Концепція міського клімату

Технічна розробка концепції міського клімату компанією Geo-Net Umweltconsulting GmbH(посилання зовнішнє) з Ганновера була підтримана внутрішньою адміністративною проектною групою під керівництвом департаменту міського розвитку. (Проміжні) результати концепції міського клімату були представлені та обговорені з іншими співробітниками міської адміністрації Єни на різних робочих зустрічах та під час двох семінарів. Проєкт реалізовувався протягом 2021-2024 років, а попередня процедура укладання контракту на надання послуг з планування відбулася у другій половині 2020 року.

Проєкт пропорційно (40%) фінансувався Вільною державою Тюрінгія в рамках програми фінансування "Klima Invest". Фінансування спрямоване на досягнення цілей Тюрингського кліматичного закону, зокрема, скорочення викидів парникових газів та адаптацію до неминучих наслідків зміни клімату в Тюрингії.

Проект складається з наступних проектних модулів.

1. моделювання міського клімату та кліматичний аналіз

Перегрів міста продовжує зростати в Єні, особливо в результаті глобальної зміни клімату. Прогресуюче ущільнення міської забудови через високе навантаження на обмежений простір і втрату зелених зон може ще більше інтенсифікувати цей процес. В інтересах кліматично стійкого розвитку міст необхідно оцінювати території з точки зору їхніх кліматичних характеристик або кліматичних функцій. Ця оцінка потім формує основу та аргументацію для оцінки структурних змін, для розробки пропозицій щодо оптимізації та для забезпечення кліматичної компенсації територій.

На першому етапі для Єни було проведено тривимірне моделювання міського клімату з високою роздільною здатністю за допомогою програми FITNAH-3D, яка відображає поточне землекористування та зелену структуру, а також різні сценарії землекористування та зміни клімату. Територія дослідження площею приблизно 195 км² була змодельована в горизонтальній сітці з кроком 10 м протягом 24 годин (часовий крок - 10 секунд). Це стало основою для якісної та кількісної оцінки кліматично-екологічного процесу холодного повітря та ситуації перегріву або біокліматичного стресу для людини вдень і вночі.

Аналіз міського клімату проводився для трьох сценаріїв. Два сценарії майбутнього стосуються 2035 року.

На наступному етапі на основі трьох модельних розрахунків були створені окремі карти ключових параметрів міського клімату. До них відносяться приземна температура і вітрове поле, об'ємний потік холодного повітря, швидкість продукування холодного повітря (вночі) і відчутна температура (вдень), в кожному випадку для поточної ситуації і двох майбутніх сценаріїв. Ця індивідуальна кліматична інформація була потім узагальнена в шість синтетичних карт кліматичного аналізу (по одній для кожного сценарію), одна для дня (14:00) і одна для ночі (04:00).

2. інформаційні карти для оцінки та планування

У цьому модулі проекту було проведено оцінку поточного кліматичного аналізу. Ця оцінка ґрунтується на Керівництві VDI 3785, лист 1, яке використовує категорії оцінки для визначення сприятливих і несприятливих факторів місцевості та для розробки конкретних заходів і вимог до планування. Міська територія поділяється на ефективну зону (поселення/транспортні зони) та компенсаційну зону (зелені та відкриті простори) і за допомогою алгоритму (так званого z-перетворення) відноситься до відповідної оціночної категорії (дуже сприятлива - дуже несприятлива біокліматична ситуація або дуже висока - дуже низька біокліматична значущість). Таким чином, окремі райони міста оцінюються у порівнянні один з одним, оскільки жодні універсальні та законодавчо стандартизовані граничні значення не можуть бути використані як основа для оцінки. Ця оцінка проводиться для денної та нічної ситуації в усіх трьох сценаріях. В результаті для міської території складаються шість оціночних карт.

Оціночні карти в кінцевому підсумку складають основу інформаційної карти кліматичного планування. Карта для планування ґрунтується на результатах майбутнього сценарію P2 з сигналом зміни клімату і додатковим міським розвитком і, таким чином, враховує наслідки прогнозованої зміни клімату в сенсі застережливої стратегії. Як абстрагуюча карта, вона поєднує всі попередні представлення кліматичного аналізу. Вона визначає та аналізує зони компенсації та стресу, надає рекомендації щодо планування з точки зору міської кліматології і, таким чином, слугує важливою основою для врахування кліматичних питань у підготовчому та обов'язковому плануванні міського землекористування. Метою є підтримання якості життя у розумінні § 1 (5) BauGB та здорових умов життя і праці у розумінні § 34 BauGB у місті, водночас розвиваючи розташування регіонального центру відповідно до попиту на нього.

На додаток до змін, спричинених прогнозованою зміною клімату, інформаційна карта планування також зосереджує увагу на запланованій забудові та оцінює її очікуваний вплив на міський клімат як на саму територію, так і на прилеглу околицю. Для 69 зон забудови (попередній проект для оновлення ПНП станом на 4 листопада 2022 року) в рамках концепції міського клімату було проведено індивідуальну експертну оцінку впливу на клімат як захищений ресурс; результати для 55 з цих зон були узагальнені в профілі . Для всіх зон забудови експерти підтвердили, що вони можуть бути реалізовані без значного впливу на місцевий клімат, за умови, що метод будівництва буде адаптований до клімату. Відповідно до оцінки ділянки, надаються рекомендації щодо планування структурної реалізації, які можуть підтримати адаптований до клімату метод будівництва на відповідній ділянці та мають бути деталізовані на наступних рівнях планування.

3. інструментальна реалізація

З метою закріплення отриманих знань і заснованих на них рекомендацій щодо дій з інформаційної карти планування в містобудівному законодавстві та переведення їх у площину практичної реалізації було проаналізовано інструментальну реалізацію в рамках концепції міського клімату. Окрім формальних інструментів планування, таких як підготовче та обов'язкове планування міського землекористування, основна увага приділялася також прийняттю місцевих будівельних норм і правил, створенню програм стимулювання та підтримки громадян. Були представлені відповідні пропозиції для Єни.

"Концепція міського клімату для міста Єни" була затверджена міською радою 26 лютого 2025 року як основа для дій міської адміністрації щодо сталого, адаптованого до клімату розвитку міста. У майбутньому відповідні рішення щодо планування та проєктів у межах міської території Єни будуть прийматися з урахуванням результатів міської кліматичної концепції. Результати кліматичної інформаційної карти планування та зміст окремих профілів територій для зон забудови будуть інтегровані в план землекористування за допомогою кліматичної додаткової карти. Крім того, наявні висновки, включаючи інформацію та рекомендації щодо планування з інформаційних бюлетенів, мають бути якомога раніше враховані в обов'язковому міському плануванні землекористування (планах розвитку).

Впровадження заходів з адаптації до зміни клімату в незапланованих внутрішніх районах - тобто в існуючих районах без обов'язкового плану розвитку - також має велике значення в Єні. Значна частина кліматично забруднених територій вже існує, але часто перебуває у приватній власності, а отже, поза муніципальною сферою впливу. З метою забезпечення здорових умов життя і праці - сьогодні і в майбутньому - слід визначити відповідні рамкові умови для розвитку, особливо для існуючих територій з кліматичним забрудненням. Тому в рішенні міської ради про концепцію міського клімату сформульовано завдання вивчити можливості закріплення заходів з адаптації до зміни клімату в місцевих директивах або будівельних нормах Єни та впровадити їх там, де це можливо.

Внаслідок антропогенного впливу в місті переважають змінені кліматичні умови, які, як правило, стають більш вираженими зі збільшенням кількості мешканців або розміру міста. Причинами цього є, наприклад, високий ступінь ущільнення, який компенсується низькою часткою рослинності та природних поверхонь.

Тут слід згадати збільшення площі поверхні за рахунок будівель (погіршення потоку через збільшення шорсткості, багаторазові віддзеркалення від будівель) та викидів від транспорту, промисловості та домогосподарств (антропогенний тепловий потік). Порівняно з переважно природним або близьким до природного, незабудованим оточенням, ці ефекти призводять до вищих температур і біокліматичного стресу влітку. Явище перегріву особливо помітне вночі і називається міським тепловим островом.

На відміну, наприклад, від гігієни повітря або шумового забруднення, для теплового забруднення поки що не існує стандартизованих норм, які б визначали орієнтовні або навіть граничні значення. Для оцінки використовуються показники теплового комфорту та здоров'я людини (самопочуття, працездатність, рівень захворюваності та смертності). Параметри швидкості вітру, температури повітря і випромінювання та вологості повітря мають тут центральне значення. У міській та регіональній кліматології за останні десятиліття були визначені різні біометеорологічні параметри людини, які можуть бути використані для визначення впливу забруднення на самопочуття людини.

Фізіологічний еквівалент температури (ФЕТ) враховує температуру, що відчувається людиною, на яку впливають температура повітря, вологість, швидкість вітру та радіація. Беручи до уваги тепловий баланс людини, можна вивести різні рівні фізіологічного стресу, починаючи від екстремального холодового стресу до екстремального теплового стресу. Цей індекс використовується в рамках концепції міського клімату для оцінки денної ситуації (14:00) на відкритих територіях.

Хоча високі денні температури, як правило, викликають стрес на робочих місцях, високі нічні температури, зокрема, становлять серйозну проблему в приватних будинках. Організм може відновитися після денного теплового стресу лише за сприятливих теплових умов. Федеральне агентство з охорони навколишнього середовища, охорони природи та безпеки ядерних реакторів рекомендує температуру в спальні 17-18 °C для спокійного нічного сну. Досягнення такої температури в приміщенні значною мірою залежить від будівлі (теплоізоляція влітку за допомогою ізоляції, затінення, орієнтація плану поверху, активне/пасивне охолодження тощо). В рамках концепції міського клімату за основу оцінки нічної ситуації береться нічна температура о 4 годині ранку на висоті 2 метри над рівнем землі.

→ Детальніше у звіті, розділ 2.1 "Тепловий комфорт і здоров'я людини"

Це визначена місцевими та регіональними впливами погодна ситуація зі слабкими вітровими течіями та безперешкодним радіаційним режимом, яка характеризується вираженими добовими коливаннями температури, вологості та радіації повітря.

З цією автохтонною погодною ситуацією пов'язане виникнення безвітряної радіаційної ночі, коли нічна радіація створює значні температурні перепади на міській території через відсутність хмарності. Така ситуація призводить до найбільших теплових навантажень в межах міста, а місцеві кліматичні характеристики характеризуються особливо яскраво. До них відносяться ефект теплового острова і саморозвиваюча динаміка холодного повітря, на яку не впливає жоден накладений потік. Це означає, що шляхи холодних потоків повітря можуть бути ідентифіковані в автохтонній погодній ситуації.

У Єні довгостроковий середній показник за останні 30 років становить близько 32 ночей безвітряної радіації на рік, хоча існують сезонні відмінності в розподілі. За три літні місяці - червень, липень і серпень - спостерігається близько 14 ночей з безвітряною радіацією, що відповідає приблизно 15 % усіх ночей у цей період.

Холодне повітря утворюється вночі над природними або наближеними до природних поверхнями внаслідок випромінювання тепла. Території з низьким рівнем рослинності (наприклад, пасовища, рілля, газони і луки, а також перелоги) виявляються особливо продуктивними для холодного повітря вночі. Завдяки своєму об'єму ліси генерують велику кількість холодного повітря. Воно утворюється над пологом, а потім опускається в пристовбурні простори під дією власної ваги. Найбільша частка холодного повітря генерується на території, що оточує місто. Інтенсивність потоку холодного повітря залежить від розміру водозбірної площі, нахилу схилів, ширини долин і відсутності перешкод. Наскільки далеко холодне повітря може проникнути в забудовану територію, залежить від розміру населеного пункту, структури і щільності забудови, а також від антропогенного виділення тепла і кількості холодного повітря, що надходить всередину. Окрім будівель, дерева також можуть виступати перешкодою для повітряних потоків, що проходять близько до землі.

У порівнянні з багатьма іншими містами, місто Єна виграє від яскраво вираженої динаміки холодного повітря. Це пов'язано з вражаючою топографією і різноманітним рельєфом, а також продуктивними зонами формування холодного повітря, які розташовані в безпосередній близькості від центру міста. Місто провітрюється під час променистих ночей переважно з великих територій з бічних долин Заале та з самої південної долини Заале. Це сприяє хорошій вентиляції території поселення Єни і, таким чином, позитивно впливає на міський клімат.

Швидкість виробництва холодного повітря, товщина холодного повітря і об'ємний потік холодного повітря є відносними змінними, які залишаться незмінними навіть у теплішій атмосфері в майбутньому через зміну клімату (якщо вони не будуть модифіковані змінами у землекористуванні, такими як великомасштабні промислові райони або розширення поселень). Як наслідок, те ж саме стосується і центральних елементів, похідних від цих змінних, таких як шляхи холодних повітряних потоків. Само собою зрозуміло, що холодне повітря в умовах зміни клімату має тенденцію бути теплішим, ніж зараз, і тому може в меншій мірі сприяти зменшенню нічного теплового забруднення.

Аналіз міського клімату може ґрунтуватися на різних методологічних процедурах аналізу. У Єні було використано чисельне моделювання міського клімату. Модельні розрахунки для Єни були проведені за допомогою кліматичної моделі FITNAH-3D. Горизонтальна роздільна здатність моделювання становить 10 м, тобто Єна розділена на сітку з розміром комірок 10 м х 10 м (відповідає приблизно 4,5 мільйонам комірок сітки). Для кожної комірки сітки визначається така інформація, як висота місцевості, землекористування, обриси і висота будівель, дерева і частка закритих поверхонь, які використовуються як вхідні дані для розрахунку моделі. Вибрана для дослідження територія площею близько 458 км² виходить далеко за межі міста Єни (115 км²), щоб врахувати відмінності у висоті та землекористуванні в навколишніх районах, які впливають на міський клімат Єни.

Відповідно до концепції міста технологій, моделювання базується на літній погодній ситуації з високим тиском, безхмарним небом і дуже слабким вітром (→ автохтонна погодна ситуація, денна максимальна температура вище 25 °C).

→ Детальніше у звіті, розділ 5.1 "Чисельне моделювання"

У міській кліматичній концепції Єни було розроблено два майбутні сценарії на додаток до поточної ситуації. Це було зроблено з метою представлення та остаточної оцінки наслідків прогнозованої зміни клімату окремо від наслідків майбутньої забудови.

В рамках оновлення плану землекористування міста Єна має бути проведена екологічна оцінка територій, на яких планується будівництво. Необхідно оцінити значний вплив на міський клімат та специфічний вплив на саму територію (захист клімату/повітря), який можна очікувати в результаті запланованої забудови. Для того, щоб відокремити вплив запланованої забудови від впливу прогнозованої зміни клімату, для модельних розрахунків майбутнього було визначено сигнал зміни клімату, який зображує майбутнє з урахуванням і без урахування міської забудови у двох сценаріях. Заходи з адаптації до зміни клімату в рамках концепції міського клімату не моделювалися.

→ Детальніше у звіті, розділ 5.1.2 "Розробка сценаріїв"

Відповідно до Директиви VDI 3787, лист 9, всі розрахунки моделі для Концепції міського клімату Єни базуються на автохтонних погодних умовах (літні погодні умови з низьким вітром, високим тиском і без хмарності). Як правило, автохтонний літній день призводить до ситуацій, які спричиняють найвищі теплові навантаження в деяких районах міста протягом року через високу інсоляцію та низький великомасштабний (автохтонний) повітрообмін. Навіть якщо це особлива метеорологічна ситуація, такі погодні умови трапляються в Єні регулярно і по кілька разів за літо. У літні місяці червень, липень і серпень в Єні понад 15 ночей є автохтонними, а на найближчій станції Ерфурт-Веймар - 32 ночі за весь рік.

Для кожного сценарію було змодельовано добовий цикл, який починається о 21:00 і закінчується о 14:00 наступного дня в момент найвищої точки сонця. Початкова температура моделі для реальної ситуації становить 20 °C о 21:00. Це було визначено шляхом аналізу 30-річного часового ряду з вимірювальної станції DWD Єнської обсерваторії (1991-2020 рр.) для середніх літніх днів (денна максимальна температура > 25 °C) у літні місяці червень, липень та серпень о 21:00. Для майбутніх сценаріїв P1 і P2 початкову температуру було підвищено на 2 Кельвіна, а вологість ґрунту було знижено нижче точки в'янення в обох модельних розрахунках.

Вибрані початкові умови навмисно представляють термічно стресову ситуацію, принаймні для частини міста , але не екстремальну подію. Метою концепції міського клімату є просторова диференціація цієї стресової ситуації та протидія цьому стресу через сталий розвиток міст і відповідні заходи з адаптації до зміни клімату.

→ Детальніше у звіті, розділ 5.1.5 "Рамкові та граничні умови"

У Єні майбутній міський клімат у 2035 році був розрахований з урахуванням дуже сильного сигналу про зміну клімату в рамках застережливої стратегії. На основі сценарію RCP 8.5 ("продовження попереднього сценарію" щодо зміни абсолютної концентрації парникових газів в атмосфері) в розрахункову модель було включено підвищення температури на 2 Кельвіна в найближчому майбутньому до 2035 року. Крім того, для зелених насаджень та відкритих просторів було припущено зменшення вологості ґрунту (з 60 % до 30 %). Класи використання з низьким рівнем рослинності більше не можуть випаровувати вологу, тому в моделі падаюча короткохвильова енергія перетворюється безпосередньо в відчутне тепло, що сприяє підвищенню температури повітря на рівні землі, особливо вдень. Дерева виключені з цього процесу.

Кліматична модель FITNAH-3D була завантажена відповідними вхідними даними для кожного сценарію (фактична ситуація, майбутні сценарії P1 і P2). Вхідні дані були записані в липні 2021 року і відображають стан знань на той час. Для кожної 10-метрової комірки сітки моделі була задана наступна інформація

• Рельєф / орографія (цифрова модель рельєфу)
• Землекористування / ступінь герметизації (класи використання моделі: Будівля, незабудована ущільнена поверхня, поверхня доріжки, неприродний ґрунт, пісок/гравій, відкрита земля/газон, дерево над ущільненою поверхнею, дерево над неприродним ґрунтом, дерево над газоном, вода)
• Конструктивна висота (для будівель, низької рослинності та дерев)

Оскільки концепція міського клімату мала на меті не лише відобразити поточну ситуацію, необхідно було також розробити кліматичні та пов'язані з міською структурою рамкові умови для майбутніх сценаріїв P1 і P2. Всі три модельні розрахунки базуються на одній і тій же цифровій моделі місцевості.

Фактична ситуація враховує кліматичний та структурний стан міста на момент збору даних (липень 2021 року) на основі наявних геоданих. З метою забезпечення максимальної актуальності до розрахункової моделі фактичної ситуації також були інтегровані юридично обов'язкові плани розвитку та будівельні проєкти, які наразі реалізуються або будуть реалізовані в найближчому майбутньому (→ див. Таблицю 9 у звіті).

Сценарій P1 "Зміна клімату " (без містобудівного розвитку) містить таку саму міську структуру, що й фактична ситуація, і має на меті проілюструвати очікувані ефекти внаслідок зміни клімату. Однак, дивлячись у майбутнє, неминуче існує певний ступінь невизначеності щодо того, наскільки зміни клімату насправді відбудуться. У Єні майбутній міський клімат у 2035 році був розрахований з урахуванням сильного сигналу про зміну клімату в рамках застережливої стратегії. На основі сценарію RCP 8.5 ("продовження попереднього сценарію" щодо зміни абсолютної концентрації парникових газів в атмосфері) в розрахункову модель було включено підвищення температури на 2 Кельвіна на найближче майбутнє до 2035 року. Крім того, для зелених насаджень та відкритих просторів було припущено зменшення вологості ґрунту (з 60 до 30 %) - це призводить до недостатнього випарного охолодження цих територій протягом дня. Дерева з цього виключаються.

У Сценарії P2 "Зміна клімату з розвитком міст" збережено вже використаний у Сценарії P1 сигнал зміни клімату +2 Кельвіна та припущення про сухість зелених насаджень і відкритих просторів. Сценарій P2 також включає запланований міський розвиток. Тут передбачалася забудова 69 потенційних територій для житлової, комерційної, спеціальної забудови та транспорту, а також присадибних ділянок (на основі попереднього проекту міського плану землекористування від 4 листопада 2022 року). Заплановані райони забудови базуються, серед іншого, на "Концепції житлової забудови Єни 2035", "Концепції розвитку робочих місць і комерційних районів Єни 2035" та "Концепції розвитку садів" (оновлення від 2024 року). "Змішаний піксельний підхід" в основному використовувався для моделювання зон розвитку FNP. Конкретне містобудівне планування могло бути інтегроване в модельний розрахунок для P2 лише для трьох зон забудови.

→ Детальніше у звіті, розділ 4.4 "Майбутні зміни клімату" та розділ 5.1.4 "Підготовка вхідних даних для моделі"

На момент моделювання (липень 2021 року) не було конкретних містобудівних планів для значної кількості юридично обов'язкових планів розвитку та більшості територій розвитку ФНП. Тому для перенесення цих територій у розрахункову модель було застосовано так званий "змішаний піксельний підхід". Для територій, які будуть розвиватися в майбутньому (житлова, комерційна, спеціальна забудова), були обрані ділянки з існуючої міської території, які, як так звані "двійники територій ", найбільш точно відповідають стану розвитку в майбутньому. Відсотковий розподіл поверхневого покриття (будівель, закритих поверхонь, газонів, дерев тощо) було зафіксовано для цих двійників і перенесено на ділянки забудови.

Змішаний піксельний підхід дає можливість проаналізувати та оцінити заплановану забудову з точки зору її сумісності з міським кліматом. Однак слід мати на увазі, що цей підхід до моделювання може лише в обмеженій мірі відображати майбутню забудову. З одного боку, класи використання моделі (як пікселі в 10-метровій сітці) випадково розподілені по території. Це не відповідає фактичній структурі забудови району-близнюка, а лише відображає відсотковий розподіл покриття поверхні. Не відбувається моделювання суміжних будівельних структур, наприклад, будівель певного розміру та орієнтації, які можуть стати перешкодою для потоку, або суміжних зелених насаджень, які можуть бути більш ефективними для охолодження, наприклад, у цьому випадку. Крім того, цей метод не застосовує адаптований до клімату метод будівництва, а лише адаптацію існуючих будівельних конструкцій або їх відсоткової частки площі.

→ Детальніше у звіті, розділ 5.1.3 "Змішаний піксельний підхід"

Будівлі включаються в розрахункову модель у вигляді 3D-моделі будівлі (LoD2) з їхньою площею, висотою та стандартизованими формами дахів (наприклад, односхилий, двосхилий, мансардний, односхилий або шатровий дах). Будівлі вбудовані в цифрову модель поверхні міста. Наземні будівлі моделюються без надбудов на дахах і без текстури (матеріалів, кольорів тощо) фасадів і поверхонь дахів. Тому зелені дахи та фасади не включені в модель.

→ Детальніше у звіті, розділ 5.1.4 "Підготовка вхідних даних моделі"

За визначенням, моделі є неповним відображенням реальності. Тому вони не претендують на повне відображення системи, що моделюється, а лише мають на меті представити її достатньо добре. Застосування моделей завжди пов'язане з певною невизначеністю - з одного боку, з невизначеністю обраної моделі, а з іншого боку, з невизначеністю вхідних даних.

У концепції міського клімату всі вхідні дані для аналізу були перетворені в регулярну сітку, в якій одна точка сітки представляє основне використання на площі 100 м². Це найвища роздільна здатність, яка наразі може бути змодельована для міст розміром з Єну. Однак, навіть з такою високою роздільною здатністю неможливо повністю врахувати дрібномасштабні структури. Часто в одній і тій самій комірці сітки є кілька різних структур використання (наприклад, герметична поверхня, газон, дерево). Однак у вхідних даних, а отже, і в моделі, враховується лише та структура використання, яка займає найбільшу частку площі в комірці сітки. Тому можливо, що вулиця з окремими деревами з низькорослими кронами не розпізнається як проспект, або, принаймні, не послідовно, і тому ефекти затінення не беруться до уваги. Однак, постраждалі підрайони, як правило, невеликі і мають більш локальний вплив, тому не слід очікувати значного впливу на загальну міську перспективу або на основні висновки. Тим не менш, у конкретних випадках застосування/сумнівів завжди доцільно критично і локально поглянути на вхідні дані, що лежать в основі моделі.

Іншим джерелом невизначеності є глибина інформації про дані, що розглядаються в моделі. Наприклад, хоча кубатура будівель інтегрована в модель як "блокова модель" (з точним розташуванням і розмірами з усередненою висотою даху), теплообмін з навколишнім середовищем моделюється лише через об'єм будівлі. Будівельні матеріали, альбедо поверхні, озеленення даху та фасаду, а також частка вікон у будівлях не враховуються в моделі.

У майбутньому сценарії P2 "Зміна клімату та міський розвиток" для моделювання територій забудови ЗНП використовувався так званий "змішаний піксельний підхід". Ця методологічна процедура допомагає змоделювати майбутній структурний розвиток міста Єни та оцінити пов'язані з ним кліматичні ефекти, але також містить невизначеність щодо результатів. Подальші пояснення можна знайти в розділі "Що таке змішаний піксельний підхід?".

→ Подальші пояснення у звіті, розділ 5.3 "Невизначеності та виклики"

Для кожної комірки сітки концепція міського клімату надає результати моделювання нічної температури повітря, швидкості продукування холодного повітря та поля потоків холодного повітря, а також теплового навантаження протягом дня. За винятком об'ємного потоку холодного повітря (потік через весь нижній шар повітря), результати застосовуються до зони біля землі, де знаходяться люди, і враховують час 04:00 для нічної ситуації (максимальне охолодження) і 14:00 для денної ситуації (максимальне випромінювання).

Визначення нічних температур повітря біля поверхні землі дозволяє виявити перегріті міські райони (так звані міські острови тепла) та оцінити просторову ефективність холодних повітряних потоків. Наведені абсолютні значення температури повітря є зразковими для сонячної літньої погодної ситуації. Відносні відмінності в межах міста або між різними видами землекористування, з іншого боку, значною мірою стосуються й інших погодних умов.

В рамках концепції міського клімату було створено шість карт кліматичного аналізу. По одній для денної та нічної ситуації для всіх трьох сценаріїв (поточний стан, майбутній P1 та майбутній P2). Карти кліматичного аналізу підсумовують основні твердження про метеорологічні параметри (вихідні змінні моделі). Для нічної ситуації о 04:00 процес холодного повітря визначається шляхом об'єднання на одній карті поля вітру біля землі, швидкості утворення холодного повітря, об'ємного потоку холодного повітря та температури повітря біля землі. Карта аналізу клімату для денної ситуації о 14:00 побудована на основі PET.

Кліматичні аналітичні карти належать до так званого фактичного рівня - це означає, що кліматичні факти представлені на рівні комірки сітки (10 м х 10 м) і не проводиться оцінка, наприклад, величини теплового навантаження в ефективній зоні (населені пункти та транспортні зони) або величини компенсаційної зони (зелені та відкриті простори).

На картах кліматичного аналізу для нічного часу показують температуру повітря на рівні землі як абсолютні значення для зони впливу. Для зелених зон та відкритих просторів результати моделювання об'ємного потоку холодного повітря показані градуйованими кольорами. Зелені зони з вищим за середній рівнем виробництва холодного повітря (> 14,7 м³/м²/год) також позначені чорною точковою штриховкою. Крім того, поле потоку біля землі або напрямок потоку холодного повітря зі швидкістю вітру 0,2 м/с, який вважається кліматично ефективним, візуалізується за допомогою підпису зі стрілкою. Для кращої читабельності вітрове поле було агреговано до 100 метрів. Ці вітрові стрілки (розмір і щільність) показують значний відтік холодного повітря, який так важливий для Єни. Через просторово-топографічну ситуацію в Єні, ці площинні відтоки зі схилів відіграють вирішальну роль у нічному охолодженні. Вночі утворюється велика кількість холодного повітря, особливо на схилах бічних долин Заале, які завдяки нахилу місцевості забезпечують сусідні житлові райони хорошим припливом холодного повітря. На додаток до великого відтоку холодного повітря, лінійні канали холодного повітря є важливою частиною процесів холодного повітря в Єні. Вони з'єднують між собою зони вирівнювання холодного повітря (зелені та відкриті простори) та ефективні зони (населені пункти та транспортні зони) і, як правило, мають високі об'ємні потоки холодного повітря.

Карти кліматичного аналізу для дня базуються на фізіологічній еквівалентній температурі (ФЕТ). ФЕТ показана тут як для ефективної зони, так і для зони вирівнювання. Подальші пояснення щодо ФЕТ можна знайти в розділі "Чи існують орієнтовні або граничні значення для теплового впливу на людину?".

→ Подальші пояснення у звіті, Глава 7.1 "Кліматичні аналітичні карти"

Результати моделювання, доступні на рівні сітки (у вигляді абсолютних значень), дозволяють детально представити найважливіші кліматично-екологічні процеси в місті. Однак, оцінка і похідні від неї планувальні висновки (наприклад, про ступінь теплового навантаження в межах ефективної зони і біокліматичну значимість певних ділянок в зоні компенсації) повинні посилатися на чітко визначені просторові міські кліматичні функціональні/використовувані одиниці в міському просторі. З цією метою для всієї міської території була використана так звана "базова геометрія". Містобудівні та просторові одиниці використання були узагальнені та віднесені до однієї з 20 категорій використання (наприклад, водотік, кладовище, паркова та зелена зона, житловий район, заклад охорони здоров'я тощо). Кліматична інформація комірок сітки в межах одиниці використання була узагальнена та просторово усереднена таким чином, щоб отримати середнє значення для кожного кліматичного параметру (нічна температура повітря, ПЕТ, швидкість утворення холодного повітря і т.д.) для відповідної одиниці використання. Це значення потім формує основу для оцінки міського клімату на наступному етапі.

→ Детальніше у звіті, розділ 8.2 "Геометрична основа"

Оціночні карти ґрунтуються на картах кліматичного аналізу. Вони узагальнюють окремі параметри міського клімату (приземну температуру та вітрове поле, об'ємний потік холодного повітря та швидкість продукування холодного повітря вночі, а також сприйняту температуру вдень) для денної та нічної ситуації в різних сценаріях (поточний стан, майбутній P1 та P2). Всього доступно шість оціночних карт.

На відміну від карт кліматичного аналізу (10-метрова сітка), оціночні карти надають узагальнену оцінку територій зі схожими будівельними конструкціями та видами використання (на основі так званої базової геометрії). Оскільки не існує законодавчо встановлених граничних значень теплового навантаження на міське населення, біокліматичне навантаження в ефективній зоні (населені пункти та транспортні зони) або біокліматичне значення компенсаційної зони (зелені та відкриті простори) оцінюється через відхилення певних кліматичних параметрів від середніх умов на досліджуваній території (z-трансформація). Це означає, що окремі території оцінюються по відношенню одна до одної. Це показує, які райони населених пунктів мають скоріше сприятливу або скоріше несприятливу біокліматичну ситуацію, а які зелені насадження мають скоріше високу або скоріше низьку біокліматичну значимість.

Нічна ситуація

Оцінка біокліматичного значення зелених насаджень та відкритих просторів у нічний час (від дуже низького до дуже високого) ґрунтується на їхній функції у балансі холодного повітря. Алгоритм оцінки враховує виробництво холодного повітря, об'ємний потік, швидкість вітру та розташування по відношенню до забруднених територій населених пунктів. Оцінка території населеного пункту (від дуже сприятливої до дуже несприятливої) базується на нічному перегріві і визначається температурою повітря на рівні землі о 04:00. Те, наскільки насправді відбувається охолодження всередині будівель, значною мірою залежить від будівельних стандартів (теплоізоляція, можливість перехресного провітрювання тощо). На картах нічного оцінювання нежитлові житлові райони (наприклад, підприємства, дитячі садки, школи тощо), а також вулиці та площі не оцінюються (зафарбовані сірим кольором), оскільки основна увага приділяється здоровим умовам сну вночі. Відповідна інформація для зафарбованих ділянок, тим не менш, доступна в ГІС-даних для проекту і включена в оцінку інформаційної карти планування.

Ситуація вдень

Оцінка біокліматичної ситуації вдень для ефективної зони (від дуже сприятливої до дуже несприятливої) та зони компенсації (від дуже низької до дуже високої якості перебування) в основному базується на оцінці термофізіологічного індексу PET о 14:00, який можна інтерпретувати як сприйняту температуру. Тут аналізується теплове навантаження ззовні будівель. Заселені і незаселені території мають однакове значення, а вуличний простір і якість часу, проведеного у скверах і зелених насадженнях, також виходять на перший план. Теплове навантаження в першу чергу залежить від затінення, тому у випадку зелених насаджень і, зокрема, відкритих просторів, іноді можуть виникати протилежні оцінки між днем і ніччю. Відкритий простір значно охолоджується вночі, але має високе теплове навантаження в літні дні (без хмарного покриву), якщо там немає дерев. На відміну від цього, якість перебування в лісах та лісопарках є дуже високою навіть у літні дні.

→ Детальніше у звіті, розділ 8.3 "Оціночні карти"

На картах кліматичного аналізу, а також на оціночних картах для ночі, зелені зони з вищим за середній рівнем продукування холодного повітря позначені чорною точковою штриховкою на додаток до підписів стрілок, що позначають шляхи потоків холодного повітря та значний стік холодного повітря. Крім того, зона впливу холодного повітря показана на оціночних картах чорною сітчастою штриховкою. Це вказує на те, наскільки далеко холодне повітря може проникнути в існуючі населені пункти (житлові, комерційні, вулиці, площі тощо). Зонами впливу холодного повітря є всі ті ділянки в ефективній зоні, які досягають або перевищують середнє значення об'ємного потоку холодного повітря (відповідає 38,54 м³/м*с у фактичній ситуації) і відповідну середню швидкість вітру 0,2 м/с.

Різні пріоритети дій для покращення кліматичної ситуації в місті визначені для зони впливу - тобто існуючих населених пунктів і транспортних зон - на планувальній інформаційній карті (ПІК). Для цього результати денної та нічної ситуації з оціночних карт майбутнього сценарію P2 (зі зміною клімату та міським розвитком) були об'єднані та узагальнені в результаті у 4-рівневій шкалі. Поєднання дня і ночі було здійснено для різних видів використання з різними ваговими коефіцієнтами. У населених районах (житлові, змішаного використання, заклади охорони здоров'я) оцінка проводилася з метою забезпечення здорових умов для сну - тому нічна ситуація має більше значення. У незаселених районах (наприклад, комерційні зони, школи, дитячі садки, інститути) та в громадських місцях оцінка ґрунтується насамперед на якості перебування вдень, оскільки люди, як правило, не проводять там тривалий час у нічний час. Для транспортних зон оцінка ґрунтується виключно на денній ситуації.

Оцінка за пріоритетами дій має на меті надати рекомендації щодо сфер, де заходи з адаптації до зміни клімату є особливо важливими і мають бути пріоритетними. Структурні зміни розуміються і використовуються як можливість адаптації до зміни клімату. Під час перепланування міст цілі та заходи з адаптації до зміни клімату можуть бути враховані на ранній стадії неформальних процесів планування або стати обов'язковими для виконання через плани розвитку. Приватні забудовники повинні бути поінформовані про кліматостійкі методи будівництва під час процесу отримання дозволу на будівництво. Території населених пунктів з (дуже) високим біокліматичним впливом у поєднанні з високою щільністю населення мають бути пріоритетними для перепрофілювання відповідно до зміни клімату (основна увага: тепловий стрес у житлових районах).

→ Детальніше у звіті, розділ 8.4.1 "Методологія визначення зони впливу та компенсаційної зони"

Для існуючих зелених насаджень та відкритих просторів інформаційна карта планування використовується для оцінки потреби у підтримці кліматичної функції міста. Це визначається біокліматичним значенням територій, а також здійснюється шляхом перетину денних і нічних оцінок з оціночних карт майбутнього сценарію P2 (зі зміною клімату та міським розвитком). Через вирішальну кліматичну функцію та ефективність (генерація холодного повітря, потік холодного повітря) нічна ситуація має набагато більшу вагу, ніж біокліматична якість територій вдень. Таким чином, нічна ситуація становить 80%, а денна - 20% від загальної оцінки. Як результат, існує чотири класи оцінки потреб в утриманні.

→ Детальніше у звіті, розділ 8.4.1 "Методологія визначення зони впливу та зони компенсації"

Для Єни площинний стік зі схилів є такою ж частиною процесу формування холодного повітря, як і лінійні провідники. Неможливо провести чітке просторове розмежування між зонами формування холодного повітря, великими стоками холодного повітря і лінійними провідниками. Це скоріше складна система з функціями, що перетинаються і накладаються одна на одну.

Розвиток поверхні в просторово обмежених напрямних може призвести до звуження поперечного перерізу потоку і збільшення шорсткості. Щоб уникнути обмеження або навіть втрати функції русла, будівельні роботи слід проводити вкрай обережно і з урахуванням кліматичних умов. Наполегливо рекомендується здійснювати експертний нагляд за плануванням.

Відтоки холодного повітря, що йдуть по схилах, набагато краще реагують на помірний рівень забудови через існуючі можливості для відтоку повітря. Маломасштабна консолідація існуючої структури поселень, яка враховує адаптовані до клімату методи будівництва, загалом може бути реалізована у спосіб, сумісний з міським кліматом.

→ Детальніше у звіті, розділ 7.1.1 "Кліматичні аналітичні карти - ситуація в нічний час"

На інформаційній карті планування показано зони забудови відповідно до оновленого плану землекористування (статус: попередній проект 10/2022) з урахуванням їхнього впливу на міський клімат. Для всіх 69 територій забудови було проведено експертну оцінку впливу на клімат як ресурс, що охороняється, в рамках концепції міського клімату. Рівень деталізації експертної оцінки та методологічний підхід відрізняються. Обстеження територій та їх інтеграція в кліматичне моделювання відбулися в липні 2021 року і кількісно та якісно відповідають наявному на той час стану знань.

Детальна експертна оцінка була проведена для 55 напрямків розвитку, а результати були узагальнені у вигляді профілю для кожного з них. В результаті експерти підтвердили, що ці території можуть бути реалізовані без значного впливу на місцевий клімат за умови використання кліматично адаптованих методів будівництва.

Для 14 ділянок забудови не було проведено поглибленої експертної оцінки в інформаційному бюлетені. Це території, для яких екологічна оцінка вже була проведена в рамках процедур планування або для яких екологічна оцінка не вимагається за певних умов (спрощена/прискорена процедура планування, внутрішній розвиток, консолідація віддалених територій). У деяких випадках для цих територій доступні спеціальні звіти про мікроклімат, пов'язані з плануванням або проектами, які надають більш детальну інформацію, ніж це можливо в рамках цієї концепції міського клімату. Тим не менш, ці райони забудови були інтегровані в розрахунки моделі. Результати моделювання можна прочитати безпосередньо з карт аналізу та оцінки клімату і, нарешті, з інформаційної карти планування. Більш детальну інформацію можна знайти в огляді всіх напрямків розвитку РЛП у фінальному звіті (Додаток 10.2).

→ Більш детальна інформація у звіті, розділ 8.4.2 "Оцінка територій розвитку НПП"

Оцінка впливу на клімат як захищений ресурс, що проводиться в рамках концепції міського клімату, є основою для проведення екологічної оцінки з метою визначення ймовірних значних екологічних наслідків, які слід очікувати в результаті реалізації будівельного проекту. Це передбачає порівняння поточної ситуації з очікуваними наслідками після реалізації проекту. Тому моделювання міського клімату було проведено для трьох сценаріїв, щоб відокремити наслідки зміни клімату від прямого впливу запланованої забудови.

Для оцінки міського клімату на територіях розвитку РЛП була розроблена оціночна матриця, яка враховує кліматичні ефекти, пов'язані зі зміною клімату. Вона враховує кліматичні наслідки для самої території (якою може бути біокліматична ситуація в майбутньому?) та кліматичні наслідки для сусідніх територій (чи відбудуться значні зміни температури?). Підсумкову загальну експертну оцінку кліматичної сумісності можна знайти на інформаційній карті кліматичного планування. Детальну інформацію про окремі райони забудови можна знайти в інформаційних листах.

→ Детальніше у звіті, розділ 8.4.2 "Оцінка територій розвитку РЛП"

Райони з високим тепловим навантаженням у Єні також є тими, для яких слід визначити пріоритети та застосувати заходи зі зниження теплового навантаження. Структурні зміни (перепланування міста) слід розуміти і використовувати як можливість адаптації до зміни клімату. Інформаційна карта кліматичного планування надає основні рекомендації щодо дій та визначає пріоритетність окремих населених пунктів з точки зору необхідності заходів з адаптації до зміни клімату. З метою цілеспрямованого впровадження цих рекомендацій у межах існуючого житлового фонду, просторове узагальнення (кластеризація) відбувається у так званих "зонах зосередження теплового стресу в житловому секторі". Ці зони зосередження - це житлові райони, що зазнають особливого кліматичного стресу, які також характеризуються вищою за середню щільністю населення. Заходи з адаптації до зміни клімату та зменшення теплового стресу мають бути пріоритетними саме тут.

На інформаційній карті планування позначені наступні сім пріоритетних районів: Центр міста, північний центр міста, Лютерштрассе, Венігеньєна, Магдельштіг, Єна-Норд і Лобеда-Альтштадт. Звіт описує структурну та кліматичну ситуацію разом з відповідними рекомендаціями щодо заходів з адаптації до зміни клімату.

→ Детальніше у звіті, розділ 8.4.6 "Зони теплового стресу"

Планувальна інформаційна карта показує райони міста, де необхідні або рекомендовані заходи для покращення теплової ситуації. Каталог заходів, що міститься у звіті, показує 21 варіант реалізації і має на меті допомогти конкретизувати поради щодо планування. Вибір конкретних заходів з портфоліо залежить від типу території (використання, структури будівлі тощо) та оцінок, наведених у карті планувальних рекомендацій або оціночних картах (наприклад, біокліматичне навантаження вночі та/або вдень, значення для балансу холодного повітря, якість проживання).

В принципі, всі заходи підходять для того, щоб прямо чи опосередковано зменшити тепловий стрес для міського населення і таким чином сприяти досягненню здорового міського клімату в Єні - якщо заходи поєднуються, то позитивний вплив окремих заходів на міський клімат, як правило, посилюється.

→ Детальніше у звіті, розділ 8.5 "Каталог заходів щодо міського клімату"

"Міська кліматична концепція для міста Єна" - це неформальний план, який має обов'язкову силу в межах адміністрації. Рішенням № 24/0130-BV міської ради Єни від 26 лютого 2025 року міській адміністрації було доручено використовувати міську кліматичну концепцію як основу планування для всіх кліматично-екологічних заяв і процесів планування. Неофіційні плани не мають прямого юридичного впливу на громадян. Вони слугують для підготовки, підтримки або попередньої координації подальшого офіційного планування (обов'язкового планування міського землекористування).

Для реалізації заходів з адаптації до зміни клімату, зокрема, в існуючих будівлях (зони відповідно до § 34 BauGB), бургомістру було доручено розглянути та розробити обов'язкові для виконання вказівки для міста Єни відповідно до рішення міської ради.

→ Детальніше в рішенні міської ради № 24/0130-BV "Міська кліматична концепція для міста Єни"