Digitale Zukunft nachhaltig gestalten
Stellen Sie sich vor, Sie sind Mitglied der Verwaltungsleitung einer durchschnittlichen mittelgroßen deutschen Stadt mit 50.000 Einwohnern. Die drängenden Probleme von heute erfordern Ihre Aufmerksamkeit – das steigende Haushaltsdefizit, Unterbringung von Geflüchteten, Schaffung von Wohnraum und Schulen. Andererseits erfordert der Klimawandel und seine Folgen langfristige und vorbeugende Maßnahmen, die heute noch nicht ihre volle Wirkung entfalten. Zudem liegen kaum Daten zur Klimaentwicklung in Ihrer Gemeinde vor. Die Argumente, wieso nun gerade für „abstrakte" Klimaanpassungsmaßnahmen öffentliche Gelder ausgegeben werden sollten, scheinen in der politischen Diskussion hinsichtlich der akuten Themen nachrangig. Ohne Daten können Sie die Dringlichkeit und Sinnhaftigkeit von Klimaanpassung gegenüber dem Stadtrat, der Bevölkerung und der Presse schwer vermitteln. Diese Situation verdeutlicht die komplexe Realität, der sich Kommunen heute gegenübersehen.
Klimadaten für Deutschland zeigen zwar die Dringlichkeit des Problems, dennoch ist es schwierig für Kommunen in eine klimagerechte Zukunft zu investieren, da die lokale Datengrundlage fehlt. Fakten wie eine Verdreifachung der „Heißen Tage“ (Tage über 30 °C) in Deutschland seit 1950 bis 2021[1] transferieren sich nicht automatisch in zielgerichtete Anpassungsmaßnahmen, da die lokale Ausprägung des Temperaturanstiegs ungenau ist. Wo wird es besonders heiß im Stadtgebiet? Wo drohen Keller durch Starkregenereignisse vollzulaufen? Wo genau droht Wasserknappheit durch ein Absinken des Grundwasserspiegels?
Diese Fragen beschäftigen Klimaschutzmanager und politische Entscheidungsträger und Bürgerinnen und Bürger gleichermaßen. Es ist nicht nur offensichtlich, dass Maßnahmen zur Sicherung der Lebensqualität der Bürger und Widerstandsfähigkeit der Kommunen unternommen werden müssen, sondern auch explizit vom Gesetzgeber gewünscht[2]. Wie können Kommunen also Klimafolgen verstehen und ihren Herausforderungen begegnen?
Klimafolgen verstehen: Was kommt auf die Kommunen zu?
Wetterextreme prägen das Leben in Städten auf immer stärkere Weise. Ein Großteil der Städte und Gemeinden ist mehrmals pro Jahr von Starkregen, Hitze- und Dürreperioden betroffen. Bekannt ist auch, dass die Intensität und die Häufigkeit solche extremen Ereignisse zunehmen. Starkregen und Überflutungen stellen eine der gravierendsten Bedrohungen dar. Wenn innerhalb weniger Stunden Niederschlagsmengen fallen, die normalerweise über Wochen verteilt auftreten, können selbst gut ausgebaute Entwässerungssysteme an ihre Grenzen stoßen. Die Flutkatastrophe im Ahrtal 2021 hat auf tragische Weise gezeigt, welche verheerenden Folgen extreme Niederschläge haben können.
Gleichzeitig nehmen Hitzeperioden zu, die besonders in dicht bebauten städtischen Gebieten problematisch werden. Der sogenannte Wärmeinseleffekt (auch Urban Heat Island) verstärkt sich, wenn versiegelte Flächen Wärme speichern und nachts nur langsam abgeben. Damit ist der Wärmeinseleffekt eine menschengemachte Veränderung des lokalen Klimas, welche deutliche Auswirkungen auf die Umwelt- & Lebensqualität der Bürgerinnen und Bürger hat[3]. Hohe Temperaturen und anhaltende Hitzewellen stellen dabei insbesondere eine Belastung für vulnerable Gruppen der Gesellschaft dar. Besonders gefährdet sind ältere Menschen, Kleinkinder und Menschen mit Vorerkrankungen. Es ist statistisch belegt, dass in besonders heißen Perioden vor allem diese Personengruppen häufiger an Dehydrierung, Hitzschlag leiden und gegebenenfalls vorliegende chronische Krankheiten sich verschlimmern. Ebenfalls berichten das Bundesministerium für Gesundheit und das Robert-Koch-Institut von einer erhöhten Mortalität aufgrund von Hitze in Deutschland (Sterbefälle aufgrund von Hitzestress)[4].
Auch Einrichtungen wie Krankenhäuser sind durch die Hitze stark belastet, da nicht nur mehr Personen wegen Dehydrierung oder Hitzeschlag behandelt werden müssen, sondern auch weil Hitze den bestehenden Patienten und dem behandelnden Personal stark zusetzt und die Genesung, beziehungsweise Arbeit erschwert[5]. Auf diese ernste Lage reagierte das BMG 2023 mit einem „Hitzeaktionsplan für Deutschland“, welcher Länder und Kommunen anhält die Daseinsfürsorge für Bürgerinnen und Bürger unter dem Aspekt Hitzeschutz zu verstärken[6].
Dürreperioden bringen wiederum andere Probleme mit sich. Wasserknappheit kann die Trinkwasserversorgung gefährden, während trockene Böden die Vegetation belasten und das Stadtklima zusätzlich aufheizen. Diese verschiedenen Extremereignisse können sich gegenseitig verstärken und erfordern neue und integrierte Lösungsansätze.
Das Stadtklima und seine Einflussfaktoren
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Wärmeinsel Effekt (UHI): Beschreibt die Beobachtung, dass es in Städten und urbanen Regionen wärmer ist als im Umland. Dies liegt an den städtebaulichen Eigenschaften einer Stadt. Städte sind, verglichen zum Umland, dichter bebaut, weisen viel versiegelte Fläche und weniger Grünflächen sowie Schatten auf; haben eine geringe Luftzirkulation und eine erhöhte Luftbelastung.
Die „Überwärmung“ der Stadt entsteht in erster Linie durch Abstrahlungseffekte (Albedo): Gebäude, Ziegel und dunkle Materialien wie Dächer absorbieren Sonnenstrahlung schlecht, folglich heizen sich diese tagsüber sehr auf und Speichern die Wärme bis in die Nachtstunden. Infolgedessen kühlt sich die städtische Umgebung auch weniger schnell ab. Der Temperaturunterschied zwischen städtischen und ländlichen Gebieten kann beträchtlich sein. Studien zufolge kann dieser bis zu 10 °C betragen[7]. Den Effekt gibt es in fast allen Städten weltweit, auch in kleineren Kommunen mit unter 100.000 Einwohnern. Das Problem besteht das ganze Jahr über, nicht nur im Sommer [8].
Smart City: Technologie im Dienst der Klimaanpassung
Technologien und digitale Systeme, die diese und andere Herausforderungen adressieren, werden unter dem Ansatz Smart City subsumiert. Smart City bezeichnet die Anwendung digitaler Tools, die für einen strategischen, partizipativen und integrierten Ansatz sowohl zur Bewältigung neuer Herausforderungen als auch zur Nutzung neuer Handlungsmöglichkeiten in der Stadtentwicklung kombiniert werden. Kernelement ist die Vernetzung von Datenströmen und Systemen, um datenbasierte Entscheidungen zu ermöglichen und die Lebensqualität der Bürgerinnen und Bürger zu verbessern.
Im Kontext der Klimafolgeanpassung bedeutet dies, dass Kommunen verschiedene Technologien und Datenquellen nutzen, um Klimarisiken besser zu verstehen, vorherzusagen und darauf zu reagieren. Sensoren messen kontinuierlich Umweltdaten, künstliche Intelligenz analysiert perspektivisch komplexe Muster, und vernetzte Systeme können automatisch auf Veränderungen reagieren.
Ein zentraler Baustein ist dabei die Datensammlung und -analyse. Stellen Sie sich ein Netzwerk von Sensoren vor, die in der ganzen Stadt verteilt sind und kontinuierlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Luftqualität und weitere Parameter messen. Diese Daten fließen in Echtzeit in ein zentrales System, wo sie analysiert und für verschiedene Anwendungen nutzbar gemacht werden.
Konkrete Anwendung: Urbanes Hitze-Monitoring durch das msg.ThermIQ
Gegen die zunehmende Hitzebelastung in Städten hat msg systems zusammen mit der Gemeinde Ismaning ein intelligentes Überwachungssystem entwickelt. Durch die Kombination von Temperaturmessungen durch Sensoren, Abstrahlungswerten von Oberflächen und Satellitendaten kann nicht nur die Lufttemperatur für den ganzen Ort berechnet werden, sondern auch die gefühlte Hitzebelastung. Diese Daten helfen dabei, Hitzeinseln zu identifizieren und gezielte Anpassungsmaßnahmen zu planen. Mehr dazu finden Sie hier: msg.ThermIQ | msg
Weiter Anwendungsmöglichkeiten: Intelligente Grünflächenmanagement
Grünflächen spielen eine entscheidende Rolle bei der Klimaanpassung, da sie sowohl zur Kühlung als auch zur Regenwasseraufnahme beitragen. Smart City Technologien ermöglichen es, diese Flächen optimal zu bewirtschaften. Bodenfeuchtesensoren messen den Wasserbedarf von Pflanzen, ergänzend werden Wetterprognosen herangezogen, um die kommunale möglichst ressourcenschonend anzupassen. Manuelle Pflegeaufwände durch vor-Ort Begutachtung können so erheblich reduziert werden.
Zukunftsperspektiven und Weiterentwicklung
Die Entwicklung von Smart City Technologien für die Klimaanpassung steht erst am Anfang. Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und dem maschinellen Lernen ermöglichen es, immer präzisere Vorhersagen zu treffen und komplexere Zusammenhänge zu verstehen. Neue Sensortechnologien werden kostengünstiger und können in größerem Umfang eingesetzt werden.
Besonders vielversprechend ist die Entwicklung von digitalen Zwillingen ganzer Städte. Diese virtuellen Abbilder ermöglichen es, verschiedene Szenarien zu simulieren und die Auswirkungen von Anpassungsmaßnahmen vorab zu testen. Planungsprozesse können so optimiert und kostspielige Fehlentscheidungen vermieden werden.
Quellen:
[1] Wetter und Klima - Deutscher Wetterdienst - Basisfakten zum Klimawandel DWD
[2] KAnG - Bundes-Klimaanpassungsgesetz: Seit dem 1. Juli 2024 ist das Klimaanpassungsgesetz
(KAnG) in Kraft getreten. Es setzt erstmals einen strategischen Rahmen für eine vorsorgende Klimaanpassung auf allen Verwaltungsebenen in Deutschland.
[3] Diskussionspapier des Deutschen Städtetages 01/2023: Damit Hitze nicht krank macht: wie Städte cool bleiben S. 5
[4] Gesundheitsrisiko Hitze | BMG
[5] Details | Deutsche Krankenhausgesellschaft e. V.
[6] Hitzeschutzplan für Gesundheit – Impuls des BMG | BMG
[7] BAFU 2012: Anpassung an den Klimawandel in der Schweiz – Ziele, Herausforderungen und Handlungsfelder, Erster Teil der Strategie des Bundesrates, Bundesamt für Umwelt, 2012
[8] Parlow, E. 2011a: Besonderheiten des Stadtklimas, in Gebhard, H., Glaser, R., Radtke, U., Reuber, P. 2011: Geographie, 2. Auflage, Springer Heidelberg: 287-294, 2011
Autorenprofil
Julia Hafenrichter
Julia Hafenrichter ist Beraterin im Bereich Public Sector bei msg und spezialisiert sich auf die Entwicklung intelligenter Lösungen für kommunale Herausforderungen. Als Teil des Smart City Teams hilft sie Kommunen dabei, datenbasierte Ansätze zur Bewältigung des Klimawandels anzuwenden und unterstützt Kommunen bei der Implementierung intelligenter Technologien. Ihr Fokus liegt auf Sensornetzen und KI-Systemen für nachhaltige Stadtentwicklung und Klimaresilienz von Städten.
