Analyse und Modellierung des Stadtklimas auf Grundlage von Erdbeobachtungs- und Crowdsourcing-Daten

Kurzfassung

Die erhöhte Lufttemperatur im urbanen Gebiet ist als Städtische Hitzeinsel (engl. Urban Heat Island UHI) definiert. Die unmittelbaren Auswirkungen der UHI auf die Gesundheit stehen in direktem Zusammenhang mit dem Hitzerisiko. Durch den Klimawandel und die Urbanisierung werden in den kommenden Jahren weltweit mehr Menschen durch extreme Wetterereignisse wie Hitzewellen betroffen sein. Um die Hitzeinseln insbesondere in Städten zu lokalisieren reichen amtliche Wetterstationen aufgrund der bisher niedrigen Stationsdichte nicht aus. Vor diesem Hintergrund wurden in dieser Arbeit neben amtlichen auch Lufttemperaturmessungen aus Crowdsourcing-Daten herangezogen und auf deren Eignung überprüft. Zudem wurden die Ursachen für die Entstehung von städtischen Hitzeinseln bzw. deren Zusammenhänge mit stadtmorphologischen Parametern wie der Gebäudedichte oder der Länge des Straßennetzes untersucht. Diese Analyse und Modellierung werden im Untersuchungsgebiet, welches den Freistaat Sachsen sowie die angrenzenden deutschen Bundesländer umfasst, im Untersuchungszeitraum 2017 bis 2021 durchgeführt. Der Vergleich von amtlichen und Crowdsourcing Lufttemperaturdaten zeigt, dass diese nach einer Qualitätskontrolle mit dem R-Package CrowdQC+ für weitere Analysen verwendet werden können. Jedoch bleiben Unsicherheiten in den Messungen bestehen. Aus den punktuell gemessenen Lufttemperaturen der Messstationen können Zielgrößen wie die Mittlere Temperatur oder die Anzahl von Hitzetagen bzw. Tropennächte abgeleitet werden. Diese werden zusammen mit den stadtmorphologischen Parametern in ein Regressionsmodell eingegeben, um die Zusammenhänge zu analysieren. Ergebnis ist die flächendeckende, lückenlose Modellierung der punktuell gemessenen Zielgrößen in einem 100 m x 100 m INSPIRE-Gitter. Die Analyse zeigt, dass in bebauten Gebieten die höchsten und in mit Vegetation bedeckten Gebieten die niedrigsten Temperaturen vorherrschen. Mit dem Modell lassen sich auch vergangene Hitzewellen in deren räumlicher Verteilung analysieren. Um die Anzahl der von Hitze betroffenen Bevölkerung zu untersuchen, werden ZENSUS-Daten aus dem Jahr 2011 herangezogen. Dabei wird deutlich, dass sich insbesondere in innerstädtischen Bereichen, in denen die Lufttemperatur im Vergleich zu deren Umgebung deutlich erhöht ist, die meisten Menschen von Hitze betroffen sind. Die Auswirkungen der UHI auf die Gesundheit sind signifikant, auch wenn sie oft unbeachtet bleiben, insbesondere bei Betrachtung der zukünftigen Entwicklungen des Klimawandels. Bei Planungen im urbanen Umfeld sollten die Ursachen sowie die räumliche Verteilung erhöhter Lufttemperaturen berücksichtigt werden, um das Phänomen der UHI weitmöglichst zu mindern. Durch eine entsprechende Stadtplanung, die Beschattung, Windströmungen und den kühlenden Einfluss von Wasserflächen berücksichtigt, kann eine urbane Resilienz geschaffen werden.