Eine quantitative Darstellung des Energiehaushalts an der Oberfläche unter Ein-fluss des Klimas und Landnutzung ist von entscheidender Bedeutung bei den An-passungsstrategien in Bezug auf die klimatischen Veränderungen und ihren Ein-fluss auf die Boden- und Grundwasserökosystemen. Anhand der Emissionsszena-rien nach IPCC (2007) zeigt sich das Risiko, dass die Lufttemperatur in den nächs-ten 100 Jahren um 2 bis 4 °C ansteigt. Die Landnutzungsänderung in der Vergan-genheit hat anhand mehrere Studien zur signifikanten Änderungen in Wärme-haushalt an der Oberfläche und im Untergrund geführt. Die Methodik der vorliegenden Arbeit basiert auf einer numerischen Modellierung des Wärmehaushalts an der Oberfläche (ParFlow-CLM) unter Einfluss des Klimas und der Landnutzung in den Modellgebieten Dahlem und Moabit in Berlin Die Si-mulation erfolgt mithilfe von auf 2 m² vereinfachten geologischen Profile von 15 m und 10 m Tiefe jeweils für die Modellgebiete Dahlem und Moabit. Die Landnutzun-gen für die Simulation sind nach der Klassifikation der Internationalen geospheren und biospheren Programme (IGBP) definiert. Die Simulationsdauer ist ein Jahr. Ziel ist es, den Einfluss des Klimas, der Landnutzung, der Bodenarten und des Grund-wasserflurabstands auf den Energiehaushalt an der Oberfläche quantitativ darzu-stellen. Der zweite Teil dieser Arbeit beinhaltet die Simulation der Grundwassertempera- turentwick¬lung in 150 Jahren (1951-2100) nach zwei Erwärmungsszenarien. Das erste Erwärmungsszenario entspricht dem von 1951 bis 2012 gemessenen Boden- temperatur-Anstieg (Messstation botanischer Garten: 2 C°/100 und Messstation Tempelhof: 4,7 °C/100). Bei dem zweiten Szenario handelt sich um ein extremes Szenario mit einer Verdopplung der Erwärmungsrate in den Jahren 2012 bis 2100. Für diese Simulationen wurde ein 1D-gekoppeltes Bodenwasserhaushalt- und Wärmetransportmodell entwickelt. Die Anpassung und Validierung der Modellie- rungsergebnisse beziehen sich auf die in den Modellgebieten Dahlem und Moabit gemessene Boden- und Grundwassertemperatur. Die Ergebnisse der Simulation präsentieren die Entwicklung der Boden- und Grundwassertemperatur und der Bo- denwärmeströme nach zwei Szenarien und geben Abschätzungen über den kon- vektiven Wärmetransport. Der Einfluss der anthropogenen Wärme auf die Grundwassertemperaturprofile wur-de mithilfe eines 2D-Wärmetransportmodells verdeutlicht. Die Simulation stellt den Einfluss eines Kellers von 3 m Tiefe und 5 m Breite und durchschnittlichen Tempe-ratur von 17 °C auf die Grundwassertemperatur dar. Dabei wird die Wechselwirkung zwischen dem Klima und der unterirdischen Wärmequellen dargelegt. Die Ergeb-nisse der Simulationen erklären die Verteilung der anthropogenen Wärme im Grundwasser unter Einfluss der Lufttemperaturerhöhungsszenarien. Die Ergebnisse der Energiehaushaltsimulationen zeigen, dass neben der Landnut-zung auch die Bodeneigenschaften und der Bodenwassergehalt eine große Rolle im Energiehaushalt an der Oberfläche spielen. Ferner beeinflusst das Grundwasser den Energiehaushalt an der Oberfläche ab einem Flurabstand von 3 m bis 5 m. An-hand der durchgeführten Wärmetransportsimulationen kann der Einfluss des Luft-temperaturanstiegs und Urbanisierung die Grundwassertemperatur in einer Tiefe von über 100 Meter erreichen.
A quantitative representation of the energy balance at the surface under the influ-ence of the climate and land use is of crucial importance in the adaptation strategies with regard to the climatic changes and their influence on the soil and groundwater ecosystems. Based on the IPCC emission scenarios (2007), there is a risk that the air temperature will rise by 2 to 4 °C over the next 100 years. The land-use change in the past has led to several studies on significant changes in heat balance on the surface and in the subsoil. The methodology of the present thesis is based on a numerical modeling of the heat balance at the surface (ParFlow-CLM) under the influence of climate and land use in the model areas of Berlin-Dahlem and Moabit. The simulation is carried out using geological profiles of 15 m and 10 m depth, simplified to 2 m², for the Dahlem and Moabit model areas. The land use for the simulation is defined according to the classification of the International Geosphere-Biosphere Program (IGBP). The simu-lation period is one year. The aim is to quantitatively illustrate the influence of cli-mate, land use, soil types and groundwater interspace on the energy balance at the surface at the surface. The second part of this work involves the simulation of the groundwater temperature development in 150 years (1951-2100) after two heating scenarios. The first heating scenario corresponds to the rise in soil temperature measured between 1951 and 2012 (measuring station Botanischer Garten: 2 °C/100 and measuring station Tempelhof: 4.7 °C/100). The second scenario is an extreme scenario with a doubling of the heating rate in the years 2012 to 2100. A 1D-coupled groundwater household and heat transport model was developed for these simulations. The adaptation and validation of the modeling results refer to the ground and ground water temperature measured in the model areas Dahlem and Moabit. The results of the simulation pre-sent the development of soil and groundwater temperature and ground heat flows according to two scenarios and provide estimates of the convective heat transport. The influence of anthropogenic heat on the groundwater temperature profiles has been clarified using a 2D heat transport model. The simulation shows the influence of a basement of 3 m depth and 5 m width and an average temperature of 17 °C on the ground water temperature. The interaction between the climate and the subter-ranean heat sources is explained. The results of the simulations explain the distri-bution of anthropogenic heat in groundwater under the influence of climate warm-ing scenarios. The results of these energy balance simulations show that, in addition to land use, the soil properties and the soil water content play a major role in the energy balance at the surface. The groundwater only affects the energy balance at the surface at a depth between 3 and 5 m to the water table. The rise in groundwater temperature due to climate warming and urbanization can reach more than 100 meters.
