Poster programme

Der Klimawandel stellt bereits heute eine der zentralen gesellschaftlichen und volkswirtschaftlichen Herausforderung unserer Zeit dar, die insbesondere für Städte einen realen Veränderungsdruck erzeugt. Maßnahmen des Klimaschutzes und der Klimafolgenanpassung gewinnen daher zunehmend an Bedeutung, um Städte für die Herausforderungen von Morgen vorzubereiten. Die Maßnahmen betreffen dabei vielfältige Themenfelder wie Siedlungs- und Freiraumplanung, Mobilität, Land-, Wald- und Forstwirtschaft, über Naturschutz, Biodiversität, Energieversorgung und bis hin zu Gesundheitsschutz, Aufklärung und Einbindung der Öffentlichkeit. Dies stellt jedoch für viele Kommunen eine große Herausforderung dar, nicht zuletzt aufgrund der Komplexität des politischen Gefüges einer Stadt (Stichwort: Multilevel-Governance), der langwierigen Entscheidungs- und Planungsprozesse, dem Denken und Handeln in Ressortstrukturen sowie der angespannten finanziellen Lage deutscher Kommunen. Entsprechend stehen Städte bei zunehmendem Handlungsdruck immer wieder vor der Frage, mit welchen Instrumenten eine intelligente Steuerung von Klimaschutz und -anpassungsmaßnahmen erfolgen kann.

Ziel des Projekts SMARTilience ist es daher, kommunale Entscheidungs- und Handlungsträgerinnen und -träger beim vorausschauenden, effizienten Klimahandeln zu unterstützen. Dazu wird im Projekt ein integriertes, sozio-technisches Steuerungsmodell für klimaresiliente Stadtentwicklung, eine sog. „Urban Governance Toolbox“, konzipiert und als Prototyp entwickelt. Entworfen und erprobt wird das Steuerungsmodell mit und in den Städten Halle (Saale) und Mannheim. In beiden Städten besteht bereits ein erhöhter Anpassungsdruck in Bezug auf verschiedene klimawandel-bedingte Fragestellung, wobei sich beide Städte an unterschiedlichen Punkten im Fortschritt ihrer Aktivitäten zu Klimaschutz und -anpassung befinden.  Diese Bedingungen ermöglichen die Entwicklung eines praxisnahen und am Ende auf weitere deutsche Städte übertragbaren Steuerungsmodells.

Das Poster hat zum Ziel, zum einen das Projekt kurz, aber zum anderen vor allen das Produkt Toolbox vorzustellen. Derzeit befindet sich die Toolbox in der Entwicklung. In den kommenden Monaten steht der Prototyp zu Verfügung, um entsprechend auf dem Plakat in Aufbau und Funktionsweise veranschaulicht zu werden.

How to cite: Kretschmann, N. and Knieling, J.: SMARTilience –Steuerungsmodell für eine klimaresiliente Smart City mit Reallaboren in Halle (Saale) und Mannheim, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-43, https://doi.org/10.5194/dkt-12-43, 2020

International ship traffic is steadily increasing since many years. The associated emission of pollutants like sulphur and nitrogen compounds has strong effects on the coastal air quality and the environment. For instance, investigations of Sofiev et al. (2018) show that the ships contribute about 20 % to the sulphur dioxide and 9 % to the global emission of nitrogen oxides. Thus, shipping is also important for climate change through emissions of greenhouse gases and aerosol particles and the input of acidifying and eutrophying substances into coastal waters.

The International Maritime Organization was and is on the way to implement regulations and guidelines to reduce the amount of emissions from the exhaust of ships (e.g. the Sulphur emission control area SECA for North and Batlic Sea). Moreover, new developments in ship technology and abatement measures will be developed and implemented in the next decades to support the ambitious goal of the IMO for heavy emission reductions.

Therefore, our contribution aims at the quantification of ship emissions in the region of North Sea and Western Baltic Sea and the impact on the coastal ecosystem. On the one side, we focus on the recent state but on the other side we want to project the ship emissions and related pollution to future decades.

Our framework is highly dependent on an accurate estimation of spatial and temporal distribution of ship emissions, which is related to ship movements and emission factors of pollutants. We utilize the HiMeMo-ship model developed at the HZG (Aulinger, 2016) and further improved during the last years. The HiMeMo-ship is a highly-flexible tool designed to calculate actual emissions and to consider also adaptation scenarios (as the MARPOL Annex VI regulation). In order to validate the results of the HZG model, we firstly present a comparison to the so-called reference inventory of the ship emission model STEAM (Jalkanen, 2012). It is shown, how robust the daily estimation of ship traffic and emissions is compared to STEAM. However, a systematic gap in CO2 and some other emissions between our model and STEAM is apparent and will be discussed in the talk, along with larger differences in some smaller areas of the Baltic Sea (complex manoeuvers and machine handling in the busy port areas).

Keeping the uncertainties from ship emission estimates in mind, we utilize the atmospheric chemical transport model CMAQ to simulate the impact of ships on the concentrations of pollutants in coastal regions and the ship-related depositional flux from the air into seawater. We demonstrate under which conditions the ship emissions preferably affect the environment and how this is reduced in scenarios of future ship development and traffic.

How to cite: Petrik, R., Schwarzkopf, D., Matthias, V., and Quante, M.: The impact of ship emission and future greener technologies on the region of the North Sea and Western Baltic Sea, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-64, https://doi.org/10.5194/dkt-12-64, 2020

An agent-based model (the VIABLE framework) of a coastal city is represented in Netlogo, describing adaptive dynamic agent behavior in a changing system. Rising sea levels and subsequent extreme sea level events incur damages to the city which an “urban planner” agent can mitigate through two adaptation pathways: developing coastal defenses, or as a more extreme measure, relocating vulnerable areas inland. Capital generated by the city can be directed as investments towards these pathways, with the remainder being consumed. The agent’s control variables are thus the amount of capital invested, and the ratio of investments allocated to the two pathways. As the simulation progresses and the system changes with rising sea levels, the agent alters these control variables to optimize its value, resulting in dynamic reactive behavior. Additionally, sea level rise is implemented in various modes, along with extreme sea level events that cause severe short-term damages.

How to cite: Sengupta, S., Scheffran, J., and Kovalevsky, D.: Agent Adaptation in an Urban Coastal Scenario: Applying the VIABLE Framework, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-22, https://doi.org/10.5194/dkt-12-22, 2020

System dynamics (SD) pioneered by Jay W. Forrester is a powerful modelling approach for 'what-if' simulations, with a prominent track record of applications to climate and environmental problems. With a goal to describe the pathways of urban adaptation to climate-related coastal hazards, we develop two modifications of the seminal Forrester's 'Urban Dynamics' model. In their current stage of development, these modifications are tailored to simulate the 'business-as-usual' (BaU) scenario when no adaptation actions are taken by the coastal city. In our extensions of Forrester model, sea level rise and related coastal hazards lead to a gradual reduction of city area and severe damages to urban infrastructure under BaU scenario. We explore with SD simulations both close-to-linear and remarkably nonlinear regimes of responses to coastal hazards under BaU. In the original simulations by Forrester that do not take into account climate change impacts, the urban system ultimately reaches an equilibrium after the transitional period of its dynamics. Our simulations with the extended model tell us a different narrative of urban decline under BaU when damages from coastal hazards are taken into account. We also develop simple reduced models of the dynamics of urban wealth that are in qualitative agreement with the results of both our modifications of the Forrester model. With these reduced models, in addition to BaU, we explore the coastal urban adaptation scenarios.

How to cite: Kovalevsky, D. and Scheffran, J.: Coastal cities affected by sea level rise and Forrester's 'Urban Dynamics', 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-14, https://doi.org/10.5194/dkt-12-14, 2020

Das H2020-Projekt OPERANDUM untersucht die Wirksamkeit und Effektivität von Nature-Based Solution zur Bewältigung hydro-meteorologischer Risiken in Fallstudien.

Die deutsche Fallstudie konzentriert sich auf den Hochwasserschutz im Biosphärenreservat "Niedersächsische Elbtalaue". Hier sind Struktur und Gestaltung der Elbaue entscheidend, um den extremen Hochwasserereignissen der jüngsten Zeit entgegenzuwirken. An den Ufern der Elbe und in den unteren Auenbereichen stellt sich vor allem die Frage, wo aus Abflussgründen Flächen von höherer Vegetation freigehalten werden können und wo andererseits eine Auenwaldentwicklung toleriert und, oder sogar aufgeforstet werden kann. Alle Aktivitäten im Biosphärenreservat müssen sowohl den Zielen des Hochwasserschutzes als auch den Interessen der Landwirtschaft und des Naturschutzes dienen. Von besonderem Interesse sind daher naturnahe Lösungen.

Eine Lösung zu finden, die alle Interessen berücksichtigt, ist das Ziel des Projektes Kooperatives Auenmanagement. Seit 2016 besteht das Projekt, das sich mit Fragen der Erhaltung, Pflege, Bewirtschaftung und Entwicklung der Elbaue im Biosphärenreservat befasst. Es wird im Rahmen der Förderrichtlinie "Landschaftspflege und Flächenmanagement" mit Mitteln des Landes Niedersachsen und der Europäischen Union gefördert.

Dazu werden auf der Ebene der kommunalen Referenzgebiete neue Kooperationsstrukturen aufgebaut und effektiv vernetzt. Auf diese Weise werden gemeinsam mit den Betrieben vor Ort Maßnahmen und Strategien entwickelt und ein angepasstes Flächenmanagement koordiniert. Dazu gehören Fragen nach der Wirksamkeit von Pflegeverfahren, wie z.B. Weidevieh für die Landschaftsgestaltung, aber auch der Umgang mit Kontaminationsrisiken bei der Beweidung.

Im Rahmen von OPERANDUM nimmt das GERICS in Zusammenarbeit mit der Biosphärenreservats-Verwaltung den Prozess der Ko-Entwicklung innerhalb des kooperativen Auenmanagements genauer unter die Lupe und untersucht die Übertragbarkeit dieses Konzepts auf andere Regionen sowie die Wirksamkeit dieses Konzepts unter den Bedingungen des Klimawandels.

How to cite: Preuschmann, S., Bowyer, P., El Zohbi, J., Prüter, J., Keienburg, T., Schwarzer, O., and Jacob, D.: Kooperatives Auenmanagement - praktische Umsetzung und Organisation einer Nature-Based Solution (NBS) zum Hochwasserschutz, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-21, https://doi.org/10.5194/dkt-12-21, 2020

Diverse concepts have emerged in recent decades which (at least in their rhetoric) aim to instigate processes that make cities more resilient to climate change and support more sustainable urban development (Coaffee and Lee 2016; Hodson and Marvin 2017). With regards to urban water management, the Water-Sensitive City (WSC) is one such concept that promotes urban water planning to “protect, maintain and enhance the multiple benefits and services of the total urban water cycle that are highly valued by society” (Wong and Brown 2009, 674). The WSC, along with related integrated urban water management concepts have seen growing scholarly attention in recent years (see e.g. Fletcher et al. 2015). The emergence of such concepts reflects the growing demand for more sophisticated and integrated understanding and management of urban water systems. Such an ambitious model represents a broadening of the competencies and responsibilities of practitioners involved in water management and improved coordination with other urban sectors. Thus, such changes (must) typically coincide with changes amongst actors engaged directly or indirectly in water management, along with the prevailing institutional arrangements that govern their activities.

Yet very little is known about processes of institutionalisation of such concepts within socio-technical regimes such as those that characterise urban water systems (Fuenfschilling and Truffer 2014). This paper aims to map processes of institutionalisation of concepts associated with the Water-Sensitive City amongst practitioners working in urban water management related fields in the Free and Hanseatic City of Hamburg. The research explores changes in the institutional arrangements between 1990 and 2020.

References

Coaffee, J., and P. Lee. 2016. Urban Resilience: Planning for Risk, Crisis and Uncertainty. Macmillan International Higher Education.

Fletcher, T. D., W. Shuster, W. F. Hunt, R. Ashley, D. Butler, S. Arthur, S. Trowsdale, et al. 2015. ‘SUDS, LID, BMPs, WSUD and More – The Evolution and Application of Terminology Surrounding Urban Drainage’. Urban Water Journal 12 (7): 525–42. https://doi.org/10.1080/1573062X.2014.916314.

Fuenfschilling, L., and B. Truffer. 2014. ‘The Structuration of Socio-Technical Regimes - Conceptual Foundations from Institutional Theory’. Research Policy 43 (4): 772–91. https://doi.org/10.1016/j.respol.2013.10.010.

Hodson, M., and S. Marvin. 2017. ‘Intensifying or Transforming Sustainable Cities? Fragmented Logics of Urban Environmentalism’. Local Environment 22 (sup1): 8–22. https://doi.org/10.1080/13549839.2017.1306498.

Wong, T. H. F., and R. R. Brown. 2009. ‘The Water Sensitive City: Principles for Practice’. Water Science and Technology 60 (3): 673–82. https://doi.org/10.2166/wst.2009.436.

How to cite: Hawxwell, T. and Knieling, J.: Adapting Cities to Climate Change: Institutional Change around Sustainable Urban Water Concepts in the City of Hamburg, Germany, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-44, https://doi.org/10.5194/dkt-12-44, 2020

Immer häufiger sind Starkniederschläge Ursache für Überflutungen im urbanen Raum. Regionale Klimaprojektionen zeigen eine Zunahme der Häufigkeit und Intensität der Starkniederschläge in der Zukunft in einigen Regionen Deutschlands. Um Flutschäden im urbanen Bereichen vermeiden zu können, bedarf es einer nachhaltigen und klimawandeltauglichen Stadtentwicklung, bei der flutregulierende Ausgleichsflächen eine wichtige Rolle spielen. Ökosysteme leisten hierbei einen wichtigen Beitrag zur Regulation. Derartige Leistungen werden als Ökosystemleistungen (ÖSL) bezeichnet und beschreiben den direkten und indirekten Beitrag von Ökosystemen zum menschlichen Wohlbefinden. Die flutregulierenden ÖSL beschreiben die Kapazität, Abflussmengen zu regulieren und damit Flutgefahren zu verringern.

Bisherige Untersuchungen zu flutregulierenden ÖSL beziehen sich häufig auf Überflutungen durch Flusshochwasser. Die dabei betrachteten zeitlichen Skalen sind unterschiedlich, wohingegen auf der räumlichen Ebene in der Regel (Teil-)Einzugsgebiete betrachtet werden. Die durchgeführten Bewertungen basieren in der Regel auf heutigen Gegebenheiten. Die Funktionalität unter veränderten Klimabedingungen, wie sie durch den Klimawandel zu erwarten sind, werden nur selten berücksichtigt. Darüber hinaus liegt der Fokus durch die Betrachtung von Flusshochwassern häufig auf den Regulationsleistungen von Flussauen. Jedoch kommt es durch den hohen Grad an Versiegelungen immer häufiger zu Überflutungen im städtischen Raum. Zusätzlich gilt es hier, große Teile der Bevölkerung, Gebäude und Infrastruktur zu schützen.

Aufgrund der projizierten Zunahmen von Starkregentagen und der zunehmenden Verdichtung von Städten wächst die Bedeutung von Ökosystemen und ihren Leistungen für das menschliche Wohlergehen heute und in Zukunft. Dazu bedarf es methodische Ansätze, die auch die zukünftige Funktionalität im Blick haben. Aufgrund der detaillierten Landnutzungsstrukturen urbaner Gebiete, bietet sich eine räumliche Betrachtung mittels Geoinformationssysteme (GIS) zur Bewertung der flutregulierenden ÖSL an. Neben Indikatoren zur Identifizierung entscheidender Prozesse und Parameter bei der Regulation von Starkniederschlag, werden im hier präsentierten methodischen Ansatz auch Klimainformationen in die Bewertung der ÖSL integriert.

How to cite: Wübbelmann, T., Bender, S., and Burkhard, B.: Wie können zukünftige Flutregulations-Ökosystemleistungen in urbanen Räumen erfasst und bewertet werden?, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-15, https://doi.org/10.5194/dkt-12-15, 2020

Bebauung führt zu lokalen Abweichungen vom regionalen Klima in Städten, ein Stadtklima bildet sich aus. Beispielsweise verringert sich die durchschnittliche Windgeschwindigkeit, während die Böigkeit sich erhöht. Die Windströmung beeinflusst auch wie der Niederschlag fällt, was zu kleinskaligen Regenheterogenitäten führt. Menschen, die sich in Städten aufhalten, spüren diese Heterogenitäten unmittelbar. Ihre Messung hingegen ist nahezu unmöglich. Die gebäudeinduzierten Windböen beeinträchtigen die Repräsentativität von in-situ- Messungen, deswegen sollen Regenmesser angemessen weit entfernt von Hindernissen aufgestellt werden. Radare sind in der Regel zu grob und können darüber hinaus nicht zwischen den Gebäuden messen. Numerische Modelle sind deshalb eine sinnvolle Methode Regenheterogenitäten zwischen den Gebäuden zu quantifizieren.

In der Bauphysik finden numerische Modelle zur Bestimmung der Niederschlagsbenetzung auf einzelne Gebäudefassaden bereits Verwendung, allerdings werden größere Bereiche einer Stadt oder meteorologische Prozesse wie Strahlung oder Kondensation selten betrachtet. In der Meteorologie erlaubt die zunehmende Rechnerleistung, dass hindernisauflösende, mikroskalige Atmosphärenmodelle immer größere Gebiete abdecken und weitere meteorologische Prozesse auflösen können.

Zur Bestimmung der Regenheterogenitäten zwischen Gebäuden haben wir das mikroskalige hindernisauflösende Transport- und Strömungsmodell MITRAS erweitert. Die Wolkenparameterisierung wurde aus dem mesoskaligen Schwestermodell METRAS übernommen und die Randbedingungen für Wolken- und Regenwasser an Gebäudewänden wurden neu eingeführt. MITRAS Ergebnisse werden für realistische Situationen mit Hilfe von Radar- und in-situ Messungen auf Plausibilität geprüft (Ferner et al., 2020). Unseres Wissens nach ist MITRAS bisher das einzige numerische Stadtklimamodell mit Regenparameterisierung.

Die Modellrechnungen wurden mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und Regenraten initialisiert, um deren Einflüsse auf die Heterogenität der Regenmenge zwischen den Gebäuden in einem Gebiet von 1,9 x 1,7 km² um das Hamburger Rathaus zu bestimmen. Wir untersuchen, wie die Windgeschwindigkeit bei gleichbleibender Regenrate oder die Regenrate bei gleichbleibender Windgeschwindigkeit das Niederschlagsmuster auf Boden und Dächern beeinflussen. Die Ergebnisse werden wir in unserem Vortrag präsentieren.

Ferner, Karolin S., Boettcher, Marita, Schlünzen, K. Heinke (2020): Modelling the heterogeneity of rain in an urban neighbourhood. Publikation in Vorbereitung

How to cite: Ferner, K. S., Boettcher, M., and Schlünzen, K. H.: Modellieren von Regenheterogenitäten zwischen Gebäuden, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-4, https://doi.org/10.5194/dkt-12-4, 2020

How to cite: Fenner, D., Kittner, J., Meier, F., Scherer, D., and Bechtel, B.: Private Wetterstationen als Instrument in der Klimaanpassung, 12. Deutsche Klimatagung, online, 15 March–18 Mar 2021, DKT-12-20, https://doi.org/10.5194/dkt-12-20, 2020