Ein wichtiger Aspekt heutiger Stadtplanung ist der Einfluss des Klimawandels auf das städtische Klima und damit das Wohlbefinden der Stadtbewohner. Das hier vorgestellte Projekt zielt darauf ab, die kombinierten Auswirkungen von Klimawandel und stadtplanerischen Maßnahmen auf das Stadtklima herauszuarbeiten. Diese Untersuchungen wurden mit Hilfe des regionalen Klimamodells COSMO-CLM, gekoppelt mit dem detaillierten Boden-Vegetationsmodell (SVAT) Veg3d, für die Stadt Stuttgart und ihr Umland durchgeführt. Die städtische Bebauung wurde durch eine genauere Landnutzungsklassifizierung und den zusätzlich eingebauten anthropogenen Wärmeeintrag in Veg3d erfasst. Es wurden gekoppelte Simulationen mit einem horizontalen Gitterboxabstand von 0.025° (ca. 2.8 km) für einen Kontrollzeitraum (1981-2010) und einen Projektionszeitraum (2021-2050) durchgeführt. Um die Spannweite des Einflusses städtischer Bebauung auf das lokale Klima zu untersuchen, wurden verschiedene stadtplanerische Szenarien verwendet: die Referenzprojektion beinhaltet die (gegenwärtige) Landnutzung des Kontrolllaufes, um den alleinigen Effekt des Klimawandels zu quantifizieren. Für den Projektionszeitraum wurde ein ‚worst case‘ Szenario (WCS) mit einer Zunahme und Verdichtung der bebauten Flächen entwickelt. Ergänzend wurde ein ‚best case‘ Szenario mit einer Erweiterung entsiegelter Flächen und reduziertem Energieverbrauch erstellt, welches allerdings nur für den Zeitraum 2021-2025 gerechnet werden konnte.

Um die erfolgreiche Implementierung der Änderungen an Veg3D zu testen, wurden zunächst stand-alone-Simulationen durchgeführt, bei denen das Bodenmodell von Atmosphärendaten eines vorherigen gekoppelten Laufes angetrieben wird, aber keine Rückwirkung auf die Atmosphäre hat. Wie erwartet ergab sich eine mittlere Zunahme der Bodentemperatur von ca. 3 K in den obersten Schichten bei Berücksichtigung von anthropogener Wärme. Hierbei zeigte sich jedoch, dass die Temperatur in den tieferen Schichten nach einem Jahr noch einen Trend aufweist, weshalb für den Kontrolllauf ein zyklisches Einschwingen von Veg3D vorgenommen wurde. Dazu wurde Veg3D von den atmosphärischen Daten eines gekoppelten Laufes des ersten Simulationsjahres 1978 viermal hintereinander zyklisch angetrieben. In einem weiteren Schritt wurden in den stand-alone-Simulationen die Auswirkungen des ‚best case‘ und ‚worst case‘ Szenarios getestet. Sie resultierten in einer mittleren Temperaturabnahme von ca. 2.5 K (best case szenario) bzw. einer Temperaturzunahme um ca. 1 K (worst case szenario) gegenüber der Referenzsituation.

Die gekoppelten Simulationen ergaben für das Stadtgebiet Stuttgart und die untersuchten Zeiträume eine Zunahme der mittleren Temperatur von etwa 0.7 K gegenüber dem Kontrollzeitraum. Im ‚worst case‘-Szenario erhöhte sich diese Zunahme um maximal 0.1 K (im Flächenmittel war praktisch keine Änderung zu beobachten). Geringfügige Änderungen durch den Klimawandel traten außerdem für Globalstrahlung, spezifische Feuchte und Gesamtbewölkung auf.

Für das gesamte Untersuchungsgebiet, also die Stadt Stuttgart und ihre nähere Umgebung, ergaben sich an einzelnen Gitterboxen mit geänderter Landnutzung Unterschiede, die im Bereich des Klimawandelsignals und darunter liegen. Dort war jedoch bereits das Klimawandelsignal klein, was die Relevanz der Änderungen, die auf die Bebauungsszenarien zurückzuführen sind, schmälert.

Als Ergebnis dieser Studie lässt sich festhalten, dass der Klimawandel das Stadtklima Stuttgarts auf der Skala von Stadtquartieren, also im Kilometerbereich, stärker prägen wird als Bebauungsänderungen. Lokal- und mikroklimatisch (d.h. auf räumlichen Skalen im Bereich von Metern) können sich durch Bebauungsänderungen allerdings sehr wohl Unterschiede mit Auswirkungen z.B. auf Wärmebelastung, Wohnqualität und Gebäudeenergiebedarf ergeben. Solche Untersuchungen wären mit mikroskaligen Modellen unter Verwendung der hier erstellten Daten möglich. Insgesamt bestätigt sich, dass Bebauungsverdichtung die Wärmebelastung erhöht, Auflockerung dagegen reduziert. Auswirkungen der Bebauungsänderungen auf den Niederschlag sind nicht zu erkennen, ebenso wenig Auswirkungen auf das gesamte Stadtgebiet.

Die hier erzielten Ergebnisse müssten in verschiedener Hinsicht weiter abgesichert werden; auf den sich aus dieser Studie ergebenden weiteren Forschungsbedarf wird in Abschnitt 10 eingegangen