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Klimawandel und Wärmebelastung der Zukunft 2008

Im Rahmen des Umweltatlas werden seit mehr als 25 Jahren Erhebungen zur Stadtklimatologie durchgeführt und Daten gewonnen (vgl. SenStadtUm 1985). Aktuell liegt mit den Ergebnissen der Anwendung des Klimamodells FITNAH eine umfassende Bestandsaufnahme der heutigen klimatischen Situation im Stadtgebiet und im näheren Umland vor (vgl. Karte 04.10 Klimamodell Berlin – Analysekarten (Ausgabe 2009) und Karte 04.11 Klimamodell Berlin – Bewertungskarten (Ausgabe 2009)). Die Kenntnis über das in der Stadt vorherrschende Lokalklima, insbesondere die Lage und Ausdehnung der städtischen “Wärmeinseln” und die klimatischen Funktionszusammenhänge zwischen Siedlungs- und grünbestimmten Räumen sind bedeutende Aspekte der Umweltvorsorge und Stadtentwicklung. Seit einigen Jahren hat sich nun das Spektrum der Herausforderungen drastisch erweitert: die Abschätzung der Auswirkungen der durch den globalen Klimawandel zu erwartenden Veränderungen auf die thermischen, hygrischen und lufthygienischen Verhältnisse insbesondere in den städtischen Ballungsräumen erfordert zusätzliche Antworten, um die unter den Begriffen “Mitigation” (Minderung) und “Adaptation” (Anpassung) zusammengefassten Anforderungen zu unterstützen. Während der Klimaschutz seit Jahren ein fester Bestandteil der Berliner Umweltpolitik ist und im Zusammenhang mit zahlreichen Programmen zur Steigerung der Energieeffizienz, die Nutzung erneuerbarer Energien und zur Energieeinsparung eine lange Tradition besitzt (vgl. Ziele und Grundlagen der Klimaschutzpolitik in Berlin ) war die Anpassung an den Klimawandel bisher nur ein Randthema. Allerdings kann die Notwendigkeit der Klimawandelanpassung heute nicht mehr aus dem kommunalen Alltag ausgeblendet werden. Mit der Annahme des 4. Sachstandsberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) von 2007 sind der Klimawandel und seine mit hoher Wahrscheinlichkeit anthropogenen Ursachen international anerkannt. Seit dem vergangenen Jahrhundert erwärmt sich das Klima, wie Beobachtungsdaten belegen. So stieg das globale Mittel der bodennahen Lufttemperatur im Zeitraum 1906 bis 2005 um etwa 0,74°C. Gebirgsgletscher und Schneebedeckung haben im Mittel weltweit abgenommen. Extremereignisse wie Starkniederschläge und Hitzewellen – etwa während des “Jahrhundertsommers” 2003 – wurden häufiger, und seit den 1970er Jahren traten in den Tropen und Subtropen intensivere und länger andauernde Dürren über größeren Gebieten auf. Mit steigender Temperatur nehmen die erwarteten Risiken zu (vgl. Umweltbundesamt ). Seit dem Beginn der Industrialisierung steigt die globale Mitteltemperatur der Luft in Bodennähe. Die durch das vom Menschen verursachte ( anthropogene ) Verbrennen fossiler Brennstoffe in der Atmosphäre angereicherten Treibhausgase führen in der Tendenz zu einer Erwärmung der unteren Luftschichten (vgl. Abbildung 1) Nach den Prognosen des IPCC muss auch in Deutschland bis zum Jahr 2050 mit folgenden Änderungen gerechnet werden: im Sommer werden die Temperaturen um 1,5 °C bis 2,5 °C höher liegen als 1990 im Winter wird es zwischen 1,5 °C und 3 °C wärmer werden im Sommer können die Niederschläge um bis zu 40 % geringer ausfallen im Winter kann es um bis zu 30 % mehr Niederschlag geben (ausführliche Zusatzinformationen hier: Klimaatlas Deutschland ). Um die regionalen Auswirkungen dieser künftigen Klimaänderungen in Deutschland besser einschätzen zu können, werden sogenannte Regionale Klimamodelle eingesetzt und z.B. im Auftrag des Umweltbundesamtes zur Erstellung von Projektionsdaten der möglichen zukünftigen Entwicklung genutzt. Grundlage für die Klimamodelle bilden Annahmen über die Entwicklung der Emissionen in den nächsten Jahrzehnten, die wiederum abhängig sind von den möglichen (weltweiten) demographischen, gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und technischen Entwicklungen. Maßgebend sind für die meisten Klimaprojektionen die SRES-Emissionsszenarien des IPCC . Für die meisten Projektionsrechnungen wird das Szenario A1B genutzt, das von folgenden Annahmen ausgeht: stetiges Wirtschaftswachstum ab Mitte des Jahrhunderts rückläufige Weltbevölkerung Einführung neuer und effizienter Technologien Verringerung der regionalen Unterschiede im Pro-Kopf-Einkomen “ausgewogene Nutzung” aller Energiequellen. Alle SRES-Szenarien beinhalten keine zusätzlichen Klimainitiativen, d.h. es sind keine Szenarien berücksichtigt, die ausdrücklich eine Umsetzung internationalen Übereinkommen vorsehen. Die Auflösungsebene der regionalen Modelle liegt bei 10 km x 10 km pro einzelner Rasterfläche. Einerseits bedeutet dies einen beträchtlichen Qualitätssprung gegenüber den globalen Modellen mit Rastergrößen von 200 km x 200 km, andererseits reicht die Auflösung für stadtplanerische Zwecke bei weitem nicht aus. Zwei der bekanntesten Modelle in Deutschland sind das dynamische Regionalmodell REMO sowie das statistische Verfahren WETTReg. Auf Bundesebene wurde am 17. Dezember 2008 im Kabinett die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) beschlossen. Sie stellt den Beitrag des Bundes dar und schafft einen Rahmen zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels in Deutschland, der durch die Städte und Ballungszentren je nach lokaler Betroffenheit spezifiziert werden muss. Diese mögliche lokale Betroffenheit besser einschätzen zu können, war Ausgangspunkt der Anfang 2008 abgeschlossenen Kooperationsvereinbarung zwischen dem Deutschen Wetterdienst (DWD), Abteilung Klima- und Umweltberatung und der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Abteilung Geoinformation, Referat Informationssystem Stadt und Umwelt , die Anfang 2010 erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Der dazu vorgelegte Projektbericht lieferte auch wesentliche Beiträge für die hier vorgelegten Textteile (DWD 2010). Ansatz der hier präsentierten Karten und Daten war somit die Fragestellung, wie sich auf der Basis heute vorliegender Erkenntnisse und Modelldaten die thermischen Verhältnisse in Berlin entwickeln könnten. Dies ist auch deshalb von besonderem Interesse, da davon auszugehen ist, dass heute noch als nicht wärmebelastet bewertete Stadtgebiete durch die fortdauernde Klimaerwärmung in den nächsten Jahrzehnten einer deutlichen höheren sommerlichen Hitze ausgesetzt sein dürften. Dies gilt sowohl von der zu erwarteten absoluten Höhe der erreichten Temperaturwerte als auch von der Andauer der Hitzeperioden. Es ging also im Wesentlichen um eine Bestandsaufnahme der zu erwartenden Klimafolgen insbesondere in den bebauten Bereichen, wo die Verwundbarkeit der Stadtbewohner – und hier vor allem der älteren Bevölkerung – am größten ist. Das methodische Vorgehen zur kleinräumigen lokalen Ausprägung möglicher durch den globalen Klimawandel verursachter Folgen ist noch “Forschungsneuland”, in keiner Weise standardisiert und somit in der Interpretation der Ergebnisdaten immer mit gewissen Unsicherheitsfaktoren versehen (vgl. Methode).

Einwohnerdichte 2005

SenStadtUm (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umweltschutz Berlin) (Hrsg.) 1990: Räumliche Entwicklung in der Region Berlin – Planungsgrundlagen, Berlin. SenStadt (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung) (Hrsg.) o.J.: Bevölkerungsentwicklung in der Metropolregion Berlin 2002-2020, Erläuterungsbericht, Berlin. Statistisches Landesamt Berlin (Hrsg.) 2006: Melderechtlich registrierte Einwohner am Ort der Hauptwohnung in Berlin am 31.12.2005, Berlin. Karten SenStadt (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung) (Hrsg.) 1994: Umweltatlas Berlin, aktualisierte und erweiterte Ausgabe, Bd. 2, Karte 03.08 Organische Gase und Dämpfe – Emissionen und Immissionen, 1 : 200 000 / 1 : 300 000, Berlin. SenStadtUmTech (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Umweltschutz und Technologie Berlin) (Hrsg.) 1996a: Umweltatlas Berlin, aktualisierte und erweiterte Ausgabe, Bd. 3, Karte 06.05 Versorgung mit wohnungsnahen, öffentlichen Grünanlagen, 1 : 50 000, Berlin. Internet: /umweltatlas/nutzung/oeffentliche-gruenanlagen/1992/karten/artikel.1012059.php SenStadtUmTech (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Umweltschutz und Technologie Berlin) (Hrsg.) 1996b: Umweltatlas Berlin, aktualisierte und erweiterte Ausgabe, Karte 06.06 Einwohnerdichte, 1 : 50 000, Berlin. Internet: /umweltatlas/nutzung/einwohnerdichte/1994/karten/artikel.1013224.php SenStadt(Senatsverwaltung für Stadtentwicklung) (Hrsg.) 2005a: Umweltatlas Berlin, aktualisierte und erweiterte Ausgabe, Karte 06.07 Stadtstruktur, 1 : 50 000, Berlin. Internet: /umweltatlas/nutzung/stadtstruktur/2002/karten/artikel.1014427.php SenStadt(Senatsverwaltung für Stadtentwicklung) (Hrsg.) 2005b: Umweltatlas Berlin, aktualisierte und erweiterte Ausgabe, Karte 06.06 Einwohnerdichte, 1 : 50 000, Berlin. Internet: /umweltatlas/nutzung/einwohnerdichte/2004/karten/artikel.1013283.php SenStadt (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin) (Hrsg.) 2006: Digitale Grundkarte 1 : 50 000 (ISU50) und 1 : 5 000 (ISU5) sowie Nutzungsdatei des Informationssystems Stadt und Umwelt ISU, Stand 2006, Berlin. Internet: /umweltatlas/nutzung/flaechennutzung/2002/methode/index.php

Datei schädlicher Bodenveränderungen und Altlasten (DSBA)

Sammlung von Informationen über schädliche Bodenveränderungen und Altlasten (Altablagerungen und Altstandorte), Verdachtsflächen und altlastverdächtige Flächen des Landes Sachsen-Anhalts innerhalb des Umweltinformationssystems im Fachinformationssystem Bodenschutz. (ehemals MDALIS)

Abteilung 1 Allgemeine Abteilung (LUNG)

Die Allgemeine Abteilung des LUNG setzt sich zusammen aus: - Dezernat 100: Innerer Dienst, Beschaffung, Organisation und Controlling - Dezernat 110: Justitiariat, Personal- Haushalts und Förderangelegenheiten - Dezernat 120: Informationstechnik und Umweltinformationssystem

Flächendeckende Erfassung von Diversitätskriterien zur ökologischen Bewertung von Waldgebieten unter Nutzung räumlicher Informationstechnologien und Fernerkundungsdaten

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine quantitative Erfassung von Diversitätskriterien auf großer Fläche erlaubt. Die Erhaltung der Wälder und ihr Schutz vor Überbenutzung sind von globaler Bedeutung. Auf der Rio-Konferenz der Vereinten Nationen über Umwelt und Entwicklung 1992 war dies ein wichtiger Themenbereich (s. auch 1993 sog. Helsinki-Prozess ). 1994 wurden in Genf sechs Kriterien und 27 Indikatoren politisch verbindlich beschlossen. Erhaltung, Schutz und angemessene Verbesserung der biologischen Diversität in Forstökosystemen stellt eines dieser Kriterien dar. Eine Operationalisierung dieses Indikators ist in unterschiedlicher Form möglich. In vorliegender Arbeit sollen Informationen aus 2-D und 3-D Fernerkundungsdaten (inklusive flugzeuggetragener Daten, wie Luftbild oder Laserscannerdaten) abgeleitet werden. Die Informationen aus Fernerkundungsdaten sollen im Rahmen eines GIS um Karteninformationen und terrestrische Daten ergänzt werden. Aus der flächendeckend vorliegenden 2-D und 3-D Information werden Maßzahlen und Indizes berechnet, die Nachbarschaftsbeziehungen, räumliche Muster und Vielfalt innerhalb und zwischen den ökologischen Bezugseinheiten (alpha und beta-Diversität) sowie des Gesamtlandschaftsausschnittes (gamma-Diversität) quantitativ beschreiben. Die hergeleiteten Diversitätswerte und Diversitätindizes sollen dabei in Bezug zur terrestrischen Ansprache gesetzt werden. Die Nutzbarkeit des entwickelten Modells für die Bewertung von Lebensräumen soll schließlich anhand einer sehr gut untersuchten Zielart überprüft werden. Es ist zu erwarten, dass mit Nutzung der genannten Informationstechnologien eine mehr quantitative Erfassung der Diversitätskriterien, bei höherer Effizienz möglich sein wird. Die Bewertung von Lebensräumen kann damit transparenter und besser nachvollziehbar werden. Des weiteren erlaubt das methodische Vorgehen eine flächige Charakterisierung von Lebensräumen, wie sie für system-analytische Ansätze und die Modellierung von räumlichen und zeitlichen Prozessen notwendig.

CSW-Schnittstelle (Umweltportal-SH)

Bei diesem Dienst handelt sich um die CSW-Schnittstelle (Catalogue Service Web) des Umweltportals Schleswig-Holstein (UP-SH). Im UP-SH sind die Metadaten mehrerer Landesbehörden (wie LLUR und LKN) in Schleswig-Holstein eingebunden. Betrieben wird das Portal vom Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt, Natur und Digitalisierung des Landes Schleswig-Holstein (MELUND). Mit Hilfe dieser Schnittstelle können folgende Aktionen ausgeführt werden: * Recherche nach allen aktuell im UP-SH bereitgestellten Metadaten * Harvesten (Einsammeln) der vorhandenen Metadaten des UP-SH * Editieren, Löschen und Neuerfassen von Metadaten (Authentifizierung erforderlich!) Die im Katalog enthaltenen Metadaten stehen in Verantwortung der Datenhalter.

Entwicklung von Fuzzy-Set-Theorie-basierten Verfahren für die Anwendung in einem Bodeninformationssystem

Methoden der Fuzzy-Set-Theorie können in unterschiedlichen bodenkundlichen Teildisziplinen den üblicherweise angewendeten Methoden der Klassifikation, Behandlung von Datenunsicherheiten und Modellierung deutlich überlegen sein, da sie bei geringeren Informationsverlusten einen flexibleren Umgang mit Parameterunschärfen erlauben. Derzeit besteht ein wachsender Bedarf an der Entwicklung von Verfahren, welche künftig die während der Datenverarbeitung in Bodeninformationssystemen auftretenden Informationsverluste minimieren, die Klassifikationsgüte erhöhen und eine direkte Qualitätsbeurteilung von Karten ermöglichen. In enger Kooperation mit Geologischen Landesämtern ist daher die Erarbeitung entsprechender, auf der Fuzzy-Set-Theorie basierender Verfahren zur automatisierten Bodenklassifikation nach der deutschen Bodenkundlichen Kartieranleitung sowie für die differenzierte Bewertung von Bodenfunktionspotentialen vorgesehen. Um die Ergebnisse hinreichend abzusichern und ihre Interpretationsfähigkeit zu gewährleisten, soll insbesondere die Überprüfung der verwendeten Fuzzy-Parameter und Operatoren im Zentrum der Arbeiten stehen. Unter Nutzung der auch in den Geologischen Landesämtern angewendeten geographischen Informationssysteme zur Durchführung des Vorhabens soll eine mögliche praktische Umsetzung der Ergebnisse im Rahmen von Bodeninformationssystemen untersucht werden.

Gebäudehöhen 2022

Die Höhenerstreckung der Berliner Gebäude hängt eng mit der Baugeschichte der Stadt, einschließlich der Wiederaufbaumaßnahmen nach dem II. Weltkrieg, zusammen. Der Begleittext zu den Umweltatlas-Karten „Stadtstruktur (06.07) und „Stadtstruktur – Flächentypen differenziert (06.08) beschreibt sehr ausführlich die Siedlungsentwicklung der Stadt, die aufgrund der vor allem nach der Reichsgründung 1871 rasant zunehmenden politischen und wirtschaftlichen Bedeutung Berlins ebenso rasant in einzelnen Bauepochen vonstattenging. Eine weitere detailreiche Darstellung der Berliner Baugeschichte bietet die Veröffentlichung „Berliner Pläne 1862-1994“ (SenStadt 2002). Zunächst nur innerhalb der seit 1877 bestehenden Ringbahn, später auch deutlich darüber hinaus und gebietsweise bis zur heutigen Zeit beherrscht die typische Berliner Blockbebauung den Mietshaus-Wohnungsbau. Seit 1853 regelte die ‚Baupolizeiordnung‘ für Berlin u.a. die Höhe der Gebäude. Sie setzte die im Prinzip auch heute noch geltende Berliner Traufhöhe von 22 m fest (in der Karte wird dagegen die berechnete Höhe des Gebäude-Dachfirstes dargestellt). Zusammen mit dem Kellergeschoss lassen sich so in der Regel sechs bis sieben Geschosse in einem Gebäude unterbringen. Diese Bestimmung und die Tatsache, dass auch der Wiederaufbau nach dem II. Weltkrieg im Bestand weitgehend die bisherigen Grundriss- und Höhenstrukturen wiederaufnahm, führten dazu, dass große Teile der Berliner Innenstadt, auch heute noch ein relativ einheitliches Bild der Dachlandschaft bieten. Rund 3.400 ha und damit etwa 10 % der Wohngebiets-Flächentypen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) gehören zu den von der Traufhöhenbeschränkung direkt betroffenen innerstädtischen Altbauquartieren (vgl. Karte 06.08 „Stadtstruktur – Flächentypen differenziert“ sowie Abbildung 4 und Tabelle 1). Sowohl von ihrer räumlichen Lage als auch von ihrer Entstehungszeit her stehen diesen Altbauquartieren die Typen der Einfamilienhaussiedlungen sowie der Reihen- und Doppelhäuser gegenüber. Ganz überwiegend am Stadtrand gelegen, bilden sie mit einer Fläche von etwa 11.500 ha rund 45 % der Block(teil)flächen mit Flächentypen der Wohnbebauung ab. Hier prägen Gebäude mit Firsthöhen bis etwa 12 m das Siedlungsbild (vgl. Abbildung 5 und Tabelle 1). Im Wohnungsbau die höchsten Einzelgebäude weist der Flächentyp 9 „Großsiedlung und Punkthochhäuser (1960er – 1990er), 4 – 11-geschossig und mehr“ auf. Aufgrund des großen Anteils auch kleinerer (Neben)-Gebäude macht sich dieser Effekt bei einer Aggregation auf die Ebene der Block(teil)flächen der Flächentypen im Mittelwert jedoch nicht bemerkbar (vgl. Tabelle 1). Obwohl Berlin im Vergleich zu anderen Metropolen eine nur geringe Anzahl exponierter Hochhäuser aufweist (vgl. Abbildung 6), besitzt die Stadt mit dem Fernsehturm am Alexanderplatz jedoch das höchste Bauwerk Deutschlands (Gesamthöhe 368 m, ausgewiesene Schafthöhe laut LoD2: 253 m). Höhen über 100 m weisen zum Beispiel folgende Gebäude bzw. Bauwerkskomplexe auf: Heizkraftwerk Reuter West (vgl. Abbildung 7), Bahn-Tower und Kollhoff-Tower am Potsdamer Platz Potsdamer Platz Ku’damm-Karree-Hochhaus Treptower Towers Zoo-Fenster und Upper-West in der City-West (vgl. Abbildung 8) Park Inn Hotel sowie die beiden Türme Fernsehturm Alexanderplatz und Fernmeldeturm Schäferberg. Eine Zuordnung der mittleren Gebäudehöhen und weiteren statistischen Parametern auf der Ebene der block(teil)flächen-bezogenen Flächentypen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) zeigt Tabelle 1. Es fällt auf, dass selbst Typen erwartbar großer Gebäudehöhen (z.B. Flächentyp 9, „Großsiedlung und Punkthochhäuser (1960er – 1990er), 4 – 11-geschossig und mehr“ und Flächentyp 29 „Kerngebiet“) eine ‚unauffällige‘ mittlere Höhe aufweisen. Dies liegt vor allem an der breiten Streuung der Einzelhöhen durch den hohen Anteil auch niedrigerer Gebäude bzw. Gebäudeteile innerhalb der Blöcke und Blockteilflächen dieser Flächentypen. Die Maximalwerte dieser Flächentypen entsprechen dagegen den Erwartungen (89 m bei Typ 9 bzw. 123 m Einzelgebäudehöhe bei Typ 29). 1) Betrachtet wurden nur Gebäude > 3,50 m und Flächentypen mit Gebäudeanteil > 10% Abbildung 9 verdeutlicht an drei Beispielen den auch in Tabelle 1 erkennbaren Streuungseinfluss anhand der Verteilungsdarstellung nach Mittelwerten und Standardabweichung. Während die Mittelwerte der ausgewählten Flächentypen praktisch identisch sind (vgl. Tabelle 1), unterscheiden sich die Streuungen sehr deutlich. Bei Typ 1 „Dichte Blockbebauung, geschlossener Hinterhof (1870er – 1918), 5 – 6-geschossig“ liegen die jeweiligen Gebäudehöhen sehr eng um den Mittelwert (kleinste Standradabweichung), während diese bei Typ 9 „Großsiedlung und Punkthochhäuser (1960er – 1990er), 4 – 11-geschossig und mehr“ und bei Typ 29 „Kerngebiet“ bei großer Standardabweichung weit streuen, ein Effekt, der auf eine große Bandbreite unterschiedlicher Höhen in den Blöcken dieser Typen hinweist.

Wasserhaushalt 2022

Mitte der 90er Jahre wurde in Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde, Außenstelle Berlin, ein Modell entwickelt, programmiert und angewendet, das die wichtigsten Größen des Wasserhaushaltes berechnet. Das von Glugla entwickelte Wasserhaushaltsmodell ABIMO ist auf der Grundlage bereits seit den 70er Jahren entwickelter Modelle zur Berechnung des Grundwasserdargebots entstanden, und um Bausteine erweitert worden, die der speziellen Situation in urbanen Gebieten Rechnung tragen. Diese Erweiterung wurde gutachterlich durch das Institut für Ökologie (Bodenkunde) der TU Berlin und durch eine Diplomarbeit am Fachbereich Geographie der FU Berlin unterstützt. Bei der rechentechnischen Realisierung, die durch ein externes Softwarebüro erfolgte, wurde es außerdem an die spezielle Datenlage in Berlin angepasst. Seit 2022 ist ABIMO als freie Software in der Version 3.2 unter https://github.com/umweltatlas/abimo verfügbar. Im Rahmen des Forschungsprojekts AMAREX wurde ABIMO 3.2 weiterentwickelt. Dabei erfolgte ein technischer Umbau der C++-Anwendung zu einer R-Anwendung. Diese Version ist unter https://github.com/KWB-R/kwb.rabimo ebenfalls frei verfügbar. Mit diesem weiterentwickelten Modell wurden die Karten 2022 aktualisiert. Eine Übersicht der Arbeitsschritte wird im Schema 2025 dargestellt. Das Berechnungsverfahren ermittelt zunächst die tatsächliche Verdunstung, um den Gesamtabfluss (Niederschlag minus Verdunstung) zu errechnen. Im zweiten Arbeitsschritt wird der Oberflächenabfluss als Teil des Gesamtabflusses bestimmt. Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss bildet dann den Versickerungsanteil. Einen Eindruck von der Komplexität des Verfahrens vermittelt Abb. 2. Der Gesamtabfluss wird aus der Differenz der langjährigen Jahresmittelwerte des Niederschlags und der realen Verdunstung berechnet. Die reale Verdunstung, wie sie im Mittel tatsächlich an Standorten und in Gebieten auftritt, wird aus den wichtigsten Einflussgrößen Niederschlag und potentielle Verdunstung sowie den mittleren Speichereigenschaften der verdunstenden Flächen berechnet. Bei ausreichender Feuchtezufuhr zur verdunstenden Fläche nähert sich die reale Verdunstung der potentiellen. Die reale Verdunstung wird zusätzlich durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche modifiziert. Höhere Speicherwirkung (z. B. größere Bindigkeit des Bodens und größere Durchwurzelungstiefe) bewirkt eine höhere Verdunstung. Dem aufgezeigten Zusammenhang zwischen den mehrjährigen Mittelwerten der realen Verdunstung einerseits sowie des Niederschlags, der potentiellen Verdunstung und der Verdunstungseffektivität des Standorts andererseits genügt die Beziehung nach Bagrov (vgl. Glugla et al. 1971, Glugla et al. 1976, Bamberg et al. 1981 und Abb. 3). Die Bagrov-Beziehung beruht auf der Auswertung langjähriger Lysimeter-Versuche und beschreibt das nichtlineare Verhältnis zwischen Niederschlag und Verdunstung in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften. Mit der Bagrov-Beziehung kann bei Kenntnis der Klimagrößen Niederschlag P und potentielle Verdunstung EP (Quotient P/EP) sowie des Effektivitätsparameters n der Quotient reale Verdunstung / potentielle Verdunstung (ER/EP) und somit die reale Verdunstung ER für Standorte und Gebiete ohne Grundwassereinfluss ermittelt werden. Zur Berechnung der grundwasserbeeinflussten Verdunstung wird ebenfalls das Bagrov-Verfahren in modifizierter Form genutzt, indem die mittlere Kapillarwasserzufuhr aus dem Grundwasser dem Niederschlag zugerechnet wird. Mit wachsendem Niederschlag P nähert sich die reale Verdunstung ER der potentiellen Verdunstung EP, d. h. der Quotient ER/EP nähert sich dem Wert 1. Bei abnehmendem Niederschlag P (P/EP geht gegen den Wert 0) nähert sich die reale Verdunstung ER dem Niederschlag P. Die Intensität, mit der diese Randbedingungen erreicht werden, wird durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche (Effektivitätsparameter n) verändert. Die Speichereigenschaften des Standorts werden insbesondere durch die Nutzungsform (zunehmende Speicherwirksamkeit in der Reihenfolge versiegelte Fläche, vegetationsloser Boden, landwirtschaftliche, gärtnerische bzw. forstliche Nutzung) sowie die Bodenart (zunehmende Speicherwirksamkeit mit höherer Bindigkeit des Bodens) bestimmt. Maß für die Speicherwirksamkeit des unversiegelten Bodens ist die nutzbare Feldkapazität als Differenz der Feuchtewerte des Bodens für Feldkapazität (Beginn der Wasserversickerung im Boden) und für den permanenten Welkepunkt (bleibende Trockenschäden an den Pflanzen). Weitere Landnutzungsfaktoren, wie Hektarertrag, Baumart und -alter, modifizieren den Parameterwert n. Der Parameter n wurde in Auswertung von Beobachtungsergebnissen zahlreicher in- und ausländischer Lysimeterstationen und von Wasserhaushaltsuntersuchungen in Flusseinzugsgebieten quantifiziert. Für Standorte und Gebiete mit flurnahem Grundwasser tritt infolge Kapillaraufstiegs von Grundwasser in die verdunstungsbeeinflusste Bodenzone je nach Grundwasserflurabstand und Bodeneigenschaften eine gegenüber grundwasserunbeeinflussten Bedingungen erhöhte Verdunstung auf. Die Abflussbildung vermindert sich. Übersteigt die reale Verdunstung den Niederschlag, tritt Wasserzehrung auf, und die Werte für die Abflussbildung werden negativ (z. B. Fluss- und Seeniederungen). Bei Gewässerflächen tritt infolge höheren Wärmeangebots (geringeres Reflexionsvermögen der Einstrahlung) eine gegenüber Landflächen erhöhte potentielle Verdunstung auf. Die tatsächliche Gewässerverdunstung wird näherungsweise dieser erhöhten potentiellen Verdunstung gleichgesetzt. Punktuelle Versickerung, z. B. durch die Grundwasseranreicherungsanlagen der Wasserwerke wurde nicht berücksichtigt. Bei gärtnerischer Nutzung (Kleingärten, Wochenendhäuser, Parks, Friedhöfe, Baumschulen/Gartenbau und z.T. bei Wohn- oder Gemeinbedarfs- und Sondernutzungen) wurde zum Niederschlag für die Bewässerung ein Näherungswert addiert (50 – 100 mm/Jahr). Nachdem der mittlere Gesamtabfluss als Differenz aus Niederschlag und realer Verdunstung berechnet wurde, wird nun in einem zweiten Arbeitsschritt der Oberflächenabfluss bestimmt. Auf Dachflächen, die in die Kanalisation entwässern, entspricht der Oberflächenabfluss dem Gesamtabfluss. Flächen, die nicht an die Kanalisation angeschlossen sind, erzeugen keinen Oberflächenabfluss. Unbebaut versiegelte Flächen infiltrieren abhängig von der Art der Oberflächenbeläge (Belagsarten) einen Teil des Abflusses in den Untergrund. Dieser Infiltrationsfaktor ist abhängig von der Breite, dem Alter und der Art der Fugen. Der nicht versickernde Abfluss wird – abhängig von dem Anschlussgrad an die Kanalisation – als Oberflächenabfluss über die Kanalisation abgeleitet oder versickert, sofern er nicht von der Kanalisation erfasst, am Rande der versiegelten Flächen. Ebenso versickern die Anteile der nicht an die Kanalisation angeschlossenen Dachflächen (vgl. Tab. 1). Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss entspricht somit der Versickerung als Ausgangsgröße für die Grundwasserneubildung. Die Verdunstung der Block(teil)flächen wird dann aus der Differenz von korrigiertem Niederschlag (Korrigierter Niederschlag = Niederschlag multipliziert mit dem Faktor 1,09 pauschal für Berlin) und Gesamtabfluss berechnet. Für die Anwendung des Verfahrens für urbane Gebiete mussten die Parameter n und die Infiltrationsfaktoren für die unterschiedlichen Versiegelungsmaterialien bestimmt werden. Hierzu wurden sowohl Lysimeterversuche mit verschiedenen Versiegelungsmaterialien als auch Berechnungen zum Benetzungsverlust ausgewertet (vgl. Wessolek/Facklam 1997). Die gewählten Größen für die genannten Parameter sind in Tab. 2 aufgeführt. Die mit dem Alterungsprozess durch Verdichtung und Verschlämmung der Fugen einhergehende Veränderung dieser Parameter wurde dabei berücksichtigt. Aufgrund nach wie vor unzureichender wissenschaftlicher Grundlagen sind die Angaben jedoch noch mit gewissen Unsicherheiten verbunden. Darüber hinaus wäre für hydrologische Fragestellungen eine andere Zusammenfassung der Belagsarten zu Belagsklassen wünschenswert. Für die Ermittlung der Versickerung ohne Berücksichtigung der Versiegelung (Karte 02.13.4) wurden die Eingangsdaten dahingehend verändert, dass die Versiegelung für alle Flächen auf 0 gesetzt und der Vegetationstyp Stadtparklandschaft mit einer Mischung aus begrünten und baumbestandenen Flächen angenommen wurde. Bei anderen realen Grünnutzungen wie z. B. Wald wurde sich nichts verändert. Trennung der Modellierung von Block(teil)- und Straßenflächen 2022 Das bestehende Wasserhaushaltsmodell 3.2 ist besonders auf die vorhandenen Daten Berlins und insbesondere auf den Raumbezug des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) angepasst. Da in der ISU lange Zeit Straßenflächen nicht als eigenständige Flächen kartiert wurden, wurden die Straßenflächen anteilig in den Block(teil)flächen integriert und berücksichtigt. Für den ISU-Raumbezug 2020 stehen erstmals kleinteilige Straßenflächen mit entsprechenden Daten zur Verfügung. Innerhalb des Forschungsprojekts AMAREX wurde ABIMO so weiterentwickelt, dass die Straßenflächen getrennt von den Block(teil)flächen ausgewertet werden können. Dafür wurden die zu den Straßenanteilen bezogenen Spalten als optional für das Input Format definiert. Im neuen Datensatz besitzen die Straßenflächen die gleiche Datenstruktur als die restlichen Blockteilflächen und werden vom Modell gleich behandelt. Bei der Entwicklung dieser Trennung wurde auch ein Fehler behoben, der in der bisherigen Berechnung der Block(teil)flächen inklusive anteiliger Straßenflächen zur Überschätzung der Größe des unversiegelten Flächenanteils bei der Berechnung der Versickerung geführt hatte. Verwendung von individuellen Verdunstungsparametern 2022 Im Forschungsprojekt AMAREX wurde ABIMO so weiterentwickelt, dass die vorhandenen Daten der Grünvolumenzahl 2020 (vgl. Umweltatlaskarte 05.09 ) zur Bestimmung von individuellen Verdunstungsparametern pro Block(teil)- bzw. Straßenfläche verwendet wird. Dies ersetzt die pauschale Zuweisung über die Flächennutzung bzw. den Flächentyp im Modell. Dafür wurde basierend auf dem Verhältnis von Vegetationsvolumen zur unversiegelten Fläche aus dem Grundvolumen ein normierter Vegetationsindex berechnet. Dieser Index wurde anschließend linear auf den Wertebereich der ursprünglichen Vegetationsklassifikation skaliert, sodass typische Stadtblöcke Werte zwischen 20 und 30 und größere Parkanlagen Werte um 50 erreichten. Eine exponentielle Anpassung der Skalierung und eine Deckelung auf Maximalwerte (75, einem Wald entsprechend) sorgten für eine realitätsnahe Verteilung. Die Umsetzung wurde anhand mehrerer bekannten Parkanlagen (z. B. Tiergarten, Hasenheide) überprüft. Die resultierenden, skalierten Werte dienen nun als neue, differenzierte Eingangsgröße für die Verdunstungsmodellierung. Berücksichtigung des Einflusses begrünter Dächer auf die Daten zum Wasserhaushalt Durch die in der Umweltatlaskarte 06.11 Gründächer vorliegenden flächendeckenden räumlichen Daten zu begrünten Dachflächen konnten seit 2017 die Effekte der Gründächer auf den Wasserhaushalt mit berechnet werden. Im Forschungsprojekt AMAREX wurde die Berechnung in ABIMO integriert. Da das ursprüngliche ABIMO-Modell keine explizite Berücksichtigung von Gründächern vorsieht, wurde ein Verfahren entwickelt, um deren Effekte dennoch in die Bilanz einzubeziehen. Dazu wurde in ABIMO eine neue Flächenkategorie „Gründach“ eingeführt, der – analog zu anderen Kategorien – sowohl ein Bagrov-Wert (vgl. Abbildung 3) als auch ein Infiltrationsbeiwert (vgl. Tabelle 2) zugewiesen wurden. Wie bei der bestehenden Kategorie „Dach“ ist die Infiltration auf 0 gesetzt; ein abweichender Bagrov-Wert reguliert jedoch die Verdunstung und ermöglicht so die Abbildung des erhöhten Verdunstungsanteils von Gründächern. Zur Bestimmung dieses Bagrov-Wertes wurde das Wasserbilanzmodell WABILA (DWA, o. J.) herangezogen. WABILA erlaubt eine detaillierte Simulation von Regenwasserbewirtschaftungsmaßnahmen und liefert entsprechend präzise Wasserbilanzwerte. Es wurde jeweils mit ABIMO und WABILA die Verdunstung berechnet und anschließend der Bagrov-Wert (Faktor) gewählt, der für die meisten Klimaszenarien die Verdunstungsergebnisse angeglichen hat. Möglichkeit zur Integration der Effekte von Versickerungsmulden 2022 Es besteht der Bedarf, Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung im Wasserhaushaltsmodell zu berücksichtigen. Dies konnte im Verlauf des Forschungsprojektes AMAREX für Versickerungsmulden umgesetzt werden. Da für die Gesamtstadt jedoch keine flächendeckenden Daten zu Versickerungsmulden vorliegen, wurden diese für die Karten 2022 nicht berücksichtigt. Im AMAREX Webtool ( https://amarex-staging.netlify.app/amarex ) besteht jedoch die Möglichkeit, Versickerungsmulden für die Planung zu berücksichtigen. Dafür wird der Anteil der abflusswirksamen Fläche, die einer Mulde angeschlossen ist, als weiterer Inputparameter angegeben. Es wird angenommen, dass die Versickerungsmulde ideal funktioniert, das heißt, ein kleiner Teil des Zuflusses wird in Verdunstung umgewandelt, der verbleibende Anteil versickert vollständig. Der genaue Anteil der Verdunstung wird über einem Parameter in der Konfigurationsdatei definiert und beschreibt den Bruchteil des zufließenden Wassers, der in Verdunstung übergeht. Delta-W: Abweichung vom natürlichen Wasserhaushalt 2022 Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) formuliert als Zielsetzung, „die Veränderungen des natürlichen Wasserhaushalts durch Siedlungsaktivitäten in mengenmäßiger und stofflicher Hinsicht so gering zu halten, wie es technisch, ökologisch und wirtschaftlich vertretbar ist“ (DWA, 2022). Im Forschungsprojekt AMAREX wurde aus diesem Anlass den Parameter Delta-W (ΔW) eingeführt: der die Abweichung von einem ideellen natürlichen Zustand beschreibt. Dabei werden die drei Wasserhaushaltskomponenten – Verdunstung/Evapotranspiration (ev), Versickerung/Infiltration (ri) und Oberflächenabfluss (rs) – jeweils mit ihren natürlichen Referenzwerten verglichen. Das Ergebnis wird als Zahl zwischen 0 und 100 % angegeben. Als Referenzszenario für einen natürlichen Wasserhaushalt wird eine unversiegelte und unbebaute Fläche in einer Stadtparklandschaft mit einer Mischung aus begrünten und baumbestandenen Flächen (Ertragsklasse = 50) angenommen. Technische Neuerungen im Modell 2022 Im Rahmen des Forschungsprojekts AMAREX wurde ABIMO 3.2 weiterentwickelt. Im Folgenden wird kurz auf die technischen Neuerungen im Modell eingegangen: Technischer Umbau der C++-Anwendung zu einer R-Anwendung. Der Modell-Code wurde auf Englisch übersetzt. Diese Version ist unter https://github.com/KWB-R/kwb.rabimo frei verfügbar. Zur Verbesserung der Übertragbarkeit auf andere Städte wurde die Modelllogik generalisiert. Berlinspezifische Eingangsgrößen wie der Stadtstrukturtyp oder die Nutzungskategorie wurden aus dem Modell-Code entfernt. Stattdessen werden nun daraus abgeleitete Größen, wie z. B. Ertrag und Beregnung, direkt über die Inputdaten bereitgestellt. Auch zuvor fest im Modell verankerte Parameter, wie etwa die potenzielle Verdunstung, wurden aus dem Modellkern gelöst und können nun flexibel über die Eingabedaten definiert werden. Dadurch konnte das Modell auch in Köln angewendet werden. AMAREX Webtool Das AMAREX Webtool ( https://amarex-staging.netlify.app/amarex ) ist ein Prototyp eines Planungstools, mit dem im Berliner Stadtgebiet für eine individuelle Gebietsauswahl verschiedene Maßnahmen (Entsiegelung, Dachbegrünung, Anschluss an Mulden) ausgewählt werden können. Für die gewählte Maßnahmenplanung werden anschließend die Wasserhaushaltsgrößen des Status quo und nach Umsetzung der Planungsszenarien aufgezeigt. Die Ergebnisse können gespeichert, neu geladen sowie als Report gedruckt werden. Nutzerinnen und Nutzer können dafür in zwei Modi arbeiten: Quartiersebene: Hier können mehrere Block(teil)- und Straßenflächen gleichzeitig ausgewählt werden. Die Maßnahmen werden dann mithilfe von Schiebereglern pauschal auf das gesamte Auswahlgebiet angewendet. Dabei wird darauf geachtet, dass die Maßnahmen automatisch sinnvoll verteilt werden. Beispielsweise führt die Festlegung eines Zielwerts von 30 % für begrünte Dachflächen nicht dazu, dass bereits stärker begrünte Dächer „verschlechtert“ werden, sondern lediglich un- oder weniger begrünte Dächer ergänzt werden. Lokale Ebene: In diesem Modus kann gezielt eine einzelne Fläche ausgewählt werden. Auf dieser lassen sich vordimensionierte Maßnahmen an spezifischen Stellen platzieren, wodurch eine detaillierte und ortsgenaue Planung ermöglicht wird. Der genaue Ort der Platzierung innerhalb der Fläche hat allerdings keinen Einfluss auf die Modellberechnung und dient lediglich der besseren Veranschaulichung im Planungstool. Endergebnis Im Ergebnis der Berechnungen liegen für ca. 25.000 Block(teil)flächen und ca. 32.000 Straßenflächen aktualisierte langjährige Mittelwerte für den Gesamtabfluss, die Verdunstung, den Oberflächenabfluss und die Versickerung inkl. der Berücksichtigung der Gründächer vor. Die Werte wurden klassifiziert in mm/Jahr in den vorliegenden Karten dargestellt; die Gesamtmengen in m³/Jahr wurden ebenfalls errechnet und bilanziert. Es muss beachtet werden, dass die dargestellten Werte Mittelwerte über die als einheitliche Flächen dargestellten Block(teil)- und Straßenflächen sind, die in der Realität inhomogene Strukturen aufweisen. Die Abflüsse versiegelter und unversiegelter Flächen werden hier zu einem Durchschnittswert pro Fläche gemittelt. Aus den Karten kann z. B. nicht abgelesen werden, wie hoch die Versickerungsleistung eines Quadratmeters unversiegelten Bodens ist. Hierzu ist daher eine ebenfalls flächendeckende und blockbezogene Berechnung mit veränderten Randparametern – also unter der Annahme gänzlich unversiegelter Verhältnisse – vorgenommen worden, deren Ergebnisse in der Karte 02.13.4 dargestellt sind. Erstmals wird auch Delta-W, die Abweichung vom natürlichen Wasserhaushalt dargestellt.

Stadtstruktur / Stadtstruktur - Flächentypen differenziert 2021-24

Die Karten und Daten zu Flächennutzung und Stadtstruktur des Umweltatlas gehen auf Konzepte und Strategien aus den 1980er Jahren zurück. Datengrundlagen, Methode und Ziel der Erhebung haben sich seitdem zum Teil verändert. Gleichzeitig hat die differenzierte, stadtweit flächendeckende Realnutzungskartierung immer mehr an Bedeutung gewonnen. Von der räumlichen und fachlichen Differenzierung her ist die Realnutzungskartierung für eine Vielzahl von Anwendungen im Umweltbereich und in der Stadt- und Landschaftsplanung von grundlegender Bedeutung und auch in Zukunft eine unverzichtbare Grundlage. So werden aus den Kartiereinheiten bspw. Indikatoren abgeleitet, die Eingang in die Erarbeitung verschiedener ökologischer Planungsgrundlagen und in die gesamtstädtische raumbezogene Planung finden. Die Informationen über die reale Flächennutzung und die Flächentypen / Stadtstruktur werden dabei, wie andere im Rahmen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU) erarbeitete Daten auch, auf einem einheitlichen räumlichen Bezugssystem verwaltet und bearbeitet. Dies ermöglicht die Überlagerung der Datenbestände untereinander und gewährleistet eine problemlose fachübergreifende Datenauswertung. Der Raumbezug des Informationssystems Stadt und Umwelt (im Folgenden ISU5) und die Fachdatenbestände zu den Nutzungsdaten werden zwischen den bisher 5-jährigen Aktualisierungszyklen (zuletzt 2020 ) ab 31.12.2021 jährlich fortgeschrieben. Hintergrund dafür ist die Tatsache, dass es im Land Berlin einerseits keine jahresaktuelle Erfassung der realen Flächennutzung auf gesamtstädtischer Ebene gibt, anderseits der Bedarf an möglichst aktuellen Informationen aufgrund der zahlreichen Veränderungen in der Landnutzung stetig zunimmt. Der Schwerpunkt der jährlichen Fortschreibung liegt auf der Aktualisierung der dem Informationssystem Stadt und Umwelt zugrunde liegenden statistischen Blöcke sowie der Erfassung von Nutzungsänderungen aufgrund von baulichen Veränderungen. Der Umfang der jährlichen Fortschreibung ist damit geringer als der der 5-jährlichen Fortschreibung, in der eine größere Auswahl an Geo-Fachdatensätzen zur Prüfung der realen Flächennutzung herangezogen wird. Umfangreiche Informationen zum Hintergrund des ISU, den verschiedenen Flächennutzungen und -typen sowie den 5-jährlichen Fortschreibungen sind in der Gesamtdokumentation 2020 zu finden (SenSW 2021). Zusätzlich zur Aktualisierung der Geometrie und Nutzungsdaten wurde im Zuge der jährlichen Fortschreibung 2021 eine geometrische Anpassung der ISU5-Block(teil)flächengrenzen an die ALKIS-Bezirks- und Landesgrenzen durchgeführt.

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