Temperaturabhängige Sorptionskapazität in teilversiegelten Böden
Stipendiat:
Antragsteller: Wessolek (TU)
Co-Antragsteller: Stoffregen (TU)
Kennwort: Bodenwasserhaushalt
Fragestellung
Ziel dieses Teilprojekts ist es, Aussagen zum Bodenwasserhaushalt urbaner Standorte unter den gegenwärtigen und zukünftigen Klimabedingungen abzuleiten. Damit soll versucht werden, die Funktion der teilversiegelten Flächen und Freiflächen als Ausgleichsraum für das Stadtklima herauszuarbeiten.
Die Prognosen zum globalen Klimawandel gehen davon aus, dass Hitzeperioden an Häufigkeit und Stärke zunehmen werden (IPCC 2001). Diese Veränderungen kommen insbesondere in Städten zum Tragen und wie z.B. der Jahrhundertsommer von 2003 zeigte, wird die Lebensqualität und Gesundheit der Stadtbewohner erheblich beeinträchtigt (Martens 1998). Kommunen stehen somit vor der Aufgabe in ihren Entwicklungs- und Planungsvorhaben den klimatischen Ausgleichsfunktionen verstärkte Beachtung zu schenken.
Auf das Mikroklima haben die thermischen und hydraulischen Eigenschaften von Böden einen maßgeblichen Einfluss. Einerseits fungiert der Boden direkt als ein Wärmespeicher, andererseits beeinflussen die physikalischen Bodeneigenschaft das Verdunstungspotenzial der Vegetation (Richter, 1986).
In der ersten Phase des Graduiertenkollegs beschäftigte sich das bodenkundliche Teilprojekt mit den Wasser- und Stoffhaushalt von teilversiegelten Flächen. In der zweiten Förderungsphase stehen seit April 2005 die thermischen und hydraulischen Eigenschaften von Ruderalböden im Fokus von Teilprojekt 5. Dabei wird der Einfluss von technogenen Skelett (Trümmerschutt, Gleisschotter) auf den Wasser- und Energiehaushalt untersucht. In Freilandmessungen wurde das Wasser- und Temperaturregime von Trümmerschuttböden beobachtet und modelliert. Der kombinierte Einsatz von geophysikalischen Methoden dient zur Ermittlung der räumlichen Verteilung von Bodeneigenschaften und mittels numerischer Modellierung werden c die Transportprozesse für Wasser- und Energie simuliert.
Während somit in den vorangegangenen GRAKO Teilprojekten das Verständnis der Eigenschaften und Prozesse in urbanen Böden im Vordergrund steht, soll die dritte Förderungsphase dazu genutzt werden, um die Rolle der urbaner Böden und Standorte im Klimageschehen einer Metropole zu beurteilen. Für diese Untersuchung sollen im stark verdichteten innerstädtischen Raum mehrere Testgebiete, die eine besondere stadtklimatische Relevanz (z.B. als Wärmeinsel, Frischluftzone oder -schneise) besitzen, mittels bodenkundlicher Methoden und Modellen untersucht und beurteilt werden. Es steht die Frage im Mittelpunkt, wie die Bodeneigenschaften und die daraus resultierenden Standortfaktoren die klimatische Ausgleichsfunktion dieser Gebiete beeinflussen. Dazu müssen die Variabilität der Standortbedingungen (Substrataufbau, Bodenwassergehalte) und die zugehörigen bodenhydraulischen Kennwerte bekannt sein. Dies ist die Grundlage für die Modellierung des Bodenwasserhaushalts urbaner Flächen. Mit den Informationen werden komplexe Modelle (z.B. HYDRUS, SWAT) für unterschiedliche Standortbedingungen entwickelt und anschließend der Wasserhaushalt der Standorte simuliert. Daraus sollen Algorithmen abgeleitet werden, die mittels flächenhafter Kennwerte zu den Standorteigenschaften (Bodenart, Grundwasserflurabstand, Versiegelungsstufe) und dem Witterungsverlauf (Niederschläge, potenzielle Verdunstung) eine Berechnung der realen Verdunstung und Wärmeströme ermöglichen. Das Ziel ist die Entwicklung von Berechnungsverfahren für unterschiedliche urbane Standorte, mit denen die Folgen von Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt der Testgebiete berechnet werden kann. Durch die Anwendung der Berechnungsverfahren auf die Testgebiete kann das Potenzial dieser urbaner Standorte zur Minderung von Klimaextremen durch Verdunstung und Wärmespeicherung bilanziert und verglichen werden. Dafür werden Informationen zur Verteilung der urbaner Standorte und deren Eigenschaften benötigt, die aus der Zusammenarbeit mit den anderen Teilprojekten stammen (z.B. flächenhafte Inventarisierung und Ermittlung der entsprechenden Kennwerte) bzw. in bestehenden Datenbanken und Karten (Umweltatlas Berlin) vorliegen.
Mit dem Berechnungsverfahren und der Inventarisierung ist das Projekt in der Lage, den Bodenwasserhaushalt der Testgebiete darzustellen und Aussagen zur ihrer klimatischen Ausgleichsfunktion für gegenwärtige und zukünftige Bedingungen zu machen. Direkte quantitative Aussagen zum resultierenden Mikroklima sind dadurch zwar nicht möglich, aber im Vergleich der Gebiete kann ihre gegenwärtige und zukünftige stadtklimatische Relevanz bestimmt werden. Es sollen dabei sowohl die langfristigen Änderungen im Witterungsverlauf als auch die Reaktion auf Extremereignissen beschrieben werden. Grundlage der Szenarien sind Klimaprognosen des Potsdamer Instituts für Klimafolgeforschung (PIK).
Dieses recht umfangreiche Untersuchungsprogramm ist nur möglich, weil es auf die Arbeiten der erfolgreich bis 2007 verlängerten DFG-Forschergruppe "INTERURBAN: Systemverständnis: Wasser- und Stoffdynamik urbaner Standorte" (Sprecher: G. Wessolek) abgestimmt ist. Es bietet sich hier eine enge Zusammenarbeit mit der Interurbangruppe "Geo" an, die sich auf geophysikalische Meßmethoden spezialisiert hat. Innerhalb des Graduiertenkollegs ist das Teilprojekt zur Vernetzung mit Vorhaben der Klimatologie, Fernerkundung, Hydrologie und Geografie angewiesen.
Thema der geplanten Dissertation
Bodenwasserhaushalt urbaner Standorte unter sich ändernden Klimabedingungen