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Umweltatlas Berlin

04.10 Klimamodell Berlin - Analysekarten (Ausgabe 2016)

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Problemstellung

Um dem Stellenwert des Umweltbereiches Stadtklima möglichst umfassend gerecht zu werden, wurden erstmals im Jahr 2002/2003 flächendeckende Modellsimulationen mit dem mesoskaligen Klimamodell FITNAH 3D (vgl. Methode) durchgeführt (SenStadt 2003, SenStadt 2004). Die notwendigen Eingangsdaten und Analyseergebnisse wurden in dieser ersten Anwendung zunächst mit einer räumlichen Auflösung von 200 m x 200 m, in der Fortschreibung 2008/2009 (SenStadt 2009) dann mit einer Auflösung von 50 m x 50 m aufbereitet. Entsprechend der damals möglichen Erfassungsgenauigkeit erlaubten die Ergebnisse der modellgestützten Klimaanalyse vornehmlich Einschätzungen der klimatischen Situation und möglicher Auswirkungen von Bauprojekten auf der Ebene von übergeordneten bzw. teilräumlichen Planungen der Maßstabsebene 1:50.000 bis 1:5.000. Dagegen konnten bisher für konkrete Projekte im Rahmen der verbindlichen Bauleitplanung mit einer Maßstabsebene von ≤ 1:5.000, die dort geforderten detaillierten Bewertungen auf Ebene einzelner Gebäudestrukturen nicht erreicht werden.

Aufgrund der zentralen Funktion der Geodaten des Umweltatlas für den Bereich Stadtklima war es daher dringend notwendig, räumlich höher aufgelöste Informationen bereit zu stellen.

Zu diesem Zweck wurde von 2013-2015 das EFRE-Projekt "GIS-gestützte Modellierung von stadtklimatisch relevanten Kenngrößen auf der Basis hochaufgelöster Gebäude- und Vegetationsdaten" durchgeführt.
Dieses Projekt wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Berlin (Projektnummer:027EFRE GDI) für Maßnahmen zum Aufbau der Geodateninfrastruktur (GDI) gefördert (SenStadt 2015):

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Im Rahmen des Projektes wurden das Stadtgebiet von Berlin sowie das nähere Umland mit einer Gesamtfläche von rund 1.800 km² in einer Auflösung von 10 m x 10 m klimatisch analysiert und bewertet. Die Bearbeitung eines Untersuchungsraumes dieser Ausdehnung mit einer Rasterweite von lediglich 100 m² stellte zum Zeitpunkt der Untersuchung bundesweit ein Novum dar und erforderte vor allem an diese Anforderungen angepasste und optimierte Modell-Eigenschaften von FITNAH-3D.
Abbildung 1 macht die Vervielfachung der Detailliertheit der räumlichen Auflösung in den Schritten 200 m x 200 m zu 10 m x 10 m deutlich (Faktor 400).

Abbildung 1
Abb. 1: Rasterweiten der drei Modellierungsversionen des Klimamodells Berlin
zwischen 2002-2003 (200 m Kantenlänge) und 2013-2015 (10 m)

Eine derart umfassende Verfeinerung der räumlichen Auflösung der Modellierung bedingt gleichzeitig entsprechend detaillierte Datengrundlagen, die insbesondere mit hochaufgelösten Gebäude- und Vegetationsdaten zur Verfügung standen (SenStadt 2014, vgl. Datengrundlage).

Durch die nunmehr vorliegende 10 m x 10 m-Raster-Auflösung wird eine Nutzbarkeit der Analyseergebnisse auch für Beurteilungs-und Abwägungsprozesse auf der Ebene der verbindlichen Bauleitplanung (Bebauungsplanebene) bzw. entsprechende Projekte möglich.

Eine entscheidende Funktion der modellgestützten Klimaanalyse ist die Erfassung des Prozessgeschehens der bodennahen Luftaustauschströmungen und der Versuch, eine Verbindung zwischen diesen Vorgängen und einer Gliederung des Untersuchungsraumes in klimatisch-(lufthygienische) Gunst- und Ungunsträume herzustellen. Diese beiden Begriffe beschreiben aus klimatischer Sicht die Gliederung des Raumes in Ausgleichsräume, Wirkungsräume und verbindende Strukturen (Leitbahnen) und sein Verständnis als Ausgleichsraum-Wirkungsraum-Gefüge.

"Ein Ausgleichsraum ist dabei ein vegetationsgeprägter, unbebauter Raum, der durch Bildung kühlerer und frischerer Luft über funktionsfähige Austauschbeziehungen lufthygienische oder bioklimatische Belastungen in Wirkungsräumen vermindern oder abbauen kann. Ein Wirkungsraum ist ein belasteter, bebauter oder zur Bebauung vorgesehener Raum, der über Luftaustauschprozesse an einen angrenzenden oder über eine Luftleitbahn erschlossenen Ausgleichsraum angebunden ist." (Mosimann, T. at al. 1999). Diese Verfahrensweise löst sich damit grundlegend von der früher verbreiteten und auch heute noch für Ersteinschätzungen üblichen statischen Betrachtung auf der Basis von Stadtklimatopen, die den Untersuchungsraum in räumliche Einheiten untergliedert, in denen die mikroklimatisch wichtigsten Faktoren relativ homogen und die Auswirkungen wenig unterschiedlich sind (VDI 2015).

Die hier gewählte Herangehensweise des Modelleinsatzes mit gekoppelter Auswertung statistischer Grunddaten langjährig betriebener Klimastationen (SenStadtUm 2015a) beinhaltet folgende wichtige Vorteile:

  • die Vergleichbarkeit der Ergebnisse im Gesamtraum wird gewährleistet
  • neben den qualitativen Aussagen zur Ausprägung einzelner stadtklimatischer Phänomene werden auch quantitative Aussagen zu klimaökologischen Zuständen und zur Austauschprozessen möglich
  • klimaökologische Ausgleichs- und Prozessräume werden im Stadtgebiet verortet und in ihrer (möglichst exakten) räumlichen Ausprägung dargestellt
  • ein wichtiger Aspekt des klimaökologischen Ausgleichspotenziales von Freiflächen - der Kaltlufthaushalt - kann nur auf diese Weise flächendeckend untersucht werden.

Auch mit dieser Anwendung des Klimamodells konnte der schon vielfach bestätigte Zusammenhang zwischen dem Klima verschiedener Stadtgebiete und ihrer Bau-, Freiflächen- und Vegetationsstruktur bestätigt werden. Das typische Lokalklima entsteht aber nicht nur durch die Struktur eines Stadtgebietes, sondern auch durch seine Lage innerhalb der Stadt. So können verschiedene Räume einer Stadt untereinander oder mit dem Umland in Wechselwirkung stehen. Von entscheidender Bedeutung für den klimatischen Austausch sind dabei die Temperaturunterschiede benachbarter Gebiete. Eine Reduzierung dieser Unterschiede, z.B. durch Erhöhung der Baudichte oder Angleichung der Strukturen verschlechtert das Stadtklima. Ziel der vorliegenden aktualisierten Karten 04.10.1 - 04.10.7 ist es, die Ergebnisse der aktuellen Anwendung der Klimamodellierung zu präsentieren.

Gegenüber der letzten Ausgabe 2009 wurde das Themenspektrum der dargestellten Parameter wesentlich erweitert, sowohl hinsichtlich der ausgewerteten Parameter als auch der räumlichen Differenzierung, indem nunmehr sowohl die Original-Rasterauflösung als auch die gemittelten Block(teil)flächenwerte als Grundlage für die Planungshinweiskarten im Geoportal angeboten werden (vgl. Methode, SenStadt 2016).

Um eine Vergleichbarkeit mit den bereits im digitalen Umweltatlas veröffentlichten Klimaparametern herzustellen, wird auch die Verteilung der Lufttemperatur zu zwei Zeitschnitten präsentiert, obwohl bei einem direkten Vergleich der alten, auf Messungen, Evaluierungen und Analogieschlüssen basierenden Kartendarstellungen mit den Simulationsergebnissen von Modellanwendungen die verschiedenen Rahmenbedingungen der unterschiedlichen Versionen zu beachten sind. Dieser Hinweis gilt ebenso beim Vergleich der Ergebnisse der nunmehr drei FITNAH- Modellanwendungen der Ausgaben 2003, 2009 und 2016, da einerseits Datenstand, Umfang und Detaillierungsgrad der Eingangsdaten, andererseits auch die Weiterentwicklungen des Modells selbst zu voneinander abweichenden Ergebnissen bzw. auch Klassifikationen führen können.

Besondere Bedeutung haben die Darstellungen zur räumlichen Abgrenzung und Quantifizierung der autochthonen Luftaustauschprozesse. Der Begriff 'autochthon' bezeichnet dabei klimatische Vorgänge, die an Ort und Stelle bzw. von selbst (also ohne Fremdwirkung, z.B. durch großräumige Windströmungen) entstehen (Gegensatz: allochthon). Sie begründen sich damit in der klimatischen Leistungsfähigkeit der einzelnen Nutzungsstruktur in ihrem jeweiligen Umfeld und bieten eine begründete Basis zur Ableitung von konkreten Planungsempfehlungen.

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