Schwarzer Kohlenstoff (Black Carbon, BC) ist eine Feinstaubkomponente, die bei Verbrennungsprozessen in die Atmosphäre freigesetzt wird und negative Auswirkungen auf die Gesundheit und das Klima hat. Aktuelle Emissions- und Konzentrationsabschätzungen sind unsicher. Im Projekt wurden im ersten Schritt die Emissionsquellen von BC für die Modellierung verbessert. Im zweiten Schritt wurde die räumliche Konzentrationsverteilung von BC in Deutschland durch eine kombinierte Auswertung von Messdaten und Modellierungsergebnissen optimiert.
Die biogenen VOC-Emissionen (BVOC) in Deutschland tragen stark zur Ozonbildung bei, insbesondere zu Spitzenwerten bei hohen Temperaturen. Die für die Ozonchemie relevantesten BVOC-Emissionen sind die Isopren-Emissionen einzelner Baumarten, aber auch andere Quellen wie Ackerflächen und Grünland sowie andere BVOC-Spezies haben einen Einfluss. Von BVOC-Emissionen ist bekannt, dass diese in allen aktuellen Chemie-Transport-Modellen unzureichend erfasst und parametrisiert sind. Durch die Kombination existierender Modelle zur Berechnung von BVOC-Emissionen (z. B. für Einzelbäume UFORE oder i-Tree) mit aktuellen Landnutzungskarten sowie der Parametrisierung statischer (z. B. Baum-, Pflanzenart) und dynamischer (z. B. Temperatur, Bodenfeuchte, Vegetationsphase) Abhängigkeiten in Chemie-Transport-Modellen sollen die absoluten Emissionen sowie die räumliche und zeitliche Verteilung der biogenen VOC und damit insbesondere Episoden mit hohen Ozonkonzentrationen besser abgebildet werden. Auch die Senkenfunktion der Vegetation gegenüber Ozon soll dabei berücksichtigt und dynamisch parametrisiert werden.
Überschreitungen von Luftqualitätsgrenzwerten von Feinstaub (PM10) im Osten Deutschlands treten meist an Tagen mit kalten und stabilen Wetterlagen im Winter auf und sind oft verbunden mit dem Transport von belasteter Luft aus Polen und anderen osteuropäischen Ländern. Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Studie zur Quellzuordnung durchgeführt, um den Beitrag des grenzüberschreitenden Transports aus unterschiedlichen Emissionsquellen an der erhöhten Feinstaubkonzentration im Osten Deutschlands zu bewerten. Die Studie wurde mit dem Chemie-Transportmodell LOTOS-EUROS uns der darin implementierten Labelling-Technik zur Quellzuordnung durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit den PM10-Beobachtungen der PM-Ost-Kampagne und den Ergebnissen der darin durchgeführten messbasierten Quellzuordnung verglichen. Um die Qualität des Modells im Hinblick auf die Simulation von Episoden mit hoher PM Konzentration im Winter zu verbessern, wurden in der ersten Phase des Projekts Verbesserungen der Hausbrand- Emissionen und deren zeitlicher Variabilität vorgenommen. Zusätzlich wurde eine Optimierung der vom meteorologischen Modell COSMO simulierten Mischungsschichthöhen über Sensitivitätsläufe angestrebt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Hausbrand und die Landwirtschaft die dominierenden Faktoren für erhöhte PM10-Konzentrationen im Osten Deutschlands bei kalten und stabilen Wetterbedingungen sind. Für städtische Stationen ist auch der Verkehrsbeitrag von Bedeutung. Im Durchschnitt stammt der größte Feinstaubbeitrag aus Deutschland. Bei höheren PM-Konzentrationen allerdings übersteigt der grenzüberschreitende Beitrag Polens und anderer osteuropäischer Länder denjenigen Deutschlands selbst. Die dominierenden Quellen dieses über große Distanzen transportierten Feinstaubs sind Hausbrand und Landwirtschaft. Der Vergleich der modellbasierten Quellzuordnung aus den LOTOS-EUROS-Ergebnissen mit den auf Messungen basierenden Ergebnissen aus dem PM-Ost-Projekt zeigt eine gute Übereinstimmung für Ammoniumnitrat- und Verbrennungsquellen. Für den verkehrsbedingten Beitrag sind größere Unterschiede zu erkennen, die auf die zeitliche Variabilität der Emissionen, die Auflösung des LOTOS-EUROS-Modells, die Unterschätzung der Aufwirbelung und den Reifen- und Bremsenabrieb zurückzuführen sind. Die PM10 Gesamtkonzentrationen aus dem LOTOS-EUROS Mo-dell sind in der Regel niedriger als die gemessenen Werte, was auf nicht erfasste Quellen oder Pro-zesse im Modell zurückgeführt werden kann. Die Korrelation des nicht modellierten PM10 Anteils mit den PMF-Quellen legt nahe, dass neben einer Unterschätzung der vertikalen Mischung, der Ausschluss der SOA-Bildung in LOTOS-EUROS und eine Unterschätzung der Sulfat-Bildung wahrscheinliche Gründe für die PM10-Unterschätzung sind. Quelle: Forschungsbericht
Zur besseren Beschreibung der Emissionsquellen der Kohlenstofffraktionen im Feinstaub (BC/EC und OC) sollen in diesem Vorhaben Ausbreitungsrechnungen und Messungen kombiniert werden. Das Vorhaben soll zunächst die methodischen Grundlagen für die Modellierung liefern. Ausgangspunkt für die Berechnungen sind hierbei die von Deutschland berichteten sektorspezifischen Jahresgesamtemissionen von BC für Deutschland, die im Forschungsvorhaben auf Basis aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse optimiert werden sollen. Es sollen erste Ergebnisse zur flächendeckenden Immissionsbelastung von BC geliefert werden. Aus dem Vergleich von Modellergebnissen und Messungen sollen zudem Rückschlüsse hinsichtlich einer optimierten räumlichen Verteilung der BC/EC- und OC-Emissionen aus dem Hausbrandsektor gezogen werden. Diese Optimierung wird zudem durch einen Vergleich von eigenen Messungen mit mikroskaligen Modellrechnungen untermauert.
Hintergrund: Das aktuell verwendete, statistische Ozonprognoseverfahren stammt aus dem Jahr 2003. Seit dieser Zeit hat sich die Ozonbelastungssituation zwar deutlich verbessert, es besteht aber aus Gründen des Gesundheitsschutzes das Erfordernis, die Belastung weiter zu mindern. Auch trotz der bisher praktizierten jährlichen Anpassung der Prognosegleichungen muss von einem Verlust der Prognosegüte mit zunehmender Zeit ausgegangen werden. Daher ist es nötig, neue, qualitätsgesicherte und dem wissenschaftlichen Stand entsprechende Vorhersagedaten zu nutzen. Im Rahmen des europäischen Copernicus-Programms werden im MACC Projekt Luftqualitätsprognosen als Ensemble aus den Berechnungen von 7 Chemie-Transport-Modellen erstellt. Mit dem Übergang in die operationelle Phase in MACC-III ist die Datenbereitstellung bis mindestens 2020 gesichert. Die täglichen Ozonprognosedaten werden für Europa mit horizontalen Gitterweiten zwischen 10 und 15 km für die darauffolgenden 4 Tage berechnet. Es werden außerdem weitere Luftschadstoffe wie z. B. NO2 und PM10 simuliert. Die Ozonprognosen sollen auf der Internetseite des UBA veröffentlicht werden. Beschreibung und Zielsetzung des Vorhabens: Im geplanten Forschungsvorhaben sollen weiterführende Validierungen der MACC Ozonprognosen mit den in Deutschland gemessenen Daten durchgeführt werden, um so die Güte der Vorhersage und Unsicherheiten bei bestimmten Wetterlagen abzuschätzen. Aufgrund der Gitterweite repräsentieren die Daten nur die regionalen Hintergrundkonzentrationen. Sie können aber auch als Randbedingungen für räumlich höher aufgelöste Berechnungen mit den üblicherweise am UBA verwendeten Modellsystemen dienen. Im Forschungsvorhaben soll die Eignung der MACC Daten zur Verwendung als Randbedingung geprüft werden. Dies beinhaltet die Entwicklung einer Schnittstelle und deren beispielhafte Anwendung.
Schadstoffemissionen des Strassenverkehrs stellen eine wesentliche Belastung der Atmosphaere dar. Bei der Beurteilung des menschlichen Gefaehrdungsrisikos gewinnen zunehmend Aerosolpartikel an Bedeutung. Dieses Projekt soll die Voraussetzungen zur Simulation der Schadstoffausbreitung als Folge des Strassenverkehrs schaffen. Zur Berechnung der Schadstoffausbreitung steht ein dreidimensionales, mesoskaliges Chemie-Transport-Modell (CTM) zur Verfuegung, das die notwendigen meteorologischen und chemischen Eingabefelder fuer das modale Aerosoldynamikmodell MADE liefert. Anwendungen der Modelle auf der horizontalen Skala des Strassenverkehrs (1-2 km) mit besonderem Schwerpunkt auf die Region von Nordrhein-Westfalen erfordern weitergehende Kenntnisse der Emissionsverteilung insbesondere im Bereich des Strassennetzes. Es soll ein raeumlich hochaufgeloestes Kataster fuer das EURAD-CTM geschaffen werden. Das Hauptaugenmerk liegt hier auf der Aktualisierung der Datensaetze und einer Verbesserung der Verursacherstruktur. Die Anwendung auf besonders feine Gitterskalen macht Analysen notwendig, die die Unterschiede zwischen 1-Wege-Nestung, 2-Wege-Nestung, hydrostatischen und nicht-hydrostatischen numerischen Simulationen fuer das ausgewaehlte Gebiet von Nordrhein-Westfalen klaeren. Besonders die Turbulenzparametrisierungen und die Behandlung von Wolken sind auf dieser feinen Skala kritisch zu untersuchen. Es ist zu klaeren, ob die vorhandenen Parametrisierungen konvektiver Wolken bei diesen Gitterweiten noch ausreichend sind. Weiterhin soll in diesem Projekt eine Pruefung des chemischen Mechanismus auf die lokale Anwendbarkeit hin erfolgen.
Uebergeordnete Ziele des Leitthemas 3 (LT3) des TFS sind das moeglichst weitgehende Verstaendnis aller Prozesse, die an der Oxidantienbildung beteiligt sind und in Deutschland und Zentraleuropa u.a. zu hohen Ozonbelastungen im Sommer fuehren sowie die Entwicklung, der Test und die Vervollstaendigung/Reduzierung chemischer Mechanismen zur Beschreibung der Ozonproduktion in geeigneten Chemie-Transport-Modellen. Die Arbeitsgruppe am IFU traegt zu Leitthema 3 des TFS durch die Weiterentwicklung des Regional Atmospheric Chemistry Mechanism (RACM) bei. Das Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung eines chemischen Mechanismus, der in Chemie- Transport-Modellen (CTM) angewendet werden soll. Die Behandlung der atmosphaerischen Chemie in Gas- und Fluessigphasenmechanismen weist bedeutende Unsicherheiten und Luecken auf, insbesondere in folgenden Bereichen: Reaktionsmechanismen fuer den Abbau aromatischer Verbindungen; - Produkte der Reaktionen von Alkenen mit HO und O3, inklusive biogener Verbindungen wie Isopren, a-Pinen und d-Limonen; - Reaktionsprodukte der laengerkettigen Alkoxyradikale aus dem Abbau von Alkanen; - Chemischer Abbau teiloxidierter Verbindungen wie Dicarbonylverbindungen und Aldehyde mit hoeherem Molekulargewicht. In diesem Projekt wird der chemische Mechanismus RACM unter Verwendung der in den Laborexperimenten von LT3 gewonnenen kinetischen Daten verbessert.
Durch anthropogene sowie natuerliche Eintraege gelangt eine Vielzahl fluechtiger Substanzen in die Troposphaere und unterliegt dort sowohl chemischen Umsetzungen als auch Transportvorgaengen. Die messbaren Konzentrationen sekundaerer Luftbeimengungen, wie beispielsweise Ozon, werden massgeblich durch die Menge und Zusammensetzung der Vorlaeufersubstanzen, Nichtmethankohlenwasserstoffe (NMHC) und Stickoxide (NOx), bestimmt. Mit Hilfe von Chemie-Transport-Modellen laesst sich die derzeitige lufthygienische Situation untersuchen und bewerten. Insbesondere sind sie auch geeignet, zukuenftige Entwicklungen, beispielsweise die Auswirkungen von Minderungsmassnahmen anthropogener Vorlaeufersubstanzen, zu prognostizieren. Als Basis fuer eine sinnvolle Simulation atmosphaerenchemischer Prozesse werden moeglichst detaillierte Angaben ueber die Zusammensetzung anthropogener NMHC-Emissionen im Untersuchungsgebiet (FS Sachsen) benoetigt. Ziel der Arbeit ist es, einen NMHC-Split zu entwickeln, mit dessen Hilfe eine Aufteilung der Summen-NMHC-Daten aus den verfuegbaren Katastern in die fuer die Modellrechnungen benoetigte stoffliche, zeitliche und raeumliche Aufloesung moeglich ist. Dazu werden verfuegbare Daten zu NMHC-Konzentrationen und eigene Messungen aus der Abgasfahne on Leipzig ausgewertet.
| Organisation | Count |
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| Bund | 18 |
| Wissenschaft | 8 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 16 |
| Text | 2 |
| License | Count |
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| Geschlossen | 2 |
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| Deutsch | 18 |
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| Boden | 16 |
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