Handlungsleitfaden zur städtebaulichen Anpassung an den Klimawandel – Gelsenkirchen

ausgearbeitet von Marie Kreitlow

Vor dem Hintergrund der voranschreitenden Erderwärmung und den daraus resultierenden Hitzeepisoden, die an Häufigkeit und Intensität zunehmen werden, hat die Universität Duisburg-Essen ein Konzept zur städtebaulichen Anpassung an den Klimawandel für die Stadt Gelsenkirchen entwickelt. Der Fokus liegt auf der Reduzierung von Hitzestress während anhaltender Hitzeepisoden. Dies ist eine Thematik mit besonderer Relevanz für urbane Ballungsräume. Aufgrund ihrer stark versiegelten Fläche und hohen Bevölkerungsdichte, treten diese bereits unter gegebenen klimatischen Bedingungen als Wärmeinseln in Erscheinung (KUTTLER et al. 2012).
Das Stadtklima wird maßgeblich durch die Verteilung und Struktur der Bebauung, den Versiegelungsgrad und die Flächennutzung beeinflusst. Die strukturellen Besonderheiten von Städten führen zur Modifizierung des Wärmehaushaltes und dem Entstehen urbaner Hitzeinseln. Die Ausbildung von Hitzeinseln hat einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Humanbioklima und letztendlich das Wohlbefinden des Menschen (ENDLICHER 2012). Während der Hitzewelle im Jahr 2003 kam es in Europa schätzungsweise zu 35,000–50,000 Todesfällen, die durch die anhaltende Wärmebelastung bedingt wurden (KOPPE 2009). Urbane Ballungsräume sind besonders anfällig gegenüber der Ausbildung von Hitzeinseln. Derzeit befinden wir uns in einem Zeitalter das von einer anhaltenden Urbanisierung geprägt ist. Mehr als die Hälfte der Menschen lebt bereits in Städten. Es besteht dahingehend ein akuter Handlungs- und Anpassungsbedarf (CHING et al. 2014; KUTTLER et al. 2012).
Der Begriff Hitzeinsel (UHI) beschreibt eine inselartig auftretende Überwärmung der Stadt, die sich von der kühleren Umgebung des Umlandes abhebt (STEWART & OKE 2012). Der aus Hitzeepisoden resultierende Hitzestress hat negative Auswirkungen auf den Stoffwechsel, Wasserhaushalt und das Herz-Kreislaufsystem des Menschen und führt allgemein zu einer Einschränkung der Leistungsfähigkeit.
Im Rahmen der Auftragsforschung der Stadt Gelsenkirchen wurden Stadtgebiete ermittelt, die als besonders anfällig für die Ausbildung von innerstädtischen Wärmeinseln gelten und damit einen hohen Anpassungsbedarf aufweisen. In folgender Ausarbeitung soll die Methodik zur Ermittlung der Stadtgebiete mit hohem Anpassungsbedarf in Gelsenkirchen erläutert und diskutiert werden.

Die als „Vorranggebiete“ betitelten Quartiere, bei denen zukünftig mit einer Belastung des Humanbioklimas durch Hitzestress zu rechnen ist, wurden mittels der drei Indikatoren Klimatoptyp, Einwohnerdichte und demografische Struktur für den Untersuchungsraum ermittelt. Damit städtebauliche Anpassungsmaßnahmen, Begrünung von Straßenzügen oder Verschattung von Häuserfassaden, im realen Planungsalltag Anwendung finden können und zu einem sinnvollen Klimamanagement beitragen, müssen erhobene Daten und Aussagen bezüglich des Handlungsbedarfs auf Quartier- oder Bebauungs-Planebene im Maßstab ca. 1:5,000 vorliegen und aufgearbeitet werden (KUTTLER et al. 2012).
Das Verfahren dieser Datenaufbereitung nennt sich Downscaling von Daten. Der Begriff ist eine Zusammenfassung für Verfahren, die regionale Aussagen über das Lokalklima einer Region aus globalen Zirkulationsmodellen oder Szenarien ableiten. Ziel ist die räumliche Anpassung von Daten und die Sicherung eines möglichst korrekten Informationstransfers von einer groben in eine höher aufgelöste Skala bzw. Ebene. Es wird zwischen dynamischen und empirischen Downscaling-Verfahren unterschieden. Bei empirischen Downscaling-Verfahren werden real vorhandene Daten in Bezug zueinander gesetzt, so auch in dieser Forschungsarbeit (MATULLA et al. 2002).

Als Datengrundlage zur Ermittlung der anpassungsbedürftigen Gebiete Gelsenkirchens dient die synthetische Klimafunktionskarte der Stadt. Diese Karte stellt eine bewertende flächenhafte Übersicht der klimatischen und lufthygienischen Verhältnisse der Stadt bereit. Die in der Klimafunktionskarte vorgenommene Differenzierung der Klimatope beruht vor allem auf der Topografie und der aktuellen Flächennutzung der Stadt, sowie stationären und mobilen Messungen, die im Rahmen der Stadtklimaanalyse Gelsenkirchens durchgeführt wurden. Gebiete, die sich weitestgehend durch identische klimatische Ausprägungen auszeichnen, sind zu bestimmten Klimatoptypen zusammengefasst. Zu den Klimatoptypen, bei denen es aktuell oder zukünftig zu einer Hitzebelastung kommen kann, sind die Klimatope der Innenstadt, der verdichteten Bebauung und des Stadtrandes (die Gebiete, die unmittelbar an den Stadtkern/die Innenstadt anschließen), zu zählen. Vor allem die Klimatoptypen der Innenstadt und die der verdichteten Bebauung zeichnen sich durch einen hohen Grad an Versiegelung und eine stark verdichtete Bebauung mit geschlossener Randstruktur aus. Der Anteil an Grünflächen ist gering oder nicht vorhanden (KUTTLER et al. 2011).

Die synthetische Klimafunktionskarte liegt auf Flächennutzungsplanebene (Maßstab 1:20,000) vor und kann daher keine flächenscharfen Aussagen zur Klimaqualität auf Bebauungsplanebene (Maßstab 1:5,000) geben, sondern nur eine erste generalisierte Übersicht. Für eine genaue Analyse der Klimaqualität auf Quartiersebene ist eine weitere Differenzierung der Klimatope notwendig. Grundlage hierfür bildet die Realnutzungskartierung (RNK) der Stadt Gelsenkirchen (2008). Diese Karte weißt 14,257 Einzelgebiete aus, die in 128 Flächennutzungsarten klassifiziert sind. Die zehn bereits aus der synthetischen Klimafunktionskarte vorhandenen Klimatoptypen werden auf insgesamt 18 erweitert. Für diese neu hinzugefügten Klimatoptypen muss die Klimaqualität neu definiert und quantifizierbar gemacht werden. Bei der Beurteilung der Klimaqualität müssen sowohl klimatische als auch lufthygienische Faktoren berücksichtigt werden. Zur Ermittlung der Klimaqualität wurden fünf Indikatoren ausgewählt, die eine unmittelbare Auswirkung auf das Humanbioklima haben, zu ihnen gehören: Kaltluftproduktivität, nächtlich städtische Wärmeanomalie, physiologische Äquvialenttemperatur (PET), aerodynamische Oberflächenrauhigkeit und Luftbelastung. Für jeden Indikator wird ein normierter Wert bezüglich der einzelnen Klimatoptypen ermittelt. Um das Klimatop mit der optimalen Klimaqualität zu ermitteln, werden alle ermittelten Werte miteinander addiert. Die Klimatope mit der geringsten Klimaqualität sind die der „Innenstadt“ (20 %) und der „verdichteten Bebauung“ (35 %) (KUTTLER et al. 2011).

Die Daten zur demografischen Analyse der Stadt Gelsenkirchen – bezüglich ihrer Einwohnerdichte und Altersstruktur – liegen bereits auf Baublockebene vor. Zunächst werden die Baublöcke auf die RNK-Klimatope „Innenstadt“ und „verdichtete Bebauung“ mit der geringsten Klimaqualität eingegrenzt. Für die 2,648 in Frage kommenden Baublöcke wird eine flächengewichtete Quantifizierung der Einwohneranzahl durchgeführt. Die Anzahl der Einwohner der einzelnen Baublöcke wird mit der jeweiligen Baublockgrundfläche verrechnet, sodass die Einwohnerdichte ermittelt werden kann. Die errechneten Einwohnerdichten werden anhand des Baublocks mit der höchsten Dichte relativiert. Anschließend wird für jeden Baublock der Seniorenanteil repräsentativ für alle Risikogruppen bestimmt. Unter Berücksichtigung der drei relativen Indikatoren Klimatoptyp, Einwohnerdichte und Seniorenanteil kann durch Addition der drei Indikatorenwerte die maximale Betroffenheit der 2,648 Baublöcke der RNK-Klimatope „Innenstadt“ und „verdichtete Bebauung“ ermittelt werden. Die maximale Betroffenheit liegt bei 100 %, der Baublock mit der am höchsten ermittelten Vulnerabilität liegt bei 70 %. Die endgültige Festlegung der Vorranggebiete erfolgt über die Zusammenfassung der nah bei einander liegenden Baublöcke, mit einer Anfälligkeit von 50 % oder mehr zu Clustern. Aus dieser Analyse ergeben sich vier Vorranggebiete für die Stadt Gelsenkirchen (KUTTLER et al. 2012).

Nach KUTTLER et al. (2012) liegt die städtische Erneuerungsrate für bestehende Bausubstanz bei 2 %, daher müssen vorgestellte Handlungsmaßnahmen als langfristig umzusetzende Ziele betrachtet werden. Inwieweit die Übersichtskarte der ermittelten Vorranggebiete Einzug in die alltägliche städtische Planung der Stadt Gelsenkirchen finden kann, ist allerdings kritisch zu betrachten. Die erstellte Übersichtskarte spiegelt den Zustand der verwendeten Indikatoren für den Zeitraum 2010/11 wider. Es ist davon auszugehen, dass sich die ermittelten Vorranggebiete innerhalb der nächsten Jahre u. a. auf Grund wandelnder Flächennutzung und Ab- und Zuwanderung von Bewohnern ändern werden. Es liegen Daten bis zum Jahr 2030 bezüglich der Verteilung der Einwohnerdichte und des Seniorenanteils für die Stadt in kartografischer Form vor. Die räumliche Auflösung dieser Daten kann nur eine tendenzielle Abschätzung zulassen. Darüber hinaus liegen durch die Stadtklimaanalyse Gelsenkirchen Projektionen für die Dekade 2050–2060 bezüglich der zu erwartenden klimatischen Veränderungen vor. Basierend auf diesen Daten wurde versucht eine Aussage über die zukünftige Verteilung der Vorranggebiete abzugeben. Das Ergebnis zeigt, dass die heutigen Vorranggebiete in der zukünftigen Projektion nicht mehr anzutreffen sind. Die räumliche Verschneidung der drei Indikatoren zeigt, dass sich keine Cluster ergeben, in denen alle drei Indikatoren vorkommen. Die zu erwartende Abweichung der Vorranggebiete ist mit der Ungenauigkeit der vorliegenden Daten für diesen Zeitraum zu erklären. Aussagen betreffend der zu erwartenden Klimafolgen für die Stadt Gelsenkirchen richten sich auf einen Zeitpunkt in der fernen Zukunft (2050/60), die Daten zur Verteilung der Einwohnerdichte der Stadt Gelsenkirchen reichen nur in einen Bereich der nahen Zukunft (2030). Die zeitliche Differenz und die Ungenauigkeit der Daten machen Aussagen bezüglich einer zukünftigen Verteilung der Vorranggebiete an dieser Stelle nicht möglich (KUTTLER et al. 2012).

Die ausgesuchten Indikatoren zur Ermittlung der Betroffenheit erlauben ein grobes Bild zur Visualisierung möglicher Vorrangebiete bezüglich der Thematik Hitzestress. Ein Kritikpunkt bei der Auswahl der Indikatoren zur Analyse der Vulnerabilität der einzelnen Baublöcke ist, dass der Anteil an Senioren nur repräsentativ für alle Risikogruppen steht. Senioren sind nachweislich die Gruppe Menschen, die am häufigsten durch Hitzestress belastet ist. Dennoch können ebenso Menschen mit Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, mit Erkrankungen des zentralen Nervensystems oder auch der Atemwege sehr anfällig gegenüber Hitzestress sein, dazu kommen sozial isolierte Menschen, Kleinkinder und spezifische Berufsgruppen z. B. im Bereich Bau- und Transportwesen. Eine Berücksichtigung dieser Risikogruppen würde eine genauere und detaillierte Vulnerabilitätsanalyse ermöglichen und mehr potenziell anfällige Menschen effektiv berücksichtigen (SWISS TROPICAL AND PUBLIC HEALTH INSTITUTION 2015).

Der Begriff Vulnerabilität ist laut IPCC (International Panel on Climate Change) gleichzusetzen mit Verwundbarkeit oder Anfälligkeit und gibt an inwiefern ein System (hier das System Stadt/Mensch) anfällig für negative Auswirkungen klimatischer (Ver-) Änderungen ist und nicht in der Lage ist diese auszubalancieren beziehungsweise zu tragen. Eine gute Vulnerabilitätsanalyse setzt sich nach IPCC aus Exposition, Sensitivität und Anpassungskapazität zusammen. Unter dem Begriff Sensitivität versteht sich die Sensibilität mit der das betrachtete System auf die Klimaänderung reagiert. Nur eine wirklich detaillierte Vulnerabilitätsanalyse kann auch die Ausarbeitung einer detaillierten Anpassungsstrategie ermöglichen (BUNDESMINISTERIUM FÜR VERKEHR BAU UND STADTENTWICKLUNG 2011).

Die Stadt Karlsruhe verfolgt mit einem ähnlichen Projekt, dem „städtebaulichen Rahmenplan Klimaanpassung“, das Ziel das Phänomen „Hitzeinsel“ im gesamtstädtischen Kontext zu erfassen um anschließend Handlungsmaßnahmen für einzelne Gebiete zu bestimmen. Bei der Ermittlung der betroffenen Gebiete sollen vermehrt sozioökonomische und nicht allein klimatische Gegebenheiten eine Rolle spielen. Zu den nicht klimarelevanten Faktoren zählen Daten bezüglich des demografischen Wandels der Stadt, Informationen über den Zugang zur medizinischen Versorgung, die Verfügbarkeit möglicher Erholungsflächen z. B. Wälder und verschattete Parkflächen, sensible Nutzungen und die verschiedenen gebäudeenergetischen Standards. Dies sind eine Vielzahl von weiteren Faktoren, die eine umfassendere Vulnerabilitätsanalyse bezüglich Hitzestress zulassen, als es das Konzept zur städtebaulichen Anpassung an den Klimawandel der Stadt Gelsenkirchen tut (LANDESANSTALT FÜR UMWELT MESSUNGEN UND NATURSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG 2013).

Festzuhalten ist, dass der methodische Ansatz, der zur Ermittlung der Vorranggebiete mit hohem Anpassungsbedarf an Hitzestress gewählt wurde, einen guten Überblick über die momentane Vulnerabilität der Stadt (2010) gewährleistet. Anhand dessen konnten beispielhaft Quartiere ausgewählt und bezüglich der zu erwartenden Wärmebelastung untersucht werden. Daran anschließend konnten gezielt für diese Quartiere Anpassungsmaßnahmen zur Hitzeminderung formuliert werden. Es ist dennoch schwierig, relevante Aussagen über die zukünftige Entwicklung dieser Vorranggebiete zu treffen, da die Datengrundlage zu ungenau ist. Die ermittelten Gebiete können in zukünftigen planerischen Prozessen daher nicht immer berücksichtigt werden.
In dem Konzept zur städtebaulichen Anpassung an den Klimawandel durch die Universität Duisburg-Essen ist bereits versucht worden Aussagen zur Klimaänderung an nicht klimatische Faktoren, wie den demografischen Wandel und die Altersstruktur der Stadt, zu koppeln und einen mehrdimensionalen Ansatz zu ermöglichen. Dafür bedarf es einer weiteren Differenzierung, besonders im Hinblick auf die Risikogruppen, um eine möglichst detaillierte Vulnerabilitätsanalyse durchführen zu können und bestmögliche Anpassungsmaßnahmen zu finden.

BUNDESMINISTERIUM FÜR VERKEHR BAU UND STADTENTWICKLUNG (Hrsg.), 2011: Vulnerabilitätsanalyse in der Praxis. Online im Internet unter: URL: http://www.bbsr.bund.de/BBSR/DE/Veroeffentlichungen/BMVBS/Online/2011/DL_ON212011.pdf?__blob=publicationFile&v=2 , [Stand: 12.11.15]

CHING, J., MILLS, G., FEDEMA, J., OLESON, K., SEE, L., STEWART, I., BECHTEL, B., CHEN, F., NEOPHYTOU, M., HANNA, A., 2014: Facilitating advanced urban canopy modeling for weather, climate and air quality applicaitions. American Meteorological Society Symphosium on Urban Environment

ENDLICHER, W., 2012: Einführung in die Stadtökologie-Grundzüge des urbanen Mensch-Umwelt Systems. Ulmer/UTB: Stuttgart

KOPPE, C., 2009: Das Hitzewarnsystem des Deutschen Wetterdienst. UMID Themenheft Klimawandel und Gesundheit No. 3 (2009): 39–43 S.

KUTTLER, W., DÜTEMEYER,D., BARLAG,A.-B., 2012: Handlungsstrategien und Maßnahmenkatalog zur Mitigation und Adaptation möglicher Auswirkungen des Klimawandels auf das Stadtklima Gelsenkirchens. Online im Internet unter: URL: https://www.gelsenkirchen.de/de/infrastruktur/umwelt/klima/klimawandel/_doc/handlungsleitfaden_klimaanpassung_webopt.pdf, [Stand: 28.10.15]

KUTTLER, W., MERSMANN, M., BARLAG, A.-B., 2011: Gesamtstädtische Klimaanalyse Gelsenkirchen. Online im Internet unter: URL:https://www.gelsenkirchen.de/de/infrastruktur/umwelt/klima/stadtklima/_doc/stadtklimaanalyse_ge_2011_abschlussbericht_optimiert.pdf [Stand: 1.11.15]

KUTTLER, W., DÜTEMEYER, D., BARLAG, A.-B., 2011: Stadtklimamanagement. Online im Internet unter: URL: https://www.gelsenkirchen.de/de/infrastruktur/umwelt/klima/klimawandel/_doc/Stadtklimamanagementsystem_Manual.pdf [Stand: 1.11.15 ]

LANDESANSTALT FÜR UMWELT MESSUNGEN UND NATURSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG (Hrsg.), 2013: Städtebaulicher Rahmenplan Klimaanpassung Karlsruhe. Online im Internet unter: http://www.fachdokumente.lubw.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/109723/?COMMAND=DisplayBericht&FIS =91063&OBJECT=109723&MODE=METADATA, [Stand: 19.11.15]

MATULLA, Ch., PENLAP, E.K., STORCH, H., 2002: Empirisches Downscaling- Überblick und zwei Beispiele-Klimastatusbericht DWD. Online im Internet unter: URL: http://www.hvonstorch.de/klima/pdf/ksb02.pdf, [Stand: 28.10.15]

STEWART, I.D., OKE, T.R., 2012: Local Climate Zones for Urban Temperature Studies. American Meteorological Society, 93, 1879–1900 S.

SWISS TROPICAL AND PUBLIC HEALTH INSTITUTION (Hrsg.), 2015: Klima und Gesundheit-Stand der wissenschaftlichen Forschung. Online im Internet unter: http://www.swisstph.ch/fileadmin/user_upload/Pdfs/EPH/hitzewelle/3-Klima_und_Gesundheit_Ragettli.pdf, [Stand: 7.11.15 ]