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Am Vorhaben beteiligte Institutionen

Erstellte Berichte

Forschungs- und Entwicklungsvorhaben Nr. 10402812/01 des Umweltforschungsplans des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, vergeben durch das Umweltbundesamt

Zielsetzung:

Ziel des Vorhabens ist die Schaffung von Entscheidungsgrundlagen für ein bundeseinheitliches Vorgehen bei der Bekämpfung von hohen Ozonkonzentrationen.

Problemstellung:

Seit Jahren werden in Deutschland wie in anderen Teilen der Welt während der Sommermonate insbesondere in Schönwetterperioden erhöhte Konzentrationen von Ozon und anderen sog. Photooxidantien festgestellt. Dieses Phänomen ist bekannt als Sommersmog, dessen wichtigster, aber nicht einziger Bestandteil das Ozon ist.

Sommersmog entsteht, wenn die Luft mit Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen oder anderen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) belastet ist und von der Sonne bestrahlt wird.

Diese Stoffe gehen hauptsächlich auf den Kraftfahrzeugverkehr und die Industrie zurück. Auch die Vegetation, z.B. bestimmte Baumarten, setzen im Sommer flüchtige organische Verbindungen frei.

Ozon und auch die meisten anderen Komponenten des Sommersmogs werden dagegen nicht emittiert, sondern entstehen erst in der Atmosphäre als Produkt vielfältiger chemischer Reaktionen.

Der Zusammenhang zwischen den Emissionen der sog. "Vorläuferstoffe" NOx, CO und VOC und dem daraus über chemische Reaktionen entstehenden Ozon und anderen Photooxidantien (Immissionen) ist komplex, da die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten des Sommersmogs nicht linear sind: Die Änderung der emittierten Menge einer Komponente, z. B. der Stickoxide, bewirkt nicht eine entsprechende Änderung bei den Produkten, den Photooxidantien.

Das Ausmaß einer geplanten Maßnahme zur Emissionsreduktion erlaubt also keinen unmittelbaren Schluß auf deren oxidantienmindernde Wirkung. Dieser Umstand macht die Bekämpfung des Sommersmogs schwierig.

Lösungsansatz

Die einzige Möglichkeit zur vorherigen Überprüfung der Wirkung geplanter Maßnahmen zur Bekämpfung hoher Konzentrationen von Photooxidantien ist der Einsatz von Computermodellen, die die komplexen Zusammenhänge zwischen der Emission der Vorläuferstoffe, deren Transport und chemische Umwandlung in der Atmosphäre und die daraus folgende Bildung von Photooxidantien simulieren.

Zur größtmöglichen Absicherung der Untersuchungsbefunde kamen in dem hier vorgestellten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben drei solcher Rechenmodelle gleichzeitig zum Einsatz: EURAD, REM3 und CALGRID. Bei allen handelt es sich um komplexe dreidimensionale Modelle. Ausgehend von den Schadstoffmengen, die vom Kfz-Verkehr, Industrie und Haushalten in die Atmosphäre freigesetzt werden, simulieren diese Computermodelle die komplexen physikalisch-chemischen Prozesse innerhalb der planetarischen Grenzschicht, d. h. bis zur Höhe von ca. 3000 m über dem Boden, unter Berücksichtigung geographischer (Berge, Täler, Bewuchs, Bebauung) und meteorologischer (Einstrahlung, Bewölkung, Niederschläge, Feuchte, Wind und Temperatur) Gegebenheiten.

Als Grundlage für die Computersimulation wurden zwei hochsommerliche Episoden aus den Jahren 1990 und 1994 von jeweils 14tägiger Dauer, für die umfangreiche Meßergebnisse vorlagen, ausgewählt. Diese Episoden mit hoher Ozonbelastung wurden mit den beiden Modellsystemen EURAD und REM3/CALGRID simuliert. Da die Rechenergebnisse durch die vorliegenden Messwerte weitgehend bestätigt werden, kann davon ausgegangen werden, daß die Computermodelle geeignete Instrumentarien zur Überprüfung der Auswirkungen geplanter Maßnahmen zur Emissionsminderung sind.

Arbeitsschwerpunkte

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben hat drei Schwerpunkte:

1. Ermittlung der Minderungspotentiale bei den verschiedenen Verursachern der Emissionen,
2. Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Maßnahmen auf die Ozonkonzentrationen national und auch europaweit,
3. Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Maßnahmen auf die Ozonkonzentrationen in den Ballungsräumen Rhein-Main, Berlin-Brandenburg und Dresden.

Bei den untersuchten Maßnahmen wird unterschieden in

• Temporäre Maßnahmen, d.h. Maßnahmen, die kurzfristig und vorübergehend die Emissionen von Ozon-Vorläuferstoffen senken, und

• Langfristige Maßnahmen, die solche Emissionen auf nationaler oder internationaler Ebene dauerhaft senken.

Internet-Präsentation

Innerhalb dieser Präsentation werden aus der Vielzahl der durchgeführten Computersimulationen nur die aussagekräftigsten Ergebnisse dargestellt. Für weitergehende Informationen kann der zusammenfassende Abschlußbericht des Vorhabens bzw. dessen Kurzfassung jeweils in deutsch oder englisch vom Server des Umweltbundesamts abgezogen werden. Zusätzlich werden alle 15 erstellte Berichte ab März 1998 auf CD-ROM erhältlich sein.