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Hamburg, Carl von Ossietzky

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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-63496
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6349/


Can local adaptation measures compensate for regional climate change in Hamburg Metropolitan Region?

Können kleinräumige Anpassungsmaßnahmen die regionalen Klimaänderungen in der Metropolregion Hamburg kompensieren?

Schoetter, Robert

pdf-Format:
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Basisklassifikation: 38.82 , 38.81 , 38.80
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schlünzen, Heinke (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 21.06.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 20.08.2013
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis, it is investigated whether local adaptation measures can compensate for regional climate change in Hamburg Metropolitan Region. The focus is set on the summer season and the target variables “perceived temperature” (PT) and “heavy precipitation”. PT is a measure for human thermal comfort developed by the German Meteorological Service. Heavy precipitation is defined in this thesis as a daily precipitation amount exceeding 25 mm.
Simulation results of the regional climate models CLM and REMO are evaluated to determine if the models simulate the meteorological input data for PT within the uncertainty of the observation based data. The sensitivity of PT on meteorological variables and urban morphology data is determined for meteorological situations in the summer season. The modification of radiation due to the presence of buildings is calculated with the Building Effect Parameterisation BEP. With the sensitivities, the potential impact of adaptation measures can be estimated. The sensitivity of PT is higher for situations with heat stress and humid conditions than for situations with thermal comfort. The highest sensitivity of PT on wind speed is obtained for small wind speed. The sensitivities of PT on mean radiant temperature, wind speed and building height indicate that there exist good options to compensate for regional climate change by local adaptation measures in the city of Hamburg.
Meteorological situations with observed heavy summer precipitation are downscaled with the mesoscale atmospheric model METRAS. The setup and adaptation of METRAS is described. Simulated daily precipitation amounts are evaluated against rain gauge observations made by DWD. METRAS simulates heavy precipitation in 60% of the selected meteorological situations. The impact of topography on the downscaled heavy summer precipitation is investigated for two plausible urban development scenarios, one scenario without orography, and one scenario with all non natural surface covers replaced by natural surface covers. No statistically significant change of heavy precipitation is obtained in Hamburg or downwind of Hamburg for the scenarios with changed surface cover. A statistically significant decrease of heavy precipitation is obtained in Hamburg for the scenario without orography. Based on the obtained results, a compensation of the projected increase of heavy summer precipitation in future climate by local adaptation measures is not promising.
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit wird untersucht, inwiefern lokale Anpassungsmaßnahmen regionale Klimaänderungen in der Metropolregion Hamburg ausgleichen können. Die Fragestellung wird für die Sommerjahreszeit und die Zielgrößen „Gefühlte Temperatur“ (GT) und „Starkniederschläge“ untersucht. Die GT ist eine vom Deutschen Wetterdienst entwickelte Kennzahl zur Quantifizierung des thermischen Wohlbefindens des Menschen. Starkniederschläge werden in dieser Arbeit als Tagesniederschläge größer als 25 mm definiert.
Simulationsergebnisse der regionalen Klimamodelle CLM und REMO werden evaluiert um zu bestimmen, ob die Modelle die Eingabedaten für die GT im Rahmen der Unsicherheit der verwendeten Beobachtungsdatensätze berechnen. Die Sensitivität der GT bezüglich meteorologischer Eingangsdaten sowie stadtmorphologischer Daten wird für meteorologische Situationen im Sommer berechnet. Die Modifikation der Strahlung durch die Gebäude wird mit Hilfe der Stadtparametrisierung BEP berechnet. Anhand der Sensitivitäten kann der Einfluss von möglichen Anpassungsmaßnahmen auf die Zielgröße GT abgeschätzt werden. Die Sensitivität der GT ist in meteorologischen Situationen mit Hitzestress und hoher Luftfeuchtigkeit größer als in meteorologischen Situationen in denen thermisches Wohlbefinden vorliegt. Die Sensitivität der GT bezüglich der Windgeschwindigkeit ist bei niedriger Windgeschwindigkeit am höchsten. Die Sensitivitäten bezüglich der Strahlungstemperatur, der Windgeschwindigkeit, sowie der Gebäudehöhen zeigen, dass in der Stadt Hamburg gute Möglichkeiten bestehen, anhand lokaler Anpassungsmaßnahmen die regionalen Klimaänderungen zu kompensieren.
Meteorologische Situationen mit Starkniederschlagsereignissen werden mit dem mesoskaligen Atmosphärenmodell METRAS verfeinert. Die Konfiguration des Modells, sowie die vorgenommenen Modellanpassungen werden beschrieben. Die simulierten Tagesniederschläge werden gegen Stationsdaten des DWD evaluiert. METRAS berechnet in 60% der ausgewählten meteorologischen Situationen Starkniederschläge. Der Einfluss der Topographie auf die simulierten Starkniederschlagsereignisse wird quantifiziert. Zwei plausible Stadtentwicklungsszenarien, ein Szenario ohne Orographie, und ein Szenario in dem die künstlichen Oberflächenbedeckungen durch natürliche Oberflächenbedeckungen ersetzt wurden, werden untersucht. Für die Szenarien mit geänderten Oberflächenbedeckungen ergeben sich keine statistisch signifikanten Änderungen des Starkniederschlags in Hamburg oder im windabgewandten Bereich von Hamburg. Für das Szenario ohne Orographie ergibt sich eine statistisch signifikante Reduktion des Starkniederschlags in Hamburg. Auf Basis der Ergebnisse erscheint es nicht vielversprechend, die projizierte Zunahme von Starkniederschlägen im zukünftigen Klima anhand von lokalen Anpassungsmaßnahmen auszugleichen.

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