Wie lässt sich Klimaanpassung messen?

Hintergrund

Die Folgen des Klimawandels sind in deutschen Städten bereits deutlich zu spüren: Die Anzahl heißer Tage und die Intensität von Hitzewellen nehmen weiter zu. Auch Starkregenereignisse und Überschwemmung werden häufiger. Durch den Effekt der städtischen Wärmeinsel, der hohen Versiegelung und Verdichtung, sind Städte besonders von diesen Folgen des Klimawandels betroffen.

Um Schäden durch Klimafolgen für Menschen und die Umwelt zu vermeiden oder zu reduzieren, soll die Stadtentwicklung entsprechend dem Vorsorgeprinzip der Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel angepasst werden. Ein wesentliches Ziel des neuen Klimaanpassungsgesetzes (KAnG) ist ein bundesweites Monitoringsystem. Am 11.12.2024 wurde vom Bundeskabinett die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel 2024 verabschiedet, mit der 33 Ziele, über 180 Maßnahmen und 90 Instrumente zur Vorsorge vor klimatischen Extremereignissen definiert werden, darunter auch für das Ziel, die Erreichbarkeit kühlender Grünflächen in Städten zu verbessern (BMUV 2024). Mit diesem Gesetz nimmt sich die Bundesregierung auch selbst in die Pflicht, eine bundesweite Klimaanpassungsstrategie mit messbaren Zielen zu verfolgen.

Den Vorlauf bildete ein vom Bundesumweltministerium (BMUV) Ende 2022 gestarteter Prozess zur Entwicklung von messbaren Zielen in sieben Clustern. Das Bundesbauministerium (BMWSB) hat dabei die Federführung für das Cluster "Stadtentwicklung, Raumplanung und Bevölkerungsschutz". Dafür sollen Indikatoren entwickelt werden, mit denen die Zielerreichung in Klimawandelanpassung durch Stadtentwicklung über einen längeren Zeitraum gemessen werden kann. Der Fokus liegt auf der Reduktion der Hitzegefährdung sowie auf der wassersensiblen Stadtgestaltung. Das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) hat daher in 2023 bauchplan ).( und die Fachgebiete Umweltmeteorologie und Landschaftsarchitektur der Universität Kassel mit einer Kurzstudie beauftragt, die in diesem Artikel zusammengefasst wird.

Klassifizierung und Anwendung von Indikatoren zur Klimawandelanpassung

Nicht nur in Deutschland, sondern auch international wird die Frage diskutiert, wie sich die Umsetzung von Klimawandelanpassung erfassen lässt (z. B. Olazabal/Ruiz De Gopegui 2021). Klimaanpassungsindikatoren können kurz- und langfristige Fortschritte bei der Umsetzung von Anpassungsstrategien erfassen und verfolgen (e.g. Lesnikowski et al., 2015; Feldmeyer et al., 2019). Aufgrund unklarer Begrifflichkeiten und fehlender vergleichbarer Größen existiert jedoch keine einheitliche Empfehlung zum Vorgehen und zur Entwicklung von Indikatoren. Weniger als 40 Prozent der Länder mit nationalen Programmen haben entsprechende Indikatoren entwickelt (Leiter 2021). Indikatoren können nach Kaiser & Kind (2019) in vier verschiedene Gruppen eingeteilt werden: Input-, Output-, Outcome- und Impact-Indikatoren. Die unterschiedlichen Arten von Indikatoren werden in Abbildung 4 erläutert. Hier liegt der Fokus auf Outcome- und Impact-Indikatoren, um nicht nur die eingesetzten Ressourcen, sondern die erreichten Ergebnisse zu erfassen.

Bei der Auswahl geeigneter Indikatoren muss besonders auf die übergeordneten Ziele und die Eigenlogik von Stadtentwicklung geachtet werden, da unter anderem der Flächenbedarf für die Klimaanpassung in starker Konkurrenz zu anderen Anforderungen steht. Auch mögliche Zielkonflikte zwischen Klimaanpassung und Klimaschutz müssen berücksichtigt werden. Zusammenfassend gelten für die Auswahl geeigneter Indikatoren folgende Kriterien:

• bundesweite Erfassbar- und Umsetzbarkeit für Städte
• Erfassung typischer Anpassungsmaßnahmen in der Stadtentwicklung wie etwa Erhalt und Ausbau von grüner Infrastruktur
• wenig Zielkonflikte mit anderen Zielen der Stadtentwicklung
• die Erfassung soll mit vorhandenen oder leicht zu erhebenden Daten möglich sein
• ausreichend hohe räumliche und zeitliche Auflösung der Datengrundlagen, sodass auch kleinräumige Maßnahmen im Bestand abgebildet werden können (etwa 10*10 m Bodenauflösung und alle fünf Jahre)

Zur Auswahl geeigneter Indikatoren wurden eine Literaturrecherche sowie Expertengespräche und Workshops durchgeführt, um mögliche Klimaindikatoren zu identifizieren und kritisch zu bewerten. Im Jahr 2023 fanden drei Workshops sowie Gespräche mit Fachleuten aus Wissenschaft, Kommunen, Bundesländern, Verbänden und Ministerien mit dem Ziel die Umsetzbarkeit der Indikatoren auf nationaler Ebene zu prüfen sowie die Methoden und die Verfügbarkeit von Daten zu bewerten.

Übersicht möglicher Indikatoren für Klimawandelanpassung

Anhand der Literaturanalyse wurden zunächst verschiedene Indikatorenbereiche identifiziert (s. Abb. 4).

Indikatoren zu Gebäudestruktur und Albedo sind ungeeignet

Städtische Strukturen, Bebauungsdichte und das Verhältnis von Gebäuden zu offenen Flächen beeinflussen die Intensität der städtischen Wärmeinsel maßgeblich. Hierfür können Indikatoren wie etwa Änderung von Local Climate Zones, Himmelssichtfaktor oder Höhen-Breiten-Verhältnis einer Straßenschlucht betrachtet werden. Trotz ihrer hohen Effektivität zur Reduktion der städtischen Überwärmung erscheinen solche Größen als Indikatoren für Klimaanpassung durch Stadtentwicklung in Deutschland ungeeignet. Dies liegt daran, dass sie im Bestand kaum beeinflusst werden können und Zielkonflikte bezüglich der anderen Ziele der Stadtentwicklung auftreten. Denn in der Regel ist die städtische Überwärmung bei einer aufgelockerten Bebauung geringer als bei einer dichten, sodass dieser Indikator nicht zum Leitbild der "Stadt der kurzen Wege" mit einer für den Klimaschutz sinnvollen Nachverdichtung der Innenstädte zusammenpasst.

Zielkonflikte ergeben sich auch für den Indikator des mittleren Albedo-Wertes. Albedo beschreibt das Reflexionsvermögen einer Oberfläche. Hoch reflektierende Materialien können die Überhitzung um 0,2–0,6 Grad Celsius/zehn Prozent Albedo-Erhöhung reduzieren, was die Intensität der städtischen Temperatur in städtischen Gebieten erheblich senken kann (Santamouris 2014). Allerdings können erhöhte Albedo-Werte, wenn beispielsweise auf Bodenbelag und Straßen angewendet, auch zu Blendwirkung und einer höheren thermischen Belastung am Tage führen.

Bodenversiegelungsindikator

Bodenversiegelung bezeichnet Flächen, die durch Gebäude und andere Bauwerke bedeckt sind. Eine höhere Versiegelung erhöht die Lufttemperaturen in städtischen Gebieten und verstärkt den Wärmeinseleffekt. Eine erhöhte Bodenversiegelung im Umkreis von ein bis fünf Kilometern kann zu einem Anstieg der Lufttemperatur von 0,5 Grad Celsius – 1,5 Grad Celsius führen (Kirchner et al. 2021). Eine geringere Versiegelung reduziert zudem den Oberflächenabfluss, was zur Verringerung von wasserbezogenen Risiken beiträgt. Somit ist dies ein möglicher Indikator, der sowohl hitze- als auch wassersensible Stadtentwicklung adressiert. Ein Nachteil ist jedoch, dass aufgrund der baulichen Entwicklungen mit keiner Reduzierung der Versiegelung in Städten zu rechnen ist. Ein Ergebnis der Workshops war, dass ein Bodenversiegelungsindikator grundsätzlich geeignet erscheint, besonders aufgrund der relativ guten Datenverfügbarkeit durch vorhandene Satellitendaten, wobei Genauigkeit und Auflösung noch genauer geprüft werden müssen.

Indikatoren für wasserempfindliche Stadtentwicklung

In städtischen Gebieten führt eine hohe Niederschlagsmenge häufig zu einer Überlastung des Entwässerungssystems und zu Überschwemmungen. Um solche Ereignisse zu verhindern, ist wassersensible Stadtentwicklung ein Leitbild geworden ("Schwammstadt"). Mögliche Indikatoren für wasserempfindliche Stadtentwicklung sind Bodenversiegelung oder versickerungsfähige Oberflächen, maximale Überschwemmungshöhen anhand Starkregenkarten, der Abflusskoeffizient, Wasserretentionsindex oder die Naturnähe des Wasserhaushalts. Der recht komplexe Indikator "naturnaher Wasserhaushalt" wurde in der Diskussion zusammen mit dem einfachen Versiegelungsindikator als besonders vielversprechend eingeschätzt. Der Indikator "naturnaher Wasserhaushalt" beschreibt das Verhältnis von Grundwasserneubildung, Verdunstung und Abfluss (vgl. Merkblatt DWA-M 102-4/BWK-M 3-4). Er wird mit einem Referenzwert verglichen, der eine unbebaute Situation in ähnlicher geografischer und geologischer Umgebung darstellt. Abweichungen vom Referenzwert zeigen eine Abweichung von einem naturnahen Wasserhaushalt. Die Methodik zur Berechnung erfordert jedoch detaillierte Daten, die auf Bundesebene nicht verfügbar sind.

Indikatoren für grüne Infrastruktur

Grüne Infrastruktur ist entscheidend, um thermischen Stress und die Intensität des städtischen Wärmeinseleffekts (UHI) zu mildern. Sie umfasst verschiedene Formen von Grünflächen wie Parks, Gründächer und grüne Wände, die potenziell kühlend wirken. Ein großer Vorteil an Indikatoren zu grüner Infrastruktur ist, dass es hier durch die verschiedenen Ökosystemleistungen viele positive Synergien zu weiteren Zielen der Stadtentwicklung gibt, wie beispielsweise zur gesunden, lebenswerten Stadt. Grüne Elemente reduzieren zudem die Auswirkungen von Starkregen und verbessern die Luftqualität in städtischen Gebieten. Studien zeigen, dass der Aufenthalt auf Grünflächen positive gesundheitliche Effekte hat, wie die Verbesserung des Herz-Kreislauf-Systems, die Förderung der mentalen Gesundheit und die Senkung der Sterblichkeitsrate (z. B. Huang et al. 2017).

Prinzipiell sind viele Ansätze zur Messung von grüner Infrastruktur definiert, wie etwa Zugänglichkeit von Grünflächen, Grünflächenanteil, Grünvolumen, Kronenbedeckung oder Grünversorgung. Wie effektiv das Grün bezogen auf die Reduzierung von Hitzestress ist, hängt von verschiedenen Faktoren wie Wasserverfügbarkeit oder Form und Vernetzung der Grünflächen (z. B. Kirschner et al. 2023) ab. Beispielsweise können dichtgepflanzte Bäume sowohl positive als auch negative Effekte auf den thermischen Komfort und das Mikroklima haben: Tagsüber sorgt ein dichtes Kronendach für viel Schatten und verbessert den thermischen Komfort. Nachts hingegen kühlen baumbestandene Flächen weniger ab als offene Wiesenflächen. Zudem kann in dicht gepflanzten Baumalleen bei stark befahrenen Straßen die Konzentration von Luftschadstoffen aufgrund geringerem Luftaustausch erhöht sein. Die Indikatoren wie Grünflächenzugänglichkeit, Grünversorgung, Grünflächenanteil und Baumbestand erschienen im Expertenworkshop dazu als besonders geeignet, da sie eine hohe Datenverfügbarkeit und einfache Berechnungsverfahren aufweisen, was das bundesweite Monitoring erleichtert. Daher wurden sie in einen übergeordneten Indikator "Hitzevorsorge durch klimaaktives Stadtgrün" zusammengefasst.

Zusammenfassung und Ausblick

Aus den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Komplexität und Querschnittsorientierung der Stadtplanung einen mehrdimensionalen Ansatz erforderlich macht. Besonders geeignet erscheinen die Kern-Indikatoren "Hitzevorsorge durch klimaaktives Grün" sowie "Naturnaher Wasserhaushalt". Für beide werden aktuelle Datensätze auf Bundesebene, die ein Monitoring erlauben, benötigt. Sie werden nun in einem Folgeprojekt entwickelt. In einem ersten Schritt wurden vereinfachte Indikatoren ins Auge gefasst. Die Sub-Indikatoren wie "Zugang zu Grünflächen", "Grünversorgung", "Überschirmung/Baumbedeckung" sowie "Entsiegelung" wurden hier als besonders vielversprechend bewertet, da sie überwiegend mit vorhandenen Daten ungesetzt werden können.

Bevor die Indikatoren bundesweit eingesetzt werden, sollten sie in kleineren Projektgebieten getestet und evaluiert werden. Auch die strukturelle Umsetzung ist noch zu klären: Zusätzliche finanzielle, zeitliche oder personelle Belastung für die Kommunen sollte vermieden werden und der Aufwand für Datenerhebung und -aktualisierung bei den Kommunen gering bleiben. Sinnvoll wäre daher eine zentrale Datenerfassung und -bereitstellung auf Landes- oder Bundesebene.

Räumliche Priorisierung durch Klimaanpassungsgebiete

In den Gesprächen und Workshops wurde diskutiert, dass aufgrund begrenzter Ressourcen eine räumliche Priorisierung notwendig ist, um in besonders gefährdeten und vulnerablen Gebieten eine rasche Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen zu gewährleisten. Ein zusätzlicher Gebietstyp mit Fokus auf Klimaanpassung könnte Maßnahmen als vorrangiges Ziel im Rahmen integrierter städtebaulicher Maßnahmen fördern. Ein möglicher Ansatz wäre, Gebiete mit einem hohen Risiko als Klimaanpassungsgebiete zu definieren, also Gebiete die sowohl eine hohe Gefährdung durch Klimafolgen, als auch eine Vulnerabilität der Bevölkerung aufweisen. Für die Identifikation von besonders gefährdeten Gebieten in den Städten können Stadtklimaanalyse- und Planungshinweiskarte sowie Starkregengefahrenkarten genutzt werden – auch wenn keine bundesweite Verfügbarkeit gegeben ist. Eine bundesweite Abdeckung für die Abschätzung der Gefährdung ließe sich durch die Kombination von Satellitendaten und Klassifizierung von Klimatopen oder Local Climate Zones näherungsweise erreichen.

Innerhalb der kurzen Projektlaufzeit wurden Überlegungen zu Kern- und Initialindikatoren getroffen. Es ist aber auch deutlich geworden, dass die Erprobung der Indikatoren in einem Anschlussprojekt erfolgen muss. Derzeit erfolgt im Auftrag des BBSR entsprechend die Entwicklung der Indikatoren für ein Stadtklima-Dashboard.

Abgestufte Anwendung der Indikatoren

Eine quantifizierende Messung der Zielerreichung von Klimaanpassungsmaßnahmen durch Indikatoren im Bereich der Stadtentwicklung muss der eigenständigen und integrativen Logik von Stadt- und Raumplanung Rechnung tragen. Dazu gehört das grundsätzliche Spannungsfeld einer einheitlichen Erfassung auf Bundesebene und die Umsetzung der Ziele auf lokaler Ebene, unter Wahrung der kommunalen Planungshoheit. Eine besondere Herausforderung stellt insbesondere der bauliche Bestand dar, welcher innerstädtisch in der Regel den größten Handlungsbedarf aufweist, sowie mit einer Vielzahl konkurrierender Ansprüche und fehlenden Flächenressourcen überlagert ist.

Für die Kern- und Teilindikatoren wurde deshalb eine abgestufte Anwendung vorgeschlagen, die eine bundeseinheitliche Erfassung durch vorhandene Datensätze in niedriger Auflösung und die Identifikation von Klimaanpassungsgebieten auf Basis einer Gradienten-Darstellung zur Erfassung von räumlichen Priorisierungsbereichen vorsieht. Im Anschluss sollte die Prüfung, Korrektur und Konkretisierung in höherer Auflösung auf kommunaler Ebene erfolgen. Also dort, wo auch die Umsetzung und Evaluierung der Klimaanpassungsmaßnahmen unter Einbezug der kleinräumigen lokalen Verhältnisse sowie qualitativer Aspekte der Stadtplanung gelingen kann. Da die Kommunen zumeist bereits sehr stark belastet sind, ist eine entsprechende Unterstützung durch Bund und Länder notwendig.

Für die Implementierung der Klimaanpassungsmaßnahmen ist ein prinzipielles Verschlechterungsverbot für alle Stadtbereiche zu fordern, um den Erfordernissen der Vorsorge gegen die Folgen eines sich verändernden Klimas in den Städten Rechnung zu tragen. Für die Klimaanpassungsgebiete als Fokusräume einer zügigen und prioritären Anpassung ist ein Verbesserungsgebot zur Erreichung der Zielwerte der Indikatoren anzustreben.

Anmerkung

Dieser Artikel beruht auf der folgenden BBSR-Online-Publikation, die 2025 erscheinen wird: Jänicke, Britta, Otto, Florian, Burghardt, René, Heinze, Felix, Patel, Nisha, Strasser, Kay, 2024: Entwicklung von messbaren Zielen, Indikatoren und Maßnahmen der Klimaanpassung durch Stadtentwicklung.

Literatur

BMUV – Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz. Bundeskabinett beschließt Anpassungsstrategie an den Klimawandel. Online unter: https://t1p.de/pnyen [Zugriff 11.12.2024]

Feldmeyer, D., Wilden, D., Kind, C., Kaiser, T., Goldschmidt, R., Diller, C., & Birkmann, J. (2019). Indicators for Monitoring Urban Climate Change Resilience and Adaptation. Sustainability, 11(10), 2931. https://doi.org/10.3390/su11102931

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Lesnikowski, A. C., Ford, J. D., Berrang-Ford, L., Barrera, M., & Heymann, J. (2015). How are we adapting to climate change? A global assessment. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 20(2), 277–293. https://doi.org/10.1007/s11027-013-9491-X

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