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Schadstoffausbreitung in der Atmosphaere: Ausbreitungsmodelle und ihre experimentelle Verifikation

Numerische Modelle zur Simulation von Ausbreitungsvorgaengen und Zustandsaenderungen in der Atmosphaere sind wesentliche Hilfsmittel fuer Immissionsprognosen, Stoerfallanalysen, fuer die Interpretation der Messergebnisse von Luftgueteueberwachungssystemen, die Beurteilung der Nutzungsmoeglichkeiten der Wind- und Sonnenenergie sowie fuer das Verstaednis des regionalen Klimas und seiner Veraenderungen. Diese Modelle beduerfen wegen der Komplexitaet der atmosphaerischen Vorgaenge einer umfassenden experimentellen Verifikation. Die von GKSS entwickelten Fernmessmethoden schaffen hierfuer ideale Voraussetzungen.

Verlässliche Prognose von anthropogenem, impulsartigem Unterwasserschall über weite Entfernungen

Aufbauend auf Vorarbeiten des Autors und der Gastinstitution sollen Modelle zur Vorhersage von Offshore Rammschall beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen und anderen impulshaltigen Unterwasserschallsignalen in beliebigen Umgebungen ermöglicht werden. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung eines Ausbreitungsmodells für komplexe Umgebungen, welches die gleichzeitige Berücksichtigung von starken Bathymetrieänderungen (sowohl in zwei wie auch in drei Dimensionen) und Böden mit hohen Scheer Geschwindigkeiten ermöglicht. Hauptanwendungsgebiet soll zunächst die Akustik von Offshore Pfahlrammungen sein, bei der vor allem die Entwicklung von geeigneten Modellen zur Verwendung von Schallschutzsystemen im Vordergrund steht. Aufgrund der in weiten Teilen nur sehr ungefähr bekannten Eingangsparameter für die entsprechenden Modelle, vor allem in Bezug auf die Bodenparameter, soll außerdem die Abschätzung der Vorhersagegenauigkeit unter Berücksichtigung weiterer Parameter vertieft werden. Für alle Teilpakete existieren bereits Messdaten, die für eine entsprechende Validierung genutzt werden sollen.

Entwicklung einer numerischen Pollenflugvorhersage

Die Zahl der von Pollenallergien Betroffenen ist in den letzten Jahren gestiegen. Nach Angaben des Deutschen Allergie- und Asthmabundes e. V. leiden 16 % der deutschen Bevölkerung unter einer Pollenallergie, Tendenz steigend. Vor allem die Pollen der Frühblüher (Hasel, Erle, Birke) sowie Gräser- und Kräuterpollen (Beifuß, Ambrosia) gehören zu den Hauptauslösern einer Pollenallergie. Allergische Reaktionen können unbehandelt zu chronischen Beschwerden und Erkrankungen führen (allergische Rhinitis, Asthma bronchiale). Damit verbunden sind steigende medizinische Kosten, Verringerung der Leistungsfähigkeit und Einschränkungen in der Lebensqualität. Eine gezielte Medikation kann dabei helfen, die allergischen Beschwerden zu begrenzen. Dazu sind Informationen über den zu erwartenden Pollenflug notwendig. Räumlich höher aufgelöste Pollenflugvorhersagen sowie die Vorhersage von Ferntransport (z.B. Ambrosia) können mit dem Ausbreitungsmodell COSMO-ART bzw. ICON-ART gerechnet werden. COSMO-ART und ICON-ART sind online gekoppelte Modelle, die für die Ausbreitung von Aerosolpartikeln und reaktiven Gasen am KIT entwickelt wurden. Die Pollenflugmodellierung umfasst pflanzenbiologische Prozesse (z.B. Blühbeginn) sowie atmosphärische Prozesse (z.B. Transport, Sedimentation).

Untersuchung der Ausbreitung von Abgasfahnen und Bestimmung ihrer Immissionsbeitraege mit der SF6-Tracermethode

Immissionskonzentrationen setzen sich stets aus den Anteilen vieler Verursacher zusammen. Industrieanlagen und Kraftwerke, Verkehr, Hausbrand und Fernverfrachtung verursachen Schadstoffkonzentrationen in der Luft, deren Messung keinen Rueckschluss auf ihre Herkunft zulaesst. Um eine solche Situation zu beurteilen und gezielte Massnahmen zur Verminderung von Luftverunreinigungen zu ermoeglichen, ist die Kenntnis der Emissions - Immissionsbeziehung fuer einzelne Emittenten notwendig. Informationen darueber koennen mit der SF6-Tracermethode erhalten werden. SF6 ist ein chemisch inertes, ungiftiges Gas, das noch in Konzentrationen bis zu 10-12 cm3/SF6/cm3 Luft mittels Gaschromatographie gemessen werden kann. Das Prinzip der Tracermethode ist es, den Abgasen waehrend der Versuchsdauer gleichmaessig eine geringe Menge dieses Gases, das in der Natur und in anderen Abgasfahnen nicht vorkommt, beizumischen. Die markierte Abgasfahne kann durch Messung des zugegebenen Gases selektiv und ohne Beeinflussung durch andere Abgasfahnen nachgewiesen werden. Die Messungen erfolgen in Windrichtung an einem Netz von Messpunktken, wo die jeweilige Konzentration des Markierungsgases ermittelt wird. Waehrend der Messung werden kontinuierliche Wetterdaten registriert, da die Ausbreitung einer Abgasfahne von den meteorologischen Bedingungen abhaengt. Die Tracermethode wird einerseits angewendet, um die Ausbreitung von Abgasfahnen bei verschiedenen Wetterlagen zu untersuchen und damit die Gueltigkeit von Ausbreitungsmodellen zu ueberpruefen. Andererseits kann mit dieser Methode der Anteil einzelner Emittenten an einer Schadstoffkonzentration im Einzugsbereich mehrerer Anlagen...

Meteorologische Einflüsse auf Pollenemission -ausbreitung

Emission und Ausbreitung von Pollen heimischer Baumarten sind bedeutende Prozesse, denn einerseits gehören Baumpollen zu den wichtigsten im Frühjahr aktiven Allergenen des Menschen, und andererseits ist die Pollenausbreitung ein entscheidender Prozess im Lebenszyklus der vorwiegend windbestäubten Bäume gemäßigter Breiten. So ist die Pollenausbreitung unverzichtbar für Bestäubung, Reproduktion und natürliche Regeneration und darüber hinaus für den Genfluss und die genetische Vielfalt innerhalb und zwischen Waldbaumpopulationen. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Analyse derjenigen meteorologischen Faktoren, welche die lokale Freisetzung und Ausbreitung von Baumpollen in einem typischen mitteleuropäischen Mischwald beeinflussen und die Entwicklung eines funktionellen Modells zur Pollenemission. Hierzu werden Messungen der Pollenkonzentration und meteorologischer Faktoren in einer hohen zeitlichen Auflösung auf drei Höhenstufen eines 30 m hohen Messturmes im 'Lehrforst Rosalia' in Ostösterreich durchgeführt. Der Pollenkollektor besteht aus drei speziell für diese Fragestellung entwickelten aktiven Probenahmeeinheiten, die eine gleichmäßige Pollensammlung aus allen Richtungen und eine hohe zeitliche Auflösung ermöglichen. Die meteorologische Ausstattung besteht aus drei Ultraschall Anemometern und konventionellen Temperatur-, Strahlungs-, und Feuchtesensoren, welche die meteorologischen Daten in denselben Höhen aufnehmen wie die Pollenkonzentrationen (über dem Kronendach, im Kronenbereich und am Waldboden). Zusätzlich zur Messkampagne soll der Pollentransport mit einem Lagrange-Partikel Modell simuliert werden. Die dafür erforderlichen Trajektoren werden mit einem diagnostischen Windfeldmodell auf Grundlage umliegenden synoptischer Messstationen erzeugt. Die zu erwartenden umfangreichen Daten werden signifikant beitragen: a) zu einem besseren Verständnis der Pollenemission verschiedener mitteleuropäischer Baumarten, b) zu einem funktionellen Verständnis der tageszeitlichen Variation der Pollenfreisetzung in Abhängigkeit von den meteorologischen Parametern, c) zu unserem Wissen über den horizontalen und vertikalen Pollentransports innerhalb und über der Bestandesschicht, und d) zur Möglichkeit Pollenkonzentrationen mit einem Lagrange-Partikel Modell zu simulieren. Die Ergebnisse des Projekts sind die Grundlage für eine neue Generation von Modellen zur Simulation der Pollenausbreitung. Derartige Modelle sind wichtige Werkzeuge für forstwissenschaftliche Fragestellungen und im Landschaftsmanagement, zur Vorhersage und zum Monitoring von allergieauslösenden Pollen und für Risikoanalysen zum Einsatz genetisch modifizierter Bäume.

Modellierung der Abwasser- und Schadstoffausbreitung aus Scrubberabwässern aus der Seeschifffahrt in die Meeresumwelt, speziell in Nord- und Ostsee (MOSAB)

Zur Einhaltung des Schwefel-Grenzwertes für die Seeschifffahrt (MARPOL-Annex-VI-Reg der IMO) können schwefelarme Kraftstoffe oder Abgasnachbehandlungssysteme wie Scrubber eingesetzt werden. Die überwiegende Zahl der Scrubber verwendet Wasser, das im Abgasstrom versprüht und anschließend ins Meer eingeleitet wird, sog. ,offene Systeme'. Die mit dem Abwasser eingetragenen Schadstoffe können persistent, bioakkumulierend und toxisch sein und sich in der Meeresumwelt anreichern. Die Modellierung der Abwassereinträge durch Scrubber ist notwendig, um frühzeitig das Risiko für die Meeresumwelt darstellen und bewerten zu können. Sie unterstützt auch die kumulative Bewertung der Schadstoffbelastung der Gewässer und damit auch die Umsetzung der EU-MSRL. Vorangegangene Projekte belegen eine Belastung des Scrubberabwassers mit Schadstoffen. Ein erstes Ausbreitungsmodell wurde entwickelt (FKZ 3716 51 1010). Im neuen Vorhaben ist das Ausbreitungsmodell weiter zu entwickeln, um die Umweltwirkung der mit Schadstoffen belasteten Abwässer besser qualitativ, quantitativ sowie auf regionaler Ebene (OSPAR/HELCOM) bewerten zu können. Zu berücksichtigen sind dazu: Abbau-, Sedimentationsprozesse, regionale Einleite-Hot-spots, sensible Meeres- und Schutzgebiete, Jahresmittel- und -höchstwerte sowie die Hintergrundbelastung. Die Modellläufe sind für mehrere Jahre und Szenarien (z.B. Status quo, worst case) für die besonders relevanten Schadstoffe (z.B. PAKs, Schwermetalle) durchzuführen. Weiterhin sind die Ergebnisse separat für Nord- und Ostsee zu ermitteln. Ziel ist, ein besseres Verständnis der Schadstoffbelastung durch die Abwassereinleitungen aus Scrubbersystemen zu erhalten, um Maßnahmen zum Schutz der Meeresumwelt ableiten zu können. Es soll ein Beitrag geleistet werden, die bestehenden rechtlichen Regelungen zum Scrubbereinsatz auf Seeschiffen (MEPC 259(68)) zu analysieren, mit dem Ziel, den Schutz der Meeresökosysteme zu verbessern und ggf. regionale Schutzkonzepte zu entwickeln.

RESTNI - Regionalisierte stündliche Niederschlagsdaten für die Ausbreitungsrechnung nach TA Luft (Datensatz)

Der Datensatz enthält stündliche Niederschlagsintensitäten für die Kalenderjahre 2005 bis 2023 (wird künftig jährlich fortgeschrieben) mit einer räumlichen Auflösung von 1x1 Quadratkilometer innerhalb der Grenzen der Bundesrepublik Deutschland für den Vollzug der Ausbreitungsrechnung nach Anhang 2 der TA Luft (Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz).

Berechnung der Ausbreitung von Kuehlturmschwaden mit numerisch-mathematischen Modellen

Es soll ein Rechenverfahren bereitgestellt werden, mit dem die Verteilung von Kuehlturmemissionen in der Umgebung eines Kraftwerkes bestimmt werden kann. Dafuer wird ein dreidimensionales Rechenprogramm entwickelt. Es wird ein Turbulenzmodell verwendet, das zwar erheblichen numerischen Aufwand erfordert, dafuer aber auch weitgehend universellen Charakter hat und dementsprechend mit bekannten Stroemungen geeicht werden kann.

Gutachterliche Stellungnahme zur Emissions- und Immissionssituation in der Umgebung der geplanten Deponie Greiling

Die vorliegende Stellungnahme befasst sich mit der planfestgestellten Hausmuelldeponie bei Greiling in Oberbayern (Bad Toelz). Wegen der Naehe zur umliegenden Wohnbebauung (ca. 250m) wurden die Geruchsemissionen und -immissionen in der Umgebung der geplanten Deponie untersucht. Eine Abschaetzung und Beurteilung der in einem bereits existierenden Gutachten vorgenommenen Annahmen und Berechnungen fuehrte teilweise zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dies betrifft insbesondere die Bedeutung von kleineren Stoerungen an der abgeschlossenen Deponie, die Emissionen aus dem Deponiebetrieb sowie die zugrundegelegten Ausbreitungsverhaeltnisse von Schadstoffen und deren Abbildung mit Ausbreitungsmodellen. Insgesamt laesst sich eine positive Eignung des planfestgestellten und in erster Gerichtsinstanz bestaetigten Standortes aus den vorliegenden und vom Deutschen Wetterdienst zu erhaltenden Ergebnissen nicht ableiten.

Ableitung spezifischer Schadstoff-Emissionsfaktoren fuer Fahrzeugstroeme anhand von Schadstoffmessungen im Heslacher Tunnel

Grundidee der Forschungsarbeit ist es, die nachvollziehbaren und kontrollierbaren Luftstroemungen in einem Tunnel zu nutzen, um aus der Abgasbeladung der Luft die Emissionen von Fahrzeugkollektiven zu bestimmen. Hauptvorteil dieser Vorgehensweise ist, dass diese Schadstoffbilanzierung weitgehend frei von aeusseren Einfluessen (z. B. Windstaerke, Windrichtung, Sonneneinstrahlung, Schadstoffemissionen anderer Quellgruppen) unter kontrollierbaren Randbedingungen durchgefuehrt werden kann. Die Bilanzierung erfolgt fuer die Komponenten Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoffe und Partikel (Russ). Der entscheidende Vorteil dieser Messungen besteht darin, dass das Emissionsverhalten unter Bedingungen, wie sie in der Praxis (hier: staedtische Hauptverkehrsstrassen) auftreten, bestimmt wird und die reale Fahrzeugflotte zu Grunde liegt. Der ausgewaehlte 2,3 km lange Tunnel der B 14 in Stuttgart-Heslach diente damit quasi als Grosslabor. Zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugkollektivs und des jeweiligen Verkehrsablaufs wurden ebenfalls umfangreiche Messungen und Erhebungen durchgefuehrt (z. B. Verkehrsstaerke, Verkehrszusammensetzung, Geschwindigkeit, Antriebsart, Hubraum, Leistung, Alter des Kfz). Die so ermittelten spezifischen Abgas-Emissionsfaktoren fuer Kraftfahrzeugstroeme koennen bei Wirkungsanalysen (z. B. Nutzen-Kosten-Untersuchungen von Strassenbauprojekten), bei Emissionskatastern, zur Kalibrierung von Ausbreitungsmodellen, zur Ableitung typischer Tagesganglinien einzelner Schadstoffe und auch zur Anpassung von Tunnellueftungen verwendet werden.

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