Modellierung und Prüfung von Strategien zur Verminderung der Belastung durch Ozon

 

F/E-Vorhaben gefördert durch das Umweltbundesamt, FKZ: 298 41 252. Laufzeit: 1999 -...

Es ist geplant, ein Modellinstrumentarium zu entwickeln und anzuwenden, daß zur Berechnung der langfristigen Belastung von Ökosystemen durch Ozon geeignet ist (AOT40-Problematik). Dieses Modell soll gleichzeitig den in der EU-Rahmenrichtlinie über die Beurteilung und die Kontrolle der Luftqualität (EU, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften, 1996) definierten Anforderungen an die Ausbreitungsrechnung genügen. Nach der EU-Rahmenrichtlinie sind Ausbreitungsrechnungen zur Bestimmung der Luftqualität in den folgenden vier Raumskalen einzusetzen:

europaweit, großräumig (national), regional (Ballungsraum), lokal/städtisch (Stadtquartier, Straßenschlucht).

Die in diesem Vorhaben vorgeschlagene Modellentwicklung behandelt dem Ozonproblem angemessen die europaweite und die nationale Raumskala. Weiterhin wird ein Konzept entwickelt, wie der Übergang von der nationalen zur regionalen Raumskala modellmäßig behandelt werden kann.

Ausgangspunkt für die Modellentwicklung ist das photochemische Transportmodell REM3 (Regional Eulerian Model with 3 different chemical mechanisms). REM3 ist ein in vielen Anwendungen und in einem internationalen Modellvergleich erprobtes photochemisches Ausbreitungsmodell. Es wurde wie die meisten anderen Modelle anhand der Anwendung auf Episoden und den Vergleich gemessener und berechneter Ozonkonzentrationen evaluiert. Gemessen an den Ergebnissen gilt es gemäß der gängigen Konvention (z. B. nach den von der US EPA definierten Kriterien) als geeignet zur Bewertung der Wirksamkeit von Minderungsstrategien.

In früheren Vorhaben des Umweltbundesamts ist das REM3 vor allem im Rahmen des FE-Vorhabens 104 02 812 "Aktionsprogramm und Maßnahmenplan Ozon" zum Einsatz gekommen. In einer Vorstudie wurde die Anwendbarkeit des REM3 zur Bestimmung von Jahresmittelwerten der Ozon- und Stickoxidbelastung und von AOT40-Werten untersucht. Insgesamt hat die erste Anwendung des REM3 auf die Langfristproblematik gezeigt, daß das ursprünglich für sommerliche Episoden entwickelte Modell imstande ist, auch die über das Jahr gemessenen Oxidantientrends zu reproduzieren. Nach den Ergebnissen der Vorstudie müssen das Modell und seine Datenbasen für die Berechnung von Ozon-Langfristwerten sowie der in der EU-Rahmenrichtlinie definierten Beurteilungsgrößen (Lang- und Kurzfristgrößen) und damit verbundenen Maßnahmen in mehreren Punkten erweitert bzw. verbessert werden:

 

I Modellerweiterung

 

1. Einarbeitung eines neuen Vertikalkoordinatensystems in REM3. Dieses neue Koordinatensystem umfaßt das gegenwärtige Drei-Schichtensystem , erlaubt aber die Erweiterung auf mehr Schichten.

2. Überarbeitung des REM3-Moduls für die trockene Deposition.

3. Entwicklung eines Aerosols-Moduls (PM10), das für die Anwendung in einem Langfrist-Modell geeignet ist.

4. Entwicklung eines Datenassimilationsverfahrens, das es erlaubt, zur Verfügung stehende Meßdaten in die (diagnostische) Ausbreitungsrechnung zu integrieren.

5. Erweiterung der Auswerte-Module des REM3 zur Berechnung der in den EU-Richtlinien zur Luftqualität festgeschriebenen Beurteilungsgrößen.

6. Anpassen der REM3-Emissionsmodule und des REM3-Emissionsmanagementsystems an die neue Emissionsdatenbasis (siehe unten).

7. Erstellung eines vom Hauptmodell getrennt anwendbaren Ausgabemoduls, das es erlaubt, auf der Basis der auf CD-ROM abgespeicherten Einzelinformationen sowohl alle von den EU-Richtlinien verlangten Beurteilungsgrößen flächendeckend oder als Zeitreihe an beliebigen Stellen im Untersuchungsgebiet darzustellen als auch alle für regionale Modellanwendungen von REM3 zur Verfügung gestellten meteorologische Größen und Konzentrationen für Teilgebiete auszugeben. Damit können die REM3-Berechnungen als Anfangs- und Randwerte für die Betrachtung von Ballungsgebieten mit höher auflösenden Modellen benutzt werden.

8. Entwicklung eines Nesting-Konzepts, das es erlaubt, Ballungsgebiete feiner aufgelöst direkt nachgeschaltet der großräumigen REM3-Berechnung zu behandeln (Screening bzw. Post-Processing von Ballungsgebieten).