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Umweltatlas Berlin

04.12 Klimawandel und Wärmebelastung der Zukunft (Ausgabe 2010

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Methode / ergänzende Hinweise

Erfassung der Hintergrundbelastung

Die Hintergrundbelastung aus den REMO-Daten wurde anhand eines 3 x 3 Gitterpunkte umfassenden, weitgehend von der Nutzung unbeeinflussten Gebietes im Südwesten Berlins ermittelt (Deutschländer et al., 2009). Es standen an jedem Gitterpunkt Zeitreihen aller physiologisch relevanten meteorologischen Größen für die gewünschten Zeiträume zur Verfügung. Die Auswertung in Bezug auf Tage mit Wärmebelastung erfolgte für die drei Zeiträume pixelweise mit anschließender Bildung des Flächenmittels. Analog wurde der Anteil an Strahlungstagen bestimmt.

WettReg generiert seine Ergebnisse stationsbezogen. Im vorliegenden Fall wurden die Daten der Stationen Schönefeld und Lindenberg zunächst getrennt in Bezug auf die Zahl der Tage mit Wärmebelastung bzw. den Anteil an Strahlungstagen ausgewertet. Das arithmetische Mittel der Werte beider Stationen steht dann für die den Berliner Raum charakterisierende Hintergrundbelastung. Die WettReg-Stationen Müncheberg und Zehdenick, die prinzipiell auch als weitere Stützpunkte für die Untersuchungen in Frage gekommen wären, wurden zur Auswertung nicht herangezogen, da die Durchführung der im Folgenden beschriebenen Biaskorrekturen aufgrund sehr lückenhafter Mess- und Beobachtungsdaten nicht möglich gewesen wäre.

Im Gegensatz zu REMO liefert WettReg immer nur einen Wert pro Tag. Um eine adäquate Auswertung in Bezug auf die Wärmebelastung durchführen zu können, wurden mit Hilfe statistischer Verfahren, die speziell mit den Messdaten der Stationen Schönefeld bzw. Lindenberg abgeglichen wurden, Tagesgänge und damit Stundenwerte für die zur Berechnung der Gefühlten Temperatur benötigten Größen erzeugt. Verwendet wurden Temperaturmaximum, Temperaturminimum, Tagesmittel von Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, Feuchte und Bewölkung. Damit wird man sicher nicht jeden Tag realitätsnah darstellen können. Auch in Bezug auf die Berechnung der Gefühlten Temperatur ist diese Vorgehensweise kritisch zu bewerten, da diese aufgrund der zum Teil gegenläufigen Wirkweise der einzelnen Wetterparameter prinzipiell eine zeitgleiche Zuordnung benötigt. Dadurch aber, dass ein Tag mit Wärmebelastung nicht an einem einzelnen Termin festgemacht wird, sondern über drei Termine tagsüber definiert wird (vgl. Methode), sowie durch die Betrachtung eines längeren Zeitraums, ergibt sich ein durchaus realistisches Bild.

Die Auswertung für den Zeitraum 1971 - 2000 der Mess-, REMO- und WettReg-Daten (vgl. Tabelle 6) zeigt, dass Wärmebelastungstage bei REMO leicht unter-, bei WettREG aber überschätzt werden. Die Abweichungen bezüglich des Strahlungstageanteils sind deutlich stärker.

Tabelle 6
Tab 6: Anzahl der Tage mit Wärmebelastung (WB) und prozentualer Anteil (strant) an Strahlungstagen als Jahresmittelwert des Zeitraums 1971 - 2000 aus den Messdaten der Station Schönefeld (10385), sowie den entsprechenden Zeitreihen von REMO und WettReg

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Anwendung statistischer Verfahren / Biaskorrektur

Die Abweichung des Modellwertes vom Erwartungswert aus den Messungen wird als Modell-Bias bezeichnet. Durch Biaskorrekturen lassen sich die Modellergebnisse verbessern. Dazu werden für die Schwellenwerte (Gefühlte Temperatur, Windgeschwindigkeit, Bewölkung) aus der Häufigkeitsverteilung der Messdaten von Schönefeld und Lindenberg die jeweiligen Perzentile bestimmt. Anschließend werden umgekehrt die in der Häufigkeitsverteilung der Modelldaten bei diesen Perzentilen liegenden Werte als neue Schwellenwerte definiert (Deutschländer et al., 2009). Der Bias verringert sich für die Tage mit Wärmebelastung bei WettReg und für den Strahlungstageanteil bei beiden Modellen deutlich (vgl. Tabelle 7).

Tabelle 7
Tab 7: Anzahl der Tage mit Wärmebelastung (WB) und prozentualer Anteil (strant) an Strahlungstagen als Jahresmittelwert des Kontrollzeitraums 1971 - 2000, errechnet anhand der Zeitreihen von REMO und WettReg mit Bias-Korrektur

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Die Auswertung der künftigen Zeiträume 2021 - 2050 und 2071 - 2100 wurde ebenfalls mit den für den Kontrollzeitraum bestimmten Biaskorrekturen durchgeführt. Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse. Bis Mitte des Jahrhunderts kommt es bei beiden Modellen etwa zu einer 50%-igen Zunahme der Tage mit Wärmebelastung. Gleichzeitig nimmt auch der Anteil an Strahlungstagen zu, bei REMO um 5%, bei WettREG um 6%. Bis Ende des Jahrhunderts werden sich die thermischen Belastungssituationen im ungestörten Umland noch mal nahezu verdoppeln, während sich der Anteil an Strahlungstagen nicht mehr bedeutend verändert.

Tabelle 8
Tab 8: Anzahl der Tage mit Wärmebelastung (WB) und prozentualer Anteil (strant) an Strahlungstagen als Jahresmittelwert der Projektionszeiträume 2021 - 2050 und 2071 - 2100, errechnet anhand der Zeitreihen von REMO und WettREG mit Bias-Korrektur

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Anwendung statistischer Verfahren / Konfidenzmethode

Um besser einschätzen zu können, wie gut die Modell- die Messdaten wiedergeben, wurden für den Zeitraum 1971 - 2000 anhand der jährlich ermittelten Tage mit Wärmebelastung die Konfidenzintervalle für das 90%-Signifikanzniveau berechnet (vgl. Abbildung 6). In den Bereichen zwischen den beiden dünnen Querstrichen wird mit 90-%iger Wahrscheinlichkeit der Wert für die Hintergrundbelastung zu finden sein. Die Abweichungen der drei Konfidenzintervalle (Messdaten und Modellergebnisse) sind gering, woraus sich folgern lässt, dass die Hintergrundbelastung aus den Modellen die an der Station beobachtete Hintergrundbelastung gut widerspiegelt.

Abbildung 6
Abb. 6: 90%-Konfidenzintervalle für die Tage mit Wärmebelastung im Zeitraum 1971 - 2000 (10385: Station Schönefeld, C20R: Kontrolllauf REMO, C7100W: Kontrolllauf WettReg)

In Abbildung 7 sind zusätzlich die 90%-Konfidenzintervalle der Projektionszeiträume dargestellt. Die des Projektionszeitraums 2021 - 2050 überlappen sich nur geringfügig mit denen des Kontrollzeitraums. Daraus lässt sich eine leichte, aber signifikante Erhöhung der Anzahl an Wärmebelastungstagen bis zur Mitte dieses Jahrhunderts folgern. Für 2071 - 2100 zeigt sich die Zunahme der Tage mit Wärmebelastung noch deutlich stärker.

Abbildung 7
Abb. 7: 90%-Konfidenzintervalle für die Tage mit Wärmebelastung im Kontrollzeitraum 1971 - 2000 (10385: Station Schönefeld, C20R: REMO, C7100W: WettReg) und in den Projektionszeiträumen 2021 - 2050 (A1B2150R: REMO, P2150W: WettReg), 2071 - 2100 (A1B7100R: REMO, P7100W: WettReg)

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