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Klimaanalyse

In einer sogenannten Klimaanalyse werden stadtklimatische Sachverhalte untersucht, bewertet, in Kartenform dargestellt und so für die Planung nutzbar gemacht. Im Rahmen der Klimaanalyse NRW wird die klimatische Situation flächendeckend für das gesamte Land erfasst. Dabei werden sowohl (thermisch) belastete Räume (=Wirkräume) als auch potenzielle Ausgleichsflächen identifiziert und klassifiziert. Da die unten dargestellten Karten auf Basis NRW-weit vorhandener Daten und für Gesamt-NRW erstellt wurden, sollte bei der Betrachtung von kleinräumigen Bereichen, wie einzelnen Gemeinden, eine Validierung der Daten erfolgen.

Nachfolgend erfolgt eine kurze Übersicht über die Methodik. Eine ausführliche Beschreibung der Klimaanalyse Nordrhein-Westfalen erfolgt im LANUV-Fachbericht 86, darüber hinaus werden die wichtigsten Ergebnisse in der LANUV-Info 41 zusammengefasst:

Veröffentlichungen zur Klimaanalyse:

LANUV-Info 41: Klimaanalyse Nordrhein-Westfalen (Kurzbroschüre)

LANUV-Fachbericht 86: Klimaanalyse Nordrhein-Westfalen (Abschlussbericht)

Grundlagen

Die landesweite Klimaanalyse NRW wurde in Anlehnung an VDI-Richtlinie 3787, Blatt 1 (VDI 2015) durchgeführt. Die Aufbereitung stadtklimatischer Sachverhalte in Kartenform dient ihrer Nutzbarmachung für die Stadt- und Regionalplanung. Insbesondere vor dem Hintergrund des Klimawandels gewinnt die Berücksichtigung der thermischen und lufthygienischen Situation sowie der Auswirkungen von Bau- und Planungsmaßnahmen auf diese an Bedeutung. Hierbei werden in erster Linie die räumliche Ausprägung des Luftaustausches sowie thermisch belasteter Gebiete betrachtet und die Ausgleichs- und Belastungs-/Wirkräume zueinander in Beziehung gesetzt. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die Planung zur Verbesserung oder zum Erhalt der Situation abgeleitet. Der Fokus wird hierbei auf das Thema der bioklimatischen Belastung (Hitze) gelegt.

Klimatopkarte

Karte  (i)

Klimatope sind räumliche Einheiten, die mikroklimatisch einheitliche Gegebenheiten aufweisen (VDI 2014). Das Mikroklima wird vor allem durch die Faktoren Flächennutzung, Bebauungsdichte, Versiegelungsgrad, Oberflächenstruktur, Relief und Vegetationsart beeinflusst (VDI 2014).

In der genannten Richtlinie werden zehn unterschiedliche Klimatoptypen definiert:

  1. Gewässerklimatop
  2. Freilandklimatop
  3. Waldklimatop
  4. Klimatop innerstädtischer Grünflächen
  5. Vorstadtklimatop
  6. Stadtrandklimatop
  7. Stadtklimatop
  8. Innenstadtklimatop
  9. Gewerbe-/Industrieklimatop
  10. Gleisanlagen

Der Klimatoptyp 9 kann dabei weiter in offenere und dichtere Strukturen untergliedert werden.

Durch die Zuordnung der verschiedenen Klimatoptypen können einerseits städtische Bereiche erfasst werden, für die von einer hohen Betroffenheit während Hitzesituationen und damit einer erhöhte Anfälligkeit gegenüber klimawandelbedingten Temperaturerhöhungen auszugehen ist. Andererseits können naturnahe Klimatope abgegrenzt werden, die eine hohe klimaökologische Funktionalität besitzen und als Ausgleichsflächen für thermisch belastete Gebiete dienen können.

Datenbasis und Kartenerstellung

Die Ausweisung der Klimatope (nach VDI 2014) erfolgte anhand der im Arbeitspaket 1 des „Handbuch Stadtklima Teil II – Methoden“ entwickelten Methode zur automatisierten Ableitung von Klimatopen aus flächendeckend vorliegenden Geodaten (Geo-Net 2014, MKULNV 2014). Die dafür benötigten Eingangsdaten waren: Flächennutzungsdaten (ATKIS-Basis-DLM), Gebäudedaten (3D-Gebäudemodell) sowie der Versiegelungsgrad (EEA 2012). Die Methodik sieht dabei vor, die Klimatope zunächst basierend auf der Flächennutzung zuzuordnen und diese Einteilung durch die Bebauungs- und Versiegelungsinformation sowie die Nachbarschaftsbeziehungen zwischen einzelnen Flächen weiter zu differenzieren und verifizieren (s. Abb. 1). Dabei ist der Übergang zwischen den Klimatopen fließend; einzelne Flächen werden einem bestimmten Klimatop zugeordnet, doch die klimatischen Gegebenheiten verändern sich nicht abrupt.

Bei einigen Flächennutzungsklassen ist die Zuordnung sehr einfach und eindeutig (z. B. Fließgewässer etc. werden Gewässerklimatop zugeordnet), bei anderen, wie beispielsweise den Flächen mit Wohnnutzung, gemischter Nutzung oder Flächen besonderer funktionaler Prägung wird allein durch ihre Nutzung nicht deutlich, ob sie eher einem Vorstadt oder Innenstadtklimatop zugeordnet werden müssen. Daher wurde für diese Nutzungstypen und die Gewerbe-/Industrieflächen ebenso anhand von Schwellenwerten des versiegelten und überbauten Anteils eine weitere Untergliederung vorgenommen. Für Grünflächen wurde durch ihre Lage (im Siedlungskörper oder außerhalb) eine Einstufung vorgenommen.

Abbildung 1: Skizze des Verfahrensablaufs zur automatisierten Ableitung von Klimatopen

Kartenbeschreibung

Der maßgebliche Einfluss der Flächennutzung auf die Klimatoptypen zeigt sich bei Betrachtung der Klimatopkarte Nordrhein-Westfalens (Abb. 2). Im Sauer- und Siegerland findet man einen hohen Anteil an Waldklimatopen, wohingegen die städtischen Klimatoptypen vermehrt in den Ballungsräumen entlang des Rheins und der Ruhr auftreten. Dennoch sind thermisch belastete Innenstadtklimatope nicht nur auf Großstädten beschränkt, sondern sind beispielsweis auch in Altstadtkernstrukturen kleinerer Gemeinden zu finden.

Abbildung 2: Klimatopkarte Nordrhein-Westfalens

Fazit

Die Karte zeigt durch die Klimatopeinteilung Gebiete, für welche besonders während sommerlicher Hitzesituationen aufgrund der städtischen Wärmeinselproblematik eine erhöhte thermische Belastung erwartet wird bzw. mögliche Ausgleichräume für diese Bereiche. Da die Klimatopkarte auf rein statischen Grundlagen basiert (vor allem Flächennutzung), können aus ihr allerdings keine Aussagen zum Prozessgeschehen zwischen den Klimatopflächen abgeleitet werden. Es fehlen z. B. Daten zur Lufttemperatur, Luftfeuchte sowie den Windverhältnissen udnn Kaltluftströmen. Diese Informationen sind den nachfolgenden Klimaanalysekarten zu entnehmen. Die Situation ist auch nur für den Ist-Zustand dargestellt, sodass keine Aussagen über zukünftige Veränderungen durch Nutzveränderungen oder den Klimawandel gemacht werden können. Da diese Karte auf Basis NRW-weit vorhandener Daten und für Gesamt-NRW erstellt wurde, sollte bei der Betrachtung von kleinräumigen Bereichen, wie einzelnen Gemeinden, eine Validierung der Daten erfolgen.

Literatur

EEA (2012): Fast Track Service Precursor (FTSP) on Land Monitoring. Degree of soil sealing. European Environment Agency. www.eea.europa.eu

GEO-NET (2014): Konzept zur automatisierten Ableitung von Klimatopen in Nordrhein-Westfalen. Hannover, 05. Mai 2014, 20 Seiten

MKULNV [Hg.] (2014): Handbuch Stadtklima – Teil II Methoden, Arbeitspaket 1. Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf. S. 3 – 21

VDI (2014): Richtlinie VDI 3787 Blatt 1. Umweltmeteorologie – Klima- und Lufthygienekarten für Städte und Regionen. Weißdruck Juli 2014. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN – Normenausschuss KRdL. Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf.

Klimaanalysekarte

Karte Tagsituation, Karte Nachtsituation  (i)

In der Klimaanalysekarte werden klimaökologisch relevante Strukturen voneinander abgegrenzt und dargestellt. Im Gegensatz zur Klimatopkarte, die sich aus rein statischen Faktoren ableitet, werden in der Klimaanalysekarte die thermischen Verhältnisse in einer Region (und das damit zusammenhängende Prozessgeschehen) beschrieben, die sich in einer bestimmten thermischen Situation entwickeln. Da sich die thermischen Gegebenheiten im Tagesverlauf unterscheiden wurde die Klimaanalysekarte sowohl für die Tagsituation (15 Uhr) als auch für die Nachtsituation (4 Uhr) ausgewertet und dargestellt.

Datenbasis und Kartenerstellung

Die Klimaanalysekarte wurde in Anlehnung an VDI-Richtlinie 3787, Blatt 1 erstellt. Da auf landesweiter Ebene kein engmaschiges Messnetz in unterschiedlich strukturierten Gebieten bzw. Klimatopen zur Verfügung steht, wurde die Berechnung der meteorologischen Parameter mithilfe eines Computermodells durchgeführt. Es kam das mesoskalige Klimamodell FITNAH (Groß 1993) zum Einsatz. Das Landesgebiet von NRW wurde dabei in einem Raster von 100 m Auflösung abgebildet. Als Eingangsdaten für die Modellsimulationen gingen die Flächennutzung (ATKIS-Basis-DLM + Biotopkartierung), Versiegelungsgrad (EEA FTPS degree of soil sealing), Bebauung (3D-Gebäudemodell LoD1) und die Topographie (DGM1) ein. Die Simulation erfolgte für einen Strahlungstag im Sommer mit folgenden Kenngrößen: Temperatur um 21 Uhr: 20 °C, relative Feuchte 50 %, unbewölkt, windschwach. Aufgrund dieser Ausgangsbedingungen werden die meteorologischen Bedingungen durch die lokalen Gegebenheiten (autochthon) gebildet, also nur auf den oben beschriebenen Eingangsfaktoren beruhend. Ein solcher Strahlungstag im Sommer wurde beispielhaft für eine thermisch belastete Situation ausgewählt, deren Auftreten im Zuge des Klimawandels häufiger werden wird.

Die Darstellung der Klimaanalysekarte erfolgt einmal für die Tagsituation (15 Uhr) sowie einmal für die Nachtsituation (4 Uhr), dabei werden die Flächen getrennt nach Grünflächen als mögliche Ausgleichsräume sowie Siedlungsräume als mögliche Belastungs- bzw. Wirkräume ausgewertet.

Nachtsituation:

In der Nachtsituation ist für die Grünflächen ihr Kaltluftproduktionspotenzial entscheidend. In erster Linie zeigen landwirtschaftliche Flächen ein hohes Kaltluftpotenzial, Wälder nur nachgeordnet. Die Grünflächen werden nach ihrer Kaltluftlieferung anhand des mittleren Kaltluftvolumenstroms in Kubikmeter pro Sekunde (m³/s) gegliedert; er drückt den Zustrom von Kaltluft aus der benachbarten Rasterzelle aus. Zur Bewertung wurde in Ermangelung von absoluten Schwellen- oder Grenzwerten eine z-Transformation (vgl. VDI 2008: VDI-Richtlinie 3785, Blatt 1) durchgeführt. Somit ergibt sich eine Bewertung, die auf den Gebietsmittelwert von NRW zurückgeht und positive Abweichungen entsprechend gut bewertet (überdurchschnittliche Kaltluftproduktion) und negative entsprechend als schlechter (unterdurchschnittlich) bewertet (s. Tab. 1).

Tabelle 1: Einordnung des Kaltluftvolumenstroms innerhalb von Grünflächen

z-Wert der Grünfläche

Kaltluftvolumenstrom zum Zeitpunkt 4 Uhr

Qualitative Einordnung („Kaltluftvolumenstrom“)

>1,0

>2700 m³/s

sehr hoch

>0 bis 1,0

>1500 bis 2700 m³/s

hoch

>-1,0 bis 0

>300 bis 1500 m³/s

mittel

<=-1,0

<=300 m³/s

gering

 

Für die Siedlungsräume ist die mögliche Überwärmung und somit die Bildung einer urbanen Wärmeinsel der entscheidende Faktor, weshalb die Untergliederung der Siedlungsflächen anhand der nächtlichen Lufttemperatur vorgenommen wird (s. Tab. 2). Die Bewertung der nächtlichen Schlaftemperatur erfolgt zum einen unter der Annahme, dass eine für den Menschen optimale Schlafumgebungstemperatur zwischen 16 und 18 °C liegt (UBA 2015) und zum anderen der Definition einer Tropennacht, in welcher die Lufttemperatur (außen) nicht unter 20 °C absinkt, was als belastend wahrgenommen wird.

Tabelle 2: Einordnung der nächtlichen Lufttemperatur im Siedlungsraum

Lufttemperatur zum Zeitpunkt 4 Uhr

Qualitative Einordnung („nächtliche Überwärmung“)

<=17,0 °C

keine

>17,0 bis 18,5 °C

schwach

>18,5 bis 20,0 °C

mäßig

>20,0 °C

stark

 

Tagsituation:

In der Tagsituation wird sowohl für die Grünflächen (Ausgleichsflächen) als auch für den Siedlungsraum (Wirkraum) die thermische Belastung als Faktor zur Bewertung und Darstellung verschiedener Flächen verwendet. Zur Bewertung der thermischen Belastung wird der Index physiologische Äquivalenttemperatur (PET) verwendet. Dieser Index umfasst nicht nur die Lufttemperatur, sondern auch weitere Einflussfaktoren auf das thermische Empfinden des Menschen, wie die Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit oder Strahlungstemperatur. Die Einteilung verschiedener Belastungsstufen erfolgt nach der VDI-Richtlinie 3787, Blatt 9 (VDI 2004, s. Tab. 3).

Tab. 3: Einordnung der thermischen Belastung anhand der PET

PET

Qualitative Bewertung („Wärmebelastung“)

<=29 °C

schwach

>29 bis 35 °C

mäßig

>35 bis 41 °C

stark

>41 °C

extrem

 

Klimawandel-Vorsorgebereiche:

Zusätzlich zur Erfassung des Ist-Zustands für eine typische sommerliche Strahlungswetterlage wurden für den Siedlungsraum auch "Klimawandel Vorsorgebereiche" identifziert und dargestellt. Diese sollen für die Planung einen Hinweis darauf geben, wie sich vor dem Hintergrund des Klimawandels ein Anstieg der Temperaturen auf die räumliche Verteilung thermisch besonders belasteter Bereiche auswirken wird. Dafür wurde ein pauschaler Temperaturanstieg der Lufttemperatur von 1 °C angenommen. Dies entspricht in etwa dem Median der erwarteten Temperaturzunahme basierend auf verschiedenen Klimaszenarien bis 2050 über eine Vielzahl von Modellsimulationen hinweg.

Somit wurden als Klimawandel-Vorosrgebereiche in der Nachtsituation, die Gebiete ausgewiesen, die bei einer Temperaturzunahme um 1 °C von der mäßig überwärmten Klasse in die höchste Belastungsklasse mit einer starken nächtlichen Überwärmung aufsteigen würden.

Für die Tagsituation wurde ausgehend vom pauschalen Temperaturanstieg eine Zunahme der PET um 1,5 °C angenommen, was in etwa eimem Anstieg der Lufttmemperatur von 1 °C entspricht. Somit wurden als Klimawandel-Vorsorgebereiche, jene Gebiete ausgewiesen, die bei der angenommenen Temperaturzunahme durch die Erhöhung der PET um 1,5 °C von der stark belasteten Klasse in die höchste Belastungsklasse mit einer extremen thermischen Belastung aufsteigen würden.

Kartenbeschreibung

Die räumliche Verteilung thermisch belasteter Bereiche unterscheidet sich deutlich für die Tag- und Nachtsituation, daher wird die Kartenbeschreibung für beide Zeiträume getrennt vorgenommen:

Nachtsituation:

Die Kategorie „sehr hoher Kaltluftvolumenstrom“ tritt vor allem auf den landwirtschaftlich genutzten Flächen in der Niederrheinischen Bucht sowie im Münsterland (Westfälische Bucht) auf – insbesondere, wenn zusätzlich zur nutzungsbedingten sehr hohen Kaltluftproduktion ein reliefbedingtes Gefälle das Abfließen der Kaltluft möglich macht. Geringe Werte des Kaltluftvolumenstroms treten beispielsweise auf den Waldflächen des Sieger- und Sauerlands sowie der Eifel, aber auch in den Ebenen südlich von Münster auf (Abb. 3).

Demgegenüber zeigen im Siedlungsbereich dicht bebaute Innenstadtbereiche meist eine starke nächtliche Überwärmung. Geringe Überwärmungen treten in ländlich geprägten Gemeinden sowie im Randbereich größerer Gemeinden und Städte auf (Abb. 3). Dort wirken sich meist die Ausgleichsflächen positiv auf den Siedlungsbereich aus. Die Kaltlufteinwirkbereiche sind daher in der Karte ebenfalls dargestellt. Die Eindringtiefe beträgt – abhängig von der Bebauungsdichte und -struktur – wenige 100 m. Die Kaltluftwirkbereiche werden durch Windgeschwindigkeiten von min. 0,1 m/s gekennzeichnet. Während der dargestellten Situation in einer autochthonen Sommernacht befinden sich ca. 60 % des Siedlungsraums im Einflussbereich von Kaltluft oder Flurwinden.

Die Klimawandelvorsorgebereiche befinden sich meist ebenfalls in den besonders dicht bebauten Stadtbereichen oder im direkten Anschluss daran. Insgesamt nehmen die Klimawandel Vorsorgebereiche eine Fläche von gut 650 km² ein, was einem durchaus relevanten Anteil von 11,5 % der Siedlungsfläche NRWs entspricht.

Abbildung 3: Nächtlicher Kaltluftvolumenstrom und Überwärmung

Tagsituation:

Die geringsten thermischen Belastungen in der Tagsituation treten in den Waldgebieten des Sauer- und Siegerlandes sowie in der Eifel auf, da hier die Verschattung durch Bäume für ein angenehmes Mikroklima sorgt. Viele landwirtschaftliche Flächen weisen hingegen, ohne den Verschattungseffekt, eine starke oder extreme thermische Belastung auf (Abb. 4). Dementsprechend tritt häufig an den Stadträndern im Einflussbereich der landwirtschaftlichen Flächen ohne Verschattung auch im Siedlungsbereich während dieser windschwachen Tagsituation eine starke oder extreme thermische Belastung auf. Industrie- und Gewerbeflächen mit einem hohen Versiegelungsanteil zeigen ebenfalls häufig hohe thermische Belastungswerte (Abb. 4). Die Innenstadtbereiche weisen hingegen aufgrund der Verschattungswirkung häufig eine mäßige Wärmebelastung auf.

Die Klimawandel-Vorsorgebereiche sind vor allem im direkten Umfeld, der bereits unter heutigen Bedingungen eine extreme Wärmebelastung aufweisenden Flächen, zu finden. Mit einem Anteil von knapp 8 % an der Siedlungsfläche verschiebt sich aber nur ein eher geringer Anteil der unter heutigen Bedingungen als stark thermisch belastet klassifizierten Fläche in die höchste Belastungsstufe in der Tagsituation.

Abbildung 4: Thermische Belastung tagsüber

Fazit

Da die beschriebenen Karten auf Basis NRW-weit vorhandener Daten und für Gesamt-NRW erstellt wurden, sollte bei der Betrachtung von kleinräumigen Bereichen, wie einzelnen Gemeinden, eine Validierung der Daten erfolgen.

Für die Tag- und Nachtsituation treten sowohl für die Grünflächen als auch für die Siedlungsflächen deutliche Unterschiede in ihrer Bewertung auf. Daher ist eine einfache Zusammenfassung oder Mittelung dieser Ergebnisse zur Bewertung der Gesamtsituation nicht ohne weiteres möglich und wird ausführlich in der Klimaanalyse Gesamtbetrachtung beschrieben.

Literatur:

Groß (1993): Numerical Simulation of canopy flows. Springer Verlag Heidelberg.

UBA - Umweltbundesamt (2015): Heizen, Raumtemperatur – gewusst wie. www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/heizen-bauen/heizen-raumtemperatur (letztmaliger Zugriff am 12. 06. 2017)

VDI - Verein Deutscher Ingenieure (2004): VDI-Richtlinie 3787, Blatt 9. Umweltmeteorologie. Berücksichtigung von Klima und Lufthygiene, Düsseldorf.

VDI - Verein Deutscher Ingenieure (2008): VDI-Richtlinie 3785, Blatt1. Methodik und Ergebnisdarstellung von Untersuchungen zum planungsrelevanten Stadtklima, Düsseldorf.

Klimaanalyse Gesamtbetrachtung

Abbildung 5: Bewertungsschema zur Bewertung der Grünflächen in der Nacht

Karte  (i)

In der Karte der Klimaanalyse Gesamtbetrachtung werden die Ergebnisse der Klimaanalysekarten aus der Nacht- und Tagsituation in einer zusammenfassenden Bewertung kombiniert. Somit wird die thermische Gesamtsituation betrachtet und eine integrierte Bewertung im Hinblick auf planungsrelevante Belange vorgenommen. Darüber hinaus werden in Planungshinweisen Informationen zur Auswirkung von Nutzungsänderungen in den zugeordneten Klassen gegeben.

Abbildung 6: Bewertungsschema zur Bewertung der Grünflächen am Tag

Datenbasis und Kartenerstellung

Die Ergebnisse der Modellsimulationen und daraus abgeleiteten Bewertungen der Klimaanalysekarten stellen die Grundlage für die Gliederung und Bewertung der Klimaanalyse Gesamtbetrachtung, insbesondere für den Siedlungsraum, dar. Für die Grünflächen ist zudem ihre Entfernung zu Wirkräumen und somit ihr Ausgleichspotenzial von Bedeutung.

Dafür werden die Grünflächen einer erneuten Bewertung unterzogen. Dabei spielen beispielsweise auch ihre Größe und die Entfernung zur Siedlungsfläche, neben ihrem Kaltluftpotenzial, eine Rolle (s. Abb. 5 und 6).

Diese erneute Bewertung der Grünflächen wird zur Bewertung der Gesamtsituation nach der Bewertungsmatrix in Tabelle 4 zusammengeführt. Hierbei kommt der nächtlichen Ausgleichwirkung eine höhere Bedeutung als am Tag zu. Es ergibt sich eine fünfstufige Gliederung der Grünflächen für die Gesamtsituation. Diese reicht von einer geringen bis zur höchsten thermischen Ausgleichsfunktion, die in Tabelle 5 mit Planungshinweisen hinterlegt sind.

Tabelle 4: Bewertungsmatrix zur Verknüpfung der Bewertung von Tag- und Nachtsituation für Grünflächen

 

Tabelle 5: Einordnung der thermischen Ausgleichsfunktion und Planungshinweise für Grünflächen

thermische Ausgleichsfunktion

Planungshinweise

gering

Flächen stellen für die gegenwärtige Siedlungsstruktur keine relevanten Klimafunktionen bereit und weisen eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung auf. Bauliche Eingriffe sollten unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Klimafunktionen erfolgen. Im Falle einer Bebauung auf den Flächen selbst bzw. in ihrer näheren Umgebung sollte die Bewertung neu vorgenommen werden.

mittel

Für die gegenwärtige Siedlungsstruktur ergänzende klimaökologische Ausgleichsräume mit einer mittleren Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Die angrenzende Bebauung profitiert von den bereit gestellten Klimafunktionen, ist in aller Regel aber nicht auf sie angewiesen. Bauliche Eingriffe sollten unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Klimafunktionen erfolgen. Im Falle einer Bebauung auf den Flächen selbst bzw. in ihrer näheren Umgebung sollte die Bewertung neu vorgenommen werden.

hoch

Für die gegenwärtige Siedlungsstruktur wichtige klimaökologische Ausgleichsräume mit einer hohen Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Bauliche Eingriffe sollten unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Klimafunktionen erfolgen und eine gute Durchströmbarkeit der angrenzenden Bebauung angestrebt werden.

sehr hoch

Für die gegenwärtige Siedlungsstruktur wichtige klimaökologische Ausgleichsräume mit einer sehr hohen Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Bauliche Eingriffe sollten unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Klimafunktionen erfolgen und eine gute Durchströmbarkeit der angrenzenden Bebauung angestrebt werden.

höchste

Für die gegenwärtige Siedlungsstruktur besonders wichtige klimaökologische Ausgleichsräume mit einer sehr hohen Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Bauliche Eingriffe sollten gänzlich vermieden bzw. sofern bereits planungsrechtlich vorbereitet, unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Klimafunktionen erfolgen. Eine gute Durchströmbarkeit der angrenzenden Bebauung sollte angestrebt und zur Optimierung der Ökosystemdienstleistung sollte eine Vernetzung mit benachbarten Grün-/Freiflächen erreicht werden (Grünverbindungen).

 

Bei der Bewertung der Siedlungsflächen in der Gesamtsituation wird eine Unterscheidung nach Wohn- und Gewerbegebieten vorgenommen. Da insbesondere die Schlafqualität und das Wohnumfeld für die Gesundheit und Erholung der Bevölkerung wichtig sind bzw. sich die Bevölkerung diesem nicht entziehen kann, geht die nächtliche Situation bei den Wohngebieten stärker gewichtet in die Gesamtbewertung ein. Lediglich bei den Gewerbegebieten, die überwiegend tagsüber genutzt werden, geht die Tagsituation als stärkerer Faktor in die Gesamtsituation mit ein. Die Aufschlüsselung dieser Bewertung für Wohn- und Gewerbegebiete ist in Tabelle 6 dargestellt. Daraus ergibt sich ebenfalls eine fünfstufige Bewertungsskala für die Gesamtsituation, die mit den Planungshinweisen für die einzelnen Klassen in Tabelle 7 vorgestellt wird.

Tabelle 6: Bewertungsmatrix zur Verknüpfung der Bewertung von Tag- und Nachtsituation für Wohnflächen (links) sowie Gewerbeflächen (rechts)

 

Tabelle 7: Einordnung der thermischen Situation und Planungshinweise für Wohn- und Gewerbeflächen

Thermische Situation

Planungshinweise

sehr ungünstig

Sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen Situation sind notwendig und prioritär. Sie sollten sich sowohl auf die Tag- als auch auf die Nachtsituation auswirken. Es sollte keine weitere Verdichtung (insb. zu Lasten von Grün- und Freiflächen) erfolgen, stattdessen der Erhalt der Freiflächen und eine Verbesserung der Durchlüftung sowie eine Erhöhung des Vegetationsanteils bzw. Entsiegelungsmaßnahmen angestrebt werden.

ungünstig

Hohe Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen Situation sind notwendig. Nachverdichtungen sollten nicht zu einer Verschlechterung auf der Fläche selbst bzw. angrenzenden Flächen führen ("Entkopplung") und eine Verbesserung der Durchlüftung sowie eine Erhöhung des Vegetationsanteils sollte angestrebt werden.

weniger günstig

Mittlere bis hohe Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen Situation werden empfohlen. Nachverdichtungen sollten nicht zu einer Verschlechterung auf der Fläche selbst bzw. angrenzenden Flächen führen ("Entkopplung") und die Baukörperstellung sollte beachtet sowie möglichst eine Erhöhung des Vegetationsanteils angestrebt werden.

günstig

Mittlere Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Keine Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen Situation notwendig. Eingriffe sollten nicht zu einer Verschlechterung auf der Fläche selbst bzw. angrenzenden Flächen führen ("Entkopplung") und die Baukörperstellung sollte beachtet werden. Der Vegetationsanteil sollte erhalten werden.

sehr günstig

Mittlere Empfindlichkeit gegenüber Nutzungsintensivierung. Keine Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen Situation notwendig. Eingriffe sollten nicht zu einer Verschlechterung auf der Fläche selbst bzw. angrenzenden Flächen führen ("Entkopplung"). Der Vegetationsanteil sollte erhalten werden.

 

Klimawandel-Vorsorgebereiche:

In der Gesamtbewertungskarte werden ebenso wie in den Karten der Klimaanalyse Nacht- und Tagsituation Klimawandel Vorosrgebereiche ausgewiesen. Anders als die Klimaanalysekarten umfasst die Gesamtbetrachtung fünf statt vier Belastungsklassen, daher werden nicht nur die Flächen als Vorsorgebereiche dargestellt, die durch einen Temperaturaufschlag neu in die höchste Belastungsklasse aufsteigen, sondern auch die Flächen, die neu in der zweithöchsten Belastungsklasse einzuordnen sind. Für die Ableitung der Klimawandel Vorsorgebereiche in der Gesamtbewertung wird entsprechend  das matrixbasierte Bewertungsschema für den Siedlungsraum (Tabelle 6) angewendet. Als Basis dienen jedoch die „beaufschlagten“ Klassen der Klimaanalyse Tag- und Nachtsituation.

Kartenbeschreibung

Ein Großteil der Städte, insbesondere der Ballungsgebiete entlang von Rhein und Ruhr sind durch eine "wenig günstige" bis "sehr ungünstige" thermische Situation gekennzeichnet (über 50 % der Wohn- und Gewerbeflächen, Abb. 7). Dabei sind die Flächen die sich durch den Klimawandel in die Kategorie "sehr ungünstig" verschieben werden, vor allem in den dicht bebauten Innenstadtbereichen zu finden. Unter Klimawandelbedingungen können zukünftig jedoch auch Flächen von einer "ungünstigen" thermischen Situation betroffen sein, die sich eher in Stadtrandlage befinden.

Da die Bewertung der Grünflächen in erster Linie auf ihre Lagebeziehung zu belasteten Siedlungsräumen zurückzuführen sind, sind Grünflächen der Klassen „sehr hohe“ und „höchste thermische Ausgleichsfunktion“ ebenfalls vor allem in der Nähe der Ballungszentren an Rhein und Ruhr zu finden. Ein Großteil der Grünflächen (über 50 %) wurde der Kategorie „geringe thermische Ausgleichsfunktion“ zugeordnet, was auf ihre Lage in ländlichen Gebieten ohne direkten Bezug zu Lasträumen zurückzuführen ist.

Abbildung 7: Klimaanalyse Gesamtbetrachtung der Nacht- und Tagsituation

Fazit

Ein Großteil der Siedlungsfläche weist während einer sommerlichen Hochdruckwetterlage eine ungünstige thermische Situation auf. Insbesondere dort sind Maßnahmen, die der thermischen Belastung entgegen wirken, von großer Bedeutung. Dies gilt vor allem mit Blick auf den Klimawandel, durch den entsprechende Wetterlagenzukünftig häufiger zu erwarten sind.

Bisher wird einem Großteil der Grünflächen nur eine geringe thermische Ausgleichsfunktion zugeordnet, da sie nicht im direkten Wirkumfeld eines belasteten Siedlungsraumes liegen. Dennoch muss beachtet werden, dass im Falle einer Bebauung der bewerteten Freiflächen selbst bzw. ihrer näheren Umgebung die Bewertung neu vorgenommen werden muss und die bestehende Funktion beeinträchtigt wird oder gar völlig verloren geht bzw. eine Grünfläche eine hohe Bedeutung für ein neu entstehendes Wohn- oder Gewerbegebiet erhält.

zudem sollte berücksichtigt werden, dass die beschriebenen Karten auf Basis NRW-weit vorhandener Daten und für Gesamt-NRW erstellt wurden, daher sollte bei der Betrachtung von kleinräumigen Bereichen, wie einzelnen Gemeinden, eine Validierung der Daten erfolgen.

Veröffentlichungen zur Klimaanalyse:

LANUV-Info 41: Klimaanalyse Nordrhein-Westfalen (Kurzbroschüre)

LANUV-Fachbericht 86: Klimaanalyse Nordrhein-Westfalen (Abschlussbericht)

Betroffene Bevölkerung pro Gemeinde - ungünstige und sehr ungünstige thermische Situation Klimaanalyse Gesamtbetrachtung

Karte  (i)

Im Rahmen der Klimaanalyse NRW wird auch untersucht, wie viele Menschen in NRW von den ermittelten thermischen Belastungssituationen in den Siedlungsräumen betroffen sind.

Datenbasis und Kartenerstellung

Als Grundlage zur Bestimmung einer besonders hohen thermischen Belastung wurden die Klassen „ungünstige thermische Situation“ und „sehr ungünstige thermische Situation“ der Klimaanalyse Gesamtbetrachtung  herangezogen. Aufgrund fehlender landesweiter Daten zur Bevölkerung und ihrer detaillierten räumlichen Verteilung (z. B. auf Ebene von Gebäuden, Blocks oder Quartieren) wird die Anzahl der Betroffenen mit Hilfe gemeindespezifischer Bevölkerungsdichten näherungsweise abgeschätzt.

Die Bevölkerungsdichte wird bestimmt, indem die Anzahl der Einwohner einer Gemeinde (Datenquelle: IT NRW, Stand 31.12.2015) ins Verhältnis zur jeweiligen Siedlungsfläche gesetzt wird. Zur Siedlungsfläche zählen dabei sowohl Wohn- als auch Gewerbe und Industrieflächen (ATKIS Datensätze „Wohnbaufläche“, „Industrie- und Gewerbefläche“, „Fläche gemischter Nutzung“, „Fläche besonderer funktionaler Prägung“, „Bauwerk im Verkehrsbereich“). Anschließend werden zur Auswertung der jeweiligen Betroffenenzahlen in den einzelnen Belastungsklassen für jede Gemeinde die Flächengröße der jeweiligen Klasse mit der gemeindespezifischen Bevölkerungsdichte je Hektar Siedlungsfläche multipliziert.

Dieser Ansatz liefert Orientierungswerte und geht vereinfachend von einer auf der gesamten Siedlungsfläche einer Gemeinde einheitlichen Bevölkerungsdichte bzw. einer gleichmäßigen Einwohnerverteilung aus. Die Abschätzung der Anzahl der von bestimmten Belastungen betroffenen Menschen ist somit mit Ungenauigkeiten verbunden. Diese erscheinen jedoch vor dem Hintergrund der landesweiten Betrachtung unvermeidbar und müssen im Einzelfall vor Ort auf Ebene von Stadtbezirken, Quartieren oder Straßenzügen konkretisiert werden. Eine ausführliche Auflistung der Anzahl der durch Hitzebelastung betroffenen Bevölkerung nach Gemeinden, ist in unten stehender Tabelle 8 angegeben.


Tabelle 8: Anzahl der durch thermische Belastung betroffenen Bevölkerung in NRW nach Gemeinden (durch Klick auf die Tabelle kann die Liste als Excel-Datei heruntergeladen werden)

Kartenbeschreibung

Ein Großteil der Siedlungsfläche weist während einer sommerlichen, thermisch belastenden Wetterlage eine ungünstige thermische Situation auf, wovon etwa 5.000.000 Menschen in NRW betroffen sind. Von einer sehr ungünstigen thermischen Situation sind nochmals 300.000 Menschen betroffen.  Der Anteil der betroffenen Bevölkerung pro Gemeinden  wird in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8: Betroffene Bevölkerung pro Gemeinde - ungünstige und sehr ungünstige thermische Situation Klimaanalyse Gesamtbetrachtung

Fazit

Die Anzahl der Betroffenen zeigt, dass gerade im dicht besiedelten NRW Maßnahmen zur Minderung der thermischen Belastung von großer Bedeutung sind. Dies gilt insbesondere mit Blick auf den Klimawandel, durch welchen thermisch belastende Wetterlagen häufiger zu erwarten sind. Von einer ungünstigen thermischen Situation wären in NRW vor dem Hintergrund des Klimawandels bis zur Mitte des Jahrhundert voraussichtlich 3,7 Millionen Menschen zusätzlich betroffen, eine sehr ungünstige Situation beträfe 2,1 Millionen Menschen zusätzlich. Insgesamt wären demnach bei der Annahme eines Temperaturanstieges von 1 °C bis etwa 2050 9 Millionen Menschen von einer ungünstigen oder sehr ungünstigen thermischen Situation während sommerlicher Wetterlagen betroffen.