Enhanced thermal load in urban areas through climate change using the example of Aachen (Germany)

Neumann, Mareike; Schneider, Christoph

doi:5252

Enhanced thermal load in urban areas through climate change using the example of Aachen (Germany) = Thermische Belastung in Stadtgebieten im Zuge des Klimawandels am Beispiel der Stadt Aachen (Deutschland)

Neumann, Mareike (Author)

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mareike Neumann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

UmfangXIV, 154 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Schneider, Christoph (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-10-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52527
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/465384/files/5252.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Klimaänderung (Genormte SW) ; Stadtklima (Genormte SW) ; Hitzebelastung (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; thermal load (frei) ; climate change (frei) ; urban climate (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Vorliegende Arbeit befasst sich mit den Temperaturmustern innerhalb der Stadt Aachen und der Identifizierung potenziell thermisch belasteter Gebiete. Temperaturmessungen, die bei mobilen Messkampagnen erhoben wurden, dienen als Eingangsparameter für ein statistisches Regressionsmodell mittels dessen die Temperaturverteilung in der Stadt Aachen simuliert wird. Signifikante Korrelationen ergeben sich zwischen Lufttemperatur und der Geländehöhe, Gebäudedichte, dem Versiegelungsgrad, und den Wald- und Grünflächenanteilen. Die Analyse für die Monate Mai-September zeigt, dass Industriegebiete mit einem hohen Versiegelungsgrad die höchsten Temperaturen am Tag aufweisen, während dicht bebaute Gebiete in der Innenstadt vor allem abends und nachts hohe Lufttemperaturen begünstigen. Der Vergleich mit Oberflächenstrahlungstemperaturen zeigt eine gute Übereinstimmung der räumlichen Temperaturmuster in weiten Teilen des Stadtgebietes. Daraus lässt sich schließen, dass Oberflächentemperaturen sehr wohl wertvolle Informationen hinsichtlich der Lufttemperatur liefern, auch wenn sie in bestimmten Fällen stark voneinander abweichen können. Ein Multi-Modellensemble regionaler Klimaprojektionen (A1B-Szenario; REMO, COSMO-CLM, WETTREG, STARII) für die Sommermonate Juni, Juli und August wird ausgewertet, um ein mögliches Klimawandelsignal für die meteorologischen Größen Temperatur und Niederschlag bis Ende des Jahrhunderts ausfindig zu machen. Der gesundheitlichen Relevanz hoher Temperaturen in Verbindung mit hoher Luftfeuchtigkeit wird dabei durch die Anwendung der Äquivalenttemperatur als Indikator für Hitzebelastung und zur Identifizierung von Hitzewellen Rechnung getragen. Basierend auf den Medianrealisationen der Modellläufe wird von einer Temperaturzunahme um 3-4 K -einhergehend mit einer stärkeren Streuung der Temperaturen- ausgegangen, was zu häufigeren und länger andauernden Hitzewellen führt. Eine Veränderung bezüglich der Hitzewellen-Intensität konnte nicht festgestellt werden. Abnehmende sommer-liche Niederschläge und ein vermehrtes und längeres Auftreten von Trockenperioden können zudem zu Ernteeinbußen und zunehmendem Bedarf an künstlicher Bewässerung führen. Die Hitzewellen, die zwischen 1971 und 2000 identifiziert wurden, traten bei gemischten und meridionalen Zirkulationstypen auf. Die Modelldaten geben Hinweise darauf, dass in Zukunft diese Wetterlagen mit einem Hoch über Mitteleuropa und Ostwetterlagen auf Kosten zonaler Zirkulationsmuster zunehmen, was ein weiteres Indiz für vermehrte Hitzebelastung in der Zukunft ist.

This study addresses the air temperature distribution within the city of Aachen to identify those areas where high levels of thermal load are likely to be observed. Therefore, a mobile measurement network is set up. The observations are used to model air temperature patterns for the whole city area by a statistical regression approach. Significant correlations are determined between air temperature and terrain height, building density, surface sealing, forest and green spaces. The analysis for the months May-September shows that the UHI is most pronounced in industrial areas with a high degree of surface sealing during daytime while the inner-city residential quarters with a dense building structure show the highest thermal load during the evening. The spatial structure of the modeled temperature distribution is in accordance with the spatial structure of the surface radiant temperatures from a thermal image over wide areas of Aachen supporting the idea that surface temperature airborne data also deliver useful information regarding patterns of air temperature. A multi-model ensemble of regional climate projections (A1B scenario; REMO, COSMO-CLM, WETTREG and STARII) is used to estimate the climate change signal in terms of temperature and precipitation for the summer months June, July and August until the end of the current century. Since the combination of heat and high moisture content in the ambient air is assumed to adversely affect human health, the equivalent temperature is employed as an indicator for heat stress. It is applied to identify heat waves. Based on the median realizations of the model runs, further warming of 3-4 K and an increase in variance may provoke heat waves that are likely to last longer and occur more often in future whereas their intensity has not been found to change significantly. An increasing number of heat waves is concurrent with a decreasing amount of rainfall in the summer months until 2100. Analog to heat wave events dry periods are expected to occur more often and to last longer compared to the period of 1971–2000 which may cause failure of crops and an increasing demand of irrigation water. Mixed and meridional circulation types can be ascertained to the heat waves identified for the period of 1971 to 2000. Weather types with a high pressure center over Central Europe and eastern weather types bringing warm and dry air to Europe are likely to increase at the expense of westerly weather types. The finding indicates an amplification of heat load in future due to the variability of weather types with global climate change.

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