das Stadtklimamodell MUKLIMO_3 Geländehöhe Flächennutzung / Bebauungsstrukturen Meteorologische Anfangsbedingungen für windschwache Strahlungswetterlagen Temperatur Windgeschwindigkeit und richtung relative Feuchte Beobachtungen Modellrechnungen Vergangenheit Zukunft Start des Stadtklimamodells MUKLIMO_3 MORO-Auftaktworkshop 09/

14 MUKLIMO_3: Lufttemperatur 15. Juli 04 MESZ Anströmung NO 5 m Höhe Anfangsbedingungen T = 15 C rh = 42% v = 0.7 ms -1 Innenstadt MORO-Auftaktworkshop 09/

15 Downscaling der Klimaprojektionen Globales Klimamodell ECHAM5 A1B Ensemble - 4 regionale Klimamodelle: REMO, CLM, WETTREG, STAR MORO-Auftaktworkshop 09/ Stadtklimamodell MUKLIMO_3

16 Untersuchungsmethode zum Einfluss des Klimawandels auf Städte Zeitreihen Stadtklimamodell Auswertung Änderungssignal Klimaprojektion Vergangenheit Klimaprojektion Zukunft UBIKLIM oder MUKLIMO_3 Statistik Verteilungen Trends, Korrelationen, Indizes usw. Differenz der beiden Zeiträume Signifikanzprüfung MORO-Auftaktworkshop 09/

17 Siedlungsklima im Ballungsraum Kooperation Stadt Frankfurt/DWD Pilotprojekt Stadtklima Frankfurt MORO-Auftaktworkshop 09/ Allgemeine Einführung 2 Stadtklimamodell MUKLIMO_3 Downscaling 4 Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Ausblick

18 Deutscher Wetterdienst Mittlere Anzahl der Sommertage* *Tmax 25 C DWD-Stadtklimamodell: MUKLIMO_3 N Nordwest-Kreuz Eingangsdaten: Flugwetterwarte Frankfurt Offenbach ( & ) Modell Station d/a 49.6 d/a Flughafen Frankfurt Frankfurter Kreuz o Offenbacher Kreuz ( ) Modell Station 43.3 d/a 46.1 d/a MORO-Auftaktworkshop 09/ Days/Year

19 Frankfurter Innenstadt: Ergebnisse Grünenburgpark & Palmengarten Bankenviertel Innenstadt Innenstadt Anzahl Sommertage Anzahl Tropennächte MORO-Auftaktworkshop 09/

20 Mittlere Anzahl der Sommertage OBS CLM REMO avg min max d/a 24.7 d/a 56.5 d/a o N avg min max d/a 19.3 d/a 42.0 d/a o N avg min max d/a 21.9 d/a 58.4 d/a o N d/a +59 d/a +56 d/a +53 d/a +50 d/a +47 d/a +44 d/a +41 d/a +38 d/a +35 d/a +32 d/a +29 d/a +26 d/a +23 d/a +20 d/a MORO-Auftaktworkshop 09/ STAR avg min max 46.3 d/a 24.5 d/a 58.7 d/a o N WETTREG avg min max 45.6 d/a 22.1 d/a 57.9 d/a o N

21 Änderung der Sommertage (A1B) zu d/a d/a +30 d/a +28 d/a +26 d/a +24 d/a +22 d/a +20 d/a +18 d/a +16 d/a +14 d/a +12 d/a +10 d/a +8 d/a CLM avg min max STAR avg min max d/a d/a d/a o d/a d/a o d/a N N REMO avg min max WETTREG avg min max d/a +9.4 d/a d/a o d/a +9.2 d/a o d/a N N MORO-Auftaktworkshop 09/

22 Vergleich Anzahl Sommertage verschiedener Bebauungsstrukturen mit Freifläche Bebauungsstrukturen (Beispiele) REMO REMO REMO Freifläche (absolut) Reihenhaussiedlung Blockbebauung City ab Mitte 19. Jh Bankenviertel Park Wasser MORO-Auftaktworkshop 09/

23 Zusammenfassung Hochaufgelöste Flächennutzung für Frankfurt am Main Simulationen mit Stadtklimamodell MUKLIMO_3 zeigen gute Übereinstimmung mit den Beobachtungen Zunahme der Sommertage bis etwa 4 26 Tage pro Jahr Zunahme der Sommertage bis : Streuung der Ensemblemitglieder zu groß für belastbare Aussagen Änderung der heißen Tage und Tropennächte: Evaluation wegen der sehr geringen Anzahl äußerst schwierig Ausblick Ausdehnung des Modellgebietes nach Osten und Süden Einheitliche Rasterauflösung in 100 m Simulation der Planungsvorhaben der Stadt Frankfurt Auswertung der Ergebnisse bezüglich Stadtstrukturen Diskussion und Bewertung mit Stadt- und Umweltplanern MORO-Auftaktworkshop 09/

24 Vielen Dank für Ihr Interesse. MORO-Auftaktworkshop 09/ Roos