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