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
Das Projekt "Orientierende Erfassung von Black Carbon (BC) in Deutschland und Identifikation relevanter Quellen mit Chemie-Transport-Modellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Nederlandse Centrale Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO), EELS Aarde, milieu en biowetenschappen durchgeführt. 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.
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.
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.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellsimulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie durchgeführt. Mit dem regionalen Chemietransportmodell EURAD werden mehrere Ferntransportereignisse untersucht. Von besonderem Interesse sind Episoden mit Interkontinentaltransport von Nordamerika sowie stratosphaerische Intrusionen. Analysiert wird insbesondere der Import von Spurenstoffen (Ozon und andere Spezies) nach Europa und die dabei relevanten Prozesse (horizontaler, vertikaler Transport, chemische Umsetzungen). Dies soll dazu dienen, die Bedeutung des Imports von Spurenstoffen auf die Konzentrationen in der freien Troposphaere ueber Europa besser abschaetzen zu koennen. Eine Verwertung der Ergebnisse ist bei der regionalen Planung der Luftreinhaltung moeglich.
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.
Das Projekt "Spurenstoffflussanalysen troposphaerischer Feldexperimente mit chemischer 4D-var Datenassimilation (SATEC4D)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Förderverein des Rheinischen Instituts für Umweltforschung durchgeführt. Allgemeines Ziel ist die Erstellung numerischer Analysen zu geplanten Feldkampagnen mittels eines vierdimensionalen, variationalen chemischen Datenassimilationsalgorithmus (4D-var), der ein komplexes troposphaerisches Chemietransportmodell (CTM) einschliesst. Qualitaetsziele der Analysen sind: - Assimilation und Analyse der raeumlich und zeitlich gestreuten und heterogenen Messungen durch einen bereits entwickelten 4D-var Algorithmus, a posteriori Validation der Analyse durch anschliessende Vorhersagen und andere Algorithmen der Verifikation, - Analysen der Emissionsraten und Depositionsgeschwindigkeiten durch Variationsalgorithmen der Parameteroptimierung, - Optimierung der meteorologischen Analysen durch 4D-var Assimilation zusaetzlicher meteorologischer Kampagnendaten, - Analysenberechnungen durch Gitternestungen, repraesentativ aufloesend fuer Messungen in komplexem Terrain, - Flussbestimmungen der Spurenstoffe mittels Budgetrechnungen nach qualitaetsgesicherten Analysen, - Ausnutzung des Potentials von 4D-var zur Modellfehleranalyse des CTMs durch Messkampagnendaten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der variationellen Datenassimilationsalgorithmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Förderverein des Rheinischen Instituts für Umweltforschung durchgeführt. Das Projekt liefert den algorithmischen Kern des raum-zeitlichen Datenassimilationssystems durch Entwicklung eines stratosphaerischen Chemietransportmodells (CTM) und seiner tangentiallinearen und globalen, adjungierten Modellkomponenten und Verbindung in variationalen Algorithmen. Die Anwendung des Assimilationssystems liefert eine umfassende Evaluation des zugrundeliegenden CTM und damit ein zuverlaessigen, auf neueste Algorithmen aufbauendes Instrument. Projektziele: - Entwicklung eines globalen chemischen 4-dimensionalen variationellen Assimilationsalgorithmus aufbauend auf ein stratosphaerisches Chemietransportmodell und Nutzung von CRISTA-Daten und zukuenftiger ENVISAT-Messungen. - Entwicklung eines numerisch effizienten, robusten variationalen Assimilationsalgorithmus mit der Moeglichkeit, Modellfehler zu beruecksichtigen durch 4-dimensionales Physical-space Statistical Assimilation System. - Entwicklung einer operativen Version und einer komplexen Referenzversion unter Verwendung eines umfassenden stratosphaerischen Chemiemechanismus. - Fallstudienweise Qualitaetsanalyse des operativen Assimilationsalgorithmus mittels Sonderdaten von SCIAMACHY und MIPAS sowie Referenzversion.
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.
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