Hitzewellen und Starkregen – Welche Auswirkungen hat der Klimawandel und welche Anpassungsmaßnahmen eignen sich
Von Dr. Helmke Hepach, Dr. Sebastian Sonntag, Dr. Claas Teichmann und Prof. Dr. Daniela Jacob (Climate Service Center Germany (GERICS), eine Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Hereon)
Die Auswirkungen des globalen Klimawandels sind schon jetzt spürbar. Über ein Drittel mehr Kohlenstoffdioxid (CO2, ein Treibhausgas, das maßgeblich für die Erderwärmung verantwortlich ist) als noch vor 60 Jahren wird aktuell in der Atmosphäre gemessen. Insgesamt zeigt eine der bekanntesten Zeitserien, die Keeling-Kurve, die den Anstieg von atmosphärischem CO2 seit dem Jahr 1958 durch Messungen belegen kann, etwa so viel CO2 an wie zuletzt vor über 4 Millionen Jahren. Die globale mittlere Temperatur ist mittlerweile im Durchschnitt 1,2 Grad höher als zu Beginn der Wetteraufzeichnungen (Global Warming Index, 2021). Generell ist der Temperaturanstieg über den Kontinenten höher als über den Ozeanen. Für Europa liegt der Anstieg z.B. bei einer mittleren Temperatur von 1,7 – 1,9 Grad im Vergleich zu den 1,2 Grad im globalen Mittel (European Environment Agency, 2021).
Das Treibhausgas CO2 wird durch diverse industrielle Prozesse oder aus dem Verkehr in die Atmosphäre abgegeben und spielt für diesen Temperaturanstieg eine entscheidende Rolle. Auch andere Treibhausgase wie Methan, für das die Lebensmittelerzeugung eine Hauptquelle ist, nehmen weiter zu. Weitere anthropogene Aktivitäten verstärken den Ausstoß von Treibhausgasen und reduzieren gleichzeitig die natürlichen Kohlenstoffspeicher, wie u.a. massive Abholzungen im Amazonas-Gebiet.
Klar ist schon jetzt: Die Auswirkungen des Klimawandels werden noch extremer spürbar sein, wenn die anthropogenen Aktivitäten, die die Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre steuern, nicht reduziert und gleichzeitig die natürlichen Puffer-Mechanismen, wie die Aufnahme von CO2 durch Vegetation oder durch das Meer, nicht erhalten werden.
Regionale Auswirkungen des Klimawandels
Die Auswirkungen der globalen Erderwärmung sind regional unterschiedlich. Ansteigende Temperaturen sind jedoch überall messbar. Kürzlich hat beispielsweise eine extreme Hitzewelle Nordamerika fest im Griff gehabt mit einer Rekordtemperatur von 49,6 °C, gemessen im westkanadischen Lytton, die 4,6 °C höher ausfiel, als die zuletzt 1937 gemessene Höchsttemperatur dort (World Meteorological Organization, 2021). Und auch in Deutschland häufen sich die Extreme. Die letzte Rekordtemperatur von 41,2 °C wurde während der Hitzewelle 2019 in Duisburg gemessen, nachdem sich bereits das Jahr 2018 durch extreme Hitze und Trockenheit auszeichnete und damit das wärmste Jahr seit Beginn der Wetteraufzeichnungen war. Aktuell deutet sich an, dass Hitzewellen, und damit die Tage, an denen es über 30 Grad warm wird, noch häufiger werden. Projektionen auf Basis eines Klimaszenarios mit hohen CO2-Emissionen zeigen, wie sich das Klima im Vergleich zur Referenzperiode von 1971 bis 2000 in den nächsten Jahren verändern wird, wenn wenige Klimaschutzmaßnahmen ergriffen werden (GERICS-Klimaausblicke Bundesländer https://www.gerics.de/products_and_publications/fact_sheets/klimaausblicke/index.php.de ). Im Folgenden wird jeweils der Median aller untersuchten Klimasimulationen innerhalb dieses Szenarios mit wenig Klimaschutz angegeben (also der Wert der Simulation, der in der Mitte liegt, wenn die simulierten Werte nach Größe sortiert werden). Die Anzahl heißer Tage deutschlandweit kann bis 2065 um 3 Tage pro Jahr - und bis Ende des Jahrhunderts sogar auf bis zu 9 Tage pro Jahr - ansteigen, wenn die weitere Erwärmung nicht eingedämmt werden kann, also das Klimaszenario mit wenig Klimaschutz eintreten würde (siehe GERICS- Klimaausblicke Bundesländer). Dabei wären, wie auch jetzt schon, Regionen in Deutschland unterschiedlich betroffen. Den Südwesten Deutschlands könnte es am stärksten treffen: Sowohl in Baden-Württemberg als auch im Saarland kann mit 5 heißen Tagen (mit über 30 Grad) jährlich mehr bis Mitte des Jahrhunderts gerechnet werden. Die Auswirkungen könnten in Norddeutschland moderater sein (Schleswig-Holstein: 1 heißer Tag). Aber auch Hitzeperioden mit Tagestemperaturen von über 25 Grad könnten sich deutlich verlängern. Generell sind Ballungsräume stärker betroffen als ländliche Regionen. Dafür ist der sogenannte „Wärmeinsel-Effekt“ verantwortlich. Städtische Gebiete erhitzen sich insbesondere bei dichter Bebauung und wenig Grünflächen deutlich stärker als das Umland. Je nach Größe der Städte, Eigenschaften der Bausubstanz, Strahlungseigenschaften der Oberflächen oder der Gebäudesymmetrie kann diese Differenz bis zu 10 °C betragen (Deutscher Wetterdienst), was zu deutlich erhöhtem Hitzestress in Stadtzentren führen kann.
Neben der Temperatur kann sich auch der Niederschlag in Deutschland sowohl in seiner Menge als auch in seiner Intensität regional verändern. Die Sommer werden in dieser Projektion immer trockener (bis zur Mitte des Jahrhunderts um etwa 40 %), während die Jahreszeiten Herbst und Winter eher durch höhere Niederschlagsmengen gekennzeichnet sind (etwa 30 % mehr Niederschlag).
Durch die geringeren Niederschlagsmengen im Sommer erleben wir schon jetzt häufigere Trocken- und Dürreperioden, wie z.B. in den Jahren 2018 und 2019 in Verbindung mit sehr hohen Temperaturen. In der Folge sinken die Grundwasserspiegel. Während sich der Oberboden (bis etwa 25 cm Tiefe) mittlerweile wieder erholt hat, sind die Gesamtböden (bis 1,8 m) in einigen Gebieten Deutschlands auch im Jahr 2021 u.a. als Folge dieses besonders trockenen und heißen Jahres durch extreme Dürre gekennzeichnet (siehe Dürremonitor des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung, UFZ, https://www.ufz.de/index.php?de=37937 ein Partner der Helmholtz-Klima-Initiative https://www.helmholtz-klima.de/). Davon sind insbesondere Nordost- und Südostdeutschland, sowie das Rhein-Main-Gebiet betroffen. Gleichzeitig kommt es im Sommer vermehrt zu extremen Niederschlagsereignissen, sogenannten Starkregentagen, an denen es 20 mm und mehr pro Stunde regnet. Dadurch kommt es häufiger zu Überschwemmungen, zum Teil auch verstärkt durch die Kombination mit der Trockenheit, die die Böden weniger aufnahmefähig macht. So hat aktuell das Tief Bernd (Mitte Juli 2021) mit Unwettern und Starkregen in zahlreichen Regionen Deutschlands zu katastrophalen Ausnahmezuständen geführt. Im genannten Klimaszenario mit wenig Klimaschutz könnte deutschlandweit mit einem Starkregentag (Median) mehr pro Jahr bis Mitte des Jahrhunderts zu rechnen sein. Auch hier sind insbesondere der Südwesten und der Westen Deutschlands betroffen, in denen die Zunahme mehr als ein Tag jährlich sein könnte.
Wissenschaftler*innen können das häufigere Auftreten und die erhöhte Intensität von Extremereignissen - wie heftige Gewitter mit Sturmböen und Starkregen oder starke Stürme - mittlerweile ebenfalls der Klimaerwärmung zuordnen, allerdings mit weniger statistischer Sicherheit als dies bei ansteigenden Temperaturen oder Dürreperioden der Fall ist. Alle bekannten Klimaprojektionen zeigen, dass Stürme bis Mitte des Jahrhunderts auch in Westeuropa um bis zu 20 % extremer werden könnten. Gewitter könnten sich mit noch größerer Intensität entwickeln, denn wenn sich die kontinentalen Landmassen saisonal stärker erwärmen, resultiert eine höhere atmosphärische Instabilität (Deutscher Wetterdienst, NASA Global Climate Change). Zusätzlich könnten die Perioden, in denen sich heftige Gewitter entwickeln, durch wärmere Temperaturen im Frühling und Herbst länger werden.
Bei der Eignung von Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel gibt es mehrere Aspekte, die hier eine Rolle spielen.
So sollte der zuvor genannte städtische Wärmeinsel-Effekt bei der Standortsuche für die Außenanlagen bedacht werden. Aufgrund der stärkeren Hitze in Stadtzentren sind Standorte weiter außerhalb des Zentrums für Außenanlagen wie Spielplätze oder Sportplätze mit wenig Beschattung geeigneter. Jedoch ist der Wärmeinsel-Effekt innerhalb eines Stadtzentrums nicht überall gleich ausgeprägt. So gibt es einen Zusammenhang mit der Versiegelung von Flächen, denn je ausgedehnter die Versiegelung ist, desto höher ist die Temperatur im Innenstadtbereich. Auch haben Anteil und Art der Bebauung einen Effekt, z.B. hat eine enge Bebauung mit höheren Gebäuden einen wärmenden Effekt durch schlechtere Belüftung. Hohe Anteile von Wasser- und Vegetationsflächen dagegen haben einen kühlenden Effekt (Bottyán und Unger, 2003). Zentrumsnahe Gebiete mit Wasser- und Grünflächen neigen also weniger zu Hitzestau und sind daher für den Bau von Außenanlagen wie Spielplätze besser geeignet, darüber hinaus kann das Anlegen solcher Flächen beim Bau der Anlagen ebenfalls den Wärmeinsel-Effekt reduzieren. Die Beschaffenheit der bebauten Flächen ist aber nicht nur aufgrund des Wärmeinsel-Effektes von Bedeutung. Auch das Abflussverhalten der bebauten Flächen muss in Planungen durch entsprechende Entwässerungskonzepte berücksichtigt werden, da dies bei Dürreperioden und Starkregenereignissen eine Rolle spielt.
Bei der Eignung von Baumaterialien spielt nicht nur die Beschaffenheit, sondern auch die Farbe des Materials eine Rolle. So kann der Einsatz hellerer und reflektierender Materialien einen kühlenden Effekt haben. Auch sollte auf weniger wärmeleitendes Material zurückgegriffen werden. Weiterhin sollte beim Bau von Außenanlagen darauf geachtet werden, dass die Materialien stärkeren Stürmen standhalten und entsprechend wind- und bruchfest sind.
Zusätzlich ist die Beschattung eine wichtige Komponente. So verringert das Anlegen von nicht-versiegelten Flächen nicht nur den beschriebenen Wärmeinsel-Effekt, darüber hinaus kann die Bepflanzung gleichzeitig zur Beschattung offener Flächen genutzt werden. Natürliche Beschattung bedarf aber langfristiger Planung. Hier sind einige zu berücksichtigende Kriterien die Wachstumsraten, Frosthärte und Präferenzen von Sonnen- oder Schattenstandorten der entsprechenden Pflanzen. Bereits vorhandene Bebauung in der Umgebung kann ebenfalls zur Beschattung von Außenanlagen genutzt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Beschattung ist z.B. textiler Sonnenschutz an Gebäuden, der sich auch als Schutz vor UV-Strahlung eignet.
Nachhaltige Lösungen
Neben der Anpassung an Auswirkungen des Klimawandels können bestimmte Klimaschutzmaßnahmen auch aktiv dazu beitragen, den Klimawandel einzudämmen. Etwa 30 % der CO2-Emissionen aus Deutschland fallen z.B. durch den Bau oder die Nutzung von Gebäuden an. Dabei entsteht die Hälfte dieser Emissionen allein beim Bau selbst (Umweltbundesamt, 2020). Die Wahl nachhaltiger Materialien kann daher einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, die CO2-Emissionen weiter zu reduzieren und die Erderwärmung einzudämmen. Hier eignen sich Baustoffe aus nachwachsenden, wiederverwertbaren und lang verfügbaren Rostoffen, die schon bei der Herstellung nur geringe Umweltbelastungen verursachen. Rohstoffe, die vor Ort produziert werden, sind ebenfalls vorteilhaft für die Reduzierung von CO2-Emissionen aufgrund kürzerer Transportwege. Baustoffe, die eine ähnliche Lebensdauer haben und leicht austauschbar sind, verringern Sanierungsaufwand und –kosten. Beispiele für solche Materialien sind Holz, Ton, Ziegel, Lehm oder Naturstein. Insbesondere Holz ist auch deshalb geeignet, da das Material sich wenig aufheizt. Auch bei der Wahl von Farben und bei Lasierungen als Schutz vor widrigen Witterungen kann auf deren Nachhaltigkeit geachtet werden. Werden weniger nachhaltige Materialien verwendet, kann durch nachhaltigere Produktion, wie z.B. durch Verwendung erneuerbarer Energien bei der Herstellung von Stahlteilen oder Bauteilen aus anderen Metallen, die CO2-Bilanz verbessert werden.
Insgesamt zeigt sich, dass man durch die Berücksichtigung vorhandener Informationen über aktuelle und zukünftige klimatische Bedingungen, nachhaltige, langlebige und klimafreundliche Außenanlagen und Spielplätze konzipieren und bauen kann, auf denen sich junge und alte Menschen gerne aufhalten.
Weiterführende Informationen
Das Climate Service Center Germany (GERICS) ist eine Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Hereon und wurde als Climate Service Center im Jahr 2009 von der Bundesregierung im Rahmen der „Hightech-Strategie zum Klimaschutz“ gegründet.
Die Auswirkungen des Klimawandels stellen uns vor neue Herausforderungen, an die wir uns anpassen müssen. Klimaangepasste Stadtentwicklung oder Anpassungen von Planungsprozessen in Unternehmen sind dabei einige Themengebiete, die Entscheidungsträger*innen beschäftigen. Das GERICS unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Daniela Jacob arbeitet in enger Kooperation mit Wissenschaft und Praxispartnern aus Politik, Wirtschaft und Verwaltungen, um diese bei Anpassungsstrategien an den Klimawandel zu unterstützen. Dazu werden die Akteure untereinander vernetzt und wissenschaftlich fundiert prototypische Produkte und Dienstleistungen zur Anpassung an den Klimawandel am GERICS entwickelt. Beispiele für solche Projekte sind der GERICS Stadtbaukasten (https://www.climate-service-center.de/products_and_publications/toolkits/stadtbaukasten/index.php.de), um nachhaltige und ressourcenschonende Städteplanung zu unterstützen oder die GERICS Climate-Fact-Sheets, die in kompakter, übersichtlicher Form wesentliche Klimacharakteristika verschiedener Länder oder Regionen darstellen und sich insbesondere auf die Ausprägung und Entwicklung verschiedener Klima-Indizes in der Zukunft konzentrieren. Diese Climate-Fact-Sheets sind sowohl für verschiedene Länder weltweit, als auch auf regionaler Ebene z.B. in Deutschland auf Bundesland- und seit kurzem sogar auf Landkreisebene vorhanden (https://gerics.de/products_and_publications/fact_sheets/landkreise/index.php.de).
Referenzen
Botyán, Z. und Unger, J.: A multiple linear statistical model for estimating the mean maximum urban heat island, Theoretical and Applied Climatology, 75, https://doi.org/10.1007/s00704-003-0735-7, 2003.
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