Neben der Vermeidung und Verminderung von Umweltschäden (Mitigation), insbesondere durch Reduktion von Kohlenstoffdioxid (CO2), spielt die Anpassung an den Klimawandel (Adaption) eine wichtige Rolle, um die Folgen der Klimaveränderungen abzumildern (HEINRICHS & GRUNENBERG, 2009). Der Klimawandel ist ein natürlicher globaler Prozess, der durch anthropogene Einflüsse (wie industrieller CO2-Ausstoß) verstärkt wird. Klimaänderungen werden in der Regel über eine Zeitspanne von 30 Jahren betrachtet (LATIF, 2009). Eine Ausprägung des Klimawandels auf regionaler Ebene ist laut sog. Szenarien oder Klimaprojektionen die Verstärkung von Hitzestress, vor allem in Städten und Ballungsgebieten. Durch den thermischen Wirkungskomplex mit den Einflussgrößen Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und (lang- sowie kurzwellige) Strahlung wird das sog. Biohumanklima (kurz: Bioklima) beeinflusst. Es wird definiert als die „Gesamtheit aller atmosphärischen Einflussgrößen auf den menschlichen Organismus“ (DEUTSCHER WETTERDIENST, 2013). Durch physiologische Anpassungen und Verhaltensweisen können zu warme oder zu kalte Bedingungen ausgeglichen werden, bei Wärmebelastung sind die Möglichkeiten jedoch beschränkt.
Zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Fördermittel für sieben Modellprojekte in verschiedenen Bundesländern Deutschlands bereitgestellt. Eines davon ist REGKLAM (Regionales Klimaanpassungsprogramm) zur Entwicklung und Erprobung eines integrierten regionalen Klimaanpassungsprogramms für die Modellregion Dresden. Das Projekt besteht aus mehreren Teilprojekten mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Das Teilprojekt „Grün- und Freiflächen, Bioklima“ hat eine Methodik zur Ausweisung von sensitiven Siedlungsräumen, die besonders von Hitzestress belastet sind, entwickelt und Anpassungsmaßnahmen für die Stadtentwicklung vorgeschlagen. Die Methodik und die Ergebnisse des Forschungsberichts (IÖR, 2011) werden in Kapitel 2 vorgestellt. Im Schlussteil werden die Vor- und Nachteile der Methodik aufgezeigt.

Die Methodik „Sensitive Siedlungsräume“ wurde dafür entwickelt, um thermische Belastungssituationen kartographisch zu verorten. Dabei werden Stadtteile identifiziert, in denen bei auftretenden Hitzeereignissen für die ansässige Bevölkerung eine erhöhte Wahrscheinlichkeit der thermophysiologischen Belastung angenommen wird (IÖR, 2011: 5). Diese Stadtteile werden als „sensivitv“ bezeichnet. Die Methodik soll vor allem für die Ausweisung von Vorranggebieten für Anpassungsmaßnahmen in der Stadtentwicklung verwendet werden.
Abbildung 1 zeigt den grundlegenden Aufbau des Modellansatzes zur Identifizierung sensitiver Siedlungsräume („Identification of 'sensitive settlement areas'“).

Abbildung 1: Modellansatz zur Identifizierung sensitiver Siedlungsräume bei Hitzeereignissen (verändert nach Hoechstetter et al. 2010 in IÖR, 2011: 7)

Das GIS-basierte Modell beruht auf drei wesentlichen Eingangsparametern: soziodemografischen Daten („Socio-demographic data“), Informationen zu Stadtstrukturtypen („Land use data / urban structure types“) sowie Thermaldaten (Thermal Information). Letztere beinhalten sog. PET-Karten („PET maps)“, Messungen („measurements“) und Satellitendaten („RS data“). Aus den Daten wurden Risikogruppen (High-risk groups) wie ältere Menschen und Kinder, sensitive Stadtstrukturtypen sowie die thermische Situation bei Tag und bei Nacht ermittelt. Die Daten und Informationen mit einem Geoinformationssystem (GIS) und analysiert und mit Faktoren gewichtet („GIS-based coupling, weighting factors defined by experts“), welche in Kapitel 2.1 erläutert werden. Ergebnis der Berechnungen ist ein Sensitivitätskennwert (auch: Betroffenheitsindex, Belastungsindex) berechnet, der räumlich aufgelöst wird. Anhand des Index kann man ablesen, wie hoch die Belastung ist und in welchen Siedlungsräumen mit höherer Priorität Anpassungsmaßnahmen gegen Hitzebelastungen vorgenommen werden sollten („Sensitive settlement areas with regard to heat events  Priority areas for adaption measures“).

Der Betroffenheitsindex berechnet sich aus der potenziellen Äquivalenttemperatur PETpot, einem stadtstrukturtypabhängigen Wichtungsfaktor WSST und einem Demographiefaktor (Bevölkerungsabhängiger Wichtungsfaktor) WBev mit folgender Gleichung (IÖR, 2011, 6) in Formel 1:

Formel 1: Betroffenheitsindex

Der ermittelte Betroffenheitsindex wird auf einer Skala von keiner Betroffenheit (0-1) bis zu einer sehr hohen Betroffenheit (>5-6) bewertet:

Tabelle 1: Bedeutung der Werte des berechneten Betroffenheitsindex (IÖR, 2011: 6)

Für die Berechnung des Betrroffenheitsindex werden die PETpot, soziodemographische Daten sowie Wichtungsfaktoren als Eingangsparameter benötigt.
PETpot ist eine modellierte Verteilung der physiologischen Äquivalenttemperatur PET (IÖR, 2011: 5 f.). Die PET errechnet sich aus dem Zusammenwirken von Lufttemperatur und –feuchte, Windgeschwindigkeit und Strahlung, wobei eine standardisierte Person („Klima-Michel“) angenommen wird. Folgende Tabelle zeigt die Einteilung der PET-Klassen.

Tabelle 2: Einteilung der PET-Klassen (verändert nach Matzarakis und Mayer (1996) in IÖR, 2011: 9)

Die PETpot dagegen leitet aus satellitengestützten Daten die mittleren Oberflächentemperaturen ab, die unter bestimmten meteorologischen Rahmenbedingungen eine potenzielle thermophysiologische Belastung für den Menschen darstellen (ebd.: 8 f.). Die Modellierung basiert auf den Untersuchungsergebnissen einer Studie der TU Dresden unter Verwendung des Mikroklimamodells RayMan, bei der mittels linearer Regression von den Oberflächentemperaturen eines Referenzgebiets auf die PET geschlossen werden konnte. Der statistische Zusammenhang wurde auf die durch Satelliten abgetasteten Oberflächentemperaturen von Dresden übertragen und kartographisch dargestellt (ebd.: 5).
Als soziodemografische Daten liegen die Einwohnerzahlen der statistischen Bezirke, die nach Alterskohorten gegliedert sind, und die Einwohnerzahlen der Nettoblöcke (Blockflächen, die an den Kanten durch Verkehrswege begrenzt sind) vor (ebd.: 11). Es wird angenommen, dass die Bevölkerungsstruktur nach Alter in den statistischen Bezirken homogen verteilt ist, „sodass kleinräumige Aussagen sowohl über die Verteilung (der) Gesamtbevölkerung als auch der sensitiven Bevölkerungsgruppen getroffen werden können“ (ebd.: 13). Der Demographiefaktor WBev berücksichtigt sensible Bevölkerungsgruppen wie Ältere und Kleinkinder und wird mit der Formel 2 berechnet:

Formel 2: Demographiefaktor

Der zweite Gewichtungsfaktor bringt das Erwärmungspotenzial der Stadtstrukturtypen mit deren bioklimatischer Relevanz in einen Zusammenhang (ebd.: 17). Im Gegensatz zu vegetationsbestandenen Flächen haben versiegelte und anthropogene Flächen ein höheres Erwärmungspotenzial aufgrund geringerer Reflektivitäten. Dabei sind auch die Wärmeeigenschaften von Baumaterial von großer Bedeutung: dichtes Material wie Beton absorbiert Wärmeenergie besser als Material mit einer guten Luftisolation wie Vegetation (ebd.: 18). Die Gewichtung der potenziellen thermischen Belastung dient der Berücksichtigung sowohl der Wärmeverteilung im Siedlungsraum als auch der Wahrscheinlichkeit der Betroffenheit der Bevölkerung. Die Gewichtung des jeweiligen Stadtstrukturtyps (WSST) ist das Produkt aus dem Erwärmungspotenzial des jeweiligen Strukturtyps und der jeweiligen bioklimatischen Relevanz. Bspw. haben Ackerflächen die geringste bioklimatische Relevanz von 1, da davon ausgegangen wird, dass sich dort nur selten und wenige Personen aufhalten. Den höchsten Wert 4 (häufige und langfristige Aufenthalte am Tag) hat die geschlossene Blockbebauung (Siedlungsbebauung mit hoher Dichte) (ebd.: 21 f.). Zur genauen Herleitung der Berechnung der Wichtungsfaktoren siehe IÖR (2011: 23 f.).

Die Ergebnisse der Methodik „Sensitive Siedlungsräume“ zeigen den IST-Zustand der thermalen Belastung in Dresden in diversen Karten. Sie sind Ausgangspunkt, um prioritäre Handlungsräume für Adaptionsmaßnahmen für die Stadtentwicklung auszuweisen. Die Analysen ergaben, dass der Großteil von Dresden mit einem Betroffenheitsindex von 0-1, bezogen auf die Gesamtbevölkerung, nicht durch Hitzebelastungen an heißen Tagen (Tmax > 30°C) betroffen sind (vgl. Karte Abb.4). Die weiten Teile des Elbgrünzugs, innerstädtische Grünflächen und die Wasserfläche der Elbe bewirken ein hohes Kühlpotenzial. Auch das Umland stellt große Flächen mit bioklimatisch-neutralen Flächen bereit. Nur in vereinzelten Nettoblöcken wird eine mäßige Betroffenheit (Betroffenheitsindex 3-4, orange in Abb. 4) verzeichnet. Eine hohe Betroffenheit liegt nur sehr vereinzelt und eine sehr hohe Betroffenheit überhaupt nicht in Dresden vor (IÖR, 2011: 28 f.).

Abbildung 2: Nettoblockbezogener Betroffenheitsindex der Gesamtbevölkerung in Dresden (IÖR, 2011: 28)

Die Ergebnisse für die Gesamtbevölkerung unterscheiden sich etwas von denen für die ältere Bevölkerung (> 75 Jahre), da sie sich an deren Dichteverteilung der Gesamtbevölkerung orientieren. In Wohngegenden, in denen mehr ältere Menschen leben, liegt eine erhöhte Betroffenheit vor. Dies betrifft insbesondere Stadtteile, die sowohl eine höhere Dichte an älterer Bevölkerung besitzen als auch generell dicht besiedelt sind (ebd.: 30, vgl. Karte Abb. 5).

Abbildung 3: Nettoblockbezogene Darstellung des Belastungsindex der älteren Bevölkerung (> 75 Jahre) im Zentrum Dresdens (IÖR, 2011: 30)

Im Vergleich zur älteren Bevölkerung gibt es deutlich mehr Gebiete mit einer höheren Sensitivität bei der Betrachtung der Kleinkinder (vgl. Abb. 6). Zudem ist auch erkennbar, dass die Dichte an Kleinkindern in der Bevölkerung stärker lokalisiert ist. Diese Erkenntnis kann in der Stadtentwicklung genutzt werden, um diese konzentrierten Gebiete einer höheren Anpassungspriorität zukommen zu lassen.

Abbildung 4: Nettoblockbezogene Darstellung des Belastungsindex der Kleinkinder (< 2 Jahre) im Zentrum Dresdens (IÖR, 2011: 31)

Zur Verminderung der Wahrscheinlichkeit, dass thermischer Stress auftritt, werden die folgenden Anpassungsempfehlungen gegeben. Sie unterstützen zudem das Dresdner Leitbild der „kompakten Stadt im ökologischen Netz“ und begünstigen sowohl bioklimatische Situationen, die Aufenthaltsqualität der Bevölkerung, die Biodiversität, den Hochwasserschutz sowie die Grundwasserneubildung (IÖR, 2011: 32).

• Erhöhung der Grünflächendichte
• Vernetzung von Grünflächen
• Verkürzung der Entfernung zu Erholungsflächen
• Nutzung des Brachflächenpotenzials
• Entsiegelung
• Gebäudebegrünung
• Begleitgrünausstattung und Umgestaltung von Verkehrsflächen
• Freihaltung von Kaltluftschneisen und Grünachsen
• Einbindung von Wasserflächen in Grünsysteme
• Durchmischung der Bevölkerungsstruktur

Für Details zu den jeweiligen Handlungsoptionen siehe IÖR (2011: 32 ff.).

Die Methodik zur Ausweisung sensitiver Siedlungsräume beinhaltet ein umfangreiches Spektrum verschiedener Methoden, die u.a. auf Statistiken und Modellierungen beruhen. Einige Stärken und Schwächen werden in dem Forschungsbericht genannt. Als Vorteil wird genannt, dass mit dem Betroffenheitsindex nicht nur die thermische Belastung, sondern auch die Sensitivität (Empfindlichkeit) des Siedlungsraums aufgrund seiner demografischen Struktur berechnet und dargestellt wird (IÖR, 2011: 6). Darüber hinaus bringt die Kombination der Daten von Nettoblöcken und Alterskohorten eine höhere Auflösung der Daten mit sich, wodurch kleinräumige Unterschiede der Hitzebelastung besser abgebildet werden können als nur mit den Daten zu statistischen Bezirken (ebd.: 27).

Eine Schwäche stellen die umfangreiche Datengrundlage zur thermischen Situation und zur Bevölkerungsstruktur (Mindestanforderungen: Einwohnerzahlen in Nettoblöcken und alterskohortenspezifische Bewohnerzahlen) sowie eine Stadtstrukturtypenkartierung dar, die Voraussetzungen für die Bewertung sensitiver Siedlungsräume sind. Weiterhin verzerrt die Annahme einer homogenen Verteilung der Bevölkerung der statistischen Bezirke auf die Nettoblöcke die Ergebnisse. Problematisch ist auch, dass die Verkehrsflächen, auf denen sich ein Großteil der Bevölkerung aufhält, sowie Touristen- und Arbeitnehmerzahlen nicht berücksichtigt werden. Durch deren Berücksichtigung könnte sich die Güte des Betroffenheitsindex erhöhen (ebd.: 36).

Die Anpassungsempfehlung der Durchmischung der Bevölkerungsstruktur ist kritisch zu betrachten. Es gibt zwar Stadtentwicklungsmaßnahmen, um bspw. bestimmte Stadtgebiete für Senioren oder Familien mit Kindern durch entsprechende Angebote und Infrastruktur attraktiver zu gestalten. Im Forschungsbericht wird allerdings mit der potenziellen bioklimatischen Belastung argumentiert, die durch eine höhere Dichte sensitiver Bevölkerungsgruppen wie Älteren und Kleinkindern, erhöht wird. Die Belastung in verdichteten Innenstadtbereichen bleibt jedoch für die sensitiven Bevölkerungsgruppen gleich hoch, auch wenn die thermische Sensitivität dieser Siedlungsbereiche durch eine gleichmäßigere Durchmischung sinkt. Es würden nur weniger sensitive Menschen in diesen Gebieten wohnen, aber an der Belastung an sich ändert sich nichts. Eine Veränderung kann nur durch die anderen genannten Maßnahmen erreicht werden.

Die genannten Nachteile des Modells erscheinen schwergewichtig, da sie die Ergebnisse verzerren. Interessant wäre, in welchem Ausmaß sich diese Verzerrungen bewegen, um Aussagen darüber treffen zu können, ob sich die Methodik auch auf andere Fallbeispiele erkenntnisgewinnbringend übertragen lässt.

Für die Modellregion Dresden konnte keine sehr hohe Hitzesensitivität (Betroffenheitsindex = 6) identifiziert werden. Dieses Ergebnis wird jedoch durch die in der Diskussion genannten Faktoren beeinflusst und somit der Realität nicht gerecht. Der Modellansatz zur Bestimmung des Betroffenheitsindex ist daher nur unter eingeschränkten Voraussetzungen geeignet, um Aussagen zur Sensitivität bei Hitzeereignissen für die Stadtbevölkerung nach Altersgruppen zu treffen. Als universell einsetzbares Bewertungsinstrument für das Stadtklima ist der Bewertungsindex nicht geeignet bzw. müsste der Index weiterentwickelt und in weiteren Studien geprüft werden.

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