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Angewandte KlimatologieFakultät für Biologie, Universität Duisburg-Essen
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Univ.- Prof. (i. R.) Dr. rer. nat. Wilhelm KuttlerAngewandte Klimatologie
Universität Duisburg-Essen
Hitzewellen in großen Städten: Folgen für die Gesundheit und
Gegenmaßnahmen
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l. 20
15]
Angewandte KlimatologieFakultät für Biologie, Universität Duisburg-Essen
Gliederung
• Todesfälle nach Jahreszeit• Übersterblichkeit durch
Witterungseinflüsse• Hitze und Luftinhaltsstoffe• Maßnahmen gegen Hitze• Zusammenfassung
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Todesfälle nach Jahreszeit und Übersterblichkeit durch
Witterungseinflüsse
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3
0100002000030000400005000060000700008000090000
Mittelwert Standardabweichung
1950
-20
14
2003
Diff
eren
zJan 9,3 9,3 0,0
Feb 8,7 8,4 - 0,3
Mrz 9,3 9,8 + 0,5
Apr 8,4 8,2 - 0,2
Mai 8,2 8,2 - 0,2
Jun 7,7 7,7 0,0
Jul 7,9 8,0 + 0,1
Aug 7,7 8,7 + 1,0
Sep 7,5 7,5 0,0
Okt 8,2 8,1 - 0,1
Nov 8,2 7,8 - 0,4
Dez 8,9 8,5 - 0,4
∑ 883 371 853 946
0100002000030000400005000060000700008000090000
2003
Todesfälle in Deutschland für 1950-2014 sowie 2003 1950 - 2014
[Quelle: eig. Zus.stellg. nach Statistisches Bundesamt, DESTATIS]
8/1950-2014: 67953
8/2003: 73767
Winter | Sommer
1950-2014: 52,6 % | 47,4 %
2003: 51,9 % | 48,1 %
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4Anzahl täglicher Todesfälle nach Lebensalter im Großraum London im Jahr 2003
[Quelle: Kovats, R. S. and S. Hajat (2007): Heat stress and public health: a critical review.- The annual review of public health. 29:9.1-9.15]
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4,5 7,1 14,8 25,6 %
43382 46123 47437 49044 ∑ Todesfälle
Todesfälle in Abhängigkeitvon Hitze und Kälte für alle Altersklassen auf Basis von
Berechnungen mit neun Klimamodellen (England)
[Quelle: Hajat, S; Vardoulakis, S; Heaviside, C; Eggen, B (2014): Climate change effects on human health: projections of temperature-relatedmortality for the UK during the 2020s, 2050s and 2080s. Journal of epidemiology and community health.DOI: https://doi.org/10.1136/jech-2013-202449]
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Hitze und Luftinhaltsstoffe
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Ozonbildung
• Durch NO2, PAN und flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOCs) als wichtige Vorläufergase für die Ozonbildung sowie starke Einstrahlung/hohe Lufttemperaturen
• VOCs bestehen aus zwei Gruppen:– Anthropogene VOCs (AVOC) und– Biogene VOCs (BVOC) werden von bestimmten Bäumen und
Sträuchern bei hohen Temperaturen abgegeben – AVOCs Emission ist kaum temperaturabhängig– BVOCs Emission (z. B. Isopren C5H8) ist dagegen in
hohem Maße positiv mit der Temperatur korreliert, das heißt, „Klimawandel sensibel“
• Deshalb hat Isopren an heißen Tagen einen erheblichen Einfluss auf die Ozonproduktion
• Durch BVOC auch SOA-Bildung
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Lufttemperatur und atmosphärische
Spurenstoffkonzentrationen(Ozon, Isopren, Benzol) an
zwei heißen Tagen in Essen (Juni 2011)
Datenbasis:Halbstundensummenwerte: Isopren und Benzol; 1-Min-mittelwerte: Lufttemperatur und Ozon
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[Quelle: WAGNER, P. and KUTTLER, W. (2014): Biogenic and anthropogenic isoprene in the near-surface urban atmosphere - A case-study in Essen, Germany. - Science of The Total Environment, Vol. 475, p. 104-115]
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Wissenschaftlicher Name Deutscher Name Trocken-
Toleranz1)Hohe Isopren-
Emission2)
Kritisches Allergie-
Potential3)
Acer campestre Feldahorn ++ neinAcer platanoides Spitzahorn + neinCarpinus betulus Hainbuche + jaFraxinus excelsior Gemeine Esche + ja
Ginkgo biloba Ginkgo ++ k.A.Platanus × acerifolia Ahornblättrige
Platane++ x ja
Populus alba Silberpappel ++ x neinPopulus tremula Zitterpappel + x neinPrunus avium Vogelkirsche ++ neinQuercus petraea Traubeneiche + x jaQuercus rubra Roteiche + x jaRobinia pseudoacacia Gemeine Robinie ++ x nein
Tilia cordata Winterlinde + nein
Trockentoleranz, Isoprenemission und Allergiepotenzial verschiedener Baumarten
1) +, ++ = gute, sehr gute Trockentoleranz (Roloff et al. 2008)2) x = Baumarten mit einer Isoprenemissionsrate > 10 µg Isopren/(g Tbm ∙ h)3) Als kritisch eingestufte Baumarten sollten nicht angepflanzt werden (Bergmann et al. 2012) [Quelle: Kuttler 2013; ergänzt]
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Pollenallergische Reaktiondurch hohe Lufttemperatur und CO2-Konzentration
Allergie auslösendes Protein inBeifusspollen (Amb a1) wirdproduziert durch• Hohe Temperaturen und
erhöhte CO2-Konzentration; • Beifuss ist eine Kohlenstoff
limitierte (C3) Pflanze → hohe Temperaturen und hohe CO2 Konzentrationen stimulieren die Produktion des Allergie auslösenden Proteins
[Quelle: Ziska et al., 2003; verändert]
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Maßnahmen gegen Hitze
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Hitzewarnsystem des DWD
• Hitzewarnstufe I: starke Wärmebelastung (gefühlte Temperatur (pt) an zwei Tagen in Folge ≥ 32 °C; zusätzlich nur geringe nächtliche Abkühlung)
• Hitzewarnstufe II: extreme Wärmebelastung (pt ≥ 38 °C am frühen Nachmittag)
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13Einfluss von Baumaterial und nächtlicher Innenraumbelüftungauf die Innenraumlufttemperatur von Gebäuden
[Quelle: Tarmac Termodeck]
100 %80 %
97 %
75 %
Inne
nrau
mlu
fttem
pera
tur i
n °C
Tageszeit
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Hitzereduktion durch „blau-grüne“ Oberflächen
Gebäudeoptimierung Quartiergestaltung
Dachbegrünung
FassadenbegrünungFlächenverschattung/Wasserflächen
Flächenentsiegelung
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Hochausbegrünung
StraßenbeschattungFassadenbegrünung
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15Mittägliche Oberflächentemperaturen einer Rasenfläche in
Abhängigkeit von der Anzahl regenfreier Stunden1) während Strahlungswetterlagen
1) 16., 22., 23., 26., 28., 30.09.; 15., 17., 21., 24., 27., 31.10. 2011
Standort: Klimastation der UDE[Quelle: Kuttler 2013]
Oberflächentemperatur in °C
Trockenzeit in h
ta: 14 °C = 287 K = 385 W/m2
ta: 24 °C = 297 K = 441 W/m2
ta 14: 4,6 kWh/m2
ta 24 :5,3 kWh/m2
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16Abhängigkeit der PET von der Albedo nord- und südwärts gerichteter Hauswände in einer Ost-West verlaufenden
Straßenschlucht und ihre Wirkung auf Fußgänger
[Quelle: Lee, H. and H. Mayer (2018): Thermal comfort of pedestrians in an urban street canyon is affectedby increasing albedo of building walls.- International Journal of Biometeorology (2018) 62:1199–1209]
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Zusammenfassung
• Thermisch bedingte Übersterblichkeit überwiegend im Winter
• Punktuell hohe Todesraten in heißen Sommern• Ozonbildung auch durch BVOCs (z. B. Isopren)• Pollenallergische Reaktionen (↑Temperatur, ↑[CO2]) • Wirkungsvolle Hitzereduktionsmaßnahmen im
Außen- und Innenbereich von Gebäuden
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Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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Traditionelles Uchimizu Ereignis (Wassersprenkeln) in Tokio gegen Sommerhitze
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1Abhängigkeit der Tagesmaxima der Ozonkonzentration von denen der Lufttemperatur
(Stadtstandort im Ruhrgebiet,1984-2007)
[Quelle: Melkonyan (2011) verändert]
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20Wirkung von Maßnahmen zur Reduktion des Einflussesvon Hitze außerhalb und innerhalb von Gebäuden
[Quelle: Buchin, O., M.-T. Hoelscher, F. Meier, T. Niehls, F. Ziegler (2016): Evaluation of the Health-Risk ReductionPotential of Countermeasures to Urban Heat Islands. -Energy and Buildings, 114, 27-37]