Projekt 37993/01

Planetary Health Modell zur Reduktion von Hitzestress auf Quartiersebene

Projektdurchführung

Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
Permoserstr. 15
04318 Leipzig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Ziel des 17-monatigen Projektes war eine Operationalisierung des Planetary Health Konzeptes auf Quartiersebene, um damit einen Beitrag zur Entwicklung gesundheits- und klimaresilienter Quartiere zu leisten. Das Quartier als wichtige Interventionsebene wird auch im Umweltgutachten des Sachverständigenrates für Umweltfragen der Bundesregierung hervorgehoben (SRU 2020, Kap.7). Ausgehend von verschiedenen urbanen Skalen steht vor allem der Hitzestress auf der Quartiersebene unter Beachtung individueller Lebensbedingungen im Fokus der Untersuchung. Dazu wurden quartiersbezogene Modellierungen des Mikroklimas und sozialwissenschaftliche Analysen kombiniert. Erste Vorarbeiten der Antragsteller zur lokalen Wohn- und Lebensqualität erfuhren dadurch eine gezielte Weiterentwicklung. Die angestrebten Ergebnisse wurden dem Wohnungsunternehmen LWB (Leipziger Wohnungs- und Baugesellschaft), städtischen Ämtern sowie vor Ort tätigen NGOs und klein- und mittelständischen Unternehmen (KMU), die in der Quartiersentwicklung engagiert sind, zur Verfügung gestellt. Der intensive Austausch und die existierende enge Zusammenarbeit mit Praxispartner*innen im Sinne von Co-design und Co-creation haben zur Erfüllung der im Projekt zu verfolgenden Ziele beigetragen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Projektarbeit umfasste folgende Arbeitsschritte (AS):

AS1: Vorbereitung mikrometeorologischer Simulationen des Stadtklimas für die gesamteStadt Leipzig, einschließlich des human-biometeorologischen Moduls zurBestimmung der gefühlten Temperatur (PET, Strahlungstemperatur, etc.); Aufbereitung benötigter Inputdaten zu Bebauungsstruktur, Vegetation, Bodentypen und Wasserkörper (1-10 m räumliche Auflösung); Zusammenstellung der relevanten sozialwissenschaftlichen und mobilen Messdaten; Auswahl eines geeigneten Simulationszeitraumes.

AS2: Identifikation geeigneter Untersuchungsquartiere: Großwohnsiedlung am Stadtrand (Leipzig Grünau-Nord), innerstädtisches Wohnquartier (Kolonnadenviertel); Vorbereitung feiner aufgelöster Simulationen (1-2 m) der ausgewählten Untersuchungsquartiere.

AS3: Basierend auf der Sekundärauswertung von Befragungsdaten zur Hitzewahrnehmung und Anpassung erfolgte eine Definition von möglichen Anpassungsszenarien, die im Stadtklimamodell implementiert und mit Hilfe der unter AS1 und AS2 vorbereiteten Setups simuliert wurden.

AS4: Bewertung der Szenarien-Ergebnisse hinsichtlich Hitzestressreduktion, stadtklimatischer Auswirkungen und Einfluss auf das Ökosystem Stadt; Analyse der Unterschiede in verschiedenen Quartieren zur Verallgemeinerung und Übertragbarkeit der Ergebnisse; Priorisierungsempfehlungen hinsichtlich Anpassungsmaßnahmen für Praxispartner*innen.

AS5: Entwicklung Designkonzept für grüne Infrastruktur mit verschiedenen; hierbei besonderer Fokus auf Standort und Anordnung von Vegetation inklusive Beachtung der Baumart und deren Widerstandskraft gegenüber Umweltänderungen.

AS6: Identifikation von Schlüsselfaktoren aus AS4 und AS5 innerhalb verschiedener Planetary Health Bereiche (z. B. menschliche Gesundheit, urbanes Ökosystem, soziale Faktoren, Bebauung etc.) und Skalen mit besonderem Fokus auf die Quartiersebene; Entwicklung eines konzeptionellen Zugangs zu Planetary Health auf der Quartiersebene und Zusammenführung der Ergebnisse in Form eines interaktiven „Methoden-Baukastens“.

AS7: Rückspiegelung der Ergebnisse an Praxispartner*innen und Bewohner*innen sowie adressatengerechte Kommunikation der Ergebnisse; intensiver Austausch im Rahmen von zwei Arbeitskreissitzungen, Publikation in einschlägigen Fachzeitschriften.

Folgende Methoden wurden angewendet:

- Mikrometeorologische Simulationen: PALM-4U
- Befragungen: Sekundärauswertungen + eigene Erhebungen
- Kommunaldaten: Leipziger Kommunalstatistik (z.B. Altersstruktur in statistischen Blöcken)
- Expertengespräche mit Repräsentant*innen städtischer Ämter und mit KMUs
- Partizipative Austauschformate mit Wissenschaftler*innen und Praxisvertreter*innen im Visualisierungszentrum des UFZ (VisLab)



Ergebnisse und Diskussion

Basierend auf dem Planetary Health-Modell von French et al. (2021) sollte im Rahmen des Projektes zunächst ein eigenes Planetary Health-Verständnis entwickelt werden, um die für individuellen Hitzestress wichtige Quartiersebene darin zu integrieren. Auf der einen Seite hängt der individuelle Hitzestress von den globalen natürlichen Systemen ab. Auf der anderen Seite beeinflussen diese wiederum verschiedene nachgeordnete Skalen bis hinunter zur Quartiersebene und zum Individuum. Im System Stadt überlagern sich verschiedene Skalenebenen (z.B. Stadt-Ortsteil-Quartier-Individuum), auf denen es unterschiedliche Handlungsfelder gibt, die auf jeder Ebene miteinander zusammenwirken und eine unterschiedliche Gewichtung haben. Speziell für Hitzestress relevant und in Anlehnung an French et al. (2021) haben wir die Handlungsfelder Soziodemographie, Mikroklima, Bebauung und Gesundheit als für die Quartiersebene besonders wichtige Treiber definiert. Alle enthalten sehr verschiedene Daten/Informationen und müssen durch unterschiedliche methodische Zugänge (sozialwissenschaftlich, naturwissenschaftlich) erfasst werden (Abb. 1).
Hier stellte sich die Frage, inwiefern diese Methoden miteinander verknüpft und geeignet kommuniziert werden können, um Schlüsselfaktoren und Empfehlungen zur Reduktion von Hitzestress zielgruppenspezifisch vermitteln zu können. Aus diesem Grund haben wir, neben den 4 erwähnten Handlungsfeldern, Kommunikation als 5. wichtigen Bereich und Schnittstelle („boundary object“, siehe Helbig et al., 2023) zwischen den verschiedenen methodischen Zugängen identifiziert. Dies resultiert auch aus der Diskussion mit Praxispartner*innen (Arbeitskreis), in der stets darauf hingewiesen wurde, dass eine geeignete Kommunikation mit den Bürger*innen, aber auch intern, entscheidend sei, um zielgerichtete Anpassungsmaßnahmen umsetzen zu können (bspw. auch Hitzeaktionspläne). Da das Zusammenspiel der einzelnen Handlungsfelder und die verschiedenen Methoden an ein Baukastensystem angelehnt sind, bezeichnen wir die entsprechende Schnittstelle als einen „Methoden-Baukasten“ (Abb. 2), der als interaktives Web-Tool konzipiert wurde und öffentlich verfügbar ist unter https://web.app.ufz.de/MethBox_Hitze_Gruenau.

Der erarbeitete interaktive Methoden-Baukasten (Abb. 2) umfasst:

1. Stadtklimasimulationen mittels PALM-4U (beispielhaft für 2 Quartiere in Leipzig). Dafür wurden verschiedene Anpassungsszenarien definiert und deren Einfluss auf die Umgebung (Temperatur, Luftfeuchte, Physiologisch Äquivalente Temperatur, etc.) analysiert. (Ergebnisse siehe Kabisch et al., 2023)

2. Ergänzend zu den mikroklimatischen Simulationen wurde eine Attributierungsmethodik der lokalen Hitzeursachen auf die Modellergebnisse angewendet (Methodik in Hertel & Schlink, 2019 beschrieben) und ebenfalls im Visualisierungstool dargestellt. Dies ermöglicht eine sehr genaue quantitative Zuordnung der jeweils verantwortlichen Ursachen zur lokalen Überwärmung. Zusätzlich zeigt die Analyse verschiedener Szenarien, welche Implikationen sich daraus für entsprechende Anpassungsmaßnahmen ergeben.

3. Für die Bewertung der Betroffenheit vulnerabler Bevölkerungsgruppen nutzt der Baukasten soziodemographische Daten auf Blockebene, die von der Kommunalstatistik bereitgestellt wurden. Diese Daten wurden mit den Karten der gefühlten Temperatur verschnitten und machen deutlich, an welchen Orten dringender Handlungsbedarf für eine Minderung von Hitzestress besteht. (Ergebnisse siehe Buchbeitrag von Hertel et al., 2024 und Kabisch et al., 2024)

4. Quantitative und qualitative Ergebnisse aus Befragungen und Interviews mit Bewohner*innen und Expert*innen aus relevanten Stakeholdergruppen, die die subjektive Wahrnehmung von Hitzestress gruppenspezifisch ausweisen sowie eine Priorisierung von Anpassungsmaßnahmen im Wohnumfeld verdeutlichen, präzisieren den Zugang auf der Quartiersebene. (Ergebnisse siehe Hertel et al., 2024 und Helbig et al., 2023)

5. Zur besseren Kommunikation und Visualisierung der tatsächlichen lokalen Wärmebelastung der Bewohner*innen wurden Karten der „gefühlten Temperatur“ in hoher räumlicher Auflösung (2m, physiologisch äquivalente Temperatur) erstellt. Die gewonnenen Simulationsergebnisse wurden mit Hilfe eines interaktiven Visualisierungstools in Kartenform für einen Beispieltag im Hochsommer (stündliche Auflösung, 12.08.2022) zugänglich gemacht. Diese Kartendarstellungen wurden durch 3D-Visualisierungen möglicher Szenarien zur Hitzevermeidung ergänzt (Kooperation mit dem BMBF-Projekt uVITAL) und in 2 Workshops mit dem Arbeitskreis zur urbanen Hitzeanpassung diskutiert (Ergebnisse siehe Helbig et al., 2023).



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden auf 8 Konferenzen, Workshops und Podiumsdiskussionen vorgestellt und in 3 wissenschaftlichen Publikationen der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. In zwei Interviews des Rundfunks wurde das Projekt und seine Ergebnisse besprochen. Mit den Praxispartnern fand im Visualisierungslabor des UFZ im Rahmen von zwei Arbeitskreisen ein intensiver fachübergreifender Austausch zwischen Wissenschaftler*innen und Prasixvertretern und Gästen statt. Eine vor und nach der Veranstaltung durchgeführte Befragung bei den Anwesenden zu ihren Erwartungen an das Arbeitskreistreffen zeigte die hohe Zufriedenheit mit den Ergebnissen. Insbesondere die Web-Applikation wurde als sehr nützlich hervorgehoben. Eine deutliche Mehrheit konnte sich eine Anwendung im Arbeitsalltag vorstellen.

Publikationen:
Helbig, C., Pößneck, J., Hertel, D., Sen, Ö.O. (2023): Potential of 3D visualisation and VR as boundary object for redesigning green infrastructure - a case study. In: Dutta, S., Feige, K., Rink, K., Zeckzer, D. (eds.), Proceedings of Workshop on Visualisation in Environmental Sciences (EnvirVis) (2023). The Eurographics Association, Geneva, p. 41 – 49

Kabisch, S., Schlink, U., Hertel, D., Pößneck, J. (2023): Lokalem Hitzestress im Quartier zielgenau begegnen. 3D-Stadtklimasimulationen zur Gestaltung schattiger und einladender Grünräume. Transforming Cities 3, 66 – 70

Hertel, D., Pößneck, J., Kabisch, S., Schlink, U. (2024): Hitzestress in Stadtquartieren – Methodik und empirische Belege unter Nutzung des Planetary-Health-Ansatzes. In: Kabisch, S., Rink, D., Banzhaf, E. (Hrsg.) Die resiliente Stadt : Konzepte, Konflikte, Lösungen. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, S. 247 - 266

Kabisch, S., Pößneck, J. (2024): Wenn die Existenz auf dem Spiel steht – Zum Umgang mit Krisen auf Quartiersebene am Beispiel von Großwohnsiedlungen. In: Kabisch, S., Rink, D., Banzhaf, E. (Hrsg.)
Die resiliente Stadt : Konzepte, Konflikte, Lösungen. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, S. 127 - 141


Fazit

Das Projekt war ein neuartiges Vorhaben, das sozialwissenschaftliche Methoden (Befragungen, Auswertungen der Kommunalstatistik, etc.) mit naturwissenschaftlichen Ansätzen (Stadtklimasimulation, thermischer Komfort etc.) kombiniert hat, um neues Wissen und Methoden zu generieren, die helfen, Hitzestress auf Quartiersebene besser und zielgerichteter zu begegnen. Als Syntheseprodukt erfolgt die Zusammenführung der verschiedenen methodischen Zugänge in Form eines interaktiven „Methoden-Baukastens“. Dieser wurde in das Planetary Health-Konzept eingebettet, um Schlüsselfaktoren für eine gezielte Hitzestressreduktion auf Quartiersebene zu identifizieren.
Zusätzlich ermöglicht der Baukasten, zusammen mit den simulierten Szenarien verschiedener Quartiersbegrünungen, Vorschläge hinsichtlich des Designs von grüner Infrastruktur abzuleiten. „Real World“-Probleme erfordern solch inter- und transdisziplinäre Herangehensweisen, indem verschiedene methodische Zugänge bereits bei der Projektkonzeption mitgedacht werden. Dies verlangt einen permanenten Austausch der einzelnen Akteure, um das verwendete Modell entsprechend zu adjustieren. Das hier vorgestellte Projekt stellt somit einen innovativen Versuch dar, diese Art wissenschaftlichen Herangehens auf komplexe Problemstellungen anzuwenden und einen Mehrwert für eine gezielte Hitzestressreduktion zu liefern.