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Einführung

Viele deutsche und europäische Messstellen in Straßenschluchten zeigen Überschreitungen der Grenzwerte der 39. BImSchV beziehungsweise der europäischen Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG bei NO₂, vor allem für den Jahresmittelwert. Dies führt zur Aufstellung von Luftreinhalteplänen. Teil der Luftreinhaltepläne sind Immissionsprognosen zur Beurteilung von möglichen Maßnahmen auf die NO₂-Belastung. Diese setzt sich zusammen aus direkt emittiertem NO₂ und einem größeren photochemisch gebildeten Beitrag. Bei der photochemischen Bildung von NO₂ (im Folgenden NO-NO₂-Konversion genannt) spielen entsprechende Vorläufersubstanzen, Sonnenstrahlung und direkte NO₂-Emissionen eine Rolle.

Für Immissionsprognosen existieren verschiedene NO-NO₂-Konversionsmodelle (siehe z.B. UBA, 2011). Derzeit wird i.A. das Modell entsprechend Düring et al. (2011) eingesetzt. Dieses Modell beruht auf dem Ansatz nach Hertel und Berkowitz (1989) für die Berechnung von Stundenmittelwerten, arbeitet aber mit Jahresmittelwerten. Als Ergebnis werden Jahresmittelwerte der NO₂-Gesamtbelastung berechnet. Die Übertragbarkeit der Gleichungen aus Hertel und Berkowitz (1989) auf Jahresmittelwerte wurde dabei nicht theoretisch abgeleitet, sondern empirisch durch den Vergleich mit Messdaten überprüft. Hierzu wurden Messdatensätze von ca. 30 Messstationen aus den Jahren 1997 bis 2006 verwendet. Die Untersuchungen von Retny et al. (2016) für NRW deuten darauf hin, dass für die Berechnung von Jahresmittelwerten eine höhere Datenauflösung in Form von Stundenmittelwerten nicht zu einer Verbesserung führt.

In UBA (2011) wird die Anwendung des Ansatzes nach Hertel und Berkowitz (1989) bei Zeitreihenrechnungen bzw. des Ansatzes nach Düring et al. (2011) bei Berechnungen auf Basis von Jahresmittelwerten empfohlen. Beide Verfahren berücksichtigen die o.g. NO-NO₂-O₃-Chemie (vereinfachter Umwandlungsmechanismus M1). Eine wissenschaftlich abschließende Bestätigung steht allerdings noch aus. Dies kann unter anderem auf Basis der Richtlinie VDI 3783 Blatt 19 erfolgen, in der ein Verfahren angegeben wird, mit dem der Gültigkeitsbereich der photochemischen Umwandlung in NO₂ in Abhängigkeit von chemischen Randbedingungen bestimmt werden kann.

Im Rahmen einer Bachelorarbeit (Fiedler 2019) wurde deshalb geprüft,

1.  ob die Bedingungen zur Anwendung der Konversionsmodelle nach Hertel und Berkowitz (1989) sowie Düring et al. (2011) zutreffen und damit die Anwendung des vereinfachten Mechanismus M1 in Straßenschluchten bestätigt wird.

2.  Ob die in Düring et al. (2011) empirisch festgelegten Parameter tau, j und k im Vergleich mit aktuellen Messdaten bestätigt werden bzw. wenn nötig aktualisierte Werte abzuleiten.

Ergebnisse

Die Ergebnisse werden in Form eines Posters präsentiert. Dies wird u. A. zeigen, dass das vereinfachte Chemiemodell mit den bisherigen Parametrisierungen bestätigt wird, wenn korrekte Werte der NO₂-Direktemissionen verwendet werden.

Es wird auf die Problematik eingegangen, die sich aus der Abweichung von aus HBEFA3.3 abgeleiteten und den aus Immissionsmessdaten abgeleiteten NO₂-Direktanteilen ergibt. Dabei zeigt sich, dass der Anteil der NO₂-Direktemissionen am NO_x offensichtlich bereits jetzt den ,,Höhepunkt“ überschritten hat. Dies passt zu Ergebnissen von Untersuchungen anderer Forschergruppen (siehe Abb. 1). Wie sich dies auf die Anwendung des Konversionsmodells und die Parameter tau, j und k auswirkt, wird derzeit noch untersucht.

Abb. 1: Trend des NO₂-Direktanteils am NO_x in dänischen und schwedischen Straßenschluchten (Quelle: Ketzel et al. 2018)

Düring, I., Bächlin, W., Ketzel, M., Baum, A., Friedrich, U., Wurzler, S. (2011): A new simplified NO/NO₂ conversion model under consideration of direct NO₂-emissions. Meteorologische Zeitschrift, Vol. 20 067-073 (February 2011).

Fiedler, Th. (2019): Überprüfung eines Konversionsmodelles zur Prognose der NO₂-Konzentrationen in Straßenraum. Bachelorarbeit zum Erlangen des akademischen Grades Bachelor of Science. Technische Universität Dresden, Institut für Geographie. Dresden 15.1.2019

Hertel, O. Berkowitz. R. (1989): Modelling NO₂ concentrations in a street canyon. DMU Luft A-131. National Environmental Research Institute, Division of Emissions and Air pollution, Denmark. 1989.

M. Ketzel, I. Düring, C. Johansson, S.S. Jensen, M. Winther and D. Carslaw (2018): Decreasing trends in direct emitted NO₂/NO_X ratio in Denmark, Germany, Sweden and UK - Implications for a necessary update of european emission models. 11th International Conference on Air Quality - Science and Application. Barcelona 2018

Retny, T, Wurzler, S, Hebbinghaus, H., Geiger, J., Klemm, O. (2016). The conversion of NO to NO₂: A sensitivity study using various parameterisations. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft. 11- 12/2016. 446-449.

UBA (2011): Stand der Modellierungstechnik zur Prognose der NO₂-Konzentrationen in Luftreinhalteplänen nach der 39. BImSchV von Lina Neunhäuserer, Volker Diegmann, Günter Gäßler, Florian Pfäfflin, IVU Umwelt GmbH, Freiburg Im Auftrag des Umweltbundesamtes. Forschungskennzahl  363 01 333, UBA-FB  001547. Mai 2011 siehe http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/461/publikationen/4191.pdf