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Erweiterung der Luftschadstoffprognosen des Umweltbundesamtes

Das Umweltbundesamt (⁠ UBA ⁠) stellt seit Ende der 1990er Jahre u. a. Karten bundesweiter Ozonprognosen zur Information der Öffentlichkeit bereit. Die Veröffentlichung der Karten erfolgt derzeit sowohl über die Webpräsenz des UBA als auch über die App „Luftqualität“. Die Luftschadstoffprognosen basieren auf Prognosen aus dem CAMS-Ensemble. Diese Prognosen werden täglich vom Copernicus Atmosphärendienst (Copernicus Atmosphere ⁠ Monitoring ⁠ Service, CAMS) in stündlicher Auflösung für den aktuellen Tag und die drei folgenden Tage bereitgestellt. Die Ensemble-Daten beruhen auf den Ergebnissen von mittlerweile 11 Chemie-Transport-Modellen (CTM), deren Output zum Teil durch die Assimilation von Satellitendaten optimiert wird (CAMS, 2021; CAMS, 2022). Das UBA betreibt seit einigen Jahren das „Online-Tool Ozonprognose“ für die operationelle ⁠ Prognose ⁠ der Luftschadstoffe Ozon und PM 10 (ohne verkehrsnahe Standorte) auf Basis korrigierter CAMS-Prognosen sowie eine Testumgebung zur Evaluierung der originalen und der korrigierten CAMS-Prognosen mit Hilfe statistischer Kennwerte. Als Korrekturverfahren wird dabei basierend auf Untersuchungen in IVU Umwelt (2018) die Hybrid-⁠ Vorhersage ⁠ verwendet. Im Rahmen des hier beschriebenen Projektes wurden Online-Tool und Testumgebung um den Luftschadstoff NO 2 , um die Differenzierung der Prognose bzw. Evaluierung nach Stationstypen sowie um Wochentags- und Feiertagskorrektur als verkehrsspezifische Ergänzungen der Hybrid-Vorhersage erweitert. Es wurde gezeigt, dass die Hybrid-Vorhersage auch bei der Anwendung auf NO 2 und PM 10 zu einer Verbesserung der Prognosegüte im Vergleich mit den reinen CAMS-Prognosen führt, und zwar sowohl an Area- als auch an Spot- bzw. Verkehrsstationen. Die Verwendung der Wochentags- und Feiertagskorrektur als Ergänzung der Hybrid-Vorhersage führt zu zusätzlichen Verbesserungen der NO 2 -Prognose an verkehrsnahen Standorten. Veröffentlicht in Umwelt & Gesundheit | 02/2024.

Produktivität der Vegetation vielleicht höher als bisher angenommen

Pflanzen könnten global bis zu 45 Prozent mehr Kohlenstoff aufnehmen als bisher angenommen. Das schließt ein internationales Wissenschaftlerteam aus Schwankungen schwerer Sauerstoffatome im Kohlendioxid in der Atmosphäre, die mit dem El-Niño-Effekt verbunden sind. Da die Sauerstoffatome im Kohlendioxid zwischen den El-Niño-Jahren schneller als erwartet umgesetzt wurden, seien die aktuellen Schätzungen der Aufnahme an Kohlenstoff durch die Pflanzen wahrscheinlich zu gering. Sie sollten nach oben korrigiert werden, schreiben die Forscher in der Ausgabe des Wissenschaftsmagazins NATURE vom 28 September 2011. Statt 120 Milliarden Tonnen Kohlenstoff würde die gesamte Vegetation der Erde wahrscheinlich zwischen 150 und 175 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr aufnehmen. Dieser Wert ist eine Art Bruttosozialprodukt für die Vegetation und gibt an, wie produktiv die Biosphäre der Erde ist. Eine Überarbeitung dieser so genannten globalen Brutto-Primärproduktion hätte Auswirkungen auf die gekoppelten Klima-Kohlenstoff-Modelle, die in der Klimaforschung genutzt werden, um den künftigen Klimawandel vorherzusagen.

Erection of a 250 KWel/237KWth - PEM fuel cell plant for combined heat and power production in Berlin-Treptow

Das Projekt "Erection of a 250 KWel/237KWth - PEM fuel cell plant for combined heat and power production in Berlin-Treptow" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Kraft- und Licht durchgeführt. Objective: The aim is to show that the integration of the PEM fuel cell into district heating systems can be an ideal supplement or alternative to the established technology used in cogeneration plants. This can only be done by setting up a plant with an output comparable to what is standard in cogeneration plants. A plant of this kind has not been installed to date. The general benefits of fuel cell technology - high level of efficiency, virtually no moving parts, low noise emission levels, very low waste gas emission levels, minimum maintenance - are enhanced by the use of the PEM cell. The relatively low operating temperature of around 80 degree C permits the use of low-price materials and ensures a fast start-up. Moreover, the temperatures of central heating systems. The waste heat of the cell can, therefore, be used without the need for any expensive hydraulic circuits or storage facilities. This makes the cell suitable for use in small-scale district heating systems. A considerable market potential is forecast for the PEM cell in the medium term since it is well suited for series manufacture. The aim of the demonstration project is to fulfil the requirements for series manufacture. This will make it possible in the medium term to reduce the currently high specific costs of around 13000 ECU/KW to less than 1500 ECU/KW General Information: A Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), also know as a Solid Polymer Fuel Cell (SPFC), with an output of 250 kWel/237 kWth is to be installed in the Berlin district of Treptow. The fuel cell is to be integrated into an existing district heating system run by BEWAG which currently has an installed thermal output of 43.4 MW. The temperatures in the heating system's return permit easy assimilation of the available heat. The fuel cell is to be operated using natural gas which is converted into hydrogen and carbon dioxide by the addition of oxygen in a reforming process. In addition the operation with gas-storaged hydrogen is planned. The aim is to permit the both heat and power orientated generation. Full-load operation for the generation of heat can be maintained throughout the year. The auxiliary cooler which is installed makes it possible to generate power irrespective of the level of heat required. The low operating temperature predestinates the PEM fuel cell - as conventional small CHP stations - to cover the basic heat load. For the covering of peak loads during very cold days the existing peak boilers will supply heat. The location of the plant in Berlin's city centre and its immediate proximity to the BEWAG headquarters are ideal for the presentation of the project to the public. The needs of specialists visiting the plant can be well catered for and there are no obstacles to the free flow of information. ... Prime Contractor: Berliner Kraft- und Licht (BEWAG) Aktiengesellschaft; Berlin; Germany.

Teilvorhaben: LMU-HErZ / DWD, LMU-MIM

Das Projekt "Teilvorhaben: LMU-HErZ / DWD, LMU-MIM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maxililians-Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Experimentelle Meteorologie durchgeführt. Der vorliegende Antrag stellt sich den Herausforderungen der Energiewende im Hinblick auf den Ausbau der Photovoltaik, indem er innovative energiemeteorologische Methoden zur satellitenbasierten Vorhersage von Strahlung und PV-Ertrag auf Anlagenebene verbessert und deren Anwendung im Rahmen eines innovativen Energiemanagements auf Verteilnetzebene testet. Hierbei liegt der Fokus auf einer verbesserten Prognose bewölkungsbedingter Fluktuationen der Strahlungsfelder. In diesem Teilprojekt sollen Prognoseverfahren zur Vorhersage der zu erwartenden Globalstrahlung und des Leistungsertrags verteilter PV-Anlagen verbessert werden. Sowohl auf Basis von Satelliten- (für einige Stunden) als auch Wettermodelldaten (für den Vorhersagezeitraum des Modells) soll vor allem die bei beiden Datensätzen nicht repräsentierte natürliche räumlich-zeitliche Variabilität der Prognoseprodukte aufgrund von Wolken, Topographie, PV-Anlagen-Ausrichtung verbessert werden. Das Vorhaben soll durch einen Verbund von 5 Arbeitspaketen (AP) mit einer starken gegenseitigen Verknüpfung der einzelnen APs erreicht werden: - AP1: Ableitung hochaufgelöster Globalstrahlung aus Satelliten- und Bodenbeobachtungen. - AP2: Assimilation und Vorhersage von PV-relevanten Wolkeninformationen. - AP3: Strahlungstransport- und PV-Ertragsmodellierung. - AP4: Bodenmessungen - Globalstrahlung aus Pyranometerdaten und PV-Leistung. - AP5: Prognosebasierte Produkte für die Verteilnetzbetriebsführung. Im Rahmen des hier beantragten Teilprojekts soll die Arbeit an AP3 durchgeführt werden: - AP 3.1: Simulation der Einstrahlung für verteilte Anlagen (PV) auf Basis von Modellvorhersagen sowie Satellitenprodukten - AP 3.3: Inversion der Erträge zur Ableitung der Strahlungskomponenten und Einflussparameter - AP 3.4: Validierung.

Der Einfluss von Schadstoffen aus der Luft auf die Mykorrhiza von Waldbaeumen

Das Projekt "Der Einfluss von Schadstoffen aus der Luft auf die Mykorrhiza von Waldbaeumen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät Landwirtschaft und Gartenbau, Institut für Landespflege und Botanik, Lehrstuhl für Botanik durchgeführt. Zur Mykorrhizierung bewurzelter Fichtenstecklinge werden Pilzkulturen aus Fruchtkoerpern von Mykorrhizapilzen sowie aus bereits mykorrhizierten Fichtenwurzeln eingesetzt. Diese Technik laesst sich zur Vermehrung solcher Baeume nutzen, die in erkrankten Waeldern symptomfrei geblieben sind. Wir werden Kombinate verschiedener Fichtenklone mit Mykorrhizapilzen Abgasen von Ottomotoren bei normierten Abgaszustand sowie definierten Schadstoffkombinationen aus NOx, SO2 und ggf. Ozon aussetzen und anschliessend die Naehrstoffaufnahme und die Vitalitaet der Mykorrhiza ueberpruefen. In Parallelmessungen wird die Photosynthesekapazitaet ermittelt. Es hat sich gezeigt, dass bereits eine 15minuetige Begasung mit Autoabgasen zur raschen Reduktion der Assimilation und Ausschaltung der stomataeren Relation fuehrt. Daran schliessen sich spaeter Farbveraenderungen und schliesslich Nadelabwurf an. Unterschiedliche Entwicklungsstadien zeigen eine verschiedene Empfindlichkeit gegenueber Autoabgasen. Auf diese Weise kann eine Innenvergilbung/-verbraeunung experimentell erzielt werden. Die Mykorrhizafunktionen werden sehr viel spaeter als die Photosynthese ausgeschaltet. In Gegenwart eines Dreiwege-Katalysators bleiben die beschriebenen Schaedigungen aus. Diese an 5-7jaehrigen Fichten gewonnenen Resultate sollen bei in-vitro mykorrhizierten Stecklingen wiederholt werden.

Towards the prediction of stratospheric ozone III: the partitioning of the NOy-components (EU-Projekt)

Das Projekt "Towards the prediction of stratospheric ozone III: the partitioning of the NOy-components (EU-Projekt)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung durchgeführt. Towards the prediction of Stratospheric Ozone III (TOPOZ III) The partitioning of the NOy components The partitioning of reactive nitrogene species (NOy) in the winter stratosphere is only poorly understood. This limits the scientific reliability of predictions of the ozone layer over decades. This project analyses the NOy partitioning using data from the MIPAS balloon experiment, the ENVISAT instruments MIPAS and SCIAMACHY operationally provided by ESA, and retrieved to a higher degree by UKARL, CSIC and UHB, which are compared to results of a variety of chemical transport models and data assimilation models. This comparison leads to improvements of the models involved which are passed to the CCM models of the DLR and ULAQ. Finally, these groups perform predictions of the ozone layer with a significant higher scientific reliability.

Messungen und Modellierung von Ozon und aktiven Spezies von Fruehjahr bis Herbst - SAMMOA

Das Projekt "Messungen und Modellierung von Ozon und aktiven Spezies von Fruehjahr bis Herbst - SAMMOA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre durchgeführt. Objective: Problems to be solved: There are still discrepancies between model prediction and observations of the year- round stratospheric ozone decline in mid and high latitudes. In summer, current models still severely overestimate ozone in the polar regions, and this appears as a major deficiency in our ability to model the complete ozone seasonal cycle. The springtime mid-latitude ozone depletion has not been satisfactorily modelled in a quantitative manner. This proposal hence aims at improving our understanding and modelling of ozone loss processes throughout spring and summer, in the northern mid and high latitudes. Scientific objectives and approach: The main scientific objective is to acquire a quantitative understanding of: (i) the mid-latitude ozone depletion accompanying the breakdown of the wintertime polar vortex, especially over Europe, and ii) the Arctic summer ozone deficit and its linkage to midlatitudes. The project relies on using an integrated approach combining ground-based and balloon-borne measurements, global satellite observations, as well as advanced chemical/dynamical modelling and data assimilation. Measurements of ozone, inert gases, or species actively involved in ozone chemistry, are made at three different stations in the Arctic throughout spring and summer. Observational techniques comprise ground-based lidar and infrared spectroscopic measurements, and light-weight balloon-borne instrumentation. Satellite observations complement these local, ground-based and in-situ measurements by allowing to characterise the global, evolving three-dimensional ozone distribution. The satellite data are globally integrated into a transport model through data assimilation. State-of-the-art numerical models are used to investigate the interaction of chemistry and mixing in the spring and summer stratosphere. These models are used to diagnose the ozone loss mechanisms and the overall transport of trace species in spring and summer. Correlative studies of the abundance of various trace species, either modelled or measured, allow to disentangle the effect of mixing from chemical sources and sinks. Expected impacts: The information to be provided by the field campaigns and model studies during SAMMOA will improve the quantification of ozone loss in the stratosphere, a key science priority in support of the Montreal protocol. This project will particularly impact on understanding of ozone depletion in spring and summer, when it is most harmful. It is indeed in the summertime, that human exposure to UV radiation is largest in middle latitudes. Modelling improvements shall result in better assessment and prediction of the ozone trend and recovery in support of regulatory protocols. Prime Contractor: Norwegian Institute for Air Research; Kjeller.

GOME Assimilated and Validated Ozone and NO2 Fields for Scientific Users and for Model Validation GOA

Das Projekt "GOME Assimilated and Validated Ozone and NO2 Fields for Scientific Users and for Model Validation GOA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. GOA is a short, two year project with a limited budget and a clear aim: Extend and improve the O3 and NO2 data products of GOME. Generate and distribute a five year data set of assimilated fields of ozone and NO2 based on GOME observations. This data set will be validated with other observations obtained during measurement campaigns and from monitoring networks. Confront this data set of two key chemicals of the atmosphere with output from global chemistry-transport models (CTM's) to improve their modeling capability of current and future changes of tropospheric and stratospheric ozone and chemically active greenhouse gases. The GOA objectives are: -To generate a 5-year data set of ozone fields (level-4 products) based on the measurements (available level-2 data) of the GOME spectrometer on board of the ESA ERS-2 satellite. -To validate these ozone fields with an extensive set of independent ground based and satellite observations. Improve and monitor the quality of the ground based observations. -To provide these fields to the scientific community by means of a web site and CDroms. -To estimate the tropospheric ozone content by using total column ozone data and ozone profile retrievals for GOME in a single assimilation. -To improve the GOME NO2 product by using position and time dependent model-predicted profiles of NO2 for the determination of the air-mass factor in the DOAS retrieval of NO2. -To validate this set of NO2 fields with independent ground based and satellite observations. -To provide assimilated NO2 (NOx) fields (target year 1997) to the scientific community. -To estimate the tropospheric NO2 column based on the assimilation and by exploiting the differences in spatial distribution of stratospheric and tropospheric NOx. Comparison with model results. -To identify NOx emission source strengths, by performing model studies and compare with the GOME NO2 observations. -To use this extensive combined data set of ozone and NO2 to validate the performance of chemistry-transport models concerning the modeling of the oxidation capacity, affecting chemically-active greenhouse gases, and the modeling of the seasonal and year to year variation in stratospheric ozone.

Sub project: Towards timescales of assimilation and magma mixing in the Large Igneous Province of Snake River Plain-Yellowstone, northwest United States

Das Projekt "Sub project: Towards timescales of assimilation and magma mixing in the Large Igneous Province of Snake River Plain-Yellowstone, northwest United States" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften - Sektion Mineralogie, Petrologie & Geochemie durchgeführt. The breath of magma diversities in the Snake River Plain and Yellowstone (SRP-Y) volcanic fields presents a unique opportunity to study the interaction of a hot-spot-related thermal anomaly with the continental crust and the subsequent development of magma reservoirs. As a reservoir forms, primitive magma batches induce crustal melting and assimilation, and mixing. Mixing caused by a recharge of a more primitive magma is expected to be accompanied by heating of the reservoir which may obstruct fractionation and thus to precede it. The SRP-Y holds the tale of this chemical process and therefore provides the pieces of the puzzle portraying the evolution of magmas. A series of tests is proposed to systematically characterize the evolution and importance of mixing during the lifetime of reservoirs fed by a hotspot. This work aims to (1) identify end members in the SRP, and (2) to characterize their physical (e.g., density, viscosity) and chemical (e.g., interstitial melt's composition, volatile content) properties. In a second phase, this work will (3) assess the interaction between physical and chemical properties of the magmas involved in the SRP-Y systems; and (4) constrain changes in the timescale of assimilation and mingling in the SRP magma reservoirs.

Teilvorhaben: IUP-HD

Das Projekt "Teilvorhaben: IUP-HD" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Der vorliegende Antrag stellt sich den Herausforderungen der Energiewende im Hinblick auf den Ausbau der Photovoltaik, indem er innovative energiemeteorologische Methoden zur satellitenbasierten Vorhersage von Strahlung und PV-Ertrag auf Anlagenebene verbessert, und deren Anwendung im Rahmen eines innovativen Energiemanagements auf Verteilnetzebene testet. Hierbei liegt der Fokus auf einer verbesserten Prognose bewölkungsbedingter Fluktuationen der Strahlungsfelder. Dieses Teilvorhaben widmet sich der Vorwärts- und Rückwärtsmodellierung der tatsächlichen Leistung als Funktion meteorologischer Größen und anlagenspezifischer Parameter für einige Referenzanlage der Allgäunetz/EGRID. Die Vorwärtsrechnung erfolgt durch ein kombiniertes Strahlungstransport- und PV-Anlagenmodell. Das Strahlungsmodul wird mit den relevanten meteorologischen Größen naheliegender Wetterstationen und mit Vorhersagen des Wettermodells (ICON) gefüttert. Die anlagenspezifischen Eigenschaften werden durch die Simulation der PV Leistung für klare Tage ermittelt. Aus dem Rückwärtsmodell (optimale Schätzung) soll aus der erzielten PV Leistung auf die Globalstrahlung und auf die relevanten meteorologischen Daten geschlossen werden. Beide Modelle werden mit der bei den Meßkampagnen gemessenen Globalstrahlung, der PV Leistung, und des re-analysierten Wetters geeicht und validiert. Das Vorhaben soll durch einen Verbund von 5 Arbeitspaketen (AP) mit einer starken gegenseitigen Verknüpfung der einzelnen APs erreicht werden: - AP1: Ableitung hochaufgelöster Globalstrahlung aus Satelliten- und Bodenbeobachtungen. - AP2: Assimilation und Vorhersage von PV-relevanten Wolkeninformationen. - AP3: Strahlungstransport- und PV-Ertragsmodellierung. - AP4: Bodenmessungen - Globalstrahlung aus Pyranometerdaten und PV-Leistung. - AP5: Prognosebasierte-Produkte für die Verteilnetzbetriebsführung. Der Partner IUP-HD übernimmt dabei die Teilarbeitsbereiche TAP 3.3, TAP 3.4, TAP 4.1 und 4.3 (siehe TVB).

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