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Teilvorhaben 5

Das Projekt "Teilvorhaben 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Als Beitrag für die Entwicklung eines umsetzungsorientierten integrierten regionalen Klimaanpassungsprogramms in einem Akteursnetzwerk der Stadt Dresden zur Sicherung der langfristigen Wettbewerbsfähigkeit und einer stabilen Lebensqualität ist eine Projektion der Luftqualität in der Stadtregion bezüglich Aerosolpartikel für den Zeitraum bis 2050 geplant. Urbanisierung und Anwendung des dem Stand der Wissenschaft entsprechenden multiskaligen Chemie-Transport-Modells COSMO-MUSCAT bis zu einer horizontalen Auflösung von 100 x 100 m. Die Anwendung des Modells soll sowohl den Vergleich mit experimentellen Messungen als auch die Projektion der zu erwartenden Veränderungen anhand ausgewählter regionaler Klimaszenarien beinhalten. Größenklassifizierte physikalisch-chemisch Charakterisierung der Partikel in der Stadtluft durch Berner-Impaktor-Messungen bei ausgewählten meteorologischen Bedingungen. Die Forschungsergebnisse sind Grundlage für Entscheidungen lokaler Behörden zur Umsetzung von zukünftigen Maßnahmen zur Anpassung an die zu erwartende Klimaänderung. Damit wird die Wettbewerbsfähigkeit des Hochtechnologiestandorts Dresden gesichert.

Sicherstellung der Ozonprognose

Das Projekt "Sicherstellung der Ozonprognose" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IVU Umwelt GmbH durchgeführt. 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.

Verbesserung der Parametrisierung biogener VOC-Emissionen in Chemietransportmodellen

Das Projekt "Verbesserung der Parametrisierung biogener VOC-Emissionen in Chemietransportmodellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltbundesamt durchgeführt. 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.

Erarbeitung eines zeitlich und raeumlich hochaufgeloesten Katasters fuer anthropogene NMHC-Emissionen

Das Projekt "Erarbeitung eines zeitlich und raeumlich hochaufgeloesten Katasters fuer anthropogene NMHC-Emissionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. 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.

Weiterentwicklung des RADM2 Mechanismus: Eine objektive Methode zur Anpassung der organischen Chemie

Das Projekt "Weiterentwicklung des RADM2 Mechanismus: Eine objektive Methode zur Anpassung der organischen Chemie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. 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.

Foerderschwerpunkt: Troposphaerenforschung - Leitthema 1: Erstellung und Anwendung einer mesoskaligen Modellhierache zur Diagnose und Prognose der Schadstoffverteilung ueber Deutschland und Europa

Das Projekt "Foerderschwerpunkt: Troposphaerenforschung - Leitthema 1: Erstellung und Anwendung einer mesoskaligen Modellhierache zur Diagnose und Prognose der Schadstoffverteilung ueber Deutschland und Europa" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus, Institut für Boden-, Luft- und Gewässerschutz, Lehrstuhl für Umweltmeteorologie durchgeführt. Gesamtziel des ersten Leitthemas im Foerderschwerpunkt 'Troposphaerenforschung' ist die Feststellung und gegebenenfalls die Verbesserung der Diagnose- und Prognosefaehigkeit von luftchemischen Simulationsmodellen sowie deren Erprobung in der Praxis. Dabei sollen Prognosen fuer die Ozonverteilung im regionalen Bereich, z.B. fuer Deutschland, mit wachsender Vorhersageguete erstellt werden. Als Fernziel wird angestrebt, bei Kurzfristvorhersagen von Sommersmogepisoden nach Moeglichkeiten eine Genauigkeit von 5 Prozent und bei Mittelfristprognosen eine Genauigkeit von 10 Prozent zu erreichen. Ausserdem ist die Durchfuehrung von Szenarienrechnungen vorgesehen, um die Auswirkungen geplanter Emissionsminderungsmassnahmen auf die laengerfristige Verteilung umweltschaedlicher Photooxidantien (Zeitraum: Jahre... Jahrzehnte) dem fortschreitenden Stand der Wissenschaft entsprechend belastbar und zuverlaessig abzuschaetzen. Intensive Sensitivitaetsstudien sowie eine Reihe von Evaluierungsexperimenten fuer Testfaelle, deren (analytische) Loesung bekannt ist, und/oder mit experimentell gewonnenen Datensaetzen dokumentieren das gegenwaertige Leistungsvermoegen verfuegbarer Chemie-Transport-Modelle und geben Hinweise auf notwendige Verbesserungen. Schliesslich wird eine Hierarchie von miteinander gekoppelten mesoskaligen Modellen implementiert, um die Immission von Spurensubstanzen wie z.B. Ozon lokal, regional und kontinental zu simulieren.

Experimente in Stratosphaere-Troposphaere durch Flugzeugmessungen (STREAM III)

Das Projekt "Experimente in Stratosphaere-Troposphaere durch Flugzeugmessungen (STREAM III)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt, Institut für Meteorologie und Geophysik, Arbeitsgruppe Physik der Atmosphäre durchgeführt. Als Beitrag zu einem Kooperationsprojekt, an dem insgesamt neun deutsche und europaeische Institutionen beteiligt sind, wird ein in-situ Gaschromatograph zur Messung von N2O und verschiedenen Fluorchlorkohlenwasserstoffen bei Messfluegen mit einem Forschungsflugzeug der Universitaet Utrecht ueber dem Nordatlantik und Kanada eingesetzt, um die Konzentrationsverteilung dieser Spurengase in der oberen Troposphaere und unteren Stratosphaere mit einer zeitlichen Aufloesung von 1-2 Minuten zu messen. Die gemessenen Spurengase sind chemisch langlebig und damit geeignete 'Tracer' zur Untersuchung von Transportprozessen. Im Zusammenhang mit den Messungen der anderen Partner liefern diese Daten Hinweise zu folgenden wissenschaftlichen Fragestellungen: 1) Wie und durch welche dynamischen Prozesse gelangen anthropogene Gase aus der Troposphaere in die Stratosphaere, welchen Einfluss hat diese troposphaerische Verschmutzung auf die Ozonchemie in der unteren Stratosphaere und traegt sie zu den beobachteten zeitlichen Trends des Ozongehaltes bei? 2) Welche chemischen und dynamischen Prozesse muessen in numerischen Chemie-Transport-Modellen beruecksichtigt werden, um die photochemischen Prozesse, den Luftmassenaustausch im Tropopausenbereich und die Auswirkungen der Emissionen von Flugzeugen in der unteren Stratosphaere realistisch zu beschreiben? 3) Wie wird die Chemie des 'reaktiven Stickstoffs' (NOy) durch diese Austauschprozesse in den aussertropischen Regionen beeinflusst und welche Rolle haben diese Transportprozesse im Vergleich zu den direkten Emissionen in der unteren Stratosphaere auch im Hinblick auf eine moegliche kuenftige Zunahme durch die Einfuehrung des Ueberschallflugverkehrs. Hauptauftragnehmer: Utrecht University, Institute for Marine and Atmospheric Research; Utrecht.

Teilvorhaben 3: Instrumentenentwicklung/-vorbereitung und Chemie-Transport-Modelle

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Instrumentenentwicklung/-vorbereitung und Chemie-Transport-Modelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), Stratosphäre (IEK-7) durchgeführt. 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.

Entwicklung eines neuartigen Partikelmodells zur Beurteilung der Luftbelastung durch Verkehrsemissionen: Wolkeneffekte

Das Projekt "Entwicklung eines neuartigen Partikelmodells zur Beurteilung der Luftbelastung durch Verkehrsemissionen: Wolkeneffekte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Förderverein des Rheinischen Instituts für Umweltforschung durchgeführt. Als eine wesentliche Ursache fuer die Belastung der Atmosphaere mit Schadstoffen gilt der Fahrzeugverkehr. Waehrend bisher die Problematik der Photooxidantien im Vordergrund stand, sollen in diesem Projekt die Folgen der Partikelemissionen des Strassenverkehrs mit numerischen Modellen eingehend untersucht werden. Grundlage fuer die Projektarbeiten ist das EURAD-Modellsystem, mit dem die notwendigen Emissionsdaten, meteorologischen und chemischen Daten generiert bzw aufbereitet werden. Zur Behandlung der Aerosole steht ein modales Aerosoldynamik-Modell (MADE) zur Verfuegung, das eine Behandlung der Aerosoldynamik und damit eine Beschreibung der Groessenverteilung der Partikel ermoeglicht. Um das Modellsystem sinnvoll auf der Skala des Strassenverkehrs (1-2 km) anzuwenden sind einige Vorarbeiten unumgaenglich. Es muessen sowohl die Partikelemissionen des Verkehrs als auch die Verteilung der Vorlaeufersubstanzen bekannt sein, die sekundaere Partikel bilden koennen. Weiterhin sind Modifikationen am Modellcode hinsichtlich der kleinskaligeren Anwendungen moeglicherweise notwendig. Im Rahmen dieses Projektes soll in enger Zusammenarbeit mit dem Ford Forschungszentrum in Aachen das Aerosol-Modell weiterentwickelt werden, so dass eine Beschreibung der Aerosolverteilung waehrend Wolken- und Nebelereignissen, dh bei hohen Werten der relativen Feuchte durchgefuehrt werden kann. Hierzu muss das Aerosolmodell um eine Parametrisierung der Behandlung von Wolkentropfen erweitert werden, die eine Beschreibung der Tropfengroessenverteilung aus den vorhandenen ueber die Wolke gemittelten Groessen ermoeglicht. Bei den Auswirkungen von Wolken auf Aerosole sollen neben den vertikalen Transporten der Partikel in konvektiven Wolken, nasschemische Reaktionen in Wolkenwasser und die nasse Deposition der Partikel beruecksichtigt werden.

Erweiterung von MISKAM um ein Modul zur Beschreibung chemischer Umsetzungsvorgaenge

Das Projekt "Erweiterung von MISKAM um ein Modul zur Beschreibung chemischer Umsetzungsvorgaenge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Aufgabe ist die Kopplung eines mikroskaligen Stroemungs- und Transportmodelles mit einem Chemiemodul zur Erfassung der kurzlebigen Spezies in der Strassenschlucht.

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