Im Rahmen der BMBF-Fördermaßname „Stadtklima im Wandel“ werden Methoden und Werkzeuge zur multiskaligen Erfassung und Prognose des Stadtklimas erarbeitet. Der Beitrag gibt einen kurzen Überblick zum Gesamtprojekt und beschäftigt sich mit dem Teilbereich thermische Belastung von Stadtbewohnern. Zur Erfassung des Zustandes wurde in Konzept mit mobilen Messsystemen entwickelt und angewendet. Die erhobenen Daten dienen unter anderem zur Evaluierung des neuen Stadtklimamodells PALM-4U. Dieses Werkzeug wird in „Stadtklima im Wandel“ weiterentwickelt und in Zusammenarbeit mit Anwendern und Behörden auf Funktionalität getestet. Das Konzept wird anhand von Untersuchungen in Berlin getestet.

Stadtklima ist ein wichtiger Bestandteil räumlicher Planung im Abwägungsprozess der Bauleitplanung und Umweltverträglichkeitsprüfungen. Die Stadtklimatologie identifiziert Problemfelder, sichert, entwickelt und stellt immissionsklimatisch relevante Flächennutzungsstrukturen wieder her, unter Berücksichtigung flächen-/objektbezogener Handlungsfelder. Hierbei bildet die Stadtklimatologie das Bindeglied zwischen den physikalischen Grundlagen/Prozessen des Stadtklimas und der Stadtplanung. Stadtklimaanalysen bzw. die daraus ableitbaren synthetischen Klimafunktions-/Planungshinweiskarten erlauben der Planung auf kommunaler Ebene wichtige klimatische Aspekte innerhalb ihres Handlungsrahmens aufzugreifen. Es entstehen unterschiedliche Handlungsfelder, die alle für sich eine bedeutende Wirkung auf den Raum nehmen können, jedoch nicht streng voneinander zu trennen sind, somit auch nicht getrennt voneinander betrachtet werden sollten. Spannende Anwendungsbeispiele aus dem Forschungsbereich der „grünen Infrastruktur“ sind u. a. die Silberlinde (Tilia tomentosa) oder auch die biogenen flüchtigen Kohlenwasserstoffe (BVOCs). Tilia tomentosa hebt sich von anderen urbanen Bäumen durch ihre Fähigkeit ab, die Blätter bei hoher solarer Einstrahlung drehen zu können. BVOCs können bei hochsommerlichen Wetterlagen zu einer signifikanten Erhöhung der Konzentration des bodennahen Ozons beitragen. Beide Ereignisse weisen ein enormes Handlungspotenzial sowohl aus lokalklimatischer, gesundheitlicher als auch planerischer Sicht auf.

Die Veränderungen des Klimas sind heutzutage weitgehend unbestritten. Der urbane Raum ist davon besonders betroffen. Zum einen werden die Klimaänderungen durch die Siedlungsstruktur noch verstärkt und zum anderen sind hier, bedingt durch die Zunahme der Stadtbevölkerung, besonders viele Menschen von den negativen Folgen des Klimawandels betroffen. Ziel aktueller Forschungsarbeit muss es also sein, die Zusammenhänge und Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen und dabei die natürlichen Ursachen von den anthropogen induzierten Einflüssen zu trennen. Erst das Verständnis des Zusammenwirkens der verschiedenen Faktoren ermöglicht es, Handlungsempfehlungen abzuleiten, um auf die Folgen der Klimaänderung zu reagieren oder diese zu vermeiden. Die Fernerkundung ermöglicht die flächendeckende Beobachtung klimatischer Veränderungen auf verschiedenen maßstäblichen Ebenen. Die rasante Entwicklung der Satellitentechnologie ermöglicht dabei einen immer detaillierteren Blick auf unsere Erdoberfläche. Diese geometrisch hochaufgelösten Daten bieten die Chance, bestehende Modelle zum Klimawandel, zum Wasserhaushalt oder zur Siedlungsentwicklung zu verdichten und die Konsequenzen des menschlichen Handels auf der Erdoberfläche zu analysieren. Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, die Einsatzmöglichkeiten geometrisch hochauflösender Fernerkundungsdaten, am Beispiel von IKONOS-Daten, zur Informationsgewinnung für hydrologische Modelle, die im urbanen Raum anwendbar sind, zu prüfen. Dazu wurden zunächst die besonderen klimatischen Bedingungen des urbanen Raumes untersucht. Des Weiteren wurde der Einsatz von Fernerkundungsdaten zur Beobachtung von Klimaparametern untersucht und verschiedene Fernerkundungsmethoden zur Bestimmung der einzelnen hydrologischen Variablen vorgestellt. Für die Modellierung des Energie- und Wasserhaushalts urbaner Räume sind nicht nur geeignete klimatisch-hydrologische Modelle, sondern auch entsprechend verdichtete Inputdaten notwendig. Dies bezieht sich nicht nur auf Parameter wie Niederschlag und Bodenfeuchte, sondern auch auf die Landnutzung. Gerade in urbanen Räumen, deren Flächennutzung häufig sehr heterogen ist und innerhalb kleiner Flächen einem häufigen Wechsel unterliegt, sind besonders detaillierte Informationen zur Landnutzung und zur Oberflächenbedeckung notwendig, um auch für kleinere Gebiete, wie Stadtteile oder Quartiere, valide Aussagen über die klimatischen und hydrologischen Bedingungen treffen zu können. Ausgehend von bereits existierenden hydrologischen Modellen wurde zunächst ein für den urbanen Raum angepasstes Modell vorgestellt und die entsprechenden Anforderungen an den Parameter Landnutzung definiert. Am Beispiel des Untersuchungsgebietes Heidenau konnte gezeigt werden, dass geometrisch hochauflösende Daten, in diesem Fall IKONOS, differenzierte Flächennutzungsinformationen zur Anwendung hydrologischer Modelle im Bezugsraum Stadt bereitstellen können.

Die Verdunstung ist die Klimaanlage der Erde. Sie verbindet den globalen Wasserkreislauf mit dem Energiekreislauf. Die Komponenten des Wasser- und Energiekreislaufs stehen für jeden Standort in einem dynamischen Gleichgewicht. Mit der Ausführung von Bauvorhaben wird in das Gleichgewicht eingegriffen. Entscheidend für die Beurteilung der Folgen für die Umwelt sind die langfristigen Auswirkungen. Diese können durch den Vergleich langjähriger mittlerer Jahresbilanzen vor und nach der Bebauung aufgezeigt werden. Bei der Genehmigung neuer Baugebiete müssen diese Auswirkungen ein Entscheidungskriterium werden, wenn der Eingriff in den Naturhaushalt so gering wie möglich gehalten werden soll. Nur die Betrachtung von einzelnen Starkregenereignissen ist nicht ausreichen. Von der Versiegelung der Oberflächen ist die Verdunstung in der Jahresbilanz stärker als die anderen Komponenten des Wasserkreislaufs betroffen. Trotzdem werden bisher bei der Planung neuer Baugebiete hauptsächlich der Oberflächenabfluss und in zunehmendem Maße die Versickerung untersucht. Die Reduzierung der Verdunstung wird zumeist vernachlässigt. Ursache für diese Reduzierung ist die fehlende Zwischenspeicherung des Wassers. Das wirkt sich direkt auf den Energiekreislauf aus, da die nicht für den Verdunstungsprozess benötigte Energie in den bodennahen Schichten bleibt. Im ersten Teil werden die Einflussfaktoren auf die Verdunstung erläutert und ein Überblick über die Berechnungsmethoden gegeben. Im zweiten Teil werden die Oberflächen unbebauter und bebauter Gebiete systematisiert und in Landnutzungsarten unterteilt. Für diese werden die hydrologischen und energetischen Eigenschaften und deren Auswirkungen auf den Wasser- und Energiehaushalt erläutert und die mittleren Jahresbilanzen berechnet. Die tatsächliche Verdunstung wird auf der Basis der Gras-Referenzverdunstung und der Landnutzungsart ermittelt. Ausgangswerte sind langjährige meteorologische Jahresmittelwerte. Die Verdunstung von Wasserflächen wird mit dem Temperaturgleichgewichtsverfahren berechnet. Mit den vorgestellten Verfahren können Einzugsgebiete von Bebauungsplangröße untersucht werden. Es werden Lösungen zur Beibehaltung eines möglichst hohen Verdunstungsanteils in bebauten Gebieten vorgeschlagen. Ansatzpunkt ist dabei stets die Zwi-schenspeicherung des Regenwassers. Am wirkungsvollsten sind dabei Dachbegrünungen, Wasserflächen und Bäume. Das Verfahren wird an zwei Beispielen angewandt - die Erschließung eines Industriegebietes auf einer vorher land- und forstwirtschaftlich genutzten Fläche in Treuen im Vogtland und der Neubau einer Untergrundstation im Zentrum der schwedischen Großstadt Malmö. / Evapotranspiration could be called the air-conditioner of the earth. It is connecting the water and the energy cycle. The components of the water and energy cycle are related to each other in a dynamic system. Urban development is interfering with this system. Changes of the water and energy balance resulting from construction can be calculated on the basis of long-standing annual average balances and compared with the balance in the catchment area before construction. Before granting building permission, the impacts on the water and energy balance should be evaluated in order to minimize interference with nature. Causing long-term impacts must be considered beforehand in planning. Coping only with design storm events does not suffice. Evaporation is more intensely affected by the paving of streets and squares and by constructing buildings then the other components of the water cycle. However, up to now, in the process of design and planning permission of new development areas, the focus is on runoff and, increasingly, on infiltration of rainwater. The large reduction of evaporation is mostly neglected. The reason for the reduction is the lack of buffer storage for water. Thus directly affects the energy cycle. Energy which is not used for evaporation remains in the near-ground layers. In the first part, the factors influencing evaporation are explained and an overview over the methods of calculation is given. In the second part all surfaces of urban and natural areas are systematized and subdivided into types of land use. The hydrological and energy properties as well as their effects on the water and energy balance are elucidated for this types of land use and their average annual balances are calculated. Solutions are presented for retaining in urban areas an evaporation rate as high as possible. Starting point hereby is always the buffer storage of rainwater. Most effective measures are the installation of rooftop greening, open water surfaces and trees. The calculations are performed on the basis of the FAO reference evaporation and the types of land use. Starting values are long-stand average annual meteorologic values. The evaporation of water surfaces is calculated with the temperature balance model. The method is applied to two examples showing the impacts of land use change on water and energy balance: the development of agricultural and forest land in Saxony into an industrial development site, and the impact of the construction of an underground station in the centre of the City Malmö, Sweden.

Die Verdunstung ist die Klimaanlage der Erde. Sie verbindet den globalen Wasserkreislauf mit dem Energiekreislauf. Die Komponenten des Wasser- und Energiekreislaufs stehen für jeden Standort in einem dynamischen Gleichgewicht. Mit der Ausführung von Bauvorhaben wird in das Gleichgewicht eingegriffen. Entscheidend für die Beurteilung der Folgen für die Umwelt sind die langfristigen Auswirkungen. Diese können durch den Vergleich langjähriger mittlerer Jahresbilanzen vor und nach der Bebauung aufgezeigt werden. Bei der Genehmigung neuer Baugebiete müssen diese Auswirkungen ein Entscheidungskriterium werden, wenn der Eingriff in den Naturhaushalt so gering wie möglich gehalten werden soll. Nur die Betrachtung von einzelnen Starkregenereignissen ist nicht ausreichen. Von der Versiegelung der Oberflächen ist die Verdunstung in der Jahresbilanz stärker als die anderen Komponenten des Wasserkreislaufs betroffen. Trotzdem werden bisher bei der Planung neuer Baugebiete hauptsächlich der Oberflächenabfluss und in zunehmendem Maße die Versickerung untersucht. Die Reduzierung der Verdunstung wird zumeist vernachlässigt. Ursache für diese Reduzierung ist die fehlende Zwischenspeicherung des Wassers. Das wirkt sich direkt auf den Energiekreislauf aus, da die nicht für den Verdunstungsprozess benötigte Energie in den bodennahen Schichten bleibt. Im ersten Teil werden die Einflussfaktoren auf die Verdunstung erläutert und ein Überblick über die Berechnungsmethoden gegeben. Im zweiten Teil werden die Oberflächen unbebauter und bebauter Gebiete systematisiert und in Landnutzungsarten unterteilt. Für diese werden die hydrologischen und energetischen Eigenschaften und deren Auswirkungen auf den Wasser- und Energiehaushalt erläutert und die mittleren Jahresbilanzen berechnet. Die tatsächliche Verdunstung wird auf der Basis der Gras-Referenzverdunstung und der Landnutzungsart ermittelt. Ausgangswerte sind langjährige meteorologische Jahresmittelwerte. Die Verdunstung von Wasserflächen wird mit dem Temperaturgleichgewichtsverfahren berechnet. Mit den vorgestellten Verfahren können Einzugsgebiete von Bebauungsplangröße untersucht werden. Es werden Lösungen zur Beibehaltung eines möglichst hohen Verdunstungsanteils in bebauten Gebieten vorgeschlagen. Ansatzpunkt ist dabei stets die Zwi-schenspeicherung des Regenwassers. Am wirkungsvollsten sind dabei Dachbegrünungen, Wasserflächen und Bäume. Das Verfahren wird an zwei Beispielen angewandt - die Erschließung eines Industriegebietes auf einer vorher land- und forstwirtschaftlich genutzten Fläche in Treuen im Vogtland und der Neubau einer Untergrundstation im Zentrum der schwedischen Großstadt Malmö. / Evapotranspiration could be called the air-conditioner of the earth. It is connecting the water and the energy cycle. The components of the water and energy cycle are related to each other in a dynamic system. Urban development is interfering with this system. Changes of the water and energy balance resulting from construction can be calculated on the basis of long-standing annual average balances and compared with the balance in the catchment area before construction. Before granting building permission, the impacts on the water and energy balance should be evaluated in order to minimize interference with nature. Causing long-term impacts must be considered beforehand in planning. Coping only with design storm events does not suffice. Evaporation is more intensely affected by the paving of streets and squares and by constructing buildings then the other components of the water cycle. However, up to now, in the process of design and planning permission of new development areas, the focus is on runoff and, increasingly, on infiltration of rainwater. The large reduction of evaporation is mostly neglected. The reason for the reduction is the lack of buffer storage for water. Thus directly affects the energy cycle. Energy which is not used for evaporation remains in the near-ground layers. In the first part, the factors influencing evaporation are explained and an overview over the methods of calculation is given. In the second part all surfaces of urban and natural areas are systematized and subdivided into types of land use. The hydrological and energy properties as well as their effects on the water and energy balance are elucidated for this types of land use and their average annual balances are calculated. Solutions are presented for retaining in urban areas an evaporation rate as high as possible. Starting point hereby is always the buffer storage of rainwater. Most effective measures are the installation of rooftop greening, open water surfaces and trees. The calculations are performed on the basis of the FAO reference evaporation and the types of land use. Starting values are long-stand average annual meteorologic values. The evaporation of water surfaces is calculated with the temperature balance model. The method is applied to two examples showing the impacts of land use change on water and energy balance: the development of agricultural and forest land in Saxony into an industrial development site, and the impact of the construction of an underground station in the centre of the City Malmö, Sweden.

Gründächer können zur Verbesserung des thermischen Milieus in Stadtgebieten beitragen, wobei der Kühleffekt durch Evapotranspiration ein wichtiger Teilaspekt ist. Die Nutzung dieser Verdunstungsleistung in längeren Trocken- und Hitzeperioden ist bei geringschichtigen Begrünungsformen bedingt durch limitiertes Retentionsvermögens stark eingeschränkt. Eine Anpassung des Schichtaufbaus hin zu größeren Aufbauhöhen sowie eine ergänzende Bewässerung können diesem Umstand entgegenwirken. Die Verwendung von Trinkwasser für die Bewässerung ist dabei jedoch weder nachhaltig noch ökonomisch sinnvoll. Ziel des durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projektes (Laufzeit 24 Monate) Projektes ist zu untersuchen, ob sich die prognostizierten bzw. unter unterschiedlichen Versuchsbedingungen in vorangegangenen Forschungsprojekten sektoral und für Extensivbegrünungen nachgewiesenen Effekte für eine einfache Intensivbegrünung in einer typischen, gebauten Dachbegrünungssituation unter realen klimatischen Bedingungen durch eine Bewässerung mit aufbereitetem Grauwasser verstetigen und optimieren lassen. Hierfür wird in Langzeitversuchen eine einfache Intensivdachbegrünung unter realen Einbau-, unterschiedlichen Betriebsbedingungen und dem Einfluss wechselnder hydraulischer Belastungen untersucht. Mit dem Einsatz von vorbehandeltem Grauwasser als nachhaltige Bewässerungsoption wird darüber hinaus die durch den Stoffeintrag bedingte Einflussnahme auf die Leistungsfähigkeit des Bodenkörpers beschrieben. Die Ergebnisse sollen in der Zusammenschau Auskunft über den Umfang der Auswirkung von Bewässerung auf das Retentionsvermögen, das Evapotranspirationspotential und die Bauklimatik sowie das Erscheinungsbild von Gründächern mit einfacher Intensivbegrünung geben. Für die prognostizierte Entwicklung der klimatischen Gegebenheiten in Städten will das Projekt Ansätze zum Erhalt der Vitalität und dem optimierten Beitrag zu Stadtklima und Urbanhydrologie von Gründächern entwickeln. Die Besonderheit des Forschungsansatzes liegt in der Untersuchung und Auswertung aller Teilaspekte in einer Anlage, welche die Identifikation von Synergien und Divergenzen zwischen den genannten Potentialen und Einflussfaktoren ermöglicht. Untersuchungsgegenstand sind 21 je 3,5 m² großen Forschungsfelder, die in eine 240 m² große Einfache Intensivdachbegrünung eines Daches im Botanischen Garten der TU Dresden integriert wurden. Die Forschungsfelder sind mit zwei unterschiedlichen Staudenmischungen bepflanzt und in drei Regimen (maximal feucht, mittel, minimal feucht), orientiert am Wasserhaltevermögen des Substrates, mit aufbereitetem Grauwasser bewässert. Der Zustand und die Entwicklung der Vegetation wird in den Forschungsfeldern im zweiwöchentlichen Turnus erfasst und dokumentiert. Zur Erfassung des zulaufenden Wassers, der Wassergehalte im Dachsubstrat sowie des Überlaufs sind die Forschungsfelder mit Sensoren ausgestattet. Zusätzlich werden die Temperaturen an der Dachhaut, in verschiedenen Niveaus des Gründachaufbaus und des Pflanzenbestandes erfasst. Eine Klimastation stellt Informationen zu Niederschlag und verdunstungsrelevanten atmosphärischen Messgrößen bereit, ein Infrarotsensor erfasst Wärmeströme der Pflanzung auf dem Dach. Die Wasserqualität im Zulauf und Ablauf des Daches sowie im Substrat werden regelmäßig sowie ereignisbezogen beprobt. Das Messsystem wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Dem Bericht liegt im wesentlichen die Auswertung der Messergebnisse der Vegetationsperiode 2022 zu Grunde. Die Ergebnisse des hinsichtlich des Witterungsverlaufs sehr trockenen und heißen Jahres zeigen deutlich, dass die Vitalität und Ästhetik Einfacher Intensivdachbegrünungen im Vergleich zu den geringer bzw. nicht bewässerten Referenzfeldern verbessert werden kann, je kontinuierlicher das Wasserdargebot im Bereich der maximalen Feldkapazität gehalten wird. In der Auswertung wurde jedoch auch deutlich, dass keine Linearität zwischen Vitalität und Bewässerungsmenge besteht, sondern mit der medialen Bewässerung Bewertungen erzielt werden konnten, welche z.T. nur leicht hinter der maximalen Bewässerung zurücklagen. Selbst in Feldern mit minimalem Bewässerungsregime kann im Vergleich zu Flächen mit trockenheitsverträglichen Arten ganzjährig noch ein zufriedenstellendes Erscheinungsbild und eine sommerliche Blütenbildung erreicht werden. Mit den erhöhten Bewässerungsmengen kann darüber hinaus artspezifisch die Wuchshöhe, respektive das potentiell verdunstende Vegetationsvolumen gesteigert werden. Nachteilige Auswirkungen auf das Erscheinungsbild der Vegetation durch die Bewässerung mit vorgefiltertem Grauwasser konnten bis zur Vegetationsperiode 2022 nicht festgestellt werden. Dachbegrünungen können ein wichtiger Baustein eines urbanen Wasserhaushalts sein, der an natürliche Verhältnisse angenähert ist. Dabei steigert Bewässerung die Verdunstungskomponente deutlich und gleicht die geringe Speicherfähigkeit des Dachsubstrats aus. Kontinuierlich anfallendes Grauwasser eignet sich für die Bewässerung und die Bewässerungsmengen können im Hinblick auf eine maximale Verdunstungsleistung optimiert werden. Durch die durchschnittlich höhere Wasserspeicherung des Substrats in Folge der Bewässerung, kann aber bei Regen weniger Wasser zurückgehalten werden und es kommt zu höheren Abflussspitzen und -volumen. Eine Optimierung, die Regenrückhalt und Verdunstungssteigerung berücksichtigt, muss also zwischen diesen beiden Zielen ausgleichen. Die Stoffumsatzprozesse und Aufkonzentrierung bewirken hohe Nitrat und organische Stoffgehalte im Abflusswasser aus Dachbegrünungen, die für eine Wiederverwendung oder Einleitung in Gewässer oder Boden berücksichtigt werden sollten. Gründächer werden aktuell vornehmlich als extensive Konstruktionen, d.h. in dünnschichtiger Bauweise mit trockenheitsresistenter Bepflanzung und ohne Bewässerung realisiert. Die bauklimatischen Untersuchungen zeigen, dass eine erhebliche Kühlwirkung von Gründachkonstruktionen nur dann vorhanden ist, wenn eine geeignete Bewässerung umgesetzt wird. Der Hauptanteil der Kühlwirkung kann auf die deutlich erhöhte Wärmespeicherfähigkeit zurückgeführt werden, welche im vorliegenden Projekt mit der medialen Bewässerung schon fast die maximale Wirkung zeigt. Die Maximalbewässerung bringt im Vergleich dazu nur noch einen marginalen Effekt. Der Kühleffekt aus der Verdunstung von den Blattoberflächen (Evapotranspiration) steht einem strahlungseintrags- und abstrahlungsvermindernden Effekt des Blätterdachs gegenüber und ist betragsmäßig weit unter dem Effekt der Speicherfähigkeit angeordnet. Dennoch ist das vitale Blätterdach auch für die Erhaltung des gespeicherten Wassers im Substrat zuträglich, weil es die direkte Verdunstung aus dem Substrat reduziert. Die Ergebnisse der Mikroklimamessungen leisten einen wichtigen Beitrag zum Erkenntnisgewinn hinsichtlich der Wirkung einer kontrollierten Bewässerung auf die thermischen Verhältnisse auf einem Gründach. Die Installation einer ortsfesten Dauererfassung der räumlich verteilten Oberflächen-temperatur des Gründachs hat sich als entscheidende Datenquelle für den Erkenntnisgewinn erwiesen. Die Mikroklimauntersuchungen auf dem Gründach zeigen einen klaren Zusammenhang von unterschiedlich intensiver Bewässerung und der daraus resultierenden Grünvolumendichte mit der Verteilung der Gründachtemperatur. Je nach Bewässerungsintensität treten an einem sonnigen Sommertag Temperaturunterschiede von 1,5 °C im Mittel und bis 10 °C im Maximum auf. Im Vergleich zum unbewässerten Bereich reduziert sich die Temperatur auf dem Gründach bis zu 5,2 °C im Mittel und um bis zu 28 °C im Maximum. Die größten Tempertaturunterschiede ergeben sich zwischen Feldern mit mittlerer und geringer Bewässerung. Hohe Wasserzugaben führen nicht zwangsläufig zu einer linearen Absenkung der Gründachtemperatur. Der Gebäudeschatten wirkt sich ebenso reduzierend auf Temperatur und Verdunstung und damit günstig auf das Pflanzenwachstum aus. Dies sollte bei der Planung von Gründächern beachtet werden. In der Querschnittsbetrachtung ist festzustellen, dass die Bewässerung positive Auswirkungen auf die Vegetationsentwicklung, die Verdunstungsleistung und Kühlungswirkung von Dachbegrünungen hat. Dem gegenüber stehen eine verringerte Retentionsleistung und ein erhöhter Stoffaustrag in Folge erhöhter Abflüsse bei Regenereignissen. Eine optimierte Bewässerung sollte entsprechend diese Systemleistungen gegeneinander abwägen und priorisieren.

Klimatologisch signifikante räumliche Strukturen der Niederschlagsverteilung in der Stadt Berlin und des Umlandes in Brandenburg wurden für den Zeitraum 1951-2000 untersucht, die durch Wirkung des urbanen Raumes verursacht werden. Für die Analyse werden Primärdaten von 247 Niederschlagsmessstationen verwendet, woraus Gebietsmittelwerte für 636 administrative Teilflächen sowie für 12 Teilflächen eines zur mittleren Windrichtung des Niederschlagstages parallelen Analyse-Transekts für jeden der 11848 Niederschlagstage interpoliert werden. Für 17 ausgewählte Kombinationen von acht Atmosphärenparametern wurde der Niederschlagsdatensatz zu klassifizierten Teilmengen gruppiert und als eigenständige geostatistische Experimente ausgewertet. Die Spannweite der in den einzelnen Experimenten verglichenen Gebietsmittelwerte überschreitet in der Regel 10 Prozent der mittleren Niederschlagshöhen nicht. Der dominierende Faktor für die Herausbildung unterscheidbarer räumlicher Niederschlagsverteilungen im Untersuchungsgebiet ist die Windrichtung in der unteren Troposphäre. Während sich der Stadtkörper unter Bedingungen, die kleinräumige Niederschlagsentstehung begünstigen, im Mittel lokal verstärkend auswirkt, kommt es bei großräumig gesteuerter Niederschlagsentstehung über dem Stadtgebiet zu einer Verringerung der Tagessummen des fallenden Niederschlags. Die Experimente angewendet auf den Datensatz weisen darauf hin, dass die urbane Verstärkung durch intensivierte Niederschlagsbildung über der Stadt bedingt wird, während die urbane Verminderung aus der Veränderung des Niederschlagsgeschehens innerhalb der Stadtatmosphäre resultiert. / An analysis of the climatologically significant spatial structures resulting from urban modification of the precipitation distribution was carried out at the sample site Berlin and its surrounding areas in Brandenburg for a period from 1951 to 2000. For the 11848 precipitation days the daily sums of 247 measurement sites are interpolated into mean areal precipitation for 636 administrative sub regions as well as for 12 elements of transects placed parallel to the mean daily wind direction. 17 combinations of eight atmospheric parameters were used to group the precipitation data into classified subsets. These subsets are treated as data resulting from independent geostatistic experiment configurations. The mean range of interpolated precipitations does not exceed 10 percent of the respective mean precipitation height in the particular experiments. The dominant synoptic factor causing the evidence of distinguishable spatial precipitation structures appears to be the wind direction in the lower troposphere. At weather conditions inducing local precipitation genesis the urban body induces predominantly locally intensified precipitation heights. When precipitation is formed mainly by synoptic processes the daily precipitation is being reduced over the city region. The experiment layouts related to these observations indicate that urban precipitation amplification evolves from intensified generation processes while urban reduction results from modified conditions for precipitation falling through the urban atmosphere.

Urbane Räume sind aufgrund ihrer hohen Bevölkerungsdichtes sowie gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bedeutung besonders exponiert gegenüber äußeren Einflüssen und Umweltbelastungen. Sie sind klimatische Ungunsträume, in welchen sich besonders bei starken Hitzeereignissen eine hohe gesundheitliche Belastung entwickelt. Zudem sind Städte durch eine beträchtliche Lärmbelastung und Luftverschmutzung belastet. In der vorliegenden Dissertation wurde eine umweltbezogene Risikoanalyse anhand von Landschaftsstrukturmaßen umgesetzt, in dem Leipziger Stadtstrukturtypen hinsichtlich ihrer Belastung durch Verkehrslärm, Feinstaub und Oberflächentemperaturen untersucht wurden. Die höchsten Belastungen an Lärm und Feinstaub, als auch die höchsten Oberflächen-temperaturen treten in den Wohngebieten auf. Grünflächen und Kleingartenanlagen bilden dagegen Erholungsräume mit geringeren Oberflächentemperaturen und hohen Anteilen gering belasteter Flächen durch Lärm und Feinstaub. Eine gleichzeitige Analyse der vorhandenen Strukturmerkmale, Bebauungshöhe und Anteil an bebauter Fläche, ermöglichte die Betrachtung der Beeinflussung durch bestimmte Baustrukturen und deren Anordnung. Der Einsatz von Landschaftsstrukturmaßen ermöglicht eine kostengünstige und effiziente Analyse von Umweltbelastungen wie Lärm, Feinstaub und Hitze von unterschiedlichen Stadtstrukturtypen. Anhand von Landschaftsstrukturmaßen können die mit Stadtumbau und Neubau einhergehenden Verbesserungen oder Verschlechterungen der Luftschadstoff- und Lärmbelastung sowie Oberflächentemperaturen identifiziert werden. / In cause of their high population-density as well as social and economic importance, urban areas are particularly sensitive to external influences and environmental pollution. Under climate change and high noise and air pollution, green spaces, such as parks and urban forests, become increasingly important. The identification of highly polluted areas within the city or its residential districts can be helpful for city planners to proactively plan these areas and create open spaces. Sustainable effects on well-being and human health will be the outcome. The dissertation implemented an environmental risk analysis has been based on the quantitative concept of the landscape metrics. Typical structure types in Leipzig have been analysed for their exposure to traffic noise, air pollution and surface temperatures. The highest exposures of noise and airborne particles, as well as the highest surface temperatures were found in residential areas. In contrast green spaces and allotments form recreation areas with lower surface temperatures and high percentages of low exposured areas of noise and air pollution. A simultaneous analysis of existing structural features, building height and proportion of built area, allowed the consideration of the influence of certain structural conditions. The use of landscape metrics offered a cost-efficient analysis of the structure types and the prevailing exposure of the three environmental stressors. Bases on metrics such as edge and patch density and diversity indicés, land use structure changes going along with improvements or worsening of air and noise pollution as well as surface temperatures can be straightforward identified.

Die Publikation dokumentiert die Ergebnisse der epidemiologischen Studie zu gesundheitlichen Auswirkungen von ultrafeinen und feinen Partikeln und Ruß. Wie sich ultrafeine Partikel auf die Gesundheit auswirken, ist bisher noch nicht ausreichend untersucht. Mit der Auswertung der langen Messreihen von Dresden, Leipzig und Augsburg leistet die Studie deshalb einen Beitrag zum besseren Verständnis der Folgen von Luftschadstoffen auf die menschliche Gesundheit. Die Analysen zeigten erhöhte Risiken sowohl für respiratorische Mortalität als auch für die Hospitalisierung zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach der Exposition mit ultrafeinen Partikeln. Dabei stieg das Risiko beispielsweise in der kalten Jahreshälfte stärker an. Die Veröffentlichung richtet sich an Vertreter von Fachbehörden und Forschungseinrichtungen, aber auch an die interessierte Öffentlichkeit. Redaktionsschluss: 05.01.2022

Städte sind Hotspots des Globalen Wandels. Sie zählen über ihren Konsum und Ressourcenverbrauch zu den Haupttreibern des Klimawandels, der Biodiversitätskrise und sozio-ökonomischer Prozesse wie Urbanisierung und Demographischer Wandel. Gleichzeitig stellen diese Prozesse insbesondere für Städte eine große Herausforderung dar. Für die Anpassung an den Globalen Wandel spielen städtische Grünflächen als Werkzeug der Stadtplanung eine zentrale Rolle. Parks, Friedhöfe, Gärten, bis hin zu einzelnen Straßenbäumen stellen Ökosystemleistungen bereit, die einerseits, z.B. durch Abmilderung von hohen Temperaturen, die Umweltqualität verbessern und andererseits, z.B. durch die Bereitstellung von Erholungsräumen, einen direkten Einfluss auf das Wohlbefinden und die Aktivitäten der Stadtbevölkerung haben. Jedoch sind auch Grünflächen und deren Ökosystemleistungen, wie die gesamte Stadt an sich, hohen Belastungen durch die Folgen des Globalen Wandels ausgesetzt, z.B. durch Hitze, Trockenheit und Verdichtungsprozesse. Diese kumulative Dissertation zeigt, dass sich Form, Ausstattung und Lage einer Grünfläche unterschiedlich auf die Bereitstellung von verschiedenen Ökosystemleistungen auswirken. Während für die Kühlungsfunktion ein dichter Bestand von ausgewachsenen Bäumen entscheidend ist, spielt für die Erholungsfunktion einer Grünfläche eine ausgewogene Vegetationsstruktur, vielfältige (gebaute) Infrastruktur und eine gute Einbettung in die Umgebung eine zentrale Rolle. Die Arbeit formuliert schließlich Empfehlungen an die Stadtplanung für eine qualitative Aufwertung der Grünflächen im Hinblick auf eine bessere und gerechte Versorgung der Bevölkerung und eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Wetterereignissen. Eine im Rahmen dieser Arbeit entwickelte und frei zugängliche Online-Kartenanwendung kann dabei als ein unterstützendes Entscheidungsinstrument dienen und zukünftig auf andere Städte übertragen werden. / Cities are hotspots of global change. Through their consumption and resource use, cities are among the main drivers of climate change, the biodiversity crisis and socio-economic processes such as urbanisation and demographic change. At the same time, these processes represent a major challenge for cities. Extreme weather events caused by climate change, such as heat and heavy rain, often occur with greater intensity in densely populated areas and can potentially cause more damage to people and infrastructure there. For adaptation to global change, urban green spaces play a central role as a tool in urban planning. Green spaces or individual street trees provide ecosystem services that can improve, on the one hand, environmental quality, e.g. by mitigating high air temperatures, and, on the other hand, the health and well-being of the urban population, e.g. through the provision of recreational opportunities. However, green spaces and their ecosystem services are also exposed to high pressures from the impacts of global change such as extreme heat, drought and densification processes. This cumulative thesis shows that the form, equipment and location of a green space have different effects on the provision of different ecosystem services. While a dense stand of mature trees is crucial for the cooling function, a balanced vegetation structure, diverse (built) infrastructure and a good embedding in the surroundings play a central role for the recreational function of a green space. Finally, the thesis formulates recommendations for urban planning for a qualitative upgrading of green spaces with regard to a better and equitable provision for the population and a greater resilience to extreme weather events. An open access online map application developed as part of this thesis is intended to serve as a decision support tool and may be transferred to other case studies in the future.