Langjährige Entwicklung ausgewählter Klimaparameter 2013

Exkurs: Abschätzung möglicher Klimawandeleffekte

Vorbemerkung

Die Auswirkungen des sich nach den Feststellungen des IPCC (IPCC 2014) vollziehenden Klimawandels werden auch auf Berlin Auswirkungen auf unterschiedliche Lebensbereiche zeitigen.

Das Land Berlin hat die Dringlichkeit, die sich aus diesen Prognosen für die Stadt ergibt, bereits seit längerem erkannt und mit bereits erarbeiteten Plänen und Maßnahmen sowohl zu dem Bereich der Mitigation (Vermeidung) als auch zu demjenigen der Adaption (Anpassung an die Folgen) reagiert bzw. entwickelt diese kontinuierlich weiter.

Detaillierte Informationen zu diesen Zielen und Grundlagen ebenso wie zu bereits beschlossenen Vereinbarungen und Maßnahmen findet man regelmäßig aktualisiert auf den Seiten Klimaschutz der Senatsverwaltung.

Im Rahmen des erwähnten EFRE – Projektes „GIS-gestützte Modellierung von stadtklimatisch relevanten Kenngrößen auf der Basis hochaufgelöster Gebäude- und Vegetationsdaten“ (GEO-NET 2014), fand auch eine Abschätzung der möglichen zukünftigen Entwicklung des Klimas in Berlin bezogen auf die Auswertung dreier Klimastationen statt: Berlin-Dahlem, Berlin-Tempelhof und Berlin-Tegel. Für diese Stationen liegen Prognose-Daten des Regionalisierungsmodells WettReg 2010 (CEC-Potsdam) vor, die zur Bewertung der zukünftigen Situation herangezogen werden. Das regionale Klimamodell WettReg wurde bereits im Rahmen der Kooperationsvereinbarung zwischen dem Deutschen Wetterdienst (DWD), Abteilung Klima- und Umweltberatung und der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Abteilung Geoinformation, Referat Informationssystem Stadt und Umwelt, genutzt, in deren Ergebnis erstmals für Berlin flächendeckende Darstellungen zu den möglichen Effekten des Klimawandels auf die Änderungen des Temperaturverhaltens erstellt wurden (SenStadt 2010).

Zur näheren Information über WettReg, die notwendigerweise vorhandene Unschärfe bei Klimaprojektionen und weitere Randbedingungen wird auf die im Zusammenhang mit dieser Arbeit präsentierten Erläuterungen im Umweltatlas-Begleittext verwiesen (vgl. 04.12, Kapitel Methode).

Für die nachfolgend geschilderten Abschätzungen wurde das regionale Klimamodell WETTREG 2010 mit dem Emissionsszenario A1B mit je 10 Modellläufen auf die 3 genannten Berliner Klimastationen angewendet.

Ergebnisse des Regionalen Klimamodells WETTREG 2010 für drei ausgewählte Klimastationen in Berlin

Das in Abhängigkeit von den städtischen Strukturen gegliederte klimatische System in Berlin wird für autochthone[1] Wetterlagen auch unter dem Einfluss des Klimawandels grundsätzlich erhalten bleiben. Aufgrund der allmählichen Erwärmung der Atmosphäre sind im Laufe des Jahrhunderts aber relevante Veränderungen für das humanbiometeorologische Belastungsniveau zu erwarten. Diese Entwicklungen werden nachfolgend quantifiziert. Dabei werden die für solche Untersuchungen üblichen Betrachtungszeiträume 2011-2040, 2041-2070 und 2071-2100 unterschieden.

Jahresmittelwerte der Lufttemperatur

Ein erster Indikator für das Ausmaß der zukünftigen humanbiometeorologischen Belastungssituation in Berlin ist die Entwicklung der lokalen bodennahen Jahresdurchschnittstemperatur. Diese ist seit dem Beginn der industriellen Revolution moderat aber stetig angestiegen und liegt in der vergangenen Klimanormalperiode 1961-1990 bei 8,9, 9,3 bzw. 9,4 °C für die drei untersuchten Klimastationen in Berlin (siehe Abb. 8.2). Unter dem Einfluss des Klimawandels wird sich diese Entwicklung nicht nur fortsetzen, sondern bereits in den kommenden Jahrzehnten noch verstärken. Unter Zugrundlegung des Szenarios A1B ergibt sich

• kurzfristig (Klimaperiode 2011-2040) eine weitere Zunahme um +1,4 K (Kelvin) (Tegel), +1,2 K (Tempelhof) und +1,3 K (Dahlem),
• mittelfristig (2041-2070) um +2,7 K (Tegel), +2,6 K (Tempelhof) und +2,6 K (Dahlem) und
• langfristig (2071-2100) um +3,9 K (Tegel), +3,7 K (Tempelhof) und +3,7 K (Dahlem).

Wie in Abbildung 8.2 deutlich wird, ist mit einem kontinuierlichen Anstieg der Jahresdurchschnittstemperaturen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts zu rechnen. Die Entwicklung der Jahresmitteltemperaturen ist den natürlichen Schwankungen des Klimas unterworfen. Die Klimastationen Berlin-Tegel und Berlin-Tempelhof zeigen eine sehr ähnliche Entwicklung der Temperaturen. Die Station Dahlem weist durchgehend eine geringere Werteausprägung auf. Dies spiegelt die Lage der Klimastationen im städtischen Raum wider. Während die Stationen Berlin-Tegel und Berlin-Tempelhof Entlastungsräume innerhalb verdichteter Stadtgebiete repräsentieren, weist die Station Berlin-Dahlem eine eher periphere Lage auf. Hier ist der Wärmeinseleffekt nicht so stark ausgeprägt wie an den anderen beiden Standorten. Daten einer Station mit einer sehr urbanen Lage in stark verdichteten Bereichen (z.B. Berlin-Alexanderplatz), in denen insgesamt noch höhere Temperaturen zu erwarten sind, liegen für diese Auswertung nicht vor.

Abb. 8.2: Projektion zukünftiger bodennaher Jahresmitteltemperaturen an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011 bis 2100; WETTREG-Simulation, Szenario A1B, (gestrichelte Linien = linearer Trend)

Auftrittshäufigkeit von meteorologischen Kenntagen

Eine allmähliche Erwärmung der bodennahen Luftschichten ist aus humanbiometeorologischer Sicht nur dann von Bedeutung, wenn mit ihr auch eine Intensivierung bzw. eine erhöhte Auftrittshäufigkeit von Belastungssituationen einhergehen. Die Entwicklung der Auftrittshäufigkeiten der meteorologischen Kenntage Sommertage (T_max ≥ 25 °C), Hitzetage (T_max ≥ 30 °C) und Tropennächte (T_min ≥ 20 °C) stellen hierfür gute Indikatoren dar.

Betrachtet man die Ausprägungen der verschiedenen Parameter für die drei Berliner Klimastationen, so wird deutlich, dass sie sich lediglich in der Ausprägung der Tropennächte wesentlich unterscheiden. Auch hier setzt sich der Trend der zunehmenden Auftrittshäufigkeit der betrachteten Kenntage, der aus den Klimabeobachtungen der letzten Jahrzehnte hervorgeht (vgl. Kapitel „Ergebnisse der Stationsauswertungen“), weiter fort und wird zudem verstärkt.

Auftrittshäufigkeit von Sommertagen

Abbildung 8.3 zeigt die Anzahl der Sommertage an den drei ausgewerteten Klimastationen im zeitlichen Verlauf ab 2011 bis 2100. Als Sommertage gelten Tage mit einer Tages-Maximum-Temperatur von 25°C oder mehr. Die Entwicklung der Sommertage wird für alle drei Stationen sehr ähnlich projiziert. Während zu Beginn des Jahrhunderts die Zahl der Sommertage noch bei etwa 35 bis 37 pro Jahr liegt, steigt sie bis zum Ende des Jahrhunderts stark an bis auf 89 bis 92 Sommertage pro Jahr. Die polynomischen Trendlinien folgen hier den natürlichen Schwankungen der Werteausprägung, die auch dazu führen, dass die maximale Anzahl der Sommertage dieser Klimamodellierung mit WETTREG schon vor Ende des 21. Jahrhunderts erreicht wird. Für das Jahr 2079 wird für alle drei Stationen die größte Anzahl an Sommertagen projiziert. Dies sind für Dahlem 94,1 Tage, für Tempelhof 95,2 Tage und für Tegel 96,6 Tage.

Abb. 8.3: Projektion der Anzahl zukünftiger Sommertage an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011 bis 2100; WETTREG-Simulation, Szenario A1B, (gestrichelte Linie = polynomischer Trend)

Die Tabelle 8.1 zeigt die durchschnittliche Anzahl von Sommertagen pro Jahr in den drei Perioden (2011-2040, 2041-2070 und 2071-2100) für die ausgewählten Klimastationen. Auch hier wird die projizierte starke Zunahme der Sommertage pro Jahr deutlich. Die Anzahl der Sommertage pro Jahr verdoppelt sich fast vom Zeitraum 2011-2040 bis zum Zeitraum 2071-2100.

Tab. 8.1: Projektion der Anzahl zukünftiger Sommertage an drei Berliner Klimastationen (Betrachtungszeiträume 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100); WETTREG-Simulation, Szenario A1B

Auftrittshäufigkeit von Hitzetagen

Als Hitzetage bzw. heiße Tage werden Witterungssituationen bezeichnet, an denen die Tageshöchsttemperatur 30 °C oder höher ist.

In Abbildung 8.4 wird die Entwicklung der Hitzetage von 2011 bis 2100 dargestellt. Hier werden die natürlichen Schwankungen des Klimas im Laufe eines Jahrhunderts deutlich sichtbar anhand der geschwungenen Trendlinie. Dennoch ist die Erhöhung der Anzahl der Hitzetage pro Jahr deutlich zu erkennen. Wie im Kapitel „Ergebnisse der Stationsauswertungen“ beschrieben, steigt seit Jahrzehnten die Zahl der Hitzetage in Berlin an. Die Klimamodellierung durch WETTREG zeigt, dass in Zukunft dieser Anstieg sehr viel schneller von statten gehen wird. Wird im Jahr 2011 noch von 5 bis 7 Hitzetagen pro Jahr ausgegangen, so werden es 2100 voraussichtlich bereits 36 bis 39 Hitzetage pro Jahr sein. Die höchste Anzahl von Hitzetagen wird für das Jahr 2087 mit 43,1 Hitzetagen für die Station Berlin-Tegel und Berlin-Dahlem sowie mit 44,8 Tagen für Berlin-Tempelhof projiziert.

Abb. 8.4: Projektion der Anzahl zukünftiger Hitzetage an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011-2100; WETTREG-Simulation, Szenario A1B, (gestrichelte Linien = polynomischer Trend)

Auch bezogen auf die projizierte Entwicklung des Kennwertes Hitzetage gibt es keine relevanten Unterschiede zwischen den untersuchten Stationen, wie Tabelle 8.2 zeigt, in der die Anzahl von Hitzetagen für jeweils drei Perioden dargestellt ist. Vom ersten Zeitraum am Anfang des Jahrhunderts kommt es bis zum letzten betrachteten Zeitraum zu einer Verdreifachung der Werte.

Tab. 8.2: Projektion der Anzahl zukünftiger Hitzetage an drei Berliner Klimastationen (Betrachtungszeiträume 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100); WETTREG-Simulation, Szenario A1B

Abbildung 8.5 zeigt zusammenfassend die Entwicklung der Sommer- und Hitzetage an den drei untersuchten Klimastationen. Zur besseren Veranschaulichung des Trends wurde hier eine lineare Darstellung gewählt. Deutlich wird, dass Sommer- und Hitzetage in ihrer Ausprägung korrelieren. Dennoch zeigt die Steigung der Trendlinien der Parameter, dass der Anstieg der Sommertage insgesamt schneller von statten geht, als der Anstieg der Hitzetage.

Abb. 8.5: Gemeinsame Projektion der Anzahl zukünftiger Sommer- und Hitzetage an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011 bis 2100; WETTREG-Simulation, Projektion A1B, (gestrichelte Linien = linearer Trend)

Auftrittshäufigkeit von Tropennächten

Als Tropennacht wird eine Situation bezeichnet, bei der die nächtliche Minimaltemperatur 20°C nicht unterschreitet. Damit geht eine erhebliche Wärmebelastung für den Menschen einher.

Insgesamt betrachtet steigt auch die Zahl der Tropennächte pro Jahr bis zum Ende des Jahrhunderts an. Hier lassen sich allerdings deutliche Unterschiede in der Ausprägung des Parameters zwischen den drei Klimastationen in Berlin erkennen. An der Station Berlin-Tegel werden für die gesamte untersuchte Periode die meisten Tropennächte pro Jahr projiziert. Hier liegt die Ausprägung zwischen 2 Tropennächten 2011 und zum Ende des Jahrhunderts 12,5 Tropennächten im Jahr 2100. Dies entspricht etwa einer Versechsfachung der Tropennächte in 90 Jahren. Für die Station Berlin-Tempelhof liegt die Modellierung für die Entwicklung der Tropennächte zumeist knapp unter der Modellierung für Berlin-Tegel. Hier entwickelt sich die Anzahl der Tropennächte pro Jahr von 2 im Jahr 2011 auf 11,5 im Jahr 2100. Deutlich darunter liegt die Ausprägung der Tropennächte für die Station Berlin-Dahlem. Die Entwicklung geht von 1 Tropennacht 2011 bis zu 4,7 Tropennächten im Jahr 2100 (vgl. Abb. 8.6). Somit sind für Berlin-Dahlem weniger als halb so viele Tropennächte projiziert wie für die anderen beiden Standorte in Berlin.

Abb. 8.6: Projektion der Anzahl zukünftiger Tropennächte an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011 bis 2100; WETTREG-Simulation, Szenario A1B, (gestrichelte Linien = polynomischer Trend)

Der Verlauf der Entwicklung der Tropennächte an den drei Klimastationen ist grundsätzlich ähnlich, obwohl an der Station Dahlem die Steigung bis zum Jahr 2062 wesentlich geringer ist. Für alle drei Stationen gilt, dass das Maximum von Tropennächten im Jahr 2062 erreicht wird. In diesem Jahr werden für Dahlem 8,7 Tropennächte, für Tegel 18 Tropennächte und für Tempelhof 16,1 Nächte mit einem Temperaturminimum von mindestens 20 °C erreicht. Danach weist die Werteausprägung an allen drei Klimastationen eine leicht fallende Tendenz auf. Dies spiegelt die natürlichen Schwankungen des Klimas wider. Auf Grund der eher geringen Ausprägung von Tropennächten im Vergleich zu Hitzetagen oder besonders Sommertagen, lassen sich die Schwankungen wesentlich deutlicher aus der dargestellten Graphik ablesen als bei den zuvor untersuchten Parametern.

Abbildung 8.7 zeigt zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Werteausprägungen an den drei Standorten ein Diagramm, in dem die durchschnittliche Anzahl von Tropennächten pro Jahr in den drei Referenzperioden von je 30 Jahren bis zum Ende des 21. Jahrhunderts dargestellt ist.

Abb. 8.7: Projektion der Anzahl zukünftiger Tropennächte an drei Berliner Klimastationen für die Referenzzeiträume 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100; WETTREG-Simulation, Szenario A1B

Auftrittshäufigkeit von Hitzewellen

Hohe Temperaturen sind insbesondere dann stark belastend, wenn sie über einen längeren Zeitraum andauern. Der Begriff Hitzewelle ist nicht klar definiert. Temperaturschwellenwerte und andere Rahmenbedingungen (z.B.: Luftfeuchte oder Dauer) unterscheiden sich je nach Land oder Region. Grund dafür sind die klimatischen Unterschiede, die auch eine unterschiedliche Akklimatisierung der Bevölkerung (bezogen auf einen gesunden Menschen durchschnittlichen Alters) an hohe Temperaturen mit sich bringen. In Deutschland gibt es keine offizielle Definition einer Hitzewelle. In dieser Untersuchung werden 5 Tage mit Maximaltemperaturen über 30 °C als Hitzewelle angenommen.

Abbildung 8.8 zeigt die projizierte Entwicklung von Hitzewellen bis zum Ende des Jahrhunderts. Zu Beginn der untersuchten Zeitreihe (2011) treten Hitzewellen an allen drei Standorten noch mit einer statistischen Häufigkeit von unter 0,5-mal pro Jahr auf. Bis ca. 2050 steigt die Häufigkeit von Hitzewellen zunächst nur moderat an und liegt bei etwa 1 bis 2 Hitzewellen pro Jahr. In der letzten Hälfte des Jahrhunderts ist dagegen ein stärkerer Anstieg zu erkennen. Etwa in den 2080er Jahren projiziert WETTREG die höchste jährliche Anzahl von Hitzewellen mit Auftrittswahrscheinlichkeiten von etwa 3- bis 4,5-mal pro Jahr. Zum Ende des 21. Jahrhunderts ist ein Rückgang der zu erwartenden Hitzewellen dargestellt. Diese Entwicklung korreliert mit den Ausprägungen der anderen untersuchten Parameter. Zwischen den drei untersuchten Stationen ist bei diesem Kennwert kein signifikanter Unterschied zu erkennen.

Abb. 8.8: Projektion der durchschnittlichen Anzahl zukünftiger Hitzewellen pro Jahr an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011 bis 2100; WETTREG-Projektion, Szenario A1B, (gestrichelte Linien = polynomischer Trend)

Um die zukünftige Dauer von Hitzeperioden besser einschätzen zu können, sind in Abbildung 8.9 die maximale Anzahl an Hitzetagen in Folge pro Jahr und die mittlere Anzahl an Hitzetagen in Folge pro Jahr dargestellt. Auch hier korreliert die Ausprägung der Werte aller drei Berliner Klimastationen stark. Die mittlere Anzahl an aufeinander folgenden Hitzetagen weist nur einen leicht steigenden Trend auf. Sie steigt vom Anfang des Jahrhunderts (etwa 3 Tage) auf etwa 5 Tage am Ende des Jahrhunderts. Wesentlich deutlicher ist der Anstieg der maximalen Anzahl an Hitzetagen pro Jahr. Sie steigt von etwa 4 Tagen auf 12 bis 14 Tagen in 90 Jahren. Die Schwankungsbreite der Werte ist hoch.

Es wird deutlich, dass in Zukunft nicht nur mit häufiger auftretenden Hitzewellen zu rechnen ist, sondern auch mit länger andauernden. Extrem lange Hitzeperioden bleiben aber eher die Seltenheit, als die Regel, worauf die nur leicht steigende mittlere Anzahl an Hitzetagen pro Jahr hindeutet.

Abb. 8.9: Projektion der mittleren und maximalen Anzahl zukünftiger Hitzetage in Folge pro Jahr an drei Berliner Klimastationen für den Betrachtungszeitraum 2011 bis 2100; WETTREG-Projektion, Szenario A1B, (gestrichelte Linien = polynomischer Trend)

Zusammenfassung möglicher Klimawandeleffekte in Berlin

Die Analyse der WETTREG-Projektion bis zum Jahr 2100 für die drei Berliner Klimastationen Dahlem, Tegel und Tempelhof macht deutlich, dass der Trend der Zunahme der Temperaturen und vor allem der Zunahme von Extremwerten, der bereits in den letzten Jahrzehnten beobachtet werden konnte, sich weiter fortsetzen und in den nächsten Jahren und Jahrzehnten sogar noch verstärken wird.

Dies hat zur Folge, dass die humanbiometeorologischen Belastungen für die Bevölkerung nach dem jetzigen Stand der Kenntnis ansteigen werden. Besonders die untersuchten Parameter Hitzetage und Tropennächte stellen kritische Belastungssituationen für den menschlichen Organismus dar. An allen untersuchten Standorten wird es zu einer starken Steigerung der Anzahl der Hitzetage kommen, bei der Entwicklung der Tropennächte erweist sich lediglich Dahlem als vorteilhaft. Hier ist die Ausprägung der zu erwartenden Tropennächte bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wesentlich geringer als bei den anderen beiden Standorten. Dies ist auf die Lage der Klimastation außerhalb der Innenstadt im Bereich der Einzelhausbebauung zurückzuführen. Durch die stärker durchgrünte Umgebung der Station kann es nachts zu einer größeren Abkühlung als in den stärker versiegelten und städtischer geprägten Bereichen der anderen beiden Klimastationen kommen. Die wesentlich kühleren Nächte im Bereich Dahlem spiegeln sich auch in der projizierten Jahresmitteltemperatur für diese Station wider, die dadurch konstant ca. ein halbes Grad unter den Temperaturen in Tegel und Tempelhof liegt. Auch der zunehmenden Belastung durch Hitzewellen, sowohl in der Anzahl ihres Auftretens als auch ihrer stärkeren Ausprägung, muss aufgrund der beschriebenen gesundheitlichen Relevanz Beachtung geschenkt werden.

Ohne dass die Station in diesen Vergleich einbezogen war, kann aufgrund der Auswertungen im Kapitel „Ergebnisse der Stationsauswertungen“ erwartet werden, dass der Standort Alexanderplatz bedingt durch sein gegenüber Tempelhof und Tegel noch sehr viel stärker städtisch geprägtes Umfeld die Trenddarstellungen der einzelnen Kennwerte der Standorte Tegel und Tempelhof noch deutlich übertroffen hätte.

fn1. Von Altgriechisch autós „selbst“ und chthōn „Erde“, also etwa „einheimisch“, „ortsfest“, „ursprünglich“.