Klimamodell Berlin - Entwicklung der Anzahl klimatologischer Kenntage in der Zukunft 2015

Methode

Die charakteristische flächendeckende Verteilung der sommerlichen Minimum- und Maximumtemperaturen in Berlin und Umland wurde bereits im EFRE Projekt 027 „Gis-gestützte Modellierung von stadtklimatisch relevanten Kenngrößen auf der Basis hochaufgelöster Gebäude- und Vegetationsdaten“ modelltechnisch simuliert, statistisch ausgewertet und bezogen auf die sommerlichen Kenntage der vergangenen Dekade 2001-2010 als eigenständiges Thema veröffentlicht (SenStadtUm 2015, 2016).

Darauf bauen die hier im Folgenden geschilderten Arbeitsschritte und Auswertungen auf. Dieser Text enthält nur eine Auswahl der im Rahmen des Projektes erstellten Tabellen und Abildungen. Es besteht daher die Möglichkeit des Downloads aller Auswertungen zu dieser Karte in einem gemeinsamen Archiv: Auswertung der Klimastationen Berlin, gesamt (zip; 49 MB)

Die methodische Herangehensweise (detailliert beschrieben in GEO-NET 2016) folgte wie beschrieben der Erkenntnis, dass die städtischen Temperaturverhältnisse (im Folgenden immer bezogen auf die offizielle Messhöhe von 2 m über Grund) zum einen durch die vorherrschende Wetterlage, zum anderen durch die Lage einer Fläche im Stadtgebiet bestimmt werden. Die Kombination der vorliegenden Ergebnisse der detaillierten flächendeckenden Modellierungen zu ausgewählten Zeitpunkten mit den Stationsergebnissen langjährig betriebener Messstellen erlaubt somit Rückschlüsse auf das Temperaturverhalten beliebiger Standorte auch zu anderen als den modellierten Zeitpunkten.
Es können die Temperaturdifferenzen aller Flächen zu den Referenzstationen bestimmt werden, die ihrerseits verschiedene charakteristische städtische Nutzungsstrukturen repräsentieren, die sich im Umfeld der Messeinrichtungen befinden (vgl. Abb. 1). Der Einfluss dieses Lageeffektes besonders auf die nächtlichen Tiefsttemperaturen verdeutlicht Abbildung 2.

Abb. 2: Gemessenes mittleres Temperaturniveau der Tagesminima und -maxima an Sommertagen an ausgewählten Messstationen innerhalb von Berlin.

Bei Kenntnis der Häufigkeiten der Kenntage an den Referenzstandorten können somit auch die Häufigkeiten an anderen Standorten abgeschätzt werden.

Abbildung 3 zeigt den prinzipiellen Verlauf der aus der 30-jährigen Messreihe von 1981 bis 2010 abgeleiteten Häufigkeiten von Tropennächten, Sommertagen und Hitzetagen in Abhängigkeit der Temperaturabweichungen der Minimum- und Maximumtemperaturen von den Werten am Referenzstandort Station Tempelhof. Während die Auswertungen der Messungen zeigen, dass die Anzahl der Tropennächte und Hitzetage in Abhängigkeit von den Temperaturabweichungen den Verlauf einer Potenzfunktion aufweisen, zeigen die Häufigkeiten von Sommertagen in dem ausgewerteten Datenbereich einen nahezu linearen Zusammenhang mit der Temperaturdifferenz zum Referenzstandort.
Die Kenntnis dieser Zusammenhänge wurde in einem ersten Schritt dahingehend umgesetzt, dass allen Blöcken und Blockteilflächen der Blockkarte 1 : 5.000 (ISU5) Häufigkeiten der drei Kenntage für den Zeitraum „Ist-Zeitabschnitt“ 2001 – 2010 zugeordnet wurden. Das Ergebnis ist Teil der Analysekarten zur Anwendung des Klimamodells 2015 (SenStadtUm 2016, Direktsprung zur Karte im Geoportal).

Abb. 3: Abschätzung der Häufigkeiten von Tropennächten, Hitze- und Sommertagen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Temperaturabweichungen von der Referenzstation Tempelhof.

Zur Prognose der Entwicklung der Anzahl dieser Kenntage in der Zukunft (Zeitabschnitte 2011-2040 und 2041-2070) wurden die statistischen Auswertungen unter Nutzung der vorliegenden stationsbezogenen Temperatur-Zeitreihen des WETTREG-2010 Szenarios A1B (CEC-Potsdam o.J.) weitergeführt. Dieses Szenario stammt noch aus dem 4. Sachstandsbericht des IPCC (IPCC 2007) und wird mittlerweile fortgeführt durch das etwas pessimistischere, emissionsintensivere Szenario RCP8.5 (IPCC 2014), welches für die Berechnungen im Rahmen des Berliner Konzeptes zur Anpassung an den Klimawandel Verwendung fand (Reusswig, Becker et al. 2016).

Systembedingt enthalten die festgesetzten Rahmenbedingungen jedes Emissionsszenarios vor allem für die entferntere Zukunft Unwägbarkeiten im Hinblick auf die Entwicklung der einzelnen zugrundgelegten Parameter, etwa der wirtschaftlichen Entwicklung oder des Bevölkerungswachstums. Das hier verwendete Szenario A1B ebenso wie das mittlerweile verwendete RCP8.5 stellen sogenannte Business-as-usual-Szenarios dar, die für die Zukunft von einer gegenüber dem heutigen Zustand nur wenig abweichenden Art des wirtschaftlichen Handels und der Energieverwendung ausgehen. Ein weiterer in seiner zukünftigen Ausprägung unbekannter Einflussfaktor ist die städtebauliche Entwicklung Berlins, d.h. die Verteilung von bebauten und begrünten Flächen in der Zukunft. Da hierüber für die betrachteten Zeitabschnitte keine belastbaren Kenntnisse vorliegen, wurde notwendigerweise eine unveränderte Stadtstruktur zugrunde gelegt.

Insbesondere bei der Bewertung der Unterschiede in den prognostizierten absoluten Werten und ihrer zeitlichen Entwicklung sind diese Einflussfaktoren und Einschränkungen zu berücksichtigen. Weiterhin ist zu beachten, dass in dieser Untersuchung Hitzetage gleichzeitig auch bei den Sommertagen berücksichtigt werden.

Für die Berechnungen konnte damit vereinfachend davon ausgegangen werden, dass die relativen Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Nutzungsstrukturen in der Stadt während sommerlicher Hochdrucklagen auch in Zukunft im Wesentlichen erhalten bleiben.

Für die Prognose der zukünftigen Entwicklung wurden drei Zeiträume ausgewählt:

• 1981-2010 Referenz des aktuellen langjährigen (30-jährigen) Mittels

• 2011-2040 Referenz der nahen Zukunft

• 2041-2070 Referenz der mittleren Zukunft.

Abbildung 4 zeigt die auf dem WETTREG 2010 A1B-Szenario basierende Prognose bezogen auf die Entwicklung der Häufigkeiten von Tropennächten an drei Berliner Stationen mit langjähriger ununterbrochener Messreihe. Da sich die klimatischen Standorteinflüsse insbesondere während der nächtlichen Abkühlungsphasen auswirken, verdeutlicht die dargestellte Entwicklung der Anzahl der Tropennächte den erwartbaren klimawandelbedingten Temperaturanstieg besonders prägnant.

Abb. 4: Zukünftige Entwicklung der Häufigkeiten von Tropennächten an ausgewählten Messstationen in Berlin

Der Projektbericht (GEO-NET 2016) enthält auch stationsbezogene Aussagen zur Entwicklung der Frosttage. Eine flächenhafte Darstellung für das Stadtgebiet ist nicht möglich, da die Modellsimulationen nur für sommerliche Wetterlagen verwendbar sind. Die entsprechenden Tabellen und Abbildungen sind ebenfalls in dem zum Download bereitstehenden Zip-Archiv: Auswertung der Klimastationen Berlin, gesamt (49MB) enthalten.