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Untersuchung der Herkunft des grenzüberschreitenden Feinstaubtransportes im Osten Deutschlands mit einem Chemie-Transportmodell

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

AFO 2000 Validierung chemischer Mechanismen zur Beschreibung des Abbaus von Isopren und a-Pinen zum Einsatz in 3-D Chemie-Transport-Modellen

Das Projekt "AFO 2000 Validierung chemischer Mechanismen zur Beschreibung des Abbaus von Isopren und a-Pinen zum Einsatz in 3-D Chemie-Transport-Modellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Teilinstitut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Evaluierung und Aktualisierung chemischer Mechanismen zur Beschreibung der atmosphaerischen Oxidation der wichtigsten biogenen Kohlenwasserstoffe, Isopren und a-Pinen. Ergebnis wird die Empfehlung von Referenzmechanismen zur Verwendung in Chemie-Transport(CT)-Modellen sein. Die verbesserte Beschreibung dieser wichtigen natuerlichen chemischen Prozesse in der Troposhaere fuehrt zu einer Reduzierung der Unsicherheiten in Ozonprognosemodellen und zur verbesserten Vorhersage zukuenftiger Trends der Konzentration und Verteilung atmosphaerischer Spurengase mit Anwendungen auf regionaler und auf globaler Ebene. Hierzu werden Experimente in einer Simulationskammer durchgefuehrt, die zusammen mit vorhandenen Daten als Basis fuer die Validierung der Mechanismen in einem Boxmodell dienen. In einem weiteren Schritt werden ausgewaehlte Mechanismen in ein regionales und ein globales CT-Modell integriert und ihre Auswirkung in verschiedenen Szenarien untersucht. Abschliessend erfolgt als erster Anwendungstest ein Vergleich mit Daten aus einer aktuellen Feldmesskampagne.

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.

INVERT-Ableitung vertikal aufgeloester Spurengasprofile aus Saeulendichtemessungen des ERS-2-GOME Instruments unter Verwendung eines 3D-Chemie-Transport-Modells

Das Projekt "INVERT-Ableitung vertikal aufgeloester Spurengasprofile aus Saeulendichtemessungen des ERS-2-GOME Instruments unter Verwendung eines 3D-Chemie-Transport-Modells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen durchgeführt. ERS-2-GOME ist seit April 1995 im Betrieb. Hauptsaechlich Informationen ueber den Saeulengehalt von O3 und NO2 sind derzeit routinemaessig erhaeltlich. Insbesondere jedoch die Kenntnis der vertikalen Verteilung von Spurengasen ueber einen langen Zeitraum ist fuer die Beantwortung vieler klimarelevanter Fragen und die Verbesserung von Modellen erforderlich. GOME waere wegen seiner langen Lebenszeit eine ideale Datenquelle, doch die Ableitung vertikal aufgeloester Spurengasprofile auf einer operationellen Basis erwies sich aufgrund zu langer Rechenzeiten als bisher unmoeglich. Gemeinsame Studien des DLR-DFD, des MPI-Hamburg und des NCAR haben nun gezeigt, dass die Ableitung von O3-Profilen aus den gemessenen O3-Saeulen von GOME unter Verwendung des NCAR-ROSE-Chemie Transport Modells und von assimilierten Wind- und Temperaturfeldern des UKMO mit relativ geringem Rechenzeitaufwand und mit erstaunlich guter Genauigkeit moeglich ist. Ziel des Vorhabens ist daher die Modifikation des Modells und die Inversion aller verfuegbaren GOME-Saeulenmessungen. Damit stuende - mit relativ geringem Finanzaufwand - der Wissensgemeinschaft rasch ein bislang einmaliger und konsistenter Datensatz zur Verfuegung.

Transport, Chemie und Spurengasverteilung in der Tropopausenregion - TRACHT

Das Projekt "Transport, Chemie und Spurengasverteilung in der Tropopausenregion - TRACHT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Förderverein des Rheinischen Instituts für Umweltforschung durchgeführt. Die Spurengasverteilungen und -fluesse in der oberen Troposphaere/unteren Stratosphaere sollen experimentell und theoretisch untersucht werden. Dabei sollen mesoskalige Strukturen (Troege, Cut-off lows, Streamer u.a.) auf der Nordhalbkugel mit Hilfe von CRISTA-Daten analysiert werden. Vorgesehen ist eine Fallstudie fuer den August 1997 (zweiter CRISTA-Flug). Hier wurden wichtige Spurengase (H2O, O3, HNO3, CFC11) und Aerosol mit einer bisher unerreichten raeumlichen Aufloesung gemessen. Die CRISTA-Daten werden mittels des NCAR-ROSE-CTM simuliert und assimiliert und Spurengasfluesse auf der Nordhalbkugel werden abgeschaetzt. Die Eignung des ROSE-Modells fuer den genannten Hoehenbereich wird untersucht werden. Die gemessenen bzw. assimilierten CRISTA-Daten sollen als Eingangsgroessen fuer ein lokal hochaufgeloestes Chemie-Transport-Modell (EURAD) benutzt werden. Mit diesem Modell werden mesoskalige Transporte im Detail berechnet. Ihre Bedeutung fuer die Zusammensetzung der Tropopausenregion im besonderen und fuer atmosphaerische Spurenstoffkreislaeufe im allgemeinen soll untersucht werden. Es werden Beitraege zur Modellevaluierung im Bereich der oberen Troposphaere und unteren Stratosphaere geleistet.

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.

Einfluss der Eisphase in hochreichender Konvektion auf Spurenstoffkonzentrationen in der Troposphäre

Das Projekt "Einfluss der Eisphase in hochreichender Konvektion auf Spurenstoffkonzentrationen in der Troposphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erforschung der Rolle der Eisphase in hochreichender Konvektion für Spurenstoffhaushalte. Hierbei sollen insbesondere das Auswaschen in Niederschlag und die Stickoxidproduktion durch Blitze, die zur verbesserten Simulation dieser Prozesse in globalen Chemie- Transport-Modellen führen, betrachtet werden.

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.

MeRamo: Unterstützung der mit der Umsetzung der EU Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie befassten Behörden mittels eines assimilativen Ökosystemmodells

Das Projekt "MeRamo: Unterstützung der mit der Umsetzung der EU Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie befassten Behörden mittels eines assimilativen Ökosystemmodells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH durchgeführt. Das Vorhaben verknüpft Copernicus Dienste und insbesondere Fernerkundungsdaten mit einem vorhersage- und szenarienfähigen Modellsystem, um die bestmögliche Informationsbasis zur Unterstützung der mit der Umsetzung der Europäischen Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSRL) befassten Behörden zu schaffen. Es werden die nötigen technischen Entwicklungen zur Verknüpfung von Fernerkundungsdaten, Modellsystem, Antriebsdaten und In-situ Daten durchgeführt, um zu einem einheitlichen Unterstützungssystem mit einheitlicher Ausgabe zu gelangen. Die verwendeten Fernerkundungsdaten werden hauptsächlich von den Sentinel-3 Satelliten stammen, die mit Hilfe der Datenassimilation in ein bestehendes gekoppeltes Zirkulations- und Ökosystemmodell integriert werden sollen. Dieses Modell wird Antriebsdaten verwenden, die insbesondere für die atmosphärische Deposition eine Unterscheidung nach unterschiedlichen Eintragsquellen (z.B. Schiffsemissionen) möglich macht. Die Verfolgung dieser unterschiedlichen Einträge wird mit Hilfe eines zu implementierenden Nährstoff-Verfolgungs-Moduls im Ökosystemmodell gewährleistet werden. Das HZG wird mit dem Chemietransportmodell CMAQ berechnete Depositionsfelder von Schad- und Nährstoffen, dabei insbesondere zeitlich hoch aufgelösteFelder von Stickstoffkomponenten liefern. Diese werden dann vom Ökosystemmodell des BSH weiter verwendet. Die Felder werden nach verschiedenen Emissionssektoren aufgeschlüsselt, wobei der Beitrag von Schiffsemissionen gesondert betrachtet wird. Die Schiffsemissionen selbst werden mit einem detaillierten Emissionsmodell berechnet.

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