Themen/Region im Wandel/Integrierte Szenarien

Teilprojekt 2.4 - Integrierte Szenarien für die Stadt-Umland-Region Dresden

Der globale und regionale Klimawandel findet in einem mittel- bis langfristigen Zeithorizont statt. Seine Auswirkungen hängen sowohl von den Veränderungen der Klimakenngrößen wie Temperatur und Niederschlag als auch von der zukünftigen gesellschaftlichen Vulnerabilität wie Hitzeanfälligkeit und Schadenspotenziale gegenüber Hochwasser ab. Als Grundlage für die Entwicklung von Anpassungsstrategien bedarf es deshalb zunächst plausibler Projektionen des zukünftigen Klimas und der gesellschaftlichen Vulnerabilität. Erst danach können mit Hilfe vorhandener Methoden und Modelle die möglichen Auswirkungen abgeschätzt werden. Damit wird die Auseinandersetzung mit der Zukunft zu einer zentralen Herausforderung für die Klimaanpassung durch die Akteure der Stadt- und Regionalentwicklung.

Vor diesem Hintergrund wurde im Teilprojekt 2.4 eine szenariobasierte Methodik entwickelt und erprobt, die ganzheitliche Projektionen und Analysen des regionalen Klimawandels und gesellschaftlichen Wandels erlaubt. Mit dieser Methodik sind Ergebnisse aus mehreren Teilprojekten von REGKLAM zusammengeführt und zielgerichtet erweitert worden. Unter anderem sind räumlich hoch auflösende Projektionen des demografischen Wandels und des Landnutzungswandels erarbeitet worden. Neben den klimatischen und etlichen gesellschaftlichen Veränderungen, die durch die lokalen und regionalen Akteure kaum beeinflusst werden können, sind in den Ansatz auch Handlungsmöglichkeiten zur Anpassung einbezogen worden. Auf diese Weise kann herausgefunden werden, wie sich Handlungen unter den Bedingungen des regionalen Wandels auswirken.

Insgesamt trägt das Teilprojekt dazu bei, zum einen die vielschichtigen Wirkungszusammenhänge zwischen dem Klimawandel und seinen Folgen für die Umwelt und die Nutzungen in Städten und Regionen zu verdeutlichen. Zum anderen werden die Bandbreite der zukünftigen Entwicklungen sowie insbesondere die Robustheit von Handlungsmöglichkeiten unter diesen Randbedingungen aufgezeigt. Für die Modellregion Dresden sind dazu beispielhafte Ergebnisse vorgelegt worden.

Nachfolgend erhalten Sie Informationen über Ziele, Forschung, Ergebnisse, Produkte und Partner des Teilprojektes.  


Ziele

Im Teilprojekt 2.4 ist das Ziel verfolgt worden, innovative Grundlagen für den Einsatz integrierter Szenarios über die zukünftige Entwicklung einer Stadtregion unter den Bedingungen des Klimawandels und des parallel stattfindenden gesellschaftlichen Wandels zu erarbeiten und am Beispiel der Modellregion Dresden zu erproben. Dazu wurden im Einzelnen

  • eine umfassende qualitative und quantitative Szenario-Methodik einschließlich der Szenariobewertung entwickelt,
  • Methoden zur kleinräumlichen Projektion des Raumnutzungswandels erarbeitet und für die Modellregion Dresden angewendet,
  • die Projektionen für maßgebliche gesellschaftliche und naturräumliche Faktoren für die Modellregion Dresden dokumentiert,
  • ein Beteiligungsverfahren für Entscheidungsträger und Experten erarbeitet sowie
  • ein internetbasiertes, räumlich und zeitlich differenziertes Entscheidungs-unterstützungswerkzeug konzipiert.


Zwei Fragen standen dabei im Vordergrund:

1. Wie können alternative Zukünfte einer Modellregion im Hinblick auf die Fragestellungen der Klimaanpassung abgeleitet werden?
2. Welche inhaltlich konkreten und raumzeitlich differenzierten Projektionen und Zukünfte sind für die Modellregion Dresden begründbar?

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Forschung

Im Teilprojekt 2.4 sind methodische und technologische Arbeiten zur stadtregionalen Abschätzung der Folgen des Klimawandels und der Anpassung mit empirischen Untersuchungen für die Modellregion Dresden kombiniert worden. Die Forschung lässt sich vier Gebieten zuordnen:

1. Zukunftsmethoden (Foresight),

2. Methode zur kleinräumlichen Projektionen des Raumnutzungswandels (Bevölkerungsvorausrechnung, Landnutzungsmodellierung),

3. Beteiligungsverfahren (Partizipationsforschung),

4. Webbasierte, räumlich und zeitlich differenzierte Entscheidungsunterstützungswerkzeuge (spatial decision support systems‘ design).
 
Qualitative und quantitative Szenario-Methodik
Die zukünftige Entwicklung von Städten und Regionen lässt sich nicht vorhersagen. Deshalb sind spezielle Vorgehensweisen notwendig, mit denen man mögliche Entwicklungen beschreiben und daraus Schlussfolgerungen für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft ziehen kann. In diesem Sinne ist im Teilprojekt auf der Basis einer intensiven Auswertung der internationalen Literatur zu Zukunftsmethoden und umfangreicher Vorarbeiten in Kooperation mit anderen Vorhaben (v. a. IWAS, KLIMAPAKT) die allgemeine steuerungsorientierte Szenario-Methodik „parametrisierte regionale Zukünfte“ entwickelt worden. Der Ansatz verknüpft qualitative Komponenten der akteursorientierten Szenarioplanung (z. B. Storylines) mit quantitativen Komponenten aus der natur- und sozialwissenschaftlichen Zukunftsforschung (z. B. modellgestützte Projektionen und Wirkmodelle). In seiner Konkretisierung für die regionale Abschätzung der Folgen des Klimawandels und die Anpassung ist er anschlussfähig an die vom Weltklimarat (IPCC) verwendete Szenario-Methodik und bezieht darüber hinaus die gerade für die regionale Ebene wichtigen Handlungsmöglichkeiten der Akteure der Stadt- und Regionalentwicklung mit ein. Besondere Schwerpunkte der quantitativen Komponenten sind die ganzheitliche Abbildung der vielschichtigen Wirkungszusammenhänge mit Hilfe sogenannter Schlüsselprozesse und die Quantifizierung der Unsicherheiten von Wirkungsabschätzungen in Form von Bandbreiten. Jene werden auch bei der Ableitung spezifischer Kriterien zur Bewertung der Folgen der Szenarios und der Effektivität der Handlungsmöglichkeiten berücksichtigt.
           
Methoden zur kleinräumlichen Projektion des Raumnutzungswandels
Die Raumnutzungen unterliegen durch die sich wandelnden Ansprüche der Gesellschaft und die (nutzungsbedingten) Änderungen des Naturhaushalts einer raumzeitlichen Dynamik. Für die Projektion möglicher zukünftiger Entwicklungsverläufe existiert eine Vielzahl von Methoden. Diese weisen gerade im Hinblick auf eine räumlich hoch auflösende Betrachtung von Siedlungsflächen allerdings erhebliche Beschränkungen auf. Nachdem Siedlungen mit der dort lebenden Bevölkerung vom Klimawandel besonders betroffen sein können, wurden im Teilprojekt 2.4 weiterführenden Methoden für Projektionen der zukünftigen Siedlungsentwicklung erarbeitet. Dabei sind zwei Teilaufgaben unterschieden worden:

1. Die Projektion des möglichen Bedarfs an Siedlungsflächen für Wohnbebauung auf der Grundlage einer kleinräumlichen Bevölkerungsvorausrechnung mit einem Kohorten-Komponenten Modell und

2. Die mögliche räumliche Verteilung dieses Flächenbedarfs in Abhängigkeit von den vorhandenen Nutzungen und weiteren Faktoren mit der Simulationsumgebung DINAMICA, die auf einem Zellulären-Automaten-Ansatz basiert.

Der Raumnutzungswandel in der Land- und Forstwirtschaft ist im Teilmodul 3.3 behandelt worden.
 
Verfahren für Beteiligung von Entscheidungsträgern und Experten
Szenarios basieren auf umfangreichem Wissen und vielen Annahmen. Dies gilt in besonderer Weise für Szenarios über die Entwicklung von Stadtregionen unter den Bedingungen des Klimawandels und des parallel stattfindenden gesellschaftlichen Wandels. Um das Wissen möglichst vieler Experten einbeziehen zu können und für die Szenarios unter anderem eine gesellschaftliche Legitimität zu erlangen, kommt es bei der Szenarioplanung auf eine zielgerichtete Beteiligung von Akteuren der Stadt- und Regionalentwicklung an. Für die Szenario-Methodik „parametrisierte regionale Zukünfte“ ist demzufolge eine spezielle Beteiligungs-Methodik entwickelt worden, die sich auf die umfangreiche Literatur der Partizipationsforschung stützt. Das Spektrum potenzieller Methoden reicht von leitfragegestützten Befragungen bis zu (Delphi-)Workshops mit den Adressaten der Beteiligung.  

Internetbasiertes, räumlich und zeitlich differenziertes Entscheidungs-unterstützungswerkzeug
Durch die Verwendung von quantitativen Szenarios über die zukünftige Entwicklung von Stadtregionen entsteht eine große Vielfalt an Daten. Wesentliche Ursachen hierfür sind die alternativen Projektionen für dieselben naturräumlichen und gesellschaftlichen Kenngrößen sowie die vielschichtigen Wirkungszusammenhänge. Durch die Szenario-Methodik „parametrisierte regionale Zukünfte“ kommt das Zusammenspiel zwischen Szenarios des autonomen, also in Städten und Regionen nicht direkt steuerbaren Wandels, und den Handlungsalternativen für die Entscheidungsträger hinzu. Damit lassen sich die Ergebnisse mit ihren Zusammenhängen in Form von Karten oder einfachen Internetseiten nicht mehr ausreichend visualisieren. Im Teilprojekt 2.4 ist insofern ein Konzept für ein internetbasiertes, räumlich und zeitlich differenziertes Entscheidungsunterstützungswerkzeug entwickelt worden (Webapplikation). Zur Abbildung der wesentlichen Schritte und Ergebnisoptionen für die Beteiligten und Nutzer der Szenarioplanung ist eine sogenannte Domainmodellierung erfolgt. Die Systemarchitektur sieht für die Datenhaltung eine PostgreSQL/PostGIS-Datenbank vor, clientseitig eine auf ArcGIS-Flex basierende browserbasierte Anwendung.

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Ergebnisse

Im Teilprojekt 2.4 sind folgende methodische, technologische und empirische Ergebnisse erzielt worden:

Im Anschluss sind ausgewählte Ergebnisse dokumentiert. Weiterführende Angaben können den Produkten des Teilprojekts wie insbesondere den Publikationen entnommen werden.  

Szenariomethodik "Parametrisierte regionale Zukünfte"

Mit der Szenario-Methodik ist ein neuartiger Ansatz entwickelt worden, der zum einen die Integration von ganzheitlichen quantitativen wissenschaftlichen Wirkungsanalysen und Projektionen in eine qualitative steuerungsorientierte Szenarioplanung durch Akteure der Stadt- und Regionalentwicklung erlaubt. Zum anderen eröffnet er die Unterscheidung zwischen Szenarios des autonomen Wandels und von Handlungsalternativen im Sinne zielgerichteter Systeminterventionen sowie deren Kombination zu sogenannten Zukünften. Dadurch ergeben sich spezifische Auswertungsmöglichkeiten wie die Ermittlung von Bandbreiten der möglichen zukünftigen Entwicklung unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen sowie die Robustheit von Handlungsalternativen unter der Bandbreite der Szenarios. Die Methodik gliedert sich in fünf Schritte, die in eine strategische Planung der Akteure eingebettet sind. Erstens geht es um die Abgrenzung und Beschreibung des betrachteten Systems, wie zum Beispiel ein stadtregionales Mensch-Umwelt-System, das alle für die Fragestellung relevanten Wirkungszusammenhänge benennt. Zweitens wird dieses System mit einer Reihe von Methoden und Computer-Modellen abgebildet (gekoppelte Modellierung). Drittens werden Szenarios und Handlungsalternativen formuliert und für die gekoppelte Modellierung parametrisiert. Viertens erfolgt die Kombination der Szenarios und Handlungsalternativen zu sogenannten Zukünften. Fünftens werden diese Zukünfte mit den gekoppelten Modellen ex ante analysiert und nach speziellen Kriterien wie der Robustheit bewertet. Diese allgemeine Szenario-Methodik ist hinsichtlich eines Einsatzes für die Abschätzung der Folgen des Klimawandels und der Anpassung konkretisiert und für die Modellregion Dresden beispielhaft operationalisiert worden.

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Projektion der Bevölkerung

Die Projektionen der Bevölkerung bilden die Grundlage für die Projektionen des Siedlungsflächenbedarfs für Wohnbaulandflächen. Anhand der aktuellen Bevölkerungsstruktur und der in der Vergangenheit beobachteten Entwicklung der Geburten- und Sterberaten sowie der Zu- und Abwanderungsraten wurden für die einzelnen Kommunen der Modellregion Dresden Projektionen der zukünftigen Bevölkerungsstruktur erstellt.

Aus der Abbildung wird für die Variante „Status quo“ deutlich, dass außer der Stadt Dresden und wenigen angrenzenden Gemeinden insgesamt ein Rückgang der Bevölkerung zu erwarten ist. Dieser fällt in der Umgebung von Dresden und einigen regionalen Zentren geringer aus als in der Peripherie. In diesen Gebieten kann es bis 2050 zu einer Halbierung der Bevölkerung bzw. einem noch darüber hinausgehenden Rückgang kommen.

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Projektion des Siedlungsflächenbedarfs

Ausgangspunkt für die Projektionen des Siedlungsflächenbedarfs für Wohnbauflächen sind altersgruppendifferenzierte Projektionen der Bevölkerung für alle 138 Kommunen der Modellregion Dresden. Der Wohnbaulandflächenbedarf auf Gemeindeebene wurde durch eine Skalierung von Ergebnissen einer externen Prognose des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) zum Wohnungsbedarf für die Landkreise unter Nutzung eigener Vorausrechnungen der Bevölkerung ermittelt.

Für die vier verschiedenen Projektionsvarianten zeigt sich nahezu dasselbe räumliche Muster mit Dresden im Zentrum, welches die Klasse 5 (414 - 479 ha) mit dem höchsten Siedlungsflächenbedarf repräsentiert. In der zweithöchsten Bedarfsklasse 4 (59 - 66 ha) finden sich u. a. Riesa, Meißen, Pirna, Freital und Freiberg. Die Klasse 3 (25 - 26 ha) wird überwiegend von weiteren lokalen Zentren bzw. im Einflussbereich von Dresden gelegenen Kommunen gebildet. Die Gemeinden der Klasse 2 (10 - 11 ha) nehmen eine Zwischenstellung ein und leiten zu den Gemeinden der Klasse 1 (3 - 4 ha) mit den geringsten Siedlungsflächenbedarfen über, die vorwiegend peripher bzw. zwischen regionalen Zentren gelegen sind. Flächenhaft verbreitet sind sie im Bereich des Erzgebirges, der Sächsischen Schweiz sowie im Nordosten der Modellregion Dresden.

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Projektion der Wohnbauflächen

Die hoch auflösende Allokation möglicher zukünftiger Wohnbauflächen erfolgte mit der Simulationsumgebung DINAMICA. Mit dieser ließen sich unter Berücksichtigung der regionalen Gegebenheiten die unterschiedlichen gemeindebezogenen Projektionen des Wohnbauflächenbedarfs für 25 x 25 m große Rasterzellen simulieren. Die Abbildung zeigt einen Auszug mit räumlich hoch genauen Angaben möglicher zukünftiger Wohnbauflächen. Für die Modellregion Dresden insgesamt wurde deutlich, dass die Flächeninanspruchnahme für Wohnungsbau in erster Linie zu Lasten der genutzten unnatürlichen Grünflächen stattfindet. Einen weiteren nennenswerten Beitrag leisten Landwirtschaftsflächen. Die Veränderung – hier Zunahme – der Wohnbauflächen in der Modellregion Dresden liegt je nach Projektionsvariante zwischen 0,9 und 1,7 %. Diese Zunahme ist verbunden mit einer Abnahme der genutzten unnatürlichen Grünflächen im Bereich von 0,7 bis 1,1 % und einem Rückgang der Landwirtschaftsfläche zwischen 0,1 und 0,2 %.

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Produkte

Publikationen*

Birkmann J, Böhm HR, Buchholz F, Büscher D, Daschkeit A, Ebert S, Fleischhauer M, Frommer B, Köhler S, Kufeld W, Lenz S, Overbeck G, Schanze J, Schlipf S, Sommerfeldt P, Stock M, Vollmer M, Walkenhorst O (2011) Glossar Klimawandel und Raumentwicklung. ARL E-Paper 10, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover.

Birkmann J, Ebert S, Franck E, Janssen G, Lützen K, Schanze J, Stock M, Vollmer M, Walkenhorst O (2012) Forschungsperspektiven und Handlungsempfehlungen für die Raum- und Umweltentwicklung. In: Birkmann J, Schanze J, Müller P, Stock M (Hrsg.) Anpassung an den Klimawandel durch räumliche Planung – Grundlagen, Strategien, Instrumente. ARL E-Paper 13, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover, 179 - 185.

Birkmann J, Schanze J, Müller P, Stock M (Hrsg.) (2012) Anpassung an den Klimawandel durch räumliche Planung – Grundlagen, Strategien, Instrumente. ARL E-Paper 13, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover.

Birkmann J, Vollmer M, Schanze J (Hrsg.) (2013) Raumentwicklung im Klimawandel; Herausforderungen für die räumliche Planung. Forschungsberichte der ARL 2, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover.

Grünewald U, Schanze J (2011) Klimawandel – Konsequenzen für Wasser und Raum. In: von Haaren C, Galler C (Hrsg.) Zukunftsfähiger Umgang mit Wasser im Raum. ARL Forschungs- und Sitzungsberichte 234, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover, 44 - 51.

Sauer A, Schwarzak M, Kretschmer A, Schanze J (in Vorbereitung) A methodology for projections of land use – From demographic change to land-use change.

Sauer A, Schanze J (2012) Fallstudie Stadtregion Dresden. In: Birkmann J, Schanze J, Müller P, Stock M (Hrsg.) Anpassung an den Klimawandel durch räumliche Planung – Grundlagen, Strategien, Instrumente. ARL E-Paper 13, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover, 162 - 178.

Schanze J (2012) Dealing with future change in flood risk management. Journal of Flood Risk Management 5 (1), 1 - 2.

Schanze J, Daschkeit A (2013) Risiken und Chancen des Klimawandels. In: Birkmann J, Vollmer M, Schanze J (Hrsg.) Raumentwicklung im Klimawandel; Herausforderungen für die räumliche Planung. Forschungsberichte der ARL 2, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover, 69 - 89.

Schanze J, Sauer A (2012) Abschätzung möglicher Folgen des Klimawandels auf stadtregionaler Ebene. In: Birkmann J, Schanze J, Müller P, Stock M (Hrsg.) Anpassung an den Klimawandel durch räumliche Planung – Grundlagen, Strategien, Instrumente. ARL E-Paper 13, Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL), Hannover, 15 - 28.

Schanze J, Trümper J, Burmeister C, Pavlik D, Kruhlov I (2012) A methodology for dealing with regional change in integrated water resources management. Environmental Earth Science 65 (5), 1405 - 1414.

Vogel R, Sauer A, Schanze J (in Vorbereitung) Object-oriented domain model of a regional climate change scenario planning approach as a central WebSDSS development artifact. Computers, Environment and Urban Systems.

Wolfram M, Vogel R (2012) Governance and design of urban infostructures: analysing key socio-technical systems for the vulnerability and resilience of cities. Raumforschung und Raumordnung 70 (4), 323 - 336.

Beiträge zu Veröffentlichungen Dritter

Hartz A et al. (im Erscheinen) Methodenhandbuch zur regionalen Klimafolgenbewertung in der räumlichen Planung.

Qualifikationsarbeiten

Kretschmer O (2012) GIS-basierte Projektionen der Siedlungsflächenentwicklung mittels multikriterieller Bewertungsfaktoren und zellulärem Automatenmodell DINAMICA. Diplomarbeit, Philipps-Universität Marburg.

Schwarzak M (2011) Vorausrechnungen der kleinräumlichen Bevölkerungsentwicklung – am Beispiel der Modellregion Dresden. Diplomarbeit, Technische Universität Dresden.

Produktberichte (unveröffentlicht)

Produktbericht TP 2.4a: Dokumentation des gebiets- und fragestellungsspezifischen Szenarioansatzes
Produktbericht TP 2.4b: Dokumentation der Projektionen für maßgebliche gesellschaftliche und naturräumliche Faktoren
Produktbericht TP 2.4c: Entwurf alternativer Raumnutzungsprojektionen zur Abstimmung im Regionalforum
Produktbericht TP 2.4d: Fragestellungsspezifischer Ansatz zur Szenariobewertung
Produktbericht TP 2.4e: Methode/Modell zur Projektion von Raumnutzungsänderungen

Weitere Ergebnisse (unveröffentlicht)
Konzept für internetbasiertes, räumlich und zeitlich differenziertes Entscheidungsunterstützungswerkzeug für Abschätzung der Folgen des Klimawandels und die Anpassung

Konzept für Beteiligungsverfahren zur Szenariomethodik „parametrisierte regionale Zukünfte“

*(teilweise unter Einbeziehung weiterer F+E-Vorhaben)

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Partner

Projektverantwortung:

Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung (IÖR)
Prof. Dr. Jochen Schanze
Dr. Axel Sauer
Dr. Rico Vogel
Dr. Kristin Kaufmann

Projektpartner:
Technische Universität Dresden
Professur Meteorologie
Prof. Christian Bernhofer
PD Dr. Barbara Köstner
Majana Heidenreich
Kathrin Riedel

Professur Siedlungswasserwirtschaft
Prof. Dr. Peter Krebs
Sebastian Kempke

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Verantwortlich
Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung
Prof. Dr. Dr. h.c. Bernhard Müller
info@ioer.de


Ansprechpartner
Axel Sauer
a.sauer@ioer.de

 

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