76 3 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Ökosystem Stadt Um das Problem zu verstehen und zu bekämpfen, ist es von entscheidender Bedeutung, die komplexe Beziehung zwischen Stadtgestaltungsmerkmalen und Temperaturschwankungen zu verstehen. Unsere jüngste Studie mit dem Titel „Urban form features determine spatio-temporal variation of ambient temperature: A comparative study of three European cities“ liefert wertvolle Einblicke in Anpassung der Städte an den Klimawandel Eine vergleichende Studie zu Berlin, Zürich und Sevilla Klimawandel, Extremwetter, Hitzestress, städtische Temperaturen, Klimaanpassung, Städtebau Aicha Zekar, Felix Creutzig Der Klimawandel ist keine ferne Bedrohung, sondern eine Realität, mit der sich Städte rund um den Globus heute auseinandersetzen müssen. Hitzestress in Städten wird für einen beträchtlichen Teil der Weltbevölkerung zu einem erheblichen Problem, das die Auswirkungen der globalen Erwärmung noch verstärkt. Extreme Hitzeereignisse und Hitzestress beeinträchtigen nicht nur den Komfort der Stadtbewohner, sondern haben auch erhebliche Folgen für die öffentliche Gesundheit, den Energieverbrauch und das allgemeine Wohlbefinden. © Helena Jankovičová Kováčová auf Pixabay 77 3 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Ökosystem Stadt diese Beziehung. Unsere Studie nutzt Modelle des maschinellen Lernens, um zu analysieren, wie verschiedene städtebauliche Merkmale - wie der Anteil undurchlässiger Materialien (Straßen, Gehwege, Gebäude), Vegetationsbedeckung und Gewässer - die Temperaturschwankungen in Berlin, Zürich und Sevilla beeinflussen. Der Grund für die Auswahl dieser drei Städte ist die Untersuchung der unterschiedlichen Einflüsse von Stadtgestaltungsmerkmalen, wie beispielsweise Gebäudebestand, Stadtgröße und Klimatyp, auf das Wärmeniveau. Dieser Ansatz bietet eine vielfältige Perspektive auf das Thema. Berlin zeichnet sich durch eine Mischung aus modernen und historischen Gebäuden, ausgedehnten Grünflächen und gemäßigtem saisonalem Wetter aus - ein deutlicher Vergleich zu Zürichs gebirgiger Landschaft, kompakter Stadtstruktur und zu kalten, schneereichen Wintern. Im Gegensatz dazu ist Sevilla für sein mediterranes Klima mit heißen Sommern, historischer Architektur mit engen Straßen und wenig Grün bekannt. Diese Vielfalt bietet einen ganzheitlichen Einblick in die Wechselwirkung zwischen verschiedenen städtebaulichen Elementen und den lokalen Klimabedingungen, die die Temperaturschwankungen beeinflussen. Zum Verständnis der Studie Die in unserer Studie angewandte Methodik ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit moderner Datenanalysetechniken bei der Behandlung komplexer Umweltprobleme. Wir haben ein Modell des maschinellen Lernens verwendet, insbesondere Extreme Gradient Boosting (XGBoost), um die Auswirkungen verschiedener Merkmale der Stadtform auf Temperaturschwankungen zu analysieren. Dieser Ansatz ermöglicht eine Analyse auf Stadtebene, bei der mehrere Variablen gleichzeitig berücksichtigt werden. So lassen sich komplexe Muster erkennen, die bei herkömmlichen statistischen Methoden möglicherweise übersehen werden. Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Methodik der Studie ist die Verwendung von hochauflösenden räumlichen Daten. Wir verwendeten stündliche Lufttemperaturdaten für die Sommersaison 2016 bis 2017, die für jede Stadt auf einem 100 x 100 m großen Raster abgebildet wurden (Bild 1). Dieser Präzisionsgrad ermöglicht ein detailliertes Verständnis der relativen Temperaturschwankungen in verschiedenen Teilen der Stadt und zu verschiedenen Tageszeiten (Tag und Nacht). So kann beispielsweise ein dicht bebautes Gebiet mit geringer Vegetation höhere Temperaturen aufweisen als ein nahe gelegener Park, obwohl es sich um dieselbe Stadt handelt und die gleichen Wetterbedingungen herrschen. Um die Kraft dieses Ansatzes zu veranschaulichen, betrachten wir die Stadt Berlin. Die Stadt ist bekannt für ihre ausgedehnten Grünflächen, wie Bild 1: Wärmeabweichungskarten im Berliner Untersuchungsgebiet. Wärmekarten auf der Grundlage der zeitlich angepassten, gemittelten Temperaturabweichung (  T cell = T cell - Tcity.avg) für die Tagesstunden tagsüber (12: 00 - 3: 00 Uhr). Die Daten in den Wärmekarten sind gemittelt über zwei Jahre (2016 - 2017), Sommersaison ( Juni - Aug.). Heatmaps der Temperaturabweichungen ermöglichen es, Hot Spots der Stadt zu identifizieren, also diejenigen mit den größten positiven Temperaturabweichungen (dunkelrot markiert). Für Berlin können wir einige der Hot Spots der Stadt identifizieren: Charlottenburg (Gaußstraße und Lise-Meitner-Straße), Friedrichshain (Helenstraße), Lichtenberg ( Vulkanstraße), Adlershof (Eisenhutweg), Baumschulenweg (Späthstraße). © Zekar, Creutzig 78 3 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Ökosystem Stadt den Tiergarten, einen großen Park im Stadtzentrum. Mithilfe hochauflösender räumlicher Daten konnten wir im Tiergarten niedrigere Temperaturen als in den umliegenden bebauten Gebieten feststellen (was nicht überrascht) und was die Rolle der Vegetationsdecke bei der Mäßigung der städtischen Temperaturen verdeutlicht. Wir berücksichtigten auch eine Reihe von Merkmalen der städtischen Form, einschließlich des Anteils der städtischen Einheit, der von undurchlässigem Material (zum Beispiel: Straßen, Gehwege, Gebäude), Vegetation, Gewässern und anderen Landnutzungsklassen bedeckt ist. Wir verwendeten diese Merkmale als Eingaben für das maschinelle Lernmodell, wobei die Abweichung der Temperaturen vom städtischen Durchschnitt als Zielgröße diente. Dieser Ansatz ermöglicht ein detailliertes Verständnis dafür, wie jedes Merkmal zu den Temperaturschwankungen in der Stadt beiträgt. Wichtigste Ergebnisse Die Studie unterstreicht den signifikanten Einfluss der Bodenbedeckung auf die räumlichen Temperaturmuster, die zu 60 % zur Erklärung der Temperaturschwankungen beiträgt. Der Einfluss der Bodenbedeckung variiert je nach Tageszeit und untersuchter Stadt. So erwiesen sich beispielsweise Gewässer und Vegetationsbedeckung als die wichtigsten Vorhersagemerkmale im Tagesmodell, wobei Sevilla den größten Kühleffekt aufwies. Umgekehrt wurde die Temperaturschwankung des Nachtmodells in erster Linie durch undurchlässige Bedeckungen erklärt, wobei Berlin den stärksten Erwärmungseffekt aufwies. Zur Veranschaulichung der Auswirkungen der Stadtform und des Klimas auf die unterschiedlichen Kühlungs- und Erwärmungseffekte zwischen den Städten können wir die Ergebnisse der drei verschiedenen Städte betrachten. In Berlin liegt die durchschnittliche Sommertemperatur bei 20 °C. Die Stadt ist reich an Grünflächen, darunter der bekannte Tiergarten, ein großer Park im Stadtzentrum. Die Untersuchung ergab, dass in Regionen mit höherer Vegetation, wie dem Tiergarten, im Allgemeinen niedrigere Temperaturen herrschen als in dicht bebauten Gebieten. Dieser kühlende Effekt ist auf die schattenspendenden und verdunstenden Eigenschaften der Vegetation zurückzuführen. Andererseits zeichnet sich Zürich mit einer durchschnittlichen Sommertemperatur von 19,44 °C durch seine dichte Bebauung und sein bergiges Terrain aus. Laut der Studie haben in Städten wie Zürich die Konfiguration und die Anordnung der Gebäudeblöcke den größten Einfluss auf die Temperaturschwankungen. Enge Straßen, die von hohen Gebäuden gesäumt werden, führen beispielsweise zu einem Canyon- Effekt, der die Wärme staut und zu erhöhten Temperaturen führt. Sevilla, bekannt für sein sommerlich-heißes Mittelmeerklima mit einer durchschnittlichen Sommertemperatur von 27,78 °C, stellt ein anderes Szenario dar. Die historische Architektur der Stadt mit ihren engen Straßen und der geringen Vegetationsdecke kann den Hitzestress in der Stadt noch verstärken. Das Vorhandensein von Gewässern kann jedoch zur Mäßigung der Temperaturen beitragen. Die Studie ergab, dass in Sevilla die Gebiete in der Nähe des Flusses Guadalquivir tendenziell kühler sind als der Rest der Stadt. Auswirkungen auf die Anpassung an den Klimawandel und seine Eindämmung Die in dieser Studie durchgeführte Analyse liefert wertvolle Erkenntnisse darüber, wie städtische Formmerkmale die Temperaturschwankungen in Städten beeinflussen, was entscheidende Auswirkungen auf Strategien zur Anpassung an den Klimawandel hat. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Stadtplanung für die Abschwächung der Auswirkungen des Klimawandels. Kühlungsstrategien Eine der wichtigsten Erkenntnisse unserer Studie ist der entscheidende Einfluss der Vegetationsdecke auf die Regulierung der städtischen Temperaturen. Dies bedeutet, dass die Umsetzung einer Strategie, die die Ausweitung von Grünflächen und die Verringerung von undurchlässigen Oberflächen in Städten umfasst, den Hitzestress wirksam abmildern könnte. So könnten die Städte beispielsweise ungenutzte Flächen wie Brachflächen oder ungenutzte Parkplätze in städtische Grünflächen umwandeln. Die Anpflanzung von Bäumen auf diesen Flächen könnte Schatten spenden und dazu beitragen, die Umgebungsluft durch Evapotranspiration zu kühlen. In der Studie wird auch die Rolle von Gewässern bei der Minderung der Temperaturen hervorgehoben. Dies deutet darauf hin, dass Städte darüber nachdenken könnten, zusätzliche Wasserelemente wie Teiche oder Springbrunnen in ihre Stadtplanung zu integrieren. Solche Elemente erhöhen nicht nur die visuelle Attraktivität, sondern tragen auch zur Kühlung der umliegenden Regionen bei. Darüber hinaus kann die durch undurchlässige Materialien wie Straßen und Gebäude verursachte Wärmespeicherung durch die Verwendung alternativer Materialien mit geringeren Wärmeabsorptionseigenschaften oder durch „kühle“ Konstruktionen, 79 3 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Ökosystem Stadt wie begrünte Dächer oder kühle Bürgersteige, die die Wärmeabsorption verringern, reduziert werden. Herausforderungen Da die effizientesten Kühlmethoden erhebliche Wasserressourcen erfordern, stellt dies eine Herausforderung dar, insbesondere für Berlin, das aufgrund des Klimawandels in Zukunft mit einer starken Wasserknappheit rechnen muss. Gegenwärtig haben Straßenbäume aufgrund von Luftverschmutzung und Trockenheit eine relativ kurze Lebenserwartung. Um sich an die durch den Klimawandel verursachten Hitzewellen anzupassen, müssen unbedingt bessere Wassermanagementpraktiken eingeführt werden, zum Beispiel die Nutzung von Regenwasser zur Bewässerung von Straßenbäumen und die Wiederverwendung von Abwasser für städtische Grünflächen. Berlin und andere Städte können sich wertvolle Lektionen von Israel abschauen, das aus der Not heraus das weltweit führende System zur Wiederverwendung von Wasser entwickelt hat. Wir betonen auch, wie wichtig es ist, bei der Entwicklung von Strategien zur Anpassung an den Klimawandel den lokalen Kontext zu berücksichtigen. Die Auswirkungen der städtischen Form auf die Temperaturschwankungen können aufgrund von Faktoren wie der Topografie der Stadt, dem Klimatyp und den Merkmalen des Gebäudebestands variieren. Dies unterstreicht die Notwendigkeit für Städte, auf die Region zugeschnittene Strategien zu entwickeln, die ihre einzigartigen Bedingungen und Merkmale berücksichtigen. Kann die Anpassung ein Gegengewicht zu einem sich erwärmenden Klima bilden? Einige behaupten, dass dies möglich ist. Eine Studie von Matei Georgescu und seinem Team aus dem Jahr 2014 mit dem Titel „Urban adaptation can roll back warming of emerging megapolitan regions“ legt nahe, dass durch kluge Entscheidungen in der Stadtplanung und -gestaltung nicht nur den klimatischen Auswirkungen der Stadterweiterung entgegengewirkt, sondern auch ein erheblicher Anteil der künftigen Treibhausgaserwärmung ausgeglichen werden kann. Die durchschnittliche Auswirkung der Stadtbegrünung auf die Temperaturen bleibt jedoch bescheiden. Der jüngste IPCC-Bericht warnt sogar davor, dass der Anpassung Grenzen gesetzt sind. Mit anderen Worten, wir brauchen auch eine Abschwächung, und das bedeutet eine drastische Reduzierung der Treibhausgasemissionen weltweit und in einem relativ kurzen Zeitrahmen. Die Anpflanzung von Bäumen ist notwendig, aber sie kompensiert nicht das Fehlen von Minderungsmaßnahmen. Auch der physischen Grundlage unserer Städte wird zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. In einer bedeutenden Studie von Jörn Birkmann und Kollegen aus dem Jahr 2010 mit dem Titel „Adaptive urban governance: new challenges for the second generation of urban adaptation strategies to climate change“ betonen sie die Notwendigkeit eines Paradigmenwechsels in der Stadtplanung. Die Studie plädiert dafür, von der bloßen Anpassung der physischen Strukturen zur Verbesserung der Planungsinstrumente und der Governance-Prozesse selbst überzugehen. Diese Erkenntnis ist von großer Bedeutung. So ist beispielsweise das derzeitige Wassermanagement für Stadtbäume unterfinanziert, und den Verwaltungseinheiten fehlen trotz aller Bemühungen die Mittel, um sich effizient mit Freiwilligenbewegungen wie „Gieß den Kiez“ zu koordinieren, die die Bewässerung von Bäumen durch dezentralisierte Bürgeransätze und Online-Tools unterstützen wollen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit gut finanzierter Verwaltungsstrukturen und einer intelligenten Nutzung von Datentools und effektiven Managementfähigkeiten durch leitende Mitarbeiter und Politiker. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Forschung die Fähigkeit städtischer Anpassungsstrategien unterstreicht, die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern. Durch durchdachte Entscheidungen in der Stadtplanung und -gestaltung können Städte ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber den klimatischen Herausforderungen erhöhen. Dies setzt jedoch effektive Verwaltungsstrukturen und engagierte Politiker voraus, die der Anpassung an den Klimawandel (und der Abschwächung, wie bereits erwähnt) entschlossen Priorität einräumen. Aicha Zekar Associate Instructor of Civil Engineering New York University in Abu Dhabi Kontakt: az50@nyu.edu Prof. Dr. Felix Creutzig Leiter der Arbeitsgruppe Landnutzung, Infrastruktur und Transport Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) gGmbH Kontakt: creutzig@mcc-berlin.net AUTOR*INNEN