Zusammenfassung: Bei der Diskussion um den Klimawandel gewinnt in urbanen Gebieten – neben dem Klimaschutz – das Thema der Anpassung an den Klimawandel immer mehr an Bedeutung.

Vor allem in Städten nimmt die Anzahl heißer Tage, und damit auch die Wärmebelastung, immer weiter zu. Dort macht sich der sogenannte städtische Wärmeinseleffekt bemerkbar: Durch sehr dichte Bebauung, versiegelte Flächen (z. B. asphaltierte Straßen und Plätze), weniger Begrünung und zusätzlichen anthropogenen Wärmestrom (verursacht durch z. B. Klimaanlagen und Heizungen) kann die Lufttemperatur in größeren Städten um 10 Kelvin und mehr höher liegen als im kühleren Umland.

Mit INKAS (Informationsportal Klimaanpassung in Städten) hat der Deutsche Wetterdienst bereits einen elektronischen Experimentierkasten entwickelt, um auf einfache Weise verschiedene Anpassungsmaßnahmen an die Klimaerwärmung in Städten miteinander vergleichen zu können. Mit dem Projekt „Klimaangepasste Stadtplanung in Bonn und Nordrhein-Westfalen“ wurde INKAS nun um wesentliche Aspekte erweitert.

Im vorliegenden Bericht wird der Frage nachgegangen, wie sich verschiedene Klimaanpassungsmaßnahmen (Albedo der Dachfläche, Dachbegrünung und Entsiegelung zwischen Gebäuden) auf unterschiedliche städtische Areale thermisch auswirken.

Es zeigt sich, dass potentiell negative Auswirkungen von Planungsvorhaben auf das lokale Klima (z.B. Temperaturerhöhungen durch Nachverdichtung und Aufstockung) durch Kombinationen aus Anpassungsmaßnahmen zum Teil kompensiert werden können.

Um der Frage nachzugehen, ob die gewählten Anpassungsmaßnahmen auch in anderen Stadtquartieren in Nordrhein-Westfalen gleiche oder ähnliche Effekte auf die Lufttemperatur zeigen, wurden idealisierte Stadtklimasimulationen durchgeführt. Der Ergebnisvergleich belegt, dass die Wirksamkeit der getesteten Anpassungsmaßnahmen von idealisierten Stadtquartieren auf reale Stadtquartiere übertragen werden kann.

Zusammenfassung: Klimaprojektionsdaten liegen originär auf einem Gitter vor, das für die Ableitung von Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel vor Ort zu grob ist. Zudem sind Klimaprojektionsdaten eventuell mit systematischen Ungenauigkeiten (Bias) behaftet, die insbesondere bei der Analyse schwellenwertbezogener Indizes die Ergebnisse verfälschen können.

In diesem Bericht wird ein Verfahren zur multivariaten Bias-Adjustierung vorgestellt und bewertet. Multivariat bedeutet in diesem Zusammenhang, dass korrelierte Variablen gemeinsam adjustiert werden, was die Korrelation zwischen solchen Variablen erhält und insbesondere in der Klimafolgenforschung von enormer Wichtigkeit ist.

Es schließt sich die Vorstellung eines statistischen Verfahrens zur Generierung von höheren räumlichen Auflösungen der Modelldaten (Downscaling) an. Hierbei wird die originäre Modellauflösung von ~ 11 km x 11 km unter Zuhilfenahme einer Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis), der Ermittlung statistischer Beziehungen zwischen den originären Modelldaten und der ermittelten Hauptkomponenten und der Anwendung dieser Beziehungen auf hochauflösende Daten, zur Generierung eines Datensatz mit einer Zielauflösung von 5 km x 5 km genutzt.

Die Methode wurde im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerkes „Wissen – Können – Handeln“ entwickelt und auf ein Ensemble von Klimaprojektionsdaten angewendet. Die Ergebnisse liefern wesentliche Beiträge in diesem Ressortforschungsprogramm, im Rahmen der Klimawirkungs- und Risikoanalyse 2021 und im Kontext der Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel sowie für Beratungsleistungen des Deutschen Wetterdienstes..

An Klimareferenzstationen finden Parallelmessungen durch historische und operationelle Messgeräte statt. Mithilfe dieser Messungen sollen die Vergleichbarkeit der Messungen untersucht, die Messunsicherheit abgeschätzt und gegebenenfalls Methoden zur Homogenisierung der Messreihen entwickelt werden. Für diese Untersuchungen wurden folgende, besonders wichtige Klimaelemente ausgewählt: Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Niederschlagssumme, Sonnenscheindauer, Luftdruck und Erdbodentemperatur. In Hinblick auf die Homogenität langer Messreihen lässt sich zusammenfassend sagen, dass für die Messungen der Lufttemperatur (Ausnahme Tagesextrema), des Luftdruckes und der relativen Feuchte keine Inhomogenitäten aufgrund der Automatisierung zu erwarten sind. Bei den täglichen Temperaturminima und –maxima wurden leichte Änderungen vor allem in den Sommermonaten, hauptsächlich infolge des Wechsels der Strahlungsschutzhütte, festgestellt. Aufgrund der höheren Trägheit der Englischen Hütte (im Vergleich zur LAM-630), die durch den Aufbau ihrer Lamellen und ihres großen Luftvolumens stark von der Umgebungsluft abgeschottet ist, gleichen sich die Temperaturen in ihrem Inneren relativ langsam an die Umgebung an, sodass negative oder positive Temperaturspitzen nicht vollständig erfasst werden. Bei der Sonnenscheindauer wurden Unterschiede festgestellt, die auf das veränderte Messprinzip zurückzuführen sind. Mithilfe eines linearen Regressionsmodells können die Reihen jedoch homogenisiert werden. Bei den Messungen der Niederschlagshöhe konnte eine geringe, jedoch systematische Unterschätzung starker Niederschlagsevents des automatischen Messgeräts PLUVIO im Vergleich zum manuellen Messgerät nach Hellmann festgestellt werden. Für das aktuell operationelle automatische Messgerät Rain[e] zeigte sich für flüssigen Niederschlag eine gute Übereinstimmung zu den manuellen Hellmann-Messungen (innerhalb der definierten Toleranzbereiche), jedoch bei festem Niederschlag eine starke Unterschätzung der Niederschlagsmenge gegenüber der manuellen Referenz. Durch Verwendung eines Windschutzes am Rain[e] kann dieser Fehler verringert werden. In Zukunft sollen an den Klimareferenzstationen die Parallelmessungen von automatischen Messgeräten verschiedener Bauart fortgeführt werden. Zu den zu untersuchenden Messgrößen gehört demnächst auch die Windgeschwindigkeit.

Der vorliegende Bericht präsentiert die wesentlichen Arbeiten und Ergebnisse des Arbeitspaketes 3 (AP 3) im Projekt „KLIMPRAX Wiesbaden/Mainz – Stadtklima in der kommunalen Praxis. Handlungsleitfaden Anpassung“, im Folgenden kurz "KLIMPRAX-Stadtklima". Das Gesamtprojekt wird vom Hessischen Landesamt für Naturschutz, Umwelt-, und Geologie (HLNUG) geleitet und koordiniert. Die Federführung für das AP 3 „Klimaanalyse und -projektion für das erweiterte Stadtgebiet Wiesbaden und Mainz“ lag beim Deutschen Wetterdienst (DWD). Es wurden drei Schwerpunktthemen behandelt: • Das Klima der Gegenwart, • das Klima der Zukunft und • Kaltluftanalysen. Unter „Klima“ wird hier in der Regel das durch die Stadt (das heißt in erster Linie durch die Bebauung) modifizierte Klima, das sogenannte Stadtklima, verstanden. Die Untersuchung dient dazu, flächendeckende Daten als Grundlage für die Stadtentwicklung und die Anpassung an den zu erwartenden Klimawandel zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse sollen in einem weiteren Arbeitspaket (AP 4) in planungsrelevante Parameter und Kategorien übersetzt werden. KLIMPRAX-Stadtklima konzentriert sich auf die Folgen des zu erwartenden Temperaturanstieges und damit auf die Problematik der zunehmenden Hitzebelastung im Sommer vor allem in den Städten. Mit möglichen Anpassungsmaßnahmen an veränderte Niederschläge befasst sich das Projekt „KLIMPRAX-Starkregen“, ebenfalls unter Federführung des HLNUG.

Es ist Konsens in der Klimaforschungsgemeinschaft, dass der globale Klimawandel mit großer Wahrscheinlichkeit mit einer erhöhten Häufigkeit von witterungsbedingten Naturkatastrophen einhergeht [IPCC, 2011]. Grundlage für diese Schlussfolgerung sind im Wesentlichen die Ergebnisse globaler und regionaler Klimasimulationen. Neben Windstürmen sind insbesondere Auftreten und Häufigkeit von hydrometeorologischen Extremereignissen wie z. B. Starkregen oder Dürre ursächlich für korrespondierende Naturkatastrophen, die für den Katastrophenschutz relevant sind. So sind die Anzahl von Umwelteinsätzen der Feuerwehr im Nachgang von Extremereignissen wie Starkregen oder Hagel [Geier, 2009] sowie die Zahl der wetterbedingten Einsätze des Technischen Hilfswerks in den vergangenen Jahren gestiegen [Strotmann, 2011]. Dieser Trend wird von einer Befragung der im Katastrophenschutz eingebundenen Organisationen bestätigt, nach deren Ergebnissen neben Sturmereignissen vor allem Hochwasser vermehrt Einsätze nach sich ziehen.

Der Fichtelberg im Erzgebirge ist mit 1215 Metern die höchste Erhebung Sachsens und liegt an der Grenze zu Tschechien. Gemeinsam mit dem nahe gelegenen Keilberg (heute tschechisch Klínovec; 1244 m) auf böhmischer Seite bildet er den höchsten Punkt des Erzgebirgskamms. Die von Südwest nach Nordost ansteigende Pultscholle des Gebirges fällt nach Süden hin steil ins Egertal (heute tschechisch Údolí Ohře) ab. In diesem, nach Süden vom Duppauer Gebirge (heute tschechisch Doupovské hory) und dem Kaiserwald (heute tschechisch Slavkovský les) eingerahmten Tal sammelt sich bei herbstlichen und winterlichen Hochdruckwetterlagen die Kaltluft (Böhmischer Nebel). Durch diese Konstellation liegt der Fichtelberg entweder in einer trockenen warmen Luftmasse darüber (Inversion) oder er wird direkt vom Böhmischen Nebel beeinflusst, wenn dieser über den Kamm fließt. Das führt zu zahlreichen optischen Erscheinungen, die es sonst in dieser Fülle nur selten gibt. So besticht der Gipfel bei Inversionswetterlagen nicht nur mit einer außergewöhnlichen Fernsicht,Der Fichtelberg im Erzgebirge ist mit 1215 Metern die höchste Erhebung Sachsens und liegt an der Grenze zu Tschechien. Gemeinsam mit dem nahe gelegenen Keilberg (heute tschechisch Klínovec; 1244 m) auf böhmischer Seite bildet er den höchsten Punkt des Erzgebirgskamms. Die von Südwest nach Nordost ansteigende Pultscholle des Gebirges fällt nach Süden hin steil ins Egertal (heute tschechisch Údolí Ohře) ab. In diesem, nach Süden vom Duppauer Gebirge (heute tschechisch Doupovské hory) und dem Kaiserwald (heute tschechisch Slavkovský les) eingerahmten Tal sammelt sich bei herbstlichen und winterlichen Hochdruckwetterlagen die Kaltluft (Böhmischer Nebel). Durch diese Konstellation liegt der Fichtelberg entweder in einer trockenen warmen Luftmasse darüber (Inversion) oder er wird direkt vom Böhmischen Nebel beeinflusst, wenn dieser über den Kamm fließt. Das führt zu zahlreichen optischen Erscheinungen, die es sonst in dieser Fülle nur selten gibt. So besticht der Gipfel bei Inversionswetterlagen nicht nur mit einer außergewöhnlichen Fernsicht, sondern auch mit ungewöhnlich starken Refraktionseffekten wie Luftspiegelungen, stark deformierter oder geteilter Sonnenscheibe sowie mehrfachen Grünen, Blauen und Roten Strahlen an der horizontnahen Sonne. Die Dämmerungsfarben sind bei derartigen Wetterlagen sehr intensiv und neben Purpur- und Gegenpurpurlicht und stark ausgeprägtem Erdschattenbogen zeichnen sich manchmal auch die Schatten weit entfernter Berge oder Wolken am Himmel ab (Crepuscularstrahlen). Fließt der Böhmische Nebel über den Erzgebirgskamm, entstehen bei gleichzeitigem Sonnenschein im Sommer Glorie und Nebelbogen und im Winter atemberaubende Eisnebelhalos. sondern auch mit ungewöhnlich starken Refraktionseffekten wie Luftspiegelungen, stark deformierter oder geteilter Sonnenscheibe sowie mehrfachen Grünen, Blauen und Roten Strahlen an der horizontnahen Sonne. Die Dämmerungsfarben sind bei derartigen Wetterlagen sehr intensiv und neben Purpur- und Gegenpurpurlicht und stark ausgeprägtem Erdschattenbogen zeichnen sich manchmal auch die Schatten weit entfernter Berge oder Wolken am Himmel ab (Crepuscularstrahlen). Fließt der Böhmische Nebel über den Erzgebirgskamm, entstehen bei gleichzeitigem Sonnenschein im Sommer Glorie und Nebelbogen und im Winter atemberaubende Eisnebelhalos.

Vorgestellt wird die PC-Basisversion des kleinskaligen atmosphärischen Strömungsmodells MUKLIMO_3. Der Name MUKLIMO_3 ist die Abkürzung für mikroskaliges urbanes Klimamodell, 3-dimensionale Version. Der originäre Einsatzbereich des Modells ist die Berechnung stationärer Wind- und Schadstofffelder in kleinskaligen Modellgebieten mit blockförmigen Hindernissen. Diese repräsentieren insbesondere Gebäude, können aber auch terrassenförmig modellierten orographischen Strukturen entsprechen. Als Ergänzung kommen Ansätze für die Behandlung unaufgelöster Bebauung sowie von Baumbestand hinzu. Thermodynamische Vorgänge bleiben außer Betracht. Eine theoretische Besonderheit von MUKLIMO_3 ist die zeitliche Integration der Strömungsgleichung vermittels eines auf drei Dimensionen verallgemeinerten Stomfuntions/Vorticity-Ansatzes. In Erweiterung des in Fortran programmierten reinen Rechenmodells ist die PC-Basisversion von MUKLIMO_3 mit grafischen Elementen angereichert, die eine Animation der Simulationsabläufe ermöglichen. Sie gestatten zudem die interaktive Bedienung des Modells mit grafischer Kontrolle der Konfiguration des jeweiligen Projekts und Veranschaulichung der resultierenden Wind- und Schadstofffelder. Der Bericht umfasst, neben der Beschreibung der theoretischen Ansätze von MUKLIMO_3 und ihrer numerischen Umsetzung, auch einen mit beispielen illustrierten Teil zur Handhabung der PC- Basisversion. Im Anhang des Berichts sind Studien zur Validierung des Modells wiedergegeben. Zudem ist eine Demontrastionsversion des Modells über das Internet verfügbar, mit er die Beispielrechnungen des Berichts nachvollzogen und auch eigene Projekte simuliert werden können.

Die vorliegende Untersuchung wurde in Zusammenarbeit mit der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt der Freien und Hansestadt Hamburg auf Grundlage der zwischen dem Land Hamburg und dem Deutschen Wetterdienst abgeschlossenen Verwaltungsvereinbarung erstellt. Das Klima und seine zukünftige Entwicklung sind in den letzten Jahren für die Gestaltung eines weiterhin lebenswerten Umfeldes und vor allem auch in Hinsicht eines vorbeugenden Katastrophenschutzes zu einem nachhaltigen Thema geworden. Die Stadt Hamburg hat sich den damit verbundenen Herausforderungen gestellt und der Deutsche Wetterdienst unterstützt sie dabei mit diesem Bericht. Mit dem Regionalklimamodell COSMO-CLM erfolgten Simulationen für die Stadt Hamburg und seine Umgebung bis zum Jahr 2050. Dabei wurden individuelle Stadtstrukturen in das Modell eingepflegt. Die klimatologischen Auswertungen basieren auf einem Rechengitter von 2,8 km Seitenlänge. In zusätzlichen Episodenrechnungen, die einen besonderen Witterungscharakter berücksichtigen, wurde die Gitterweite auf ca. 140 m verfeinert. Historisch hat sich in Hamburg das Jahresmittel der Lufttemperatur in den letzten gut hundert Jahren um mehr als 1 Grad erhöht und die Erwärmung wird nach den vorliegenden Simulationen weiter fortschreiten. Mit bis zu 1,2 Grad bis 2050 wird besonders im Herbst eine deutliche Temperaturzunahme erwartet, im Sommer fällt der Anstieg mit bis 0,6 Grad moderater aus. Die Anzahl der Sommertage, der heißen Tage und die der Tropennächte nehmen zu. Umwidmungen von städtischen Freiflächen in versiegelte Flächen können in trockenheißen Sommermonaten zusätzlich zu einem deutlichen Temperaturanstieg führen. Die Aufforstung von Gras- zu Waldflächen lässt die Lufttemperatur in den Sommermonaten unabhängig von den Witterungsbedingungen moderat abnehmen. In den vergangenen Jahren war vor allem im Winter und im Frühjahr eine Niederschlagszunahme festzustellen. Im Winter setzt sich der Trend fort. Das späte Frühjahr als auch der Herbst werden nach den Modellberechnungen künftig regenreicher. Auch die Anzahl der Starkregentage steigt an. Die Globalstrahlung (Summe aus direkter und diffuser Sonneneinstrahlung am Boden) hat in den letzten Jahrzehnten vergleichsweise ein hohes Niveau erreicht. Nach den Modellläufen zeigen das Frühjahr, der Sommer und auch der Herbst eine eher abnehmende Tendenz für die Zukunft. Hinsichtlich der mittleren Windverhältnisse werden sich im Bereich Hamburg kaum Änderungen ergeben. Die Anzahl der Stunden mit Starkwinden über der Deutschen Bucht aus dem für Sturmfluten in Hamburg wichtigen Richtungssektor Nordwest nimmt in der Zeit vom Oktober bis März im Mittel leicht ab, wobei im November eine steigende Häufigkeit der Starkwinde besonders im Küstenbereich möglich ist. Hamburg wird sich weiterhin auf in Andauer und Intensität zunehmende Hitzeperioden sowie schadenintensive Starkregenfälle einstellen und die Auswirkungen in stadtplanerischer Hinsicht berücksichtigen müssen.

Dieser Bericht untersucht die jahreszeitlichen Veränderungen in der Häufigkeitsverteilung des Nieder-schlags sowie in verschiedenen Indizes zur Charakterisierung von nassen und trockenen Extremen für einen 200 Jahre umfassenden Untersuchungszeitraum (1901–2100). Die Analysen basieren auf Tages- und Monatsniederschlagssummen von Beobachtungsdaten (1901–2012) sowie verschiedenen Ensembles regionaler Klimamodelle (1961–2100). Dabei wurden überwiegend die im BMBF-Verbund-projekt REGKLAM verwendeten regionalen Klimamodelle verwendet, die statistische und dynamische Downscalingverfahren anwenden und alle auf dem Globalmodell ECHAM5 basieren. Vergleichend wurden jedoch auch Regionalmodelle aus dem EU-Projekt ENSEMBLES herangezogen, die verschiedene Globalmodellantriebe nutzen.

Nach einem von vielen Menschen in Deutschland schon als sehr nass und kühl empfundenen Monat Mai entwickelte sich zum Ende des Monats eine Wetterlage mit ungewöhnlich hohen Dauerregenmengen, die in großen Teilen Deutschlands zu ausgeprägten Hochwasserwellen in den Flüssen führte. Besonders betroffen waren die Flüsse Donau und Elbe, aber auch zahlreiche andere kleinere und größere Flüsse und Bäche in weiten Teilen von Bayern, Baden-Württemberg, Sachsen, Thüringen, im südlichen Niedersachsen und in östlichen und nördlichen Teilen Hessens. Die Hochwasser konnten sich auch deshalb so schnell entwickeln und ausbreiten, weil nach dem vorangegangenen Monat die Böden in großen Gebieten Deutschlands schon sehr durchfeuchtet und damit weniger aufnahmefähig für weitere große Regenmengen waren. Im nachfolgenden Bericht wird kurz der Ablauf der Wetterereignisse vom 30.05. bis 02.06. beschrieben, die Auslöser der Hochwasserwellen waren. Dabei wird auch das Warnmanagement des Deutschen Wetterdienstes beschrieben und bewertet. Das Fazit kann sich sehen lassen, denn in den hochauflösenden numerischen Modellen des DWD und auch in den Modellen anderer nationaler Wetterdienste wurde die Wetterentwicklung und der anhaltende Dauerregen recht frühzeitig vorhergesagt. Auf dieser Grundlage konnte der Deutsche Wetterdienst die Bevölkerung, die Behörden und die Hilfsdienste rechtzeitig vorab informieren und warnen. Weiterhin geht der Bericht auch auf die generelle Entwicklung der Wetterlage im Laufe des Monats Mai ein und bewertet diese auf der klimatologischen Zeitskala. Demnach zeigen Klimasimulationen (KLIWAS), dass sich ähnliche Wetterlagen, zum Beispiel die Lage „Tief über Mitteleuropa“, im Zuge einer Klimaerwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts durchaus häufiger ereignen könnten. Diskutiert wird auch die Rolle der beobachteten Schneeschmelze im höheren Bergland. Die enormen Niederschlagsmengen, die bis Ende Mai fielen, werden in ihrer zeitlichen Entwicklung betrachtet und unter anderem durch den Vergleich mit extremwertstatistisch ermittelten Starkniederschlagshöhen eingeordnet.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG) und der Goethe-Universität Frankfurt (GUF) fand in Kooperation mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) eine umfassende Studie zum konvektiven Unwetterpotential über Thüringen statt. Unwetterereignisse, die durch konvektive Prozesse in der Atmosphäre verursacht werden, besitzen ein nicht unerhebliches Schadenspotential, obwohl sie oftmals eine räumlich eng begrenzte Ausdehnung aufweisen. Aufgrund ihrer Charakteristik ist sowohl die Vorhersage solcher Ereignisse, als auch eine vollständige, systematische Erfassung für eine detaillierte Auswertung längerer Zeitreihen noch immer eine Herausforderung. Zusätzliches Interesse besteht in der Abschätzung der durch den Klimawandel abhängigen Entwicklung des zukünftigen Gefährdungspotentials konvektiver Unwetter. Für eine gezielte Untersuchung des Themenkomplexes ist eine Vielzahl unterschiedlicher Daten und Methoden verwendet worden. Mit Hilfe von Fernerkundungsdatensätzen wird ein räumlich differenziertes Gefährdungspotential über Thüringen nachgewiesen. Bedingt durch das Relief ist das Auftreten von Konvektion am häufigsten und intensivsten über dem südlichen Thüringer Wald und dessen Ostrand zu beobachten, während Nordthüringen eine deutlich geringere Aktivität solcher Unwetterereignisse aufweist. Eine Abschätzung mittels globaler Klimamodelle und daraus abgeleiteten Wetterlagen zeigt unter Berücksichtigung des RCP8.5 Klimaszenarios für die nahe Zukunft (2016-2045) eine Zunahme des Gefährdungspotentials durch konvektive Unwetter. Aufgrund des Anstiegs feuchter Wetterlagen (49 % auf 82 %) erhöht sich die Zunahme der Gefährdung für den Zeitraum 2071-2100 noch deutlicher. Im Vergleich zu diesem statistischen Ansatz nimmt die projizierte Gefährdung durch extreme Ereignisse erheblich zu (Faktor 6), wenn die Ergebnisse expliziter Simulationen konvektiver Ereignisse mit einem regionalen Klimamodell (mit horizontaler Gitterdistanz von 1 km) und eine Zunahme der Tage mit konvektiven Extremereignissen berücksichtigt werden. Ein Anstieg der Gefährdung durch konvektive Unwetter in der Zukunft ist wahrscheinlich. Eine Quantifizierung bleibt jedoch unsicher.

Der Bericht beschreibt die Berechnung von Rasterdaten (bzw. Gitterpunktwerten) der Windspitzen, deren Auftreten im Mittel einmal in 10, 50, 100 und 500 Jahren zu erwarten ist. Diese werden Windspitzen für Wiederkehrzeiten von 10, 50, 100 und 500 Jahren genannt. Die Ergebnisse werden in Form von Karten auf der Basis von Rasterdaten mit einem Gitterpunktabstand von 1 km dargestellt. Nachträglich sind Rasterdaten für eine Wiederkehrzeit von 5 Jahren berechnet worden.

Ziel der Untersuchung war es, auf der Basis von Projektionen regionaler Klimamodelle die Auswirkungen des Klimawandels für detaillierte Stadtstrukturen aufzuzeigen. Mit Hilfe der am Beispiel Frankfurt/Main entwickelten sogenannten "Quadermethode" konnte erstmals sowohl die vergangene als auch die zukünftige Wärmebelastung für Frankfurt am Main unter Berücksichtigung der vielfältigen Bebauungsstrukturen und sonstiger Flächennutzungen simuliert werden. Auch die klimatischen Auswirkungen der größeren Planungsvorhaben der Stadt wurden in diesem Zusammenhang untersucht.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) initiierten Forschungsprogrammes „Experimenteller Wohnungs- und Städtebau“ (ExWoSt) mit dem Schwerpunkt „Kommunale Strategien und Potenziale zum Klimawandel“ führte der Deutsche Wetterdienst (DWD) umfangreiche stadtklimatologische Untersuchungen für die Stadt Jena mit ihrem Modellvorhaben „Jenaer Klima-Anpassungs-Strategie“ (JenKAS) durch. Die Untersuchungen des DWD hatten die Messung und Simulation der sommerlichen Temperaturverhältnisse und nächtlichen Kaltluftverhältnisse für die städtebauliche Ist-Situation und einen Planfall zum Ziel. Aus den Simulationsresultaten geht hervor, dass vor dem Hintergrund des voranschreitenden Klimawandels in Jena bis zur Mitte des Jahrhunderts mit einer zunehmenden Wärmebelastung zu rechnen ist, die lokal dort verstärkt auftreten kann, wo das Klimaänderungssignal durch städtebauliche Verdichtungsmaßnahmen überlagert wird. Die Schaffung neuer Grünflächen kann hingegen eher eine Minderung der Wärmebelastung bewirken. Die Existenz eines vermuteten, bislang aber nicht ausreichend belegten nächtlichen Saaletalwindes konnte im Rahmen der Untersuchungen nachgewiesen werden. Trotz seiner nur moderaten Windgeschwindigkeiten trägt er durch sein häufiges Auftreten signifikant zur nächtlichen Kühlung und Durchlüftung der Stadt Jena bei. Die Ergebnisse der DWD-Untersuchungen flossen in die Erstellung einer Klimafunktionskarte der Firma Thüringer Institut für Nachhaltigkeit und Klimaschutz (ThINK) ein, die für die Stadt Jena die Basis zur Erarbeitung einer klimaangepassten Stadtentwicklung darstellt.

Die Luftfeuchtigkeit wurde am Observatorium Hohenpeißenberg seit 1781 gemessen. Zuerst wurde ein Federkielhygrometer verwendet. Um die Qualität dieser Daten einschätzen zu können, wurde ein solches Instrument nachgebaut und damit Experimente und Vergleichsmessungen vorgenommen. Die Empfindlichkeit des Federkielhygrometers erwies sich als relativ hoch, doch nimmt die Einstellgeschwindigkeit mit abnehmender Temperatur beträchtlich zu. Dadurch entsteht eine große Streuung der Messwerte bei vorgegebener relativer Feuchte und die Ergebnissen sind nur auf etwa 10% genau. 1841 wurde ein unventiliertes Psychrometer in der von Lamont eingeführten Bauart eingesetzt. Die Datenqualität wurde untersucht und wurde für den Zeitraum 1842 bis 1867 mit einer Genauigkeit von ca. 1 hPa als ausreichend gut befunden, so dass die Messwerte als brauchbar eingestuft werden können. Unterhalb von 0°C treten häufig Überschreitungen des Sättigungsdampfdrucks auf. Nach einem Geräteausfall im Herbst 1867 trat ein bleibender Messfehler auf, weshalb die Daten von 1868 bis 1878 verworfen wurden. Untersuchungen zur Häufigkeitsverteilung der Temperatur und des Dampfdrucks ergaben, dass beide Parameter keiner Gauß-Verteilung unterliegen. Beim Wasserdampf deutet sich die Überlagerung zweier getrennter Moden an, die möglicherweise polaren und tropischen Luftmassen zuzuordnen sind. Moderne Daten ergeben eine gute Korrelation von Temperatur und Dampfdruck zur Temperatur des Ostatlantiks, eine Hohe Ozeantemperatur geht mit hoher Temperatur und hohem Dampfdruck am Hohen Peißenberg einher und umgekehrt. Da der Ozean eine Hauptquelle des Wasserdampfes ist, wirkt dessen gegenüber dem Kontinent phasenverschobener Jahresgang der Temperatur vor allem im Herbst und Winter temperaturerhöhend, da Wasserdampf die langwellige Abstrahlung von Wärmeenergie hemmt. Unterteilt man die historische Messperiode 1842 – 1867 in ein kühles und ein warmes Kollektiv, so zeigt die Häufigkeitsverteilung des Dampfdrucks für das warme Kollektiv eine Verschiebung zu höheren Dampfdrucken gegenüber dem kühlen Kollektiv. Eine vergleichbare Verschiebung lässt sich für moderne Dampfdruckmessungen erkennen, wenn hier gleichfalls der Untersuchungszeitraum 1980 – 2009 in ein warmes und ein kühles Kollektiv unterteilt wird. Dagegen lässt sich durch Mittelwerte dieser Sachverhalt weniger gut nachweisen.

Die physikalischen und nachrichtentechnischen Aspekte der auf Verkehrsflugzeugen gewonnenen meteorologischenMessungen werden erläutert. Das Beispiel des arbeitsteiligen europäischen Flugzeugemesssystemsdient zur Erklärung der Kosten und der Optimierung des Messumfanges. Darüber hinaus werden weitere flugzeugbasierte Systeme vorgestellt. Ein besonderer Teil befasst sich mit den Verfahren und Strategien der Messfehleranalyse bis hin zu den Studien, die sich mit der Wirkung des mengenmäßig großen Messdatenangebotes auf die Qualität der numerischen Vorhersagemodelle befassen. Im Ausblick wird die Perspektive auf eine weltweit standardmäßige meteorologische Funktionalität aller Verkehrsflugzeugflotten eröffnet.

Mit dem mathematischen Werkzeug zur Filterung von Lärmprozessen, die für die Praktizierung der numerischen Wettervorhersage in ihrer Anfangszeit eine große Rolle gespielt hat, wird an den linearisierten Gleichungen für ein barotropes Flachwassermodell im beta-Format die Frage behandelt, wie sich der Rossby- förmige Wellenmodus entwickelt, wenn gleichzeitige Trägheitsschwerewellenmoden infolge von veränderlichen filternden Gleichungen unterdrückt werden. Zunächst werden einige analytische Grundbeziehungen einer lärmfreien Adjustierung von Anfangsfeldern ausgeführt. Dann richtet sich die Untersuchung auf lärmfilternde prognostische Modellgleichungen (Absch. 5, 6, 7). Aus dieser Analysis in Abhängigkeit von der Filterstufe findet man im Vergleich mit der konventionellen synoptisch-skaligen Rossby-Formel, die der Filterstufe Null entspricht, zum Teil erweiterte Wellengeschwindigkeiten der Rossby-förmigen Physik. Dabei treten sogar unerwartete neue Effekte auf, die wohl primär im Langwellenspektrum zählen.