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Partikel-Anzahl- und CO2-Flüsse über dem Stadtgebiet von Münster, NW Deutschland
F. Dahlkötter1*, F. Griessbaum1, A. Schmidt2, and O. Klemm1
1AG Klimatologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster 2Department of Forest Ecosystems and Society, Oregon State University
DanksagungDie Autoren danken dem Stadtplanungsamt Münster für die Bereitstellung der verwendeten Verkehrsdaten und weiterhin dem BLB und der Bundeswehr für die Erlaubnis wissenschaftliche Arbeiten auf dem militärischen Funkturm durchzuführen.
MethodenDie Messungen wurden in einer Höhe von 65 m über Grund auf einem Funkturm (Abb. 1) mittels eines Kondensations-Partikelzählers (Durchmesser > 11 nm) und eines Infrarot-Hygrometers, jeweils mit einer zeitlichen Auflösung von 10 Hz, durchgeführt. Die Berechnung der Flüsse erfolgte unter Anwendung der Eddy-Kovarianz-Methode. Um den Einfluss verkehrsbedingter Emissionen auf die Partikel-Anzahl-Flüsse und die CO2-Flüsse zu bestimmen, wurden stündliche Verkehrsbelastungen für 45°-Sektoren, vom Messturm ausgehend, basierend auf Verkehrsdaten aus mehreren Jahren, berechnet.
ErgebnisseDie Verkehrsbelastungen variieren im Tagesverlauf (Abb. 2) und innerhalb der 45°-Sektoren (Abb. 3). Zweiteres ist Unterschieden in der Landnutzung zwischen den Sektoren zuzuordnen. Im Tagesverlauf sind zwei Maxima, während der morgendlichen und der abendlichen Hauptverkehrszeit, erkennbar. Gemittelte Werte der gemessenen Partikel-Anzahl- und CO2-Flüsse sind in den Abbildungen 3 bis 5 dargestellt. Die sektorspezifisch gemittelten Partikel-Anzahl- und CO2-Flüsse korrelieren sehr gut mit der jeweiligen Verkehrsbelastung (Abb. 3). Die Tagesgänge der gemittelten Partikelflüsse (Abb. 4) weisen ähnliche Verläufe wie die Tagesgänge der stündlichen Verkehrsbelastungen für werktags und für Wochenenden auf, was durch statistisch signifikante Korrelationen bestätigt wird (R2 = 0.57 für werktags, R2 = 0.60 für Wochenenden). Dementsprechend sind verkehrsbedingte Emissionen die Hauptquelle für den städtischen Partikel-Anzahl-Fluss. Ein mittlerer Anteil von 16 * 106 m-2 s-1 an Werktagen und 27 * 106 m-2 s-1 am Wochenende kann anderen urbanen Quellen, wie der Industrie oder Kleinfeuerungsanlagen zugeordnet werden. Für den CO2-Fluss ist neben dem Einfluss der Emissionen verschiedener urbaner Quellen auch die photosynthetische Aktivität eine entscheidende Einflussvariable für die Tagesverläufe des CO2-Flusses. Die Maxima der stündlich gemittelten CO2-Flüsse liegen werktags sowie am Wochenende in der Nacht bis zum Beginn des photosynthetischen Abbaus des CO2 (Abb. 5). Der Einfluss der photosynthetisch aktiven Vegetation im Stadtgebiet auf den CO2-Fluss wurde quantifiziert. Um den Anteil der Emissionen des Straßenverkehrs auf den CO2-Fluss zu berechnen, wurden Emissionsfaktoren für CO2 auf die Verkehrsbelastung angewendet. Der Anteil des Straßenverkehrs auf den CO2-Fluss liegt tagsüber bei 40 bis 50 %, wohingegen der Anteil nachts minimal ist. Ein mittlerer Anteil von 5 μmol m-2 s−1 an Werktagen und ebenso am Wochenende kann anderen urbanen Quellen zugeordnet werden. Unter Anwendung von Emissionsfaktoren anderer Studien für den Straßenverkehr (siehe Literatur) wurden Partikel-Anzahl- und CO2-Flüsse berechnet, um die vorliegenden Ergebnisse zu validieren. Der Vergleich zeigt, dass die gemessenen und berechneten Flüsse gut übereinstimmen, was die Qualität der Messung bestärkt.
ZusammenfassungDie gemittelten Flüsse sind im Tagesverlauf und innerhalb der Sektoren beständig aufwärts gerichtet, was bedeutet, dass das Stadtgebiet Münsters durchgehend als Partikel-Anzahl- und CO2-Quelle in den betrachteten Größenklassen fungiert.
DACH 2010
Vom 9. Juli bis zum 24. September 2009 wurden turbulente vertikale Partikel-Anzahl-Flüsse und CO2-Flüsse in Münster, Nordwest-Deutschland, gemessen, um die jeweiligen vertikalen Flüsse in der urbanen Grenzschicht zu charakterisieren.
*Kontakt: http://kli.uni-muenster.de
**Jetzt am: DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)
LiteraturBARTELT, M. (2005): Energie- und Treibhausgasbilanz der Hansestadt Greifswald als Grundlage einer lokalen Klimaschutzkonzeption. Diplomarbeit.BOULTER, P. G., T. J. BARLOW, I. S. MCCRAE, S. LATHAM (2009): Emission factors 2009: Final summary report. Technical report, Department for Transport, Cleaner Fuels & Vehicles 4.MÅRTENSSON, E. M., NILSSON, E. D., BUZORIUS, G. & JOHANSSON, C. (2006): Eddy covariance measurements and parameterisation of traffic related particle emissions in an urban environment. Atmospheric Chemistry and Physics 6, 769–785.
Abb. 1: Messstandort und Karte von Münster. Die acht Felder repräsentieren die betrachteten 45°-Sektoren. Das Stadtgebiet ist rot gefärbt.
Abb. 4: Gemessener (schwarze Linie) und berechneter (blaue Linie) täglicher Partikel-Anzahl-Fluss für werktags (oben) und für Wochenenden (unten). Der berechnete Partikel-Anzahl-Fluss basiert auf der Verkehrsaktivität und Emissionsfaktoren für Verkehr.
Abb. 2: Gemittelte tägliche Verkehrsaktivität an Wochentagen (graue Linie) und am Wochenende (rote Linie).
Abb. 5: Täglicher gemessener CO2-Fluss (schwarze Linie), CO2-Fluss ohne Einfluss der Vegetation (grüne Linie) und berechneter CO 2-Fluss (blaue Linie) für werktags (oben) und für Wochenenden (unten). Der berechnete CO 2-Fluss basiert auf einer Berechnung aus der Verkehrsaktivität und Emissionsfaktoren für den Verkehr.
Abb. 3: Gemittelte Verkehrsaktivität, Partikel-Anzahl- und CO 2-Fluss der 45°-Sektoren. Dunkelgrau repräsentiert den Anteil von LKW (heavy duty vehicles, HDV), hellgrau repräsentiert den Anteil von PKW (light duty vehicles, LDV). Der Partikel-Anzahl-Fluss ist in blau, der CO2-Fluss in orange, jeweils mit 25%- und 75%-Perzentile dargestellt. Die nördlichen Sektoren sind aufgrund eines geringen Datensatzes rot markiert.
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