Hitzewellen in großen Städten: Folgen für die Gesundheit ... · Angewandte Klimatologie...

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

[Cop

yrig

ht: G

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rrini

et a

l. 20

15]


Gliederung

• Todesfälle nach Jahreszeit• Übersterblichkeit durch

Witterungseinflüsse• Hitze und Luftinhaltsstoffe• Maßnahmen gegen Hitze• Zusammenfassung

1


Todesfälle nach Jahreszeit und Übersterblichkeit durch

Witterungseinflüsse

2


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 %


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]


5

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]


Hitze und Luftinhaltsstoffe


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

8

[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]

Vorführender

Präsentationsnotizen

Korrigierte Konzentrationen


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]


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

11


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

21

Hochausbegrünung

StraßenbeschattungFassadenbegrünung


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


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]


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


1Abhängigkeit der Tagesmaxima der Ozonkonzentration von denen der Lufttemperatur

(Stadtstandort im Ruhrgebiet,1984-2007)

[Quelle: Melkonyan (2011) verändert]


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]

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