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.
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
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.
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.
Die stratosphärische Aerosol-Schicht (Junge-Schicht) stellt einen der wichtigsten Einflussfaktoren für das Erdklima dar. Seine Präsenz beeinflusst die Strahlungsbilanz der Atmosphäre, zum einen durch die direkte Wechselwirkung zwischen dem Aerosol und solarer wie terrestrischer Strahlung. Zum anderen nimmt das stratosphärische Aerosol als Reaktionsoberfläche indirekt Einfluss auf das Klima durch seine Beteiligung bei heterogenen chemischen Umwandlungsprozessen in der Stratosphäre, wie zum Beispiel bei der Ozonchemie. Trotz seiner Auswirkungen auf das Erdklima sind die Prozesse, die zur Aufrechterhaltung des stratosphärischen Aerosols sowie zu dessen Umwandlung im Verlaufe der atmosphärischen Lebenszeit beitragen, nicht vollständig verstanden. Weitestgehend unklar sind zudem die Strahlungseigenschaften des stratosphärischen Aerosols in Abhängigkeit von dessen Alterungsfortschritt sowie die sich damit ändernden Wechselwirkungen mit dem Erdklima-System. SPITFIRE hat sich zum Ziel gesetzt, jene Prozesse genau zu untersuchen, die das stratosphärische Aerosol auch abseits von explosivem, hochreichendem Vulkanismus (z.B. Pinatubo 1991) aufrechterhalten. SPITFIRE will ferner die genaueren Auswirkungen des stratosphärischen Aerosols auf das Erdklima untersuchen, um eine bessere Vorhersagbarkeit zukünftiger Entwicklungen des stratosphärischen Aerosols und dessen Klimawechselwirkungen zu erreichen. Konkrete Zielsetzungen umfassen (1) das quantitative Verständnis der verschiedenen Quell- und Transportmechanismen des stratosphärischen Aerosols, (2) die Prozesse zu quantifizieren, die den Beitrag von Schwefelverbindungen und anderen organischen/inorganischen Substanzen zum stratosphärischen Aerosol steuern, (3) die Anteile von volatilen (flüchtigen) und refraktären (nichtflüchtigen) Partikeln am stratosphärischen Aerosol zu quantifizieren und (4) Parametrisierungen bezüglich der relevanten Prozesse zu erstellen, die sich in Chemie-Klima-Modelle implementieren lassen. SPITFIRE ist ein Verbundprojekt von fünf Forschungsgruppen mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der physiko-chemischen Aerosol-Charakterisierung sowie der Untersuchung von Aerosol-Vorläufergasen, wie SO2, H2SO4 und OCS in der UT/LS. SPITFIRE hat einen Schwerpunkt hinsichtlich experimenteller Beobachtungen aerosolbezogener Prozesse in der Stratosphäre unter Zuhilfenahme der Höhenforschungsflugzeuge M55-Geophysica und HALO.
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.
Die Grundlage fuer Entscheidungsfindungen im atmosphaerischen Umweltschutz sind Informationen aus Messungen und Erkenntnisse aus Modellierungen von komplexen atmosphaerischen Prozessen. Die Anforderungen an diese Informationen sind je nach dem Geltungsbereich unterschiedlich: praezise und qualitaetsgepruefte Daten auf lokaler Ebene sowie repraesentative und vergleichbare Daten auf regionaler und internationaler Ebene. Daraufhin werden Messnetze konzipiert und Messstationen lokalisiert. Haeufig wurden jedoch Messorte empirisch und ohne Kenntnis der regionalen Erfordernisse oder Luftbelastungen ausgewaehlt. Die numerischen Modelle wurden oft eingesetzt, ohne die Bedingungen ihrer Gueltigkeit oder Validierung ausreichend zu kennen. Diese Probleme koennen durch Nutzung der Informationen aus Satellitenmessungen teilweise geloest werden. Satellitenbeobachtungen integrieren ueber raeumliche Ausdehnungen und geben andererseits Aufschluesse ueber Gebiete, die aus verschiedenen objektiven Gruenden nicht mit einem Messnetz erfasst werden koennen. Neuere Untersuchungen zur Bestimmung der optischen Dicke von Aerosolen aus multispektralen Satellitenbildern (Landsat, SPOT, ERS-1, NOAA) geben nicht nur Daten ueber die Ausbreitungsbedingungen in den unteren Atmosphaerenschichten, sondern auch Hinweise auf die chemische Zusammensetzung der fuer Truebungen verantwortlichen Teilchen. Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, diese Zusammenhaenge in einem ausgewaehlten Untersuchungsgebiet - der Region von Brescia in Norditalien - naeher zu untersuchen und darauf aufbauend ein rechnergestuetztes Auswertungssystem mit entsprechender Software zur Demonstration zur Verfuegung zu stellen. Dieses System soll die Integration sowohl von Daten aus vorhandenen Messnetzen als auch von zusaetzlich erhobenen Daten mittels mobiler Fernerkundungsmesssysteme sowie von Ergebnissen aus Chemie-Transport-Modellen und Satellitenbeobachtungen ermoeglichen und daraus neue, kostenguenstige Informationen fuer den Endnutzer - die Stadtwerke der Region Brescia - bereitstellen. Dazu werden die notwendigen Software-Module entwickelt. In einer komplexen Messkampagne ueber 2 Wochen in der Region Brescia werden die fuer ein angepasstes Chemie-Transport-Modell notwendigen Eingangs- und Evaluierungsdaten gewonnen. Dazu werden die Messnetze der Region Brescia und mobile Fernerkundungssysteme eingesetzt. Die Nutzung von Satellitenbildern wird in einer methodologischen Studie vorhandener Bilder des Untersuchungsgebietes vorbereitet. Dabei werden spezifische Fragen der Interpretation dieser Bilder herausgearbeitet und ebenfalls als Anforderungen an das Konzept dieser Messkampagne formuliert. Mit dem Chemie-Transport-Modell wird die fuer die Satellitenbildauswertung relevante, regionale Verteilung von Luftschadstoffen berechnet und mit den Satellitendaten evaluiert. Im Ergebnis der Messkampagne werden die Software-Module des Auswertungssystems modifiziert und den Stadtwerken der Region Brescia zur ...
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 13 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 11 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 2 |
| Offen | 11 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 13 |
| Englisch | 2 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 9 |
| Webseite | 4 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 12 |
| Lebewesen und Lebensräume | 13 |
| Luft | 12 |
| Mensch und Umwelt | 13 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 13 |