Mikroskalige Stadtklimaanalyse

Mikroskalige Stadtklimaanalyse
© Shutterstock / Andrey_Popov / Fraunhofer IBP
Mit PALM-4U berechnetes bodennahes Strömungsfeld, Ernst-Reuter-Platz, Berlin.

Bereits heute lebt ein Großteil der Menschheit in Städten – ein Trend, der sich in Zukunft noch weiter verstärken wird. Dabei sind die Städte gleichermaßen Betroffene als auch Verursacher des Klimawandels und müssen sich aufgrund ihrer langfristigen Entwicklungsprozesse bereits jetzt auf die Auswirkungen des Klimawandels vorbereiten. Eine nachhaltige und klimagerechte Stadtentwicklung muss daher in der Lage sein, die stadtklimatischen Belange zu berücksichtigen, auch wenn dies oft zu Zielkonflikten mit anderen Aspekten der Stadtplanung führt. Ein wichtiges Instrument für die zukünftigen planerischen Entscheidungen in Städten stellen dabei vermehrt leistungsstarke Simulationsmodelle dar, mit denen Maßnahmen zur Sicherung und Verbesserung des Stadtklimas und der Luftreinhaltung geplant werden können.

Unsere Experten führen diese simulationsgestützten Untersuchungen durch und verwenden dafür das Stadtklimamodell »PALM-4U«. An dessen Entwicklung und Operationalisierung sind sie in der BMBF-Fördermaßnahme »Stadtklima im Wandel« im Teilprojekt »ProPolis« aktiv beteiligt. Bei PALM-4U handelt es sich um ein turbulenzauflösendes Large-Eddy-Simulationsmodell, das in der Lage ist, die relevanten mikroklimatischen Prozesse in Städten abzubilden. Die Simulation ist dabei sowohl gebäude- als auch vegetationsauflösend und erlaubt Untersuchungen in von kleinräumigen Maßstabsebenen, wie einzelnen Plätzen oder Quartieren, bis hin zu ganzen Großstädten, wie Berlin. Durch die Kopplung mit mesoskaligen Klimamodellen wie WRF können sowohl vergangene, aktuelle als auch künftige meteorologische Randbedingungen für die Stadtklimasimulation genutzt werden.

Typische Anwendungsfälle für die hochaufgelöste mikroskalige Stadtklimasimulation umfassen:

  • Bewertung der urbanen Hitzeinsel und des thermischen Komforts im Außenraum und in Gebäuden
  • Analyse des Kaltlufthaushalts und urbaner Luftleitbahnen
  • Analyse der Windströmungen zur Bewertung des Windkomforts und von Sturmgefahren
  • Schadstoffausbreitung infolge Verkehr, Hausbrand oder auch Katastrophenfällen wie z.B. nach einem Großbrand
  • Analyse des Klimawandeleinflusses auf urbane Strukturen

Neben der Untersuchung des Ist-Zustands oder einzelner Planungsvarianten können die Simulationen für fachübergreifende Analysen und zur Entwicklung von Maßnahmen zur Sicherung und Verbesserung des Stadtklimas oder der Luftreinhaltung genutzt werden. Die Auswirkungen der Maßnahmen und Planungsvarianten werden durch die Simulation quantifizierbar und unterstützen so direkt Planungs- und Entscheidungsprozesse.

Der Wissenstransfer in die Praxis stellt einen wichtigen Schwerpunkt in unserer Tätigkeit dar. Hier forschen wir daran komplexe Simulationsmodelle für Anwender wie Kommunen, Gutachter- oder Planungsbüros verfügbar zu machen und sie in deren Planungs- und Entwicklungsprozesse zu integrieren. Dazu entwickeln wir anwendungsbezogene Simulationsumgebungen und Softwareschnittstellen und unterstützen den Kapazitätsaufbau bei den Nutzern.

Zudem arbeiten unsere Experten daran, wie stadtklimatische Aspekte im Rahmen von Entscheidungs- und Bürgerbeteiligungsprozessen allgemeinverständlich kommuniziert werden können. Dazu erproben und entwickeln wir auch innovative Augmented und Mixed Reality Technologien.

Wir beraten, forschen und entwickeln für Sie in den Bereichen:

  • Simulationsstudien zu stadtklimatischen Fragestellungen
  • Bewertung des Klimawandeleinflusses und Entwicklung von lokalen Anpassungsmaßnahmen und Quantifizierung der erzielten Effekte
  • Begleitung und Beratung von Planungs- und Entscheidungsprozessen
  • Entwicklung und Bereitstellung von individuellen Simulationsmodellen, Software- und Nutzerschnittstellen 
  • Innovative Kommunikations- und Planungsinstrumente für die Stadtentwicklung und Bürgerbeteiligung
  • Wissenstransfer in die Praxis