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Ausbreitung von luftgetragenen Schadstoffen von der Produktionsstaette

Die Abluft von Tierhaltungen kann fuer die Umwelt durch Geruchs- und Keimausbreitungen zu Belaestigungen fuehren. Auch das Ausbringen von Pflanzenschutz- und Duengemitteln stellt ein Emissionsproblem dar. Letztlich gehoert zu diesem Themenkreis die Staubentstehung auf fahrenden Arbeitsmaschinen. Fuer diese Ausbreitungsvorgaenge wird ein mathematisches Transportmodell entwickelt, das a) den statistischen Charakter der Teilchengroessenverteilung beruecksichtigt, b) Slip-, Haft- und Stossbedingungen erfasst und c) meteorologische Einfluesse miteinbezieht. Anhand von Untersuchungen in einem Staubfeld unter definierten und jederzeit reproduzierbaren Randbedingungen ist das obige Modell messtechnisch abzustuetzen.

Synthetische Wind- und Ausbreitungsklassenstatistik

Synthetische Wind- und Ausbreitungsklassenstatistiken (SynAKS) für das Land Baden-Württemberg als standortrepräsentative meteorologische Eingangsdaten für anlagenbezogene Immissionsprognosen im Rahmen von Genehmigungsverfahren nach TA Luft, die Überprüfung der Angaben in einem Gutachten auf Plausibilität, Fragen der Standortfindung, die schnelle Einordnung von Nachbarschaftsbeschwerden durch Gerüche, Kleinfeuerungsanlagen oder Lärm, die Verwendung in Ausbreitungsrechnungen (AUSTAL, GERDA) sowie die Berechnung von Verkehrsimmissionen. Die SynAKS werden ohne Messungen vor Ort durch Zusammenführung von topographischen und meteorologisch-statistischen Informationen sowie aus den Ergebnissen von Modellrechnungen künstlich (synthetisch) hergestellt. Sie repräsentieren die für den nun aktualisierten Antriebszeitraum 2011 bis 2020 mittleren Verhältnisse über Bezugsflächen von 500 Meter x 500 Meter, die der räumlichen Auflösung der zugrundeliegenden Modellrechnungen entsprechen. Die synthetischen Winddaten beziehen sich auf eine Anemometerhöhe von 10 Meter über Grund bzw. über Bebauungs- oder Bewuchsniveau.

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).

Schwebstoff-Tracer-Untersuchungen

Es sollen Transport- und Austauschvorgaenge an Schwebstoffen und Sedimenten durch Einsatz von Tracern untersucht werden. Die Untersuchungen sollen sowohl im Modell als auch in Feldversuchen durchgefuehrt werden. Eingesetzt werden sollen geeignete Radiotracer und aktivierbare Tracer in Form von Metalloxiden, Silikaten und organischen Verbindungen.

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).

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.

Immissionsbelastung 2016

Im Auftrag der LUBW wurden mittels Ausbreitungsrechnungen mit einem chemischen Transportmodell und unter Verwendung des landesweiten Emissionskatasters 2016 der LUBW sowie unter Berücksichtigung von gemessenen Immissionsdaten die durchschnittlichen Belastungen für die Luftschadstoffe Stickstoffdioxid (NO2), Feinstaubpartikel PM10, Ozon (O3) und Ammoniak (NH3), die sogenannte Immissionsbelastung, für das gesamte Gebiet von Baden-Württemberg ermittelt. Das Bezugsjahr für die dargestellte Immissionsbelastung ist 2016. Dieses Jahr wurde ausgewählt, da es sowohl bezüglich der Emissions- und Immissionssituation für die Luftschadstoffe Stickstoffdioxid (NO2), Feinstaubpartikel PM10, Ozon und Ammoniak (NH3), als auch für die meteorologische Situation als repräsentativ anzusehen ist. Weitere Informationen im Internet, siehe https://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/luft/immissionsbelastung

Experimentelle Erfassung der Vorgaenge in der atmosphaerischen Grenzschicht ueber Land

Die Struktur des unteren Teils der Atmosphaere, der Grenzschicht (unser Hauptlebensraum) wird durch wetterbedingte Aenderungen, Untergrundeigenschaften, einen ausgepraegten Tagesgang und durch zusaetzliche menschliche Taetigkeit hervorgerufene Einfluesse bestimmt. Die Veraenderung der Schichtung, des Turbulenzzustands und der vertikalen turbulenten Transporte, Waerme und Bewegungsgroesse sowie ihre gegenseitige Abhaengigkeit werden - neben speziellen Erscheinungen (z.B. interne Schwerewellen) mit der meteorologischen Messanlage an dem 300 m hohen Sendemast des NDR in Hamburg-Billwerder mit Schallradargeraeten und mit einem Barovariographennetz untersucht. Dabei werden auch wichtige Parameter fuer Simulationsmodelle zur Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphaere - insbesondere im Stadtgebiet - gewonnen.

Nachhaltige Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens, Entwicklung eines Simulationstools zur Prognose der Ausbreitung und des Abbaus von Schadstoffen in der gesättigten und der vadosen Zone

Ziel ist dabei unter anderem, eine Datenbasis für die Modellierung des Schadstoffabbaus und der Schadstoffausbreitung zu schaffen, die in ein sechstes Teilprojekt einfließt. Dieses wird von Mitarbeitern der Professoren Knabner und Rüde bearbeitet und befasst sich standortübergreifend mit der mathematischen Modellierung von Transport-, Rückhalte- und Abbauprozessen mittels moderner und effizienter Verfahren. Für die numerische Simulation wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das belastbare Risikoeinschätzungen liefern soll. Aufgrund der anspruchsvollen Struktur der Probleme - Systeme von gekoppelten, nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen - werden auch Techniken der Höchstleistungssimulation eingebracht. An jedem untersuchten Standort soll das Verständnis der im Untergrund ablaufenden Prozesse so vertieft werden, dass nicht nur der momentane Zustand beschrieben werden kann, sondern auch langfristige Prognosen möglich sind. Angesichts von rund 13300 altlastverdächtigen Flächen in Bayern ist es von großer volkswirtschaftlicher Bedeutung, neben der Entwicklung von kostengünstigen und praxisorientierten Technologien zur Altlastensanierung die natürlichen Selbstreinigungskräfte der Umwelt zu nutzen. Um angemessen handeln zu können, brauchen Behörden und andere Entscheidungsträger eine zuverlässige Antwort auf die Frage: Wie groß ist das natürliche Potenzial eines Altlastenstandortes, sich selbst zu reinigen?

Ammoniak als Wasserstoffträger

Das Vorhaben untersuchte einen Teilaspekt der Importstrukturen für Ammoniak als ggf. zukünftigen Importvektor von Wasserstoff auf potentielle Umweltauswirkungen. Betrachtet wurden Lagertanks und Spaltanlagen für Ammoniak, in denen per Seeweg importiertes Ammoniak gespeichert und wieder zu Wasserstoff gespalten wird. Hierzu wurden drei Modellterminals unterschiedlicher Größenordnung entworfen und deren Emissionen anhand von technischen Annahmen und Informationen von Anlagenbauern bzw. Lizenzgebern sowie z.T. von Hypothesen bezüglich möglicher Grenzwerte abgeleitet. Auch mögliche Störfallszenarien bzw. Maßnahmen zur Verhinderung und zur Begrenzung der Auswirkungen von Ereignissen wurden betrachtet. Auf Basis der ermittelten Emissionen wurden Ausbreitungsrechnungen durchgeführt und die berechneten Konzentrationen mit critical loads u.a. für reaktive Stickstoffverbindungen verglichen und die potentielle Klimawirkung von N2O-Emissionen abgeschätzt.

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