Umweltmeteorologie

Prof. Dr. Otto Klemm

16. Athen

Athen

Literatur

KLEMM, O., ZIOMAS, I., BALIS, D., SUPPAN, P., SLEMR, J., ROMERO, R. & VYRAS L. (1998) A summer air pollution study in Athens, Greece. Atmospheric Environment 32, 2071-2087

KLEMM, O. & ZIOMAS, I.C. (1998) Urban emissions measured with aircraft. Journal of the Air and Waste Management Association 48, 16-25

SVENSSON, G. & KLEMM, O. (1998) Aircraft measurements and model simulations of the air quality in Athens, Greece. Atmospheric Environment 32, 2269-2290.

MEDCAPHOT – TRACE

Mediterranean Campaign of Photochemical Tracers –

Transport and Chemical Evolution

• Modellanwendungen und Feldexperimente im Jahr

1994

• Beteiligung von 16 Gruppen aus "ganz Europa"

• 18 neue Bodenstationen

• 4 LIDAR's

• Flugzeugmessungen

„smog“ = smoke + fog

London -

Typ

Los–Angeles -

Typprimäre Schadstoffe SO2, Partikel

(vor allem große, primäre Partikel: „smoke“)

NOx, VOC, Partikel

meteorologische Bedingungen

austauscharme Wetterlage

Strahlungsinversion

kühl (-1 °C … 5 °C)

feucht

Hochdrucklage

warm, (24 °C … 32 °C)

hohe Einstrahlung

Tageszeit morgens nachmittags

Jahreszeit Winter Hochsommer / Herbst

sekundäre Schadstoffe Nebel („fog“)

Azidität

O3 (Leitsubstanz)

PAN HNO3 u.v.a.m.

„smog“ = smoke + fog

Athen Los–Angeles Verhältnis

geographische Lage Becken, nach SW zum Meer hin offen

-

Fläche / km2 625 12 000 0.05

Bevölkerung / 106 4.5 12 0.375

Bevölkerungsdichte / km-2

7200 1000 7.2

SO2 - Konzentration 4

CO - Konzentration 2

NOx - Konzentration city: >1

basin: <1

Anzahl Tage O3 > 100 ppb

0.5

in Athen tritt im Sommer zeitweise Smog auf (Los-Angeles-Typ)

OH HO2

CO

O3

H2O2

CH4 CH2O

1

2

34

5

6

NO2 NO

HNO3

NMKW

RO2

9

7

8

10

12

11

Land- und Seewind

nach Ahrens, 1999, verändert

L

HCool

Water

L

warm land

der entsprechende Landwind (nach Umkehrung der Temperaturverhältnisse nachts) kommt im Sommer Griechenlands fast nie vor, weil sich die Landmassen nicht ausreichend abkühlen

Berg- und Talwind

aus: Ahrens, 1999

katabatische Winde

Aufsteigende Luftmassen an heißen Hängen tagsüber und katabatische Winde nachts kommen im Athener Becken häufig vor

Das Athener Becken

Das Athener Becken

Pendeli 1107 m

Parnitha 1414 m

Hymettos 1026 m

Aigaleo 468 m

Mesogia

Thriassion

Aeigina

NOx Emissionenkg d-1 (2km x 2 km)-1

= 31.5 kt a-1

Das Athener Becken

Akropolis

Aigaleo Mts.

Äthesische Winde

Quelle: http://www.weatheronline.co.uk/feature/aa210503.htm (ergänzt)

Die Äthesischen Winde (“etesian winds”) sind typisch für die Monate Mai – September in weiten Teilen Griechenlands, in der Ägäis und dem östlichen Mittelmeer.

Der Name stammt vom giechischen Wort 'etesios' (jährlich) ab.

Es handelt sich um beständige, mitunter kräftige Winde aus N – NW, die kühle, relativ trockene kontinentale Luftmassen heranführen. Sie resultieren aus einem Hitzetief / Trog über Anatolien und einem Hoch über dem Balkan und SE Europa.

sea breeze

speziell nachmittags kann es zu “Konkurrenz” zwischen dem Äthesischen Wind und dem Seewind kommen

Modelgebiet, Bodenstationen, Flugrouten

Lykabetos (Stadtzentrum)

Insel Aegina

Pendeli (NE der Stadt)

Messtechnik Flugzeug

Parameter Technik Nachweisgrenze

Position (3 D)

Inertial Navigation (INS) Drucksonde

-

Wind (2 D) INS + 5-Loch-Sonde 0,7 ms-1 (u und v)

Temperatur Pt 100 -

Feuchte kapazitiv 15%

SO2 Puls-Fluoreszenz 0,4 ppb

NO Chemilumineszenz mit O3 0,05 ppb

NO2Chemilumineszent mit Luminol 0,1 ppb

NOy Mb Konverter, wie NO 0,05 ppb

O3 Chemilumineszenz mit C2H42 ppb

CO Reduktion von HgO, AAS 4 ppb

VOC GC-FID (Luftproben) 0,01 ppbNOy = Summe der oxidierten Stickstoffverbindungen

= NO + NO2 + HNO3 + PAN + NO3-, Partikel + org. Nitrate +

Ozon an drei Bodenstationen

1 3 5 7 9 11 13 15 17

50

100

150Aegina

O3 /

ppb

date September 1994

50

100

150

O3 /

ppb

Lykabetos

50

100

1501 3 5 7 9 11 13 15 17

O3 /

ppb

Pendeli

Pendeli (NE der Stadt)

Lykabetos (Stadtzentrum)

Insel Aegina

Windfeld nachts (Modell)

CO morgens (Messung)

CO morgens (Messung, Vertikalschnitt)

CO morgens (Modell, Vertikalschnitt)

NOy morgens (Messung, Vertikalschnitt)

SO2 morgens (Messung)

SO2 morgens (Messung, Vertikalschnitt)

O3 morgens (Messung)

O3 morgens (Messung, Vertikalschnit)

O3 morgens, Modell, Vertikalschnitt

NO morgens (Messung, Vertikalschnitt)

Windfeld nachmittags (Modell)

Windfeld nachmittags (Messung)

CO nachmittags (Messung)

CO nachmittags (Messung, Vertikalschnitt)

CO nachmittags (Modell, Vertikalschnitt)

NOy nachmittags (Messung)

NOy nachmittags (Messung, Vertikalschnitt)

O3 nachmittags (Messung)

O3 nachmittags (Messung, Vertikalschnitt)

O3 Modell nachmittags (13 Uhr), Vertikalschnitt

O3 Modell nachmittags (13 Uhr), Vertikalschnitt

O3 Modell nachmittags (14 Uhr), Vertikalschnitt

das innerstädtische „Ozonloch“

23.5 23.6 23.7 23.80

20

40

60

80

100

120

140

160

NOO

3

NO

, O3 /

ppb

geogr. longitude / °E

0

20

40

60

80

100

120

140

160

O3 NO

12624 1818

NO

, O3 /

ppb

time (08 / 09 Sep 1994)

Station Patission Street

Flugzeug

Profil Insel Aegina

Profil Tatoi

Profile Tatoi und Aegina

Vertikalprofile am 15.09.1994: Aegina versus Tatoi

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 400

500

1000

1500

2000

2500

0 50 100 150 2000

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500

NOy / ppb

Hö

he

üb

er

NN

NOy

O3 / ppb

O3

CO / ppb

CO

Aegina

Tatoi

Aegina Aegina

Tatoi

Tatoi

nachmittags !

Vertikalprofil Tatoi: Messung versus Modell

durchgezogen: Messung gepunktet: Modell

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 300

500

1000

1500

2000

2500

50 100 150 2000

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500

NOy / ppb

Hö

he

üb

er

NN

NOy

O3 / ppb

O3

CO / ppb

CO

Vertikalschnitt O3 (Modell) 15.09., 13 Uhr

Vertikalwinde (Modell)

O3 – Verteilung in 500 m Höhe (15.09., 13 Uhr)

Modell versus Flugeugmessung

Folgerungen (i)

das Athener Becken ist ein effektiver photochemischer Reaktor

Rezirkulation von Schadstoffen ist vergleichsweise wenig effektiv, da

entweder synoptische Winde aus N das Becken ventilieren (Äthesische Winde)

oder während Seewind-Situationen große Mengen an Schadstoffen in die freie Troposphäre transportiert werden.

die Photosmog-Situation kann durch Reduzierung der VOC-Emissionen verbessert werden

die Rolle der Aerosolpartikel wurde nicht ausreichend in die Unersuchungen mit eingebunden

Folgerungen (ii)

in LA die synoptischen Winde weniger stark sind (typisch: H über südl. Kalifornien)

in LA Tage mit Seewind häufiger sind

im Becken von LA mehr BVOC emittiert werden

Unterschiede zu Los Angeles bestehen darin, dass

weitere Ergebnisse

Anreicherung primärer Schadstoffe in einer Straßenschluchtund in der „Abluftfahne“ der Stadt

Die „Abluftfahne“ der Stadt

0

10

20

30

40

NO

, N

O2,

NO

y / p

pb

0

10

20

30

40

50

SO

2 / p

pb

13:45 13:50 13:55 14:00

200

300

400

500

600

700

Thriassion Plain

Parnitha Mt.Pendeli Mt.

Mesogia Plain

CO

/ p

pb

time

012345678

CH

2O /

ppb

6080

100120140160180

13:45 13:50 13:55 14:00

O3 /

ppb

Benzol versus CO

enrichments in street samples / mol x mol-10.000 0.005 0.010

enric

hmen

ts in

city

plu

mes

/ m

ol x

mol

-1

0.000

0.005

0.010

1 : 1

slop

e =

2.07

+/-

3.8%

Anreicherung von Benzol in der Abluftfahne der Stadt

Figure 2: Enrichments VOC / CO in city plumes (ordinate) versus those in the street canyon (abscissa). Filled squares are enrichment ratios which are statistically significant. The correlation line refers to the reduced data set (n=13). The slope (2.07) indicates the enrichment of VOCs in city plumes versus that in traffic emissions alone.

0

50

100

150

200

O3 /

ppb

0 10 20 30 40

NOy / ppb

NOx - Zyklus

09.09. über Tatoi: O3/NOy = 3.415.09. über Tatoi: O3/NOy = 5.0

NOx - Zyklus

0

50

100

150

200

O3 /

ppb

0 5 10 15 20

(NOy - NO

x) / ppb

09.09. über Tatoi: O3/(NOy – NOx) = 10.815.09. über Tatoi: O3/(NOy – NOx) = 8.6