HERKUNFTSANALYSE DER PM10- BELASTUNG IN ÖSTERREICH

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1 HERKUNFTSANALYSE DER PM10- BELASTUNG IN ÖSTERREICH Ferntransport und regionale Beiträge Wolfgang Spangl Christian Nagl Jürgen Schneider August Kaiser REPORT REP-0034 Wien, 2006

2 Projektleitung Wolfgang Spangl Autoren Lufthygiene Meteorologie Wolfgang Spangl Christian Nagl Jürgen Schneider August Kaiser, Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik Layout Elisabeth Lössl Lektorat Maria Deweis Danksagung Dem Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft wird für die finanzielle Unterstützung bei der Erstellung dieser Studie gedankt. Die Luftgütedaten wurden dankenswerter Weise von den Ämtern der Landesregierungen zur Verfügung gestellt. Weitere Informationen zu Publikationen des Umweltbundesamtes unter: Impressum Medieninhaber und Herausgeber: Umweltbundesamt GmbH Spittelauer Lände 5, 1090 Wien/Österreich Eigenvervielfältigung Gedruckt auf Recyclingpapier Umweltbundesamt GmbH, Wien, 2006 Alle Rechte vorbehalten ISBN

3 Herkunftsanalyse PM10 Inhalt INHALT ZUSAMMENFASSUNG EINLEITUNG Ausgangssituation Motivation PM10-Belastung in Österreich und ihre Ursachen PM-Emissionen in Österreich DATENGRUNDLAGE DIE PM10-BELASTUNG IN ÖSTERREICH Die Belastungssituation in den Jahren 2001 bis Entwicklung der PM10-Belastung in Österreich 2000 bis Jahreszeitliche Variation SCHWEBESTAUBINHALTSSTOFFE PM10-EMISSIONEN PM-Emissionen in Österreich Emissionen des Verkehrs Emissionen der Industrie Emissionen aus dem Hausbrand PM10-Emissionen in Europa (EMEP-Daten) Emissionen von Vorläufersubstanzen sekundärer Partikel Schwefeldioxid Stickstoffoxide Ammoniak HERKUNFTSANALYSE MITTELS RÜCKWÄRTS TRAJEKTORIEN METHODIK Herkunft der PM10-Belastung ECMWF-Trajektorien Klassifizierung und Auszählung von Trajektorienbahnen Genauigkeit der Trajektorienanalysen Lokale Beeinflussung von Hintergrundmessstellen HERKUNFTSANALYSE VON FERNTRANSPORT AN HINTERGRUNDMESSSTELLEN Enzenkirchen Illmitz Beiträge der verschiedenen Herkunftsregionen Chemische Zusammensetzung Pillersdorf

4 Herkunftsanalyse PM10 Inhalt 7.4 Resümee EMEP PM-Modellierung, Soure-Recepter-Relationships HERKUNFT ERHÖHTER PM10-BELASTUNG IN GROSSSTÄDTEN Salzburg Beiträge verschiedener Herkunftsgebiete für Salzburg Rudolfsplatz Beitrag lokaler und städtischer Emissionen zur PM10-Belastung in Salzburg Rudolfsplatz Beitrag der Stadt Salzburg zur PM10-Belastung in Salzburg Lehen und Mirabellplatz Beispiele von Belastungsepisoden Linz Herkunft erhöhter PM10-Belastung in Linz Beiträge von Ferntransport, regionalen Emissionen und Emissionen des Ballungsraumes Linz Episode Wien Herkunftsregionen in Wien Regionaler und städtischer Beitrag Variation der PM10-Konzentration innerhalb Wiens Belastungsepisoden Februar/März Graz Herkunftsregionen erhöhter PM10-Belastung Beitrag des Ballungsraum Graz Belastungsepisode EMPFEHLUNGEN Genauigkeit der Trajektorien PM10-Messung Chemische Zusammensetzung von PM LITERATUR

5 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung ZUSAMMENFASSUNG Die PM10-Belastung in Österreich Die Messung der Konzentration von PM10 wurde in Österreich im Jahr 1999 an einzelnen Messstellen begonnen und seitdem schrittweise ausgebaut; im Jahr 2005 wurde an ca. 100 Messstellen PM10 gemessen. In weiten Teilen Österreichs wurden die Grenzwerte des Immissionsschutzgesetz- Luft (BGBl. 115/97 i. d. g. F., IG-L) überschritten, wobei sich der für den Tagesmittelwert festgelegte Grenzwert 50 µg/m³ (wobei bis Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ zulässig waren 1 ) als deutlich strenger erwiesen hat als der für den Jahresmittelwert definierte Grenzwert von 40 µg/m³. Von Grenzwertüberschreitungen betroffen sind folgende Regionen: große Städte, alpine Becken und Täler, vor allem südlich des Alpenhauptkamms, der ostösterreichische außeralpine Raum. Belastungsschwerpunkte stellen jeweils die Nahbereiche stark befahrener Straßen und von Industriebetrieben dar (siehe Kapitel 3). Nach Überschreitungen des Grenzwerts gemäß IG-L sind Statuserhebungen zu erstellen und Maßnahmenkataloge zu erlassen. Innerhalb der Statuserhebungen sind die Emittenten, die die erhöhte Belastung verursacht haben, zu identifizieren. Diese Identifikation ist bei PM10 besonders schwierig, da eine Vielzahl unterschiedlicher Quellen auf verschiedenen räumlichen Skalen zusammenwirkt. Andererseits ist die Kenntnisse der Ursachen Voraussetzung für effektive Maßnahmen. In der vorliegenden Studie werden verschiedene Methoden angewandt, um vor allem die Beiträge lokaler Quellen (Umkreis einige Kilometer) und regionaler Beiträge (Umkreis ca. 100 km) sowie des Ferntransports zu differenzieren. Ausschlaggebend für die hohe PM10-Belastung in alpinen Becken und Tälern, vor allem jenen südlich des Alpenhauptkamms, sind die nur eingeschränkte Schadstoffverdünnung bzw. die Schadstoffakkumulation über mehrere Tage hinweg in abgeschlossenen Luftmassen. Die Abschirmung gegenüber Luftmassen, die mit Nordbis Westströmungen herangeführt werden die dank hoher Windgeschwindigkeiten und großflächiger Niederschläge niedrige PM10-Belastungen mit sich bringen führt an der Alpensüdseite zu besonders hohen PM10-Belastungen. Im ostösterreichischen außeralpinen Raum stellen Ferntransport und bei lang anhaltenden windschwachen Wetterlagen regionale Schadstoffakkumulation (lange Verweilzeit der Luft im Umkreis von ~100 km) einen wesentlichen Faktor für erhöhte PM10-Belastungen dar, in abgeschwächtem Ausmaß auch im Oberösterreichischen Alpenvorland. Demgegenüber spielt Ferntransport in den inneralpinen Becken und Tälern praktisch keine Rolle, da bei den sehr ungünstigen Ausbreitungsbedingungen, welche hier für erhöhte PM10-Belastungen verantwortlich sind, die Luft die umliegenden Berge kaum überströmen kann bis 2009: 30 Tage, ab 2010: 25 Tage 5

6 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung Relativ niedrige PM10-Belastungen weisen Täler auf, die quer zum Alpenhauptkamm verlaufen und mit dem Alpenvorland in Verbindung stehen (z. B. Salzachtal, Trauntal) und die offensichtlich eine bessere Durchlüftungssituation aufweisen als parallel zum Alpenhauptkamm verlaufende Täler (z. B. Inntal). Dieser Sachverhalt sowie vergleichsweise hohe Niederschlagshäufigkeiten dürften ein Faktor für die in Relation zu den lokalen Emissionen niedrige PM10-Belastung in der Stadt Salzburg sein. Die Daten zeigen zudem, dass quer zum Alpenhauptkamm verlaufende Täler so auch das Salzachtal im Bereich der Stadt Salzburg niedrigere PM10- Belastungen aufweisen als das Alpenvorland, wofür u. a. die bessere Durchlüftung in Situationen mit stagnierenden Luftmassen über dem Alpenvorland verantwortlich sein dürfte. Die PM10-Belastung weist einen markanten Jahresgang mit erhöhten Werten im Winter auf, der in erster Linie durch die unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen, aber auch durch den Jahresgang der Emissionen (Hausbrandemissionen nur im Winter, höhere Emissionen von PM und dessen gasförmigen Vorläufersubstanzen aus kalorischen Kraftwerken im Winter; höhere Emission durch Wiederaufwirbelung bei gestreuten Straßen) bedingt ist. Unterschiede in den meteorologischen Verhältnissen v. a. bei den Ausbreitungsbedingungen und den Herkunftsregionen der Luftmassen sind für deutliche Variationen der PM10-Belastung von Jahr zu Jahr verantwortlich. Extrem hohe PM10- Belastungen in den Monaten Februar und März 2003 wurden durch lang anhaltende Hochdruckwetterlagen mit häufigem Eindringen kontinentaler Luftmassen, welche Gebiete mit hohen PM10-Emissionen überquert haben, verursacht und trugen mit dazu bei, dass das Jahr 2003 seit Beginn der PM10-Messung die höchsten Belastungen aufwies. Demgegenüber waren häufige West- bis Nordwetterlagen und hohe Niederschlagsmengen im Winter 2003/04 dafür mitverantwortlich, dass das Jahr 2004 im Großteil Österreichs, v. a. im Norden, eine unterdurchschnittliche PM10- Belastung aufwies. Methode der Herkunftsuntersuchung mittels Rückwärtstrajektorien Die vorliegende Studie ist der Untersuchung des Einflusses von Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation (bei windschwachen Wetterlagen mit geringer Verlagerungsgeschwindigkeit der Luftmassen) auf die erhöhte PM10-Belastung im außeralpinen Raum gewidmet; dieser umfasst Teile der Bundesländer Salzburg, Oberösterreich, Niederösterreich, Wien, Burgenland und Steiermark. Wie bisher vorliegende Studien zeigen, beeinflusst Ferntransport die erhöhte PM10- Belastung in inneralpinen Becken und Tälern praktisch nicht, daher werden diese Regionen nicht behandelt. Als Instrumentarium für die Untersuchung von Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation werden Rückwärtstrajektorien herangezogen (siehe Kapitel 6.2), welche von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) auf der Basis von Winddaten des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) berechnet wurden. Eine Trajektorie ist der Weg, den die Luft (genau genommen: ein infinitesimal kleiner Luftpartikel) in einem gegebenen Zeitraum zurücklegt. 6

7 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung Die räumliche Auflösung dieser Winddaten beträgt ca. 50 km, so dass von diesen Trajektorien nur großräumige Transportprozesse abgebildet werden. Die vorliegende Studie untersucht daher die Herkunft hoch belasteter Luftmassen auf einer kontinentalen bis regionalen Skala (d. h. >50 km). Die räumliche Verteilung der PM10- Belastung und die dieser zu Grunde liegenden Transportprozesse auf einer städtischen bis lokalen Skala können nicht berücksichtigt werden. Für die Herkunftsuntersuchung von Luftmassen mit erhöhter PM10-Belastung werden zwei unterschiedliche Ansätze verwendet: Die Trajektorienbahnen für jeweils einen Tag werden unter dem Gesichtspunkt, welche Gebiete mit hohen Emissionen von PM10 oder Vorläufersubstanzen sekundärer Partikel überquert werden klassifiziert, wobei auch die Verlagerungsgeschwindigkeit (Windgeschwindigkeit) sowie die Verweildauer im Nahbereich des Zielpunktes berücksichtigt werden. Eine Übersicht der Herkunftsregionen wird in der folgenden Abbildung gegeben. Diese grundsätzlich qualitative Methode erlaubt durch Auszählung der Trajektorien, die bestimmte Gebiete mit hohen E- missionen überqueren, eine halbquantitative Zuordnung der gemessenen PM10- Belastung zu diesen Gebieten. Die Methode wird in Kapitel 6.3 näher dargestellt und die Ergebnisse in Kapitel 7 und 8 präsentiert. Der Trajektorien-Verweilzeitstatistik liegt die Annahme zugrunde, dass Luft Eigenschaften und damit auch Schadstoffkonzentrationen aus jenen Gebieten annimmt, über denen sie sich aufhält, wobei eine längere Aufenthaltsdauer eine stärkere Beeinflussung zur Folge hat. Für jede Trajektorie wurde die Zeit, die sie in einem bestimmten Gebiet verbringt, berechnet; die Verweilzeiten der Trajektorien über den einzelnen Rasterfeldern werden mit der am Endpunkt der Trajektorie gemessenen Immissionskonzentration gewichtet. Die Auswertungen mit der Trajektorien-Verweilzeitstatistik-Methode werden im Detail in einer Folgestudie welche auch die Herkunft der wichtigsten PM10-Inhaltsstoffe berücksichtigt dargestellt. 7

8 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung Abbildung: Übersicht über die Herkunftsregionen von PM10-Ferntransport; die wesentlichen Herkunftsregionen sind farblich unterschieden. Herkunftsregionen der PM10-Belastung Ferntransport und regionale Beiträge Herkunftsuntersuchungen erhöhter PM10-Belastung werden für die außeralpinen ländlichen Hintergrundstandorte Enzenkirchen (Oberösterreichisches Alpenvorland), Pillersdorf (Weinviertel) und Illmitz (Nordburgenland) durchgeführt. In Hinblick auf ihre Lage in großräumig wenig strukturiertem Gelände sind diese Messstellen allseitig und großräumig frei anströmbar; da die Emissionsdichten im Umkreis einiger 10 km um diese Hintergrundmessstellen einheitlich niedrig sind, sind die gemessenen PM10-Konzentrationen großräumig repräsentativ. Die Hintergrundmessstellen erfassen damit die PM10-Belastung auf einer regionalen Skala (~100 km), die auch der räumlichen Auflösung der für die Herkunftsanalyse verwendeten Rückwärtstrajektorien entspricht. Anhand der Trajektorien ist eine Aufgliederung der Herkunft erhöhter PM10-Belastung in Ferntransport und regionale Schadstoffakkumulation möglich. Ferntransport erfolgt bei in den meisten Fällen über einen ganzen Tag sehr einheitlichem mäßig starkem Wind; durch Kombination der Trajektorienbahnen mit der räumlichen Verteilung der Emissionen (EMEP, siehe Kapitel 5.2) ist die wenngleich nicht immer eindeutige Eingrenzung von Herkunftsgebieten möglich (siehe folgende Abbildung). 8

9 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung Als regionale Schadstoffakkumulation werden windschwache Situationen bezeichnet, in denen sich die Luft längere Zeit im Umkreis der Messstelle aufhielt; die Trajektorien zeigen häufig Schleifenbewegungen der Luft im Nahbereich der Messstelle. Anhand der Trajektorien lässt sich der Einzugsbereich regionaler Schadstoffakkumulation auf einen Umkreis von ca. 100 bis 150 km eingrenzen. Abbildung: Beispiel für Rückwärtstrajektorien bei Ferntransport (links) und regionale Schadstoffakkumulation (rechts). Die Farbe der Trajektorien gibt die Höhe über Meeresniveau an. In einem weiteren Schritt wird versucht, für die Städte Salzburg, Linz, Wien und Graz durch Differenzbildung städtischer Hintergrundmessstellen (soweit verfügbar) gegenüber den ländlichen Hintergrundmessstellen welche den regionalen und überregionalen Beitrag der PM10-Belastung repräsentieren den Beitrag der jeweiligen städtischen Emissionen zur PM10-Belastung im jeweiligen städtischen Hintergrund abzuschätzen. Die Herkunftsanalysen der PM10-Belastung konzentrieren sich auf Tage erhöhter PM10-Konzentration, da für die Ausweisung der Grenzwertüberschreitungen Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ relevant sind. Um die Datenbasis etwas zu verbreitern, wurden in der vorliegenden Studie Tage mit über 45 µg/m³ ausgewertet. Die folgende Abbildung gibt die relativen Beiträge verschiedener Herkunftsregionen zur erhöhten PM10-Belastung (Tagesmittelwerte >45 µg/m³) in Enzenkirchen, Illmitz und Pillersdorf an. Aufgrund des Beginns der Messung in Enzenkirchen im Jänner 2004, in Pillersdorf im Mai 2003 und in Illmitz im Juni 1999 stehen unterschiedlich lange Messreihen zur Verfügung, so dass für Illmitz und Pillersdorf eine genauere Auftrennung verschiedener Herkunftsregionen möglich ist als für Enzenkirchen. Längere Messreihen bedeuten zudem auch besser abgesicherte Ergebnisse, da kurze Messzeiträume u. U. nicht für mehrere Jahre repräsentativ sind. Die regionalen Emissionen sind anhand der Trajektorienbahnen einem Umkreis von ca. 100 km zuzuordnen. 9

10 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung Abbildung: Abgeschätzte relative Anteile verschiedener Herkunftsregionen zur PM10-Belastung in Enzenkirchen, Illmitz und Pillersdorf (Tage über 45 µg/m³). 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Enzenkirchen Illmitz Pillersdorf Sahara Regional West-Mittel-Süd- Deutschland, W-Europa Polen, Tschechien, Ost-Deutschland Ungarn, Slowakei Süd-Rumänien, Nord-Serbien Slowenien, Kroatien, Bosnien Gut abgesicherte Aussagen über die Beiträge von Ferntransport, regionalen Emissionen sowie städtischen Emissionen sind für Wien und Linz möglich, da hier lange Messreihen an städtischen Hintergrundmessstellen vorliegen. Zudem ist dank der großräumig guten allseitigen Anströmbarkeit dieser Städte relativ gut gewährleistet, dass die ECMWF-Trajektorien für diese auch repräsentativ sind. Salzburg und Graz liegen dagegen direkt am Rand der Alpen. In Hinblick auf die nur grobe Berücksichtigung der alpinen Topographie im Trajektorienmodell ist die Zuordnung der Trajektorien nicht immer eindeutig. Zudem zeigt der Vergleich der PM10-Konzentrationen in Salzburg, Anthering 2 (im Salzachtal nördlich von Salzburg) sowie in Enzenkirchen, dass häufig in Salzburg niedrigere Belastungen gemessen werden als im Alpenvorland und somit Salzburg nicht von Ferntransport erreicht wird, der im Alpenvorland zu erhöhter PM10-Belastung führt (siehe Kapitel 8.1.2). In Hinblick auf die noch offenen Fragen, in welchen Situationen die PM10-Messwerte von Enzenkirchen tatsächlich als Vorbelastung für Salzburg anzusehen sind, sind die entsprechenden Aussagen in der folgenden Abbildung noch als unsicher zu betrachten. In Graz stützt sich die Abschätzung des Beitrags städtischer Emissionen auf den Vergleich mit der nur ein Jahr (2004) betriebenen Messstelle Bockberg, die aufgrund ihrer Höhenlage auch nicht optimal für die Beurteilung der Vorbelastung gelegen ist. Wie in Kapitel ausgeführt, ergibt sich für das Jahr 2004 ein wesentlich größerer Beitrag lokaler und regionaler Emissionen als für den Gesamtzeitraum von 2001 bis In Graz überlagern sich Beiträge der Emissionen in Nord- und Nordostösterreich mit dem Ferntransport aus Polen, Tschechien, Deutschland und Westeuropa. Beiträge oberösterreichischer Quellen kommen in Wien bei Ferntransport von Westen zum Tragen, umgekehrt tragen Emissionen in Nordostösterreich in Linz bei Ferntransport von Osten zu erhöhter PM10-Belastung bei. 2 Messstelle im Rahmen des AQUELLA-Projektes des Institutes für chemische Technologien und Analytik der Technischen Universität Wien. 10

11 Herkunftsanalyse PM10 Zusammenfassung Beiträge in % 100 % 90 % 80% 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % Ferntransport Regionale Emissionen Regionale Emissionen außerhalb Österreichs Regionale Emissionen in Österreich Städtische Emissionen Abbildung: Abschätzung der relativen Anteile verschiedener Herkunftsregionen zur PM10-Belastung in Salzburg, Linz, Wien und Graz (Tage über 45 µg/m³). Die Anteile gelten für den städtischen Hintergrund. 0 % Salzburg Linz Wien Graz 11

12 Herkunftsanalyse PM10 Einleitung 1 EINLEITUNG 1.1 Ausgangssituation Luftgetragener Staub ist ein komplexes und heterogenes Gemisch aus festen und flüssigen Teilchen. Grundsätzlich kann zwischen primären und sekundären Partikeln unterschieden werden. Erstere werden als primäre Emissionen direkt in die Atmosphäre abgegeben, letztere entstehen durch luftchemische Prozesse aus gasförmig emittierten Vorläufersubstanzen (z. B. Ammoniak, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, flüchtige organische Verbindungen). Die Charakterisierung von Schwebestaub (Particulate matter, PM) erfolgt üblicherweise anhand der Massenkonzentration und der Größe der Partikel: TSP: Gesamtschwebestaub, dabei wird der Großteil der luftgetragenen Partikel erfasst. PM10: Particulate matter (Schwebestaub) < 10 µm. PM10 wird im deutschen Sprachgebrauch auch als Feinstaub bezeichnet. PM2,5: Particulate matter < 2,5 µm. Insbesondere die feineren Partikel (PM10 und PM2,5) können bis tief in die Lunge gelangen und zu negativen gesundheitlichen Auswirkungen, wie z. B. Herz-Kreislauf- Erkrankungen, führen. Schwebestaub steht aus den folgenden Gründen im Mittelpunkt der österreichischen (sowie der europäischen) Luftreinhaltepolitik: Derzeit geltende Grenzwerte für PM10, welche im österreichischen Immissionsschutzgesetz Luft (IG-L, BGBl. 115/97 i.d.g.f.) in Umsetzung der Richtlinie 1999/30/EG festgesetzt sind, werden an zahlreichen Messstellen in Österreich z. T. deutlich überschritten. Als Konsequenz sind die jeweiligen Landeshauptleute, in deren Landesgebiet Überschreitungen auftraten, angehalten, Statuserhebungen zu erstellen, um die Ursachen der Überschreitungen ausfindig zu machen, sowie Maßnahmenkataloge zu erlassen, um derartige Überschreitungen in Zukunft zu verhindern. Neuere Auswertungen über die Auswirkungen von Luftschadstoffen in Österreich und Europa legen nahe, dass die durch Schwebestaub verursachten Gesundheitseffekte gravierender sind als die durch andere Schadstoffe (inklusive Ozon) bedingten Effekte. Nach aktuellem Kenntnisstand ist in Österreich mit einer Reduktion der durchschnittlichen Lebenserwartung um mehrere Monate durch die Feinstaubbelastung zu rechnen. 1.2 Motivation In UMWELTBUNDESAMT (2005, 2005a) wurden u. a. die PM10-Belastungssituation in Österreich und der aktuelle Kenntnisstand über die Herkunft der PM10-Belastung umfassend dargestellt. Aufbauend auf dem in UMWELTBUNDESAMT (2005) dokumentierten Wissensstand sowie auf den in verschiedenen Studien und Statuserhebungen (im Auftrag der Bundesländer nach IG-L-Grenzwertüberschreitungen) erarbeiteten Erkenntnissen 12

13 Herkunftsanalyse PM10 Einleitung (UMWELTBUNDESAMT 2004a, 2004c, 2004d, 2005b) wird in der vorliegenden Studie der Beitrag von Ferntransport und regionalen Emissionen umfassend untersucht. Ferntransportiertes PM10 kann u. U. aus mehreren 100 km entfernten Quellen stammen und mehrere Tage verfrachtet werden. Die dafür verwendete Methodik basiert auf der Berechnung von Rückwärtstrajektorien (siehe Kapitel 6), welche die Zugbahn von Luftmassen beschreiben und damit Auskunft darüber geben, über welchen Gebieten sich die Luft, die sich zum Zeitpunkt erhöhter gemessener PM10-Belastung im Bereich der Messstelle befindet, an den vorangegangenen Tagen aufgehalten hat. Wie die vorliegenden Erkenntnisse zeigen, spielt Ferntransport nur im außeralpinen Raum eine u. U. sehr große Rolle. Die vorliegende Untersuchung beschränkt sich daher auf die außeralpinen Regionen Österreichs das Alpenvorland in Salzburg, Ober- und Niederösterreich, das Flach- und Hügellandland im östlichen Niederösterreich und in Wien, das Burgenland und das Hügelland der südöstlichen Steiermark soweit in diesen Regionen PM10-Messdaten vorhanden sind. In diesen Regionen werden auch, soweit ausreichende Messdaten zur Verfügung stehen, die regionalen und lokalen Beiträge abgeschätzt. In inneralpinen Tälern und Becken spielt Ferntransport praktisch keine Rolle, da hohe PM10-Belastungen praktisch immer bei sehr ungünstigen Ausbreitungsbedingungen auftreten, bei denen ein Überströmen der Gebirge nicht möglich ist. 1.3 PM10-Belastung in Österreich und ihre Ursachen Die Grenzwerte für PM10 mehr als 35 Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ sowie 40 µg/m³ als Jahresmittelwert traten mit der Novelle des Immissionsschutzgesetzes-Luft im Juli 2001 in Kraft. Der Aufbau des Messnetzes für PM10 setzte bereits 1999 ein und war im Jahr 2003 mit 90 PM10-Messstellen, die gemäß IG-L betrieben wurden, weitgehend abgeschlossen. In den letzten Jahren wies 2003 eine vergleichsweise hohe Belastung mit Überschreitung des Grenzwertes für den Tagesmittelwert an 51 Messstellen auf. Betroffen von Grenzwertüberschreitungen waren alle größeren Städte (die einzige Stadt mit mehr als Einwohnern ohne Grenzwertverletzung war Villach) sowie zahlreiche Kleinstädte, aber auch ländliche Regionen in Niederösterreich, im Burgenland und in der Steiermark. Wie die bisherigen Untersuchungen gezeigt haben, sind in den einzelnen Regionen Österreichs unterschiedliche Quellen für die erhöhte PM10-Belastung verantwortlich: Hohe Emissionsdichten primärer Partikel spielen in allen Städten eine wesentliche Rolle, wobei Belastungsschwerpunkte v. a. verkehrsnah beobachtet werden. Als dominierende Quellen lassen sich Straßenverkehr (Dieselabgase sowie Nicht- Abgasemissionen wie Wiederaufwirbelung und Abrieb) und Hausbrand identifizieren, gebietsweise auch Emissionen aus Industrie und Gewerbe. Die primären PM10-Emissionen der Schwerindustrie tragen speziell in Linz einen wesentlichen Teil zur PM10-Belastung bei, ebenso an mehreren Standorten in kleineren Städten (u. a. Leoben-Donawitz, Brixlegg). 13

14 Herkunftsanalyse PM10 Einleitung Stickoxidemissionen (NO x ) mit besonders hohen Emissionsdichten v. a. in größeren Städten und am hochrangigen Straßennetz tragen auf städtischer bis regionaler Skala wesentlich zur Bildung von Ammoniumnitrat (sekundäre Partikel) bei. Auch vergleichsweise bescheidene SO 2 -Emissionen können in alpinen Becken und Tälern zu nennenswerter Bildung von Ammoniumsulfat (sekundäre Partikel) beitragen. Im außeralpinen Raum spielt Ferntransport sowohl primärer wie sekundärer Partikel vor allem Ammoniumsulfat eine wesentliche Rolle. So können beispielsweise PM10- und SO 2 -Emissionen aus Ost- und Mitteleuropa (v. a. Rumänien, Serbien, Bosnien, Slowenien, Tschechien, Polen) als Quellen für Belastungen in Nordostösterreich identifiziert werden. In den alpinen Becken und Tälern, aber auch in den gegenüber Nord- bis Westwind abgeschirmten Becken und Tälern am Südostrand der Alpen sind die ungünstigen Ausbreitungsbedingungen, die eine Anreicherung von lokal emittiertem Schwebestaub begünstigen, ein wesentlicher Faktor für erhöhte PM10-Belastung. Dies bedeutet andererseits, dass lokale bis regionale Emissionsminderungsmaßnahmen primärer Schwebestaubquellen hier besonders effektiv sind. 1.4 PM-Emissionen in Österreich Die Hauptquellen von PM10 in Österreich stellen die Industrie, der Straßenverkehr, die Erzeugung von Raumwärme, die Landwirtschaft und die Bauwirtschaft dar (siehe Kapitel 5). Während sich die gefassten Emissionen (Abgasemissionen in Industrie, Verkehr, Raumheizung, Off-Road-Fahrzeuge) relativ gut abschätzen lassen, so ist eine Quantifizierung diffuser Emissionen schwieriger. Dies betrifft die Wiederaufwirbelungsemissionen des Straßenverkehrs, aber auch alle Emissionen aus Schüttgutmanipulation von Industrie und Gewerbe, der Bauwirtschaft und des Mineralrohstoffabbaus sowie Emissionen der Landwirtschaft (Aufwirbelung von Bodenmaterial). Bei den Emissionen des Straßenverkehrs sind neben den Abgasemissionen zu denen ganz überwiegend Dieselfahrzeuge beitragen Abriebemissionen (Reifen und Fahrbahn) sowie als sehr großer, allerdings auch schwer quantifizierbarer Beitrag, die Wiederaufwirbelung zu nennen. Für die PM10-Emissionen der Raumwärmeerzeugung (Hausbrand) sind praktisch ausschließlich Festbrennstoffheizungen (Holz, Kohle) verantwortlich. 14

15 Herkunftsanalyse PM10 Datengrundlage 2 DATENGRUNDLAGE Die Herkunftsanalyse von erhöhten PM10-Konzentrationen hinsichtlich der Beiträge von Ferntransport und regionalen Emissionen beschränkt sich auf den außeralpinen Raum, nachdem Ferntransport in inneralpinen Tälern und Becken keine Rolle spielt. Für die Untersuchung werden nach Möglichkeit gravimetrische PM10-Messreihen verwendet, da die kontinuierliche Messung mit Unsicherheiten verbunden ist, die besonders im Winter eine quantitative Beurteilung der Belastung, v. a. in ihrem räumlichen Kontext, erschweren. Kontinuierliche Messdaten werden nur im Südosten Österreichs (Oberwart, Graz) herangezogen, da dort nur sehr beschränkte gravimetrische Messreihen (Graz, Bockberg) zur Verfügung stehen. Der ausgewertete Gesamtzeitraum reicht vom bis In Tab. 1 sind die verwendeten Messstellen mit Angabe der Lage, der Messmethode, der geographischen Koordinaten, der Seehöhe und des Messzeitraums zusammengestellt. Die Lagebeschreibung Ländlicher Hintergrund (Ländl. HG) bezeichnet großräumig repräsentative, emittentenferne Messstellen, die für die Beurteilung von Ferntransport geeignet sind und von Siedlungen und Straßen mehrere Kilometer entfernt sind. Nur sehr beschränkt dafür geeignet sind einige weitere ländliche Messstellen, deren topographische Lage und deren Nähe zu Emittenten ihre großräumige Repräsentativität u. U. stark einschränken: Anthering, im Salzachtal nördlich von Salzburg gelegen, gegen Osten und Westen von Hügeln abgeschirmt, Streithofen im Tullnerfeld, u. U. von Emissionen des KW Dürnrohr beeinflusst und mit einer Distanz von 25 km relativ nahe bei Wien gelegen, Oberwart, wenige 100 m von der B63 und vom Stadtrand von Oberwart (ca Ew.) entfernt, Bockberg, wenige 100 m von der A9 entfernt (aber höher gelegen) und u. U. von Emissionen der KW Werndorf und Mellach beeinflusst. 15

16 Herkunftsanalyse PM10 Datengrundlage Tab. 1: Verwendete PM10-Messreihen; Angabe der Lage, der Messmethode, der geographischen Koordinaten, der Seehöhe und des Messzeitraums. Messstelle Lage Methode Geogr. Länge Geogr. Breite Seehöhe Zeitraum Enzenkirchen Ländl. HG Grav m ab Salzburg Rudolfsplatz Stadt, Verkehr Grav m ab Salzburg Lehen Stadt, HG kontin m ab Salzburg Mirabellplatz Stadt, Verkehr (mäßig) kontin m ab Anthering Ländl. Grav m Linz Kleinmünchen Stadtrand Grav m Linz Neue Welt Stadt, Industrie Grav m ab Linz ORF-Zentrum Stadt, Industrie Grav m , Steyregg Stadtrand, Industrie Grav m ab Illmitz Ländl. HG Grav m ab Pillersdorf Ländl. HG Grav m ab Streithofen Ländl. Grav m Wien Belgradplatz Stadt Grav m ab Wien Gaudenzdorf Stadt Grav m Wien Kendlerstr. Stadt Grav m Wien Liesing Stadt, Industrie Grav m ab Wien Rinnböckstr. Stadt, Verkehr Grav m ab Wien Schafbergbad Stadtrand Grav m ab Wien Stadlau Stadt Grav m Wien Währinger Gürtel Stadt Grav m , ab Graz Don Bosco Stadt, Verkehr kontin m seit Grav. seit Graz Süd 3 Stadt Grav m , ab kontin. ab Bockberg Ländl. (Verkehr?) Grav m Oberwart Stadtrand (Kleinstadt) kontin m ab am von der Herrgottwiesgasse in den Tiergartenweg verlegt (Koordinaten entsprechen dem Tiergartenweg). 16

17 Herkunftsanalyse PM10 Datengrundlage Für die Beurteilung von Ferntransport ohne Beiträge lokaler Emissionen werden Enzenkirchen, Illmitz und Pillersdorf herangezogen, mit den o. g. methodischen Einschränkungen auch Streithofen, Oberwart und Bockberg. Die Beurteilung des städtischen Beitrags zur PM10-Belastung in Salzburg, Linz, Wien und Graz stützt sich auf die Differenz der in diesen Städten gemessenen PM10Belastung gegenüber den jeweils repräsentativen Hintergrundmessstellen (siehe Tab. 2). Stadt Hintergrundmessstelle Windrichtung Salzburg Enzenkirchen, Anthering alle außer Süd Linz Enzenkirchen West Linz Illmitz, Pillersdorf Ost Wien Pillersdorf, Streithofen West und Nord Wien Illmitz Süd und Ost Graz Bockberg, Oberwart Süd Tab. 2: Für die Beurteilung des städtischen Beitrags zur PM10-Belastung herangezogene Hintergrundmessstellen. Dabei muss jeweils berücksichtigt werden, ob die städtischen und die Hintergrundmessstellen in derselben Luftmasse lagen d. h. ob eine Front dazwischen lag oder eine der Messstellen innerhalb, die andere oberhalb einer Bodeninversion lag da sonst ein Vergleich der PM10-Belastung beider Messstellen keine Aussage ermöglicht. Berücksichtigt wird in Wien und Linz, wo mehrere PM10-Messstellen zur Verfügung stehen, auch die Konzentrationsverteilung innerhalb der Stadt. Abb. 1: PM10-Messstellen, deren Daten in dieser Studie verwendet wurden. 17

18 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich 3 DIE PM10-BELASTUNG IN ÖSTERREICH 3.1 Die Belastungssituation in den Jahren 2001 bis 2004 Die Entwicklung der Anzahl der PM10-Messstellen in den Jahren 2001 bis 2004 ist in Tab. 3 dargestellt. Kontinuierliche Messverfahren umfassen β-absorption oder TEOM 4. Bei jenen Messstellen, an denen beide Messmethoden zur Anwendung kommen, werden die gravimetrischen Daten zur Beurteilung der PM10-Belastung gemäß IG-L herangezogen. Tab. 3: Anzahl der PM10- Messstellen in Österreich Messstellen Gravimetrie kontinuierlich beide Methoden Der als Tagesmittelwert formulierte Grenzwert in der Höhe von 50 µg/m 3 gilt erst dann im Sinne des IG-L als überschritten, wenn seit dem 7. Juli 2001 mehr als 35 Überschreitungen auftraten. Dies war 2001 an den IG-L-Messstellen Klagenfurt Völkermarkterstraße, Köflach, Graz Don Bosco, Graz Mitte, Graz Ost und Lienz der Fall 6, sowie an der nicht gemäß IG-L betriebenen Messstelle Wien Erdberg. Die Anzahl der TMW über 50 µg/m 3 ab dem , der maximale TMW und der JMW an diesen Messstellen sind in Tab. 4 zusammengefasst. Da der Grenzwert für PM10 am in Kraft trat, fehlt für eine Beurteilung der Situation in Relation zu dem als Jahresmittelwert formulierten Grenzwert die rechtliche Grundlage. Der als IG-L-Grenzwert festgelegte Jahresmittelwert von 40 µg/m 3 ist im Jahr 2001 an der Messstelle Graz Don Bosco überschritten worden, zählt jedoch aus den oben angeführten Gründen nicht als Überschreitung gemäß IG-L. An der Messstelle Graz Don Bosco wurde darüber hinaus die in der Richtlinie 1999/30/EG für 2001 festgesetzte Summe aus Grenzwert und Toleranzmarge 7 für PM10 überschritten 8. 4 Tapered Element Oscillating Microbalance. 5 einschließlich Messstellen, die nicht auf gesetzlicher Grundlage des IG-L betrieben wurden. 6 Im Jahresbericht der Lüftgütemessungen in Österreich 2001 zählte dazu mit 37 Überschreitungen auch die Messstelle Amstetten. Nach Informationen der Niederösterreichischen Landesregierung wurden die Messwerte aufgrund eines defekten Messgerätes im Zeitraum vom 10. November 2001 bis 21. Februar 2002 ungültig gesetzt. Dadurch reduzierte sich die Anzahl der TMW- Überschreitungen auf 15 (Brief BD4-LG-105/ , Mag. E. Scheicher vom ). 7 Toleranzmarge für den TMW: 20 µg/m 3, d. h. Summe aus Grenzwert und Toleranzmarge: 70 µg/m 3 (darf maximal 35 mal im Jahr überschritten werden). Toleranzmarge für den JMW: 4,6 µg/m 3, d. h. Summe aus Grenzwert und Toleranzmarge: 46,6 µg/m 3. 8 Dies bedeutet, dass für diese Überschreitung nach der genannten Richtlinie innerhalb von zwei Jahren ein Sanierungsplan zu erstellen und an die Europäische Kommission zu senden ist. 18

19 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Tab. 4: Überschreitungen des IG-L-Grenzwertes (mehr als 35 TMW über 50 µg/m³) im Jahr Messstellen mit mehr als 35 TMW über 50 µg/m³, ab sind fett gedruckt. Messmethoden: g gravimetrisch, β β-absorption, T TEOM. Gebiet Messstelle Methode TMW >50 µg/m 3 im Jahr 2001 TMW >50 µg/m 3 ab 7.7. JMW (µg/m 3 ) Kärnten Klagenfurt Völkermarkterstr. g BR Linz Linz Neue Welt g BR Linz Linz 24er Turm T BR Linz Linz Neue Welt T BR Linz Linz ORF-Zentrum T BR Linz Linz Römerberg T Steiermark Köflach β, T BR Graz Graz Don Bosco β BR Graz Graz Mitte T BR Graz Graz Nord T BR Graz Graz Ost T Tirol Lienz Amlacherkreuzung β Vorarlberg Feldkirch Bärenkreuzung β Wien Erdberg g Der Zielwert des IG-L, Anlage 5 (nicht mehr als sieben TMW über 50 µg/m 3 ) wurde im Zeitraum von 7.7. bis an 34 Messstellen überschritten. Die Überschreitungen des Grenzwertes für PM10 (mehr als 35 TMW über 50 µg/m³) in Österreich im Jahr 2002 sind in Tab. 5 zusammengestellt. Der als Jahresmittelwert definierte Grenzwert von 40 µg/m³ wurde an den beiden Messstellen Graz Don Bosco und Graz Mitte überschritten. Das Grenzwertkriterium für den Tagesmittelwert ist somit wesentlich strenger als der Jahresmittelwert von 40 µg/m³. 9 Mittelwert von Mai Dezember

20 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Tab. 5: Grenzwertüberschreitungen bei PM10 im Jahr 2002 (35 TWM >50 µg/m³ sind zulässig, Jahresmittelwert 40 µg/m³; JMW >40 µg/m³ sind fett gedruckt). Gebiet Messstelle Anzahl TMW >50 µg/m³ max. TMW (µg/m³) JMW (µg/m³) B Eisenstadt B Illmitz B Kittsee K Klagenfurt Völkermarkterstr N Amstetten N Hainburg N Himberg N Klosterneuburg N Mannswörth N Mistelbach N Mödling N Schwechat N Stixneusiedl N Vösendorf BG Linz Linz 24er Turm BG Linz Linz Neue Welt BG Linz Linz ORF-Zentrum BG Linz Linz Römerberg BG Linz Steyregg St Bruck a.d.m St Gratwein BG Graz Graz Don Bosco BG Graz Graz Mitte BG Graz Graz Ost St Hartberg St Köflach St Peggau T Brixlegg T Hall i.t T Innsbruck Reichenau T Innsbruck Zentrum T Lienz T Vomp an der Leiten T Wörgl V Feldkirch W Wien Erdberg W Wien Liesing Die Abb. 2 gibt einen Überblick über die PM10-Messstellen sowie die Anzahl der Tage mit TMW >50 µg/m³. 20

21 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Abb. 2: Anzahl der Tage mit PM10-Tagesmittelwerten über 50 µg/m³, Nach RL 1999/30/EG betrug die Toleranzmarge im Jahr µg/m³. Die Summe aus Grenzwert und Toleranzmarge 65 µg/m³ als TMW, wobei bis zu 35 Überschreitungen pro Kalenderjahr erlaubt sind wurde 2002 an den Messstellen Graz Don Bosco, Graz Mitte, Graz Ost und Feldkirch überschritten. In Graz Don Bosco wurde auch die Summe aus Grenzwert und Toleranzmarge für den Jahresmittelwert von PM10 (46 µg/m³) überschritten. Der Grenzwert für PM10 gemäß IG-L mehr als 35 Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ wurde im Jahr 2003 an 51 gemäß IG-L betriebenen Messstellen sowie an einer nicht gemäß IG-L betriebenen Messstelle überschritten. Abb. 3 zeigt die Anzahl der TMW über 50 µg/m³. Von Grenzwertüberschreitungen war nahezu das gesamte Bundesgebiet betroffen, v. a. alle größeren Städte die einzige Stadt mit mehr als Einwohnern, in der PM10 gemessen wird und in der keine Grenzwertverletzung auftrat, ist Villach (35 TMW über 50 µg/m³) sowie zahlreiche Kleinstädte, aber auch ländliche Regionen in Niederösterreich, im Burgenland und in der Steiermark. Der Jahresmittelwert von 40 µg/m³ wurde 2003 an den fünf Messstellen Graz Don Bosco, Graz Mitte, Hartberg, Köflach und Wien Rinnböckstraße überschritten, der höchste JMW wurde mit 52 µg/m³ in Graz Don Bosco gemessen. Das Grenzwertkriterium für den TMW war damit wie schon in den vergangenen Jahren das deutlich strengere als jenes für den JMW. 21

22 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Abb. 3: PM10, Anzahl der TMW über 50 µg/m³, Tab. 6: PM10, Grenzwertüberschreitungen gemäß IG-L im Jahr Messgeräte: g Gravimetrie, ß beta- Absorption, T TEOM. Grenzwertüberschreitungen sind fett dargestellt. Gebiet Messstelle Messgerät max. TMW (µg/m³) Anzahl TMW >50 µg/m³ JMW (µg/m³) B Eisenstadt ß B Illmitz g B Kittsee ß B Oberwart ß K Klagenfurt Völkermarkterstr. g K Wolfsberg g N Amstetten T N Groß Enzersdorf T N Mannswörth T N Mödling T N Schwechat T N St. Pölten Eybnerstraße T N Stockerau T N Vösendorf T N Wiener Neustadt T O Enns Kristein g O Linz 24er-Turm T O Linz Neue Welt g O Linz ORF-Zentrum T O Linz Römerberg T O Steyr T O Steyregg g O Wels g S Hallein Hagerkreuzung g S Salzburg Rudolfsplatz g

23 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Gebiet Messstelle Messgerät max. TMW (µg/m³) Anzahl TMW >50 µg/m³ JMW (µg/m³) St Bruck a.d.m. T St Graz Don Bosco ß St Graz Mitte T St Graz Nord T St Graz Ost ß St Graz Süd Tiergartenweg ß St Hartberg T St Köflach T St Leoben Donawitz T St Niklasdorf ß St Peggau T T Brixlegg ß T Hall i. T. ß T Imst ß T Innsbruck Reichenau ß T Innsbruck Zentrum ß T Lienz ß T Wörgl ß V Dornbirn Stadtstr. g V Feldkirch Bärenkr. g W Belgradplatz g W Gaudenzdorf g W Liesing g W Rinnböckstr. g W Schafbergbad g W Stadlau g Der Zielwert gemäß IG-L nicht mehr als sieben TMW über 50 µg/m³ wurde 2003 lediglich an den Messstellen Arnoldstein (industrienah), Tamsweg (Kleinstadt), Zederhaus und Heiterwang (verkehrsnah), Vorhegg, Zöbelboden, St. Koloman und Masenberg (Mittelgebirge) eingehalten, d. h. einerseits an höher gelegenen Messstellen, zum anderen an Messstellen in alpinen Tälern mit geringen PM10-Emissionsdichten. Die wenigsten Überschreitungen wurden mit zwei Tagen in Vorhegg beobachtet. Der als Tagesmittelwert definierte Grenzwert des IG-L mehr als 35 Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ im Kalenderjahr wurde 2004 an 27 gemäß IG-L betriebenen Messstellen überschritten. Der Jahresmittelwert von 40 µg/m³ wurde zudem an zwei Stationen in Graz überschritten. Abb. 4 zeigt die Anzahl der Tagesmittelwerte über 50 µg/m³; Tab. 7 gibt die Messstellen an, an denen im Jahr 2004 der Grenzwert gemäß IG-L überschritten wurde. 23

24 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Abb. 4: PM10, Anzahl der Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ Tab. 7: PM10, Grenzwertüberschreitungen gemäß IG-L Grenzwertüberschreitungen sind fett dargestellt. Anzahl TMW Max. TMW JMW Gebiet Station Methode >50 µg/m³ (µg/m³) (µg/m³) Kärnten Klagenfurt Völkermarkterstr. Gravimetrie Kärnten Wolfsberg Gravimetrie Niederösterreich St. Pölten Europaplatz TEOM BR Linz Linz ORF-Zentrum TEOM BR Linz Linz Römerberg TEOM Steiermark Bruck a.d.m. TEOM Steiermark Hartberg TEOM Steiermark Knittelfeld TEOM Steiermark Köflach TEOM Steiermark Niklasdorf beta Steiermark Peggau TEOM Steiermark Voitsberg Mühlgasse TEOM Steiermark Weiz beta BR Graz Graz Don Bosco Gravimetrie BR Graz Graz Mitte TEOM BR Graz Graz Nord TEOM BR Graz Graz Ost beta BR Graz Graz Süd Tiergartenweg Gravimetrie Tirol Hall i.t. beta Tirol Imst beta Tirol Innsbruck Reichenau beta Tirol Lienz beta Vorarlberg Feldkirch Bärenkreuzung Gravimetrie Vorarlberg Lustenau Zollamt Au Gravimetrie Wien Kendlerstraße Gravimetrie Wien Liesing Gravimetrie Wien Rinnböckstraße Gravimetrie

25 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich In Abb. 5 ist der statistische Zusammenhang zwischen den Jahresmittelwerten für PM10 von 2000 bis 2004 und der Anzahl der Tage mit TMW über 50 µg/m³ dargestellt. Alle Stationen rechts der vertikalen Linie haben mehr als 35 Überschreitungen und weisen damit Grenzwertüberschreitungen (bezogen auf das Kalenderjahr) auf. Demgegenüber wurden bei dem als Jahresmittelwert festgelegten Grenzwert von 40 µg/m³ im Zeitraum lediglich zehn Überschreitungen (Graz Don Bosco 2001, 2002, 2003 und 2004, Graz Mitte 2002, 2003 und 2004, Hartberg und Köflach 2003, Wien Rinnböckstr. 2003) registriert. Die Trendlinie in der Graphik zeigt, dass bei einem Jahresmittelwert von 28,6 µg/m³ im Mittel 35 Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ zu erwarten sind, bei einem Jahresmittelwert von 27,5 30 Überschreitungen (zulässige Anzahl ab 2005), bei einem Jahresmittelwert von 26,4 µg/m³ 25 Überschreitungen (zulässige Anzahl ab 2010). Jahresmittelwert PM10 [µg/m³] JMW >40 µg/m³ mehr als 35 Überschreitungen Anzahl Tage >50µg/m³ y = 0.22x R 2 = Abb. 5: Zusammenhang zwischen dem Jahresmittelwert PM10 (Grenzwert 40 µg/m³) und der Anzahl der Tage mit Werten über 50 µg/m³, 2000 bis In der Trendlinie wurden nur Stationen mit mehr als fünf Überschreitungstagen berücksichtigt. Als Belastungsschwerpunkte lassen sich in allen Jahren Graz, aber auch andere Städte südlich des Alpenhauptkamms, sowie der Nordosten Österreichs und Linz feststellen. In Graz und Klagenfurt, aber auch in kleineren Städten wie Bruck a. d. M., Köflach und Hartberg spielen die ungünstigen meteorologischen Bedingungen hohe Inversionshäufigkeiten eine wesentliche Rolle für die hohe PM10-Belastung. Im Nordosten Österreichs weisen nicht nur Wien, sondern auch zahlreiche Kleinstädte in Niederösterreich eine sehr hohe PM10-Belastung auf. Wie die sehr hohe Belastung in Illmitz zeigt, dürfte dafür ein relativ hoher Anteil großflächiger Hintergrundbelastung bzw. Ferntransport von Osten eine wesentliche Rolle spielen. In Kittsee und Hainburg lässt sich auch ein nennenswerter Anteil von grenzüberschreitendem Transport aus dem Ballungsraum Bratislava vermuten. Eine Abschätzung der Hintergrundbelastung in anderen Regionen ist mit den vorliegenden Daten noch nicht möglich. Im Raum Linz, aber auch in Leoben und Brixlegg, liefern industrielle Emissionen einen wesentlichen Beitrag zur hohen PM10-Belastung. Grundsätzlich weisen verkehrsnahe städtische Messstellen die höchste PM10- Belastung auf, wofür Graz Don Bosco, Wien Erdberg, Innsbruck Reichenau und Feldkirch auffallende Beispiele sind. An außerorts gelegenen, auch sehr stark verkehrsbelasteten Messstellen wie Gärberbach, Vomp A12 und Zederhaus ist die PM10-Belastung geringer. 25

26 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich 3.2 Entwicklung der PM10-Belastung in Österreich 2000 bis 2004 Nachdem erst 2001 mit dem In-Kraft-Treten des PM10-Grenzwertes ein einigermaßen flächendeckendes PM10-Messnetz aufgebaut wurde, sind die verfügbaren Messreihen relativ kurz und erlauben keine Aussagen über einen langjährigen Trend. Für die Messstellen Illmitz, Steyregg und Salzburg Rudolfsplatz, von denen seit 2000 durchgehend PM10-Daten vorliegen, ist in Abb. 6 die Anzahl der Tagesmittelwerte über 50 µg/m³ dargestellt, Abb. 7 zeigt die Jahresmittelwerte dieser drei Stationen in den Jahren 2000 bis Abb. 6: Anzahl der TMW über 50 µg/m³ in Illmitz, Steyregg, Salzburg Rudolfsplatz, 2000 bis Anzahl TMW >50 µg/m³ Illmitz Steyregg Salzburg Rudolfsplatz Abb. 7: PM10 Jahresmittelwerte in Illmitz, Steyregg, Salzburg Rudolfsplatz, 2000 bis Jahresmittelwert [µg/m³] Illmitz Steyregg Salzburg Rudolfsplatz In Tab. 8 sind die über alle von 2001 bis 2004 durchgehend betriebenen Messstellen gemittelten Jahresmittelwerte sowie die Anzahl der TMW über 50 µg/m³ für die Gebiete Burgenland (vier Messstellen), Oberösterreich (sechs), Salzburg (zwei) und Tirol (acht) angegeben. Tab. 9 gibt die Anzahl der TMW über 50 µg/m³ sowie die JMW jener Messstellen an, die 2000 bis 2004 in Betrieb standen. Tab. 8: Mittelwerte der Jahresmittelwerte sowie der Anzahl der TMW über 50 µg/m³ für die seit 2001 betriebenen Messstellen im Burgenland, in Oberösterreich, in Salzburg und in Tirol. JMW (µg/m³) TMW >50 µg/m³ Burgenland Oberösterreich Salzburg Tirol

27 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Tab. 9: PM10, Anzahl der TMW über 50 µg/m³ und Jahresmittelwert, 2000 bis TMW >50 µg/m³ Jahresmittelwert (µg/m³) B Eisenstadt B Illmitz B Kittsee B Oberwart K Arnoldstein Kugi K Klagenfurt Völkermarkterstr K Villach K Vorhegg K Wolfsberg O Bad Ischl O Braunau O Grünbach O Lenzing O Linz 24er Turm O Linz Neue Welt O Linz ORF-Zentrum O Linz Römerberg O Steyregg O Traun O Vöcklabruck O Wels S Hallein Hagerkreuzung S Salzburg Lehen S Salzburg Mirabellplatz S Salzburg Rudolfsplatz S Tamsweg St Bruck a.d.m St Graz Don Bosco St Graz Ost T Brixlegg T Gärberbach T Hall i.t T Innsbruck Reichenau T Innsbruck Zentrum T Kufstein T Lienz T Vomp a.d.l T Vomp A T Wörgl Beginn der Messung am November 2003 vom Franz-Josef-Platz in die Praxmarerstraße verlegt. 27

28 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich Die vorhandenen Daten zeigen, dass im Norden und Nordosten Österreichs das Jahr 2003 im Zeitraum die höchste PM10-Belastung aufwies; im Jahr 2004 ging sie demgegenüber deutlich zurück. Ausschlaggebend für diese Entwicklung waren im Wesentlichen die meteorologischen Bedingungen, wobei vor allem die Verhältnisse im Winter die PM10-Belastung entscheidend beeinflussen. Die vorliegenden PM10-Messdaten geben daher vermutlich keine Auskunft über die Entwicklung der PM10-Emissionen. Wesentlich verantwortlich für die hohe PM10-Belastung im nördlichen und nordöstlichen Österreich im Jahr 2003 waren die sehr ungünstigen meteorologischen Verhältnisse in den Monaten Jänner bis März 2003 mit lang anhaltenden Hochdrucklagen und ungünstigen Ausbreitungsbedingungen, tiefen Temperaturen (damit erhöhten Emissionen aus Raumheizung und Kraftwerken) sowie häufigem Ferntransport aus dem östlichen und südöstlichen Mitteleuropa. Diese Witterungsverhältnisse bestimmten bereits den Dezember 2002 und damit auch die PM10-Belastung dieses Jahres (siehe bspw. die Monatsmittelwerte der PM10-Belastung an der Messstelle Illmitz, Abb. 8). Demgegenüber waren die Monate Jänner bis März 2004 von ausgesprochen häufigen West- bis Nordwetterlagen geprägt, mit denen vergleichsweise niedrig belastete Luftmassen ins nördliche Österreich verfrachtet wurden und die günstige Ausbreitungsbedingungen charakterisierten. Zudem trugen die überdurchschnittlich hohen Schneemengen im Nordosten Österreichs zu geringerer PM10- Belastung (Auswaschung sowie Unterbindung von Wiederaufwirbelung) bei. PM10 MMW [µg/m³] Illmitz Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Mittel Abb. 8: Monatsmittelwerte der PM10-Belastung an der Messstelle Illmitz, Ein anderes Bild geben die Gebiete südlich des Alpenhauptkamms und Teile Tirols; diese sind gegenüber West- bis Nordströmung deutlich abgeschirmt, erhöhte PM10- Belastungen stehen hier mit anhaltenden Inversionslagen in Verbindung, die zu Schadstoffakkumulation in Becken oder Tälern führt. Daher wirkten sich die deutlichen Unterschiede im Witterungsverlauf der Winter 2002/03 und 2003/04 in diesen Regionen Österreichs unterschiedlich aus. Während die Steiermark 2001 (soweit Daten vorliegen) die höchste Belastung aufwies und das Jahr 2004 zumeist eine geringere Belastung kennzeichnete als 2003, stieg die Belastung in Klagenfurt 2004 gegenüber 2003 an; Klagenfurt Völkermarkterstr. wies innerhalb der letzten vier Jahre 2004 die höchste PM10-Belastung auf. In Graz wurde im Jahr 2001 die höchste PM10-Belastung gemessen, 2004 die bislang niedrigste; an den meisten seit 2002 betriebenen steirischen Messstellen war 2003 zumeist das höchst belastete Jahr. In Lienz wurde 2001 die höchste Belastung gemessen, gefolgt von

29 Herkunftsanalyse PM10 Die PM10-Belastung in Österreich 3.3 Jahreszeitliche Variation Die PM10-Belastung weist einen starken jahreszeitlichen Gang auf. Die höchsten Konzentrationen werden üblicherweise in den Wintermonaten gemessen (Abb. 9). Dies ist einerseits auf meteorologische Gegebenheiten zurückzuführen (im Winter herrschen of ungünstige Ausbreitungsbedingungen wie etwa Inversionen vor, die eine Verdünnung des Schwebestaubs inhibieren), andererseits weisen einige Quellen im Winter deutlich höhere Emissionen auf (Straßenstreuung, Hausbrand) Klagenfurt Völkermarkterstr. Graz Don Bosco Vomp Raststätte Linz Römerberg Gärberbach Rinnböckstr. MMW PM10 [µg/m³] Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Abb. 9: PM10-Monatsmittelwerte im Jahr 2003 an Verkehrsmessstellen. 29

30 Herkunftsanalyse PM10 Schwebestaubinhaltsstoffe 4 SCHWEBESTAUBINHALTSSTOFFE Eine Reihe von Analysen, die im Rahmen von Forschungsprojekten bzw. Studien unter anderem des Umweltbundesamtes durchgeführt wurden, dienten zur Quantifizierung der wichtigsten Komponenten von PM: Elementarer Kohlenstoff (EC), organisches Material (OM), sekundäre anorganische Partikel (Ammoniumsulfat, -nitrat) sowie Metalle und Chlorid. Unlösliche mineralische Komponenten lassen sich i. d. R. indirekt als Differenz zwischen der PM-Gesamtmasse und den analysierten Einzelkomponenten identifizieren. Elementarer Kohlenstoff (Quelle: Verbrennungsprozesse, insbesondere Dieselabgase) kann zwischen ca. 5 % an ländlichen Hintergrundstandorten und bis über 20 % der PM10-Masse an städtischen verkehrsnahen Standorten ausmachen. Organisches Material weist regional geringe Unterschiede auf, der Anteil variiert zwischen etwa 15 % und über 25 %. Neben Verbrennungsprozessen unterschiedlichster Art tragen biologisches Material und sekundäre organische Aerosole zum organischen Material bei. Ammoniumnitrat bildet sich als sekundäres anorganisches Aerosol aus Stickstoffoxiden (Hauptquelle Straßenverkehr) und Ammoniak (Hauptquelle Landwirtschaft). Die Ammoniumnitrat-Anteile am PM10 liegen bei ca. 15 bis 25 %; da Ammoniumnitrat bei höheren Temperaturen im Sommer in gasförmige Salpetersäure und Ammoniak übergehen kann, sind die Ammoniumnitrat-Konzentrationen im Sommer sehr gering, im Winter kann Ammoniumnitrat bis zu 40 % der PM10-Masse ausmachen. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass erhöhte NO x -Emissionen etwa in Ballungsgebieten relativ rasch zur nennenswerten Neubildung von Ammoniumnitrat beitragen können. Ammoniumsulfat bildet sich als sekundäres anorganisches Aerosol aus Schwefeldioxid und Ammoniak. Ammoniumsulfat wird überwiegend durch Ferntransport nach Ostösterreich verfrachtet, wobei große kalorische Kraftwerke und Schwerindustriebetriebe in Zentral- und Osteuropa die Hauptquellen der Vorläufersubstanz Schwefeldioxid sind. Allerdings können auch in Tälern und Becken Österreichs lokale Schwefeldioxid-Emissionen zu nennenswerter Ammoniumsulfat-Bildung führen. Der Anteil von Ammoniumsulfat am PM10 variiert zwischen 15 und 25 %. Einige Ergebnisse von Messkampagnen (v. a. AUPHEP 12 ) sind in der folgenden Abb. 10 dargestellt (Spittelauer Lände in Wien verkehrsnah; Illmitz im Burgenland ländlicher Hintergrund; Wien AKH städtischer Hintergrund; Streithofen in Niederösterreich - ländlicher Hintergrund). 12 Austrian Project on Health Effects of Particulates der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Kommission für Reinhaltung der Luft. 30

31 Herkunftsanalyse PM10 Schwebestaubinhaltsstoffe PM2,5 Inhaltsstoffe [µg/m³] Rest Chlorid Ca Mg K Na Ammonium Sulfat Nitrat OM EC PM2,5 Inhaltsstoffe [µg/m³] PM2,5 Inhaltsstoffe [%] % 80% 60% 40% 20% 0% Spittelauer Lände Illmitz Wien-AKH Streithofen Abb. 10: Chemische Zusammensetzung von PM10 an vier Messstellen (EC: elementarer Kohlenstoff; OM: organisches Material). Spittelauer Lände und Illmitz: 1999/2000, Wien-AKH und Streithofen: 2000/2001. Bezüglich des Beitrags von mineralischen Komponenten, die in Städten aus Industrie, Bauwirtschaft und Aufwirbelung von Straßenstaub kommen, bestehen relativ große Unsicherheiten. Die Konzentration der meisten Schwermetalle liegt i. A. unter einschlägigen humanhygienischen Richt- und Grenzwerten für Einzelstoffe. Dennoch sind auch diese Analysen etwa zur Identifizierung von Quellen von Bedeutung. 31

32 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen 5 PM10-EMISSIONEN 5.1 PM-Emissionen in Österreich Die Hauptquellen von PM10 in Österreich stellen die Industrie, der Straßenverkehr, die Erzeugung von Raumwärme, die Landwirtschaft und die Bauwirtschaft dar (UM- WELTBUNDESAMT 2004e, UMWELTBUNDESAMT 2005, WINIWARTER et al. 2001). Bei der Bewertung der Emissionen sind jedoch folgende Punkte zu beachten: Die angeführten Emissionen umfassen bekannte anthropogene und quantifizierbare Quellen in Österreich; natürliche Quellen und sekundäre Partikel werden nicht erfasst, ebenso wenig ist die Wiederaufwirbelung von Straßenstaub berücksichtigt. Insbesondere die Emissionen der Industrie (hier v. a. die diffusen Emissionen aus dem Schüttgutumschlag) und der Landwirtschaft (Feldbearbeitung) unterliegen hohen Unsicherheiten. Zu verschiedenen Jahreszeiten sind die einzelnen Quellen unterschiedlich wirksam. So spielt bspw. Feldbearbeitung im Winter kaum eine Rolle, Hausbrand dagegen ist v. a. im Winterhalbjahr von Bedeutung. Aus den angeführten Gründen sind die Verursacher der PM10-Belastung auf lokaler oder regionaler Ebene anhand der nationalen Emissionen nicht eruierbar. Die nationalen PM10-Emissionen können lediglich Hinweise auf potenziell erhebliche Quellen geben und Trends der einzelnen Sektoren beschreiben Emissionen des Verkehrs Die im Straßenverkehr erbrachte Verkehrsleistung ist im Zeitraum stark gestiegen. Bei den Emissionen der maßgeblichen Fahrzeugkategorien Pkw, leichte Nutzfahrzeuge und schwere Nutzfahrzeuge konnte ein Zuwachs in der Verkehrsleistung um jeweils mindestens 100 % (bei leichten Nutzfahrzeugen beinahe 400 %) beobachtet werden. Aufgrund der Verringerung der spezifischen Emissionen der Einzelfahrzeuge durch Absenken der Emissionsgrenzwerte haben die PM10-Emissionen dieser Fahrzeugkategorien im gleichen Zeitraum insgesamt nur um rund 60 % zugenommen. Während die von schweren Nutzfahrzeugen emittierten Mengen im Vergleich zu 1980 sogar abgenommen haben, ist aufgrund des Dieselbooms im Pkw- Bereich eine überproportionale Zunahme der Partikelemissionen zu verzeichnen. Die Berechnung der Emissionen aus dem Straßenverkehr ist für die Abgas-Emissionen relativ gut abgesichert und Maßnahmen können auch mittels der detailliert vorliegenden Emissionsfaktoren aus dem Handbuch der Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs in Österreich gut abgebildet werden. Für Reifen-, Brems- und Straßenabrieb steht ein Berechnungsmodell zur Verfügung, mit dem zumindest die mittlere Geschwindigkeit abgebildet wird. Aufgrund des wahrscheinlich relativ geringen Beitrags der Abriebsemissionen zu den Gesamtemissionen dürften sie allerdings derzeit keine große Rolle spielen. Die Wiederaufwirbelungsemissionen sind mit der größten Unsicherheit behaftet und können je nach angewendetem Berechnungsmodell die Abgas- und Abriebsemissionen bei weitem übersteigen. Insgesamt erscheint es jedoch plausibel anzunehmen, dass die Wiederaufwirbelungsemissionen in einem ähnlichen Größenbereich wie die Abgasemissionen liegen. 32

33 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen Die dem Off-Road-Verkehr zuordenbaren PM10-Emissionen liegen im Vergleich zum Straßenverkehr trotz des weitaus geringeren Energieverbrauches ähnlich hoch. Mit der Off-Road-Studie aus dem Jahr 2000 liegt erstmals eine genauere Untersuchung hinsichtlich Einsatzzeiten und Energieeinsatz im Off-Road-Bereich vor. Auch wenn zur Verbesserung der Datenqualität weitere Untersuchungen wünschenswert sind, zeigt die Untersuchung, dass ein Großteil der Gesamtemissionen des Off- Road-Sektors auf Traktoren in der Land- und Forstwirtschaft sowie Baumaschinen entfällt. Technologische Maßnahmen an diesen Fahrzeugen und Maschinen bieten daher ein hohes Reduktionspotenzial Emissionen der Industrie Die Staubemissionen aus gefassten Quellen sind in Österreich in einigen Fällen sehr gut dokumentiert und bekannt, für andere Sektoren sollte eine Abschätzung bzw. Erhebung durchgeführt werden. Werden für Emissionsabschätzungen Emissionsfaktoren aus der Literatur verwendet, so müssen diese genau auf die Übertragbarkeit auf die österreichische Situation (Ausstattung der Anlagen mit Minderungstechnologien etc.) überprüft werden. Wesentlich weniger robuste Daten liegen allerdings für die nach der österreichischen Schwebestaubinventur sehr maßgeblichen diffusen Emissionen vor. Messungen aus Deutschland zeigen, dass bei Anwendung von Staubminderungsmaßnahmen der überwiegende Anteil der Gesamtstaubemissionen (77 99 %) als PM10 emittiert wird. Insbesondere bei Gewebefiltern kann davon ausgegangen werden, dass nahezu die gesamten Staubemissionen < 10 µm sind, d. h. im PM10- Bereich liegen. Eigene Grenzwerte für PM10-Emissionen sind in Österreich deshalb auch nicht vorgegeben. Aufgrund des hohen PM10-Anteils im Abluftvolumenstrom werden durch die Staubgrenzwerte quasi die PM10-Emissionen limitiert. Zur Minderung von Staub aus gefassten Quellen stehen zahlreiche erprobte Technologien zur Verfügung. Die Frage, welche Technologie für ein bestimmtes Abscheideproblem am besten geeignet ist, muss anhand der gegebenen Rahmenbedingungen individuell entschieden werden und wird beispielsweise durch die Rohgaszusammensetzung, die Partikeleigenschaften und die geforderten Reingaswerte entscheidend beeinflusst. Die derzeit am häufigsten eingesetzten Technologien zur Staubminderung sind Elektrostatische Abscheider (ESP) und Gewebefilter, sowie hauptsächlich bei Abfallverbrennungsanlagen diverse Kombinationen von Entstaubungseinrichtungen mit Nasswäschern. In einigen wenigen Fällen sind Gewebefilter und/oder elektrostatische Abscheider jedoch nicht anwendbar (v. a. bei hygroskopischem Staub). In diesen Fällen werden zur Staubminderung Multizyklone und Nasswäscher eingesetzt. Bei den diffusen Staubquellen sind allgemeine Maßnahmen z. B. für Umschlag, Förderung, Transport etc. bekannt und werden durch die Anlagenbetreiber z. T. auch umgesetzt bzw. in Bescheiden vorgeschrieben Emissionen aus dem Hausbrand Ein Gutteil der PM-Emissionen des Hausbrands ist auf die Verwendung fester Brennstoffe zurückzuführen, und hier vor allem auf den Einsatz von Holz. Besonders hohe PM10-Emissionen treten bei alten Öfen hier vor allem Einzelöfen auf. Durch neue Anlagentechnologien, wie z. B. vollautomatische Pelletsheizungen und durch ge- 33

34 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen eignete Brennstoffe (trockenes Weichholz, keine Rinde oder Altholz) sowie Maßnahmen zur Wärmedämmung können auch bei Festbrennstoffheizungen die Emissionen entscheidend reduziert werden. 5.2 PM10-Emissionen in Europa (EMEP-Daten) Im Vollzug der Konvention über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen (CLRTAP) der UNECE werden u. a. die Emissionen von PM10, SO 2 und NO x erhoben. Die Daten werden im Rahmen des Co-operative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-Range Transmission of Air pollutants in Europe (EMEP) verwaltet und auf in Form nationaler Gesamtmengen sowie auf dem für die EMEP-Modellrechnungen verwendeten Raster von 50 x 50 km zur Verfügung gestellt. Für die gegenständliche Studie werden die auf der EMEP-Homepage publizierten Expert Emissions des Jahres 2001 als aktuellste verfügbare Daten verwendet (siehe Diese Daten basieren teilweise auf offiziellen Mitteilungen der jeweiligen Staaten, so u. a. für Österreich, Belgien, Tschechien, Frankreich, Polen und die Niederlande. Für den Großteil jener Staaten, die keine Daten zur Verfügung stellten, wurden die PM10-Emissionen vom IIASA berechnet, u. a. für Bosnien und Herzegovina, Bulgarien, Kroatien, Deutschland, Italien, Rumänien, Serbien und Montenegro, die Slowakei, Slowenien und die Ukraine (VESTRENG 2003). Die Emissionsmengen für Österreich basieren auf der vom Forschungszentrum Seibersdorf und dem Umweltbundesamt erarbeiteten Emissionsinventur (Jahre 1990, 1995, 2000) (ORTHOFER et al. 2002). Die PM10-Emissionen der EMEP-Datenbank des Jahres 2003 sind in Abb. 11 dargestellt. 34

35 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen Abb. 11: PM10-Emissionen 2003 (Raster 50 x 50 km 2 ), EMEP-Database. Deutlich erkennbar sind Regionen mit extrem hohen Emissionsdichten von über t pro Gitterzelle in jenen Bereichen, die entsprechend den Trajektorienanalysen als Herkunftsregionen von Ferntransport in Frage kommen (siehe Kapitel 6 bzw. 7). Emissionen über t pro Gitterzelle finden sich im Umkreis von einigen 100 km um Österreich in Rumänien in Bucureşti (Bukarest) in Serbien bei Beograd in Bosnien-Hercegovina bei Tuzla, Sarajevo und Zenica in Tschechien in Ostrava (Nordmähren) und Nordwestböhmen (Region Chomutov) in Polen in Oberschlesien (Katovice), Łódź und Waszawa (Warschau) in der Ukraine in Lwiw (Lemberg). Die dominierenden PM10-Quellen sind Kohlekraftwerke und Stahlwerke. Gegenüber 2001 haben die PM10-Emissionen in der westlichen Walachei deutlich abgenommen, weiters in Südpolen (Kraków), in Slowenien (Kraftwerk Šoštanj), in der mittleren und westlichen Slowakei (Regionen Bratislava und Trenčin) und in Zentralböhmen; Zunahmen werden in der Region um Beograd, in der Region um Budapest und in Nordostungarn, in Łódź sowie in der Region Venezia gemeldet. Wie weit Veränderungen der in der EMEP-Datenbank verfügbaren PM10-Emissionen, v. a. im östlichen Europa, tatsächliche Emissionstrend widerspiegeln oder modifizierte Berechnungs- oder Erhebungsmethoden, ist im Einzelfall nicht festzustellen. Die gesamten PM10-Emissionen Österreichs machen laut Staubemissionsinventur 2001 (UMWELTBUNDESAMT 2003) t aus; diese Daten wurden in ORTHOFER et al. (2002) auf das EMEP-Gitter disaggregiert und stellen die österreichischen Emissionen der EMEP-Datenbank (siehe Abb. 11) dar. Nicht berücksichtigt wurden allerdings die Wiederaufwirbelungsemissionen des Straßenverkehrs. 35

36 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen Die größten Emissionsdichten weisen die Gitterzellen auf, in welchen Wien und Linz liegen. Die Gitterzelle (Wien) weist PM10-Emissionen von t auf, wovon etwa die Hälfte auf den Sektor Produktion entfällt. Die Gitterzelle mit Linz weist PM10-Emissionen von t auf, der größte Anteil entfällt auf Produktion ; die Gitterzelle 73 46, welche das westliche Oberösterreichische Alpenvorland umfasst, besitzt mit t die dritthöchsten PM10-Emissionen in Österreich. Die PM10-Emissionen der Region Bratislava (EMEP-Gitterzellen und 77 51) sind mit t vergleichsweise bescheiden; davon entfällt der relativ größte Teil auf nicht-industrielle Verbrennungsanlagen. Laut SHMU 13 (2003) wies das Ballungsgebiet Bratislava 2001 PM10-Emissionen von 458 t auf, deutlich höhere PM10-Emissionen wies mit t die östlich angrenzende Region Trnava auf, die Anteil an der EMEP-Gitterzelle hat. Die bedeutendsten PM10-Quellen der Region Bratislava waren gemäß SHMU (2003) die Raffinerie Slovnaft (ca. 270 t) und das Zementwerk Holcim (ca. 120 t). Höhere PM10-Emissionen treten gemäß EMEP-Expertenschätzung in der westlichen Mittelslowakei (Region Trenčin) in der Gitterzelle 7 53 auf. Diese Gitterzelle besitzt PM10-Emissionen von t, der Großteil aus Kraftwerken; gegenüber EMEP 2001 bedeutet dies eine Halbierung der PM10-Emissionen. Demgegenüber wird vom SHMU 14 die PM10-Emission aus gefassten Quellen für das Jahr 2002 in dieser Gitterzelle mit t angegeben. Bedeutendste PM10-Quellen der Westslowakei sind gemäß SHMU (2003) das Kraftwerk ENO Zemianske Kostol any mit t, Novacke Chemicke zavody (Chemische Industrie) (beide Region Trenčin) und Duslo Sala (Chemische Betriebe, Düngemittel Produktion) (Region Nitra). Die Region Košice in der Ostslowakei (Gitterzelle 80 56) weist PM10-Emissionen von t auf, davon der Großteil aus Verbrennung in der Industrie (Prozessfeuerung) ; gemäß SHMU (2003) betrugen die PM10-Emissionen dieser Zelle t (aus gefassten Quellen). Die bedeutendste PM10-Quelle dieser Region war gemäß SHMU (2003) im Jahr 2002 US Steel ( t), gefolgt vom Kraftwerk Elektraren Vojany (7.070 t). Diese Emissionen waren allerdings höher als die in der EMEP- Gitterzelle in der Košice liegt angegebenen. Die EMEP-Emissionsdaten zeigen von 2001 auf 2003 einen sehr deutlichen Emissionsrückrang. In Ungarn wies laut EMEP-Expertenschätzung 2003 die Region Budapest (Gitterzelle 80 52) mit PM10-Emissionen von t die höchste Emissionsdichte auf, davon entfiel der größten Beitrag auf nicht-industrielle Verbrennungsanlagen. Gegenüber 2001 ging die Emission um ca. 15 % zurück. In Slowenien treten die höchsten PM10-Emissionen mit t in der Gitterzelle auf, in welcher die Kraftwerke Šoštanj und Trbovlje liegen; gegenüber 2001 ist dies ein Rückgang um ca. 50 %. In Tschechien treten die höchsten PM10-Emissionen in Ostrava (Nordmähren) (Gitterzelle 75 55, Emissionen in Tschechien t) sowie im nordwestlichen Böhmen (Region Chomutov, Gitterzelle 69 50) mit t auf. Die höchsten Emissionsdichten im weiteren Umkreis Österreichs finden sich in Südpolen in der Region Katovice (Oberschlesien) in der EMEP-Gitterzelle mit t. Auf die Region Łódź (Gitterzelle 73 58) entfallen Emissionen von t, auf Waszawa (Gitterzelle 73 60) t PM Slovak Hydrometeoroligski Ustav 14 Daten direkt vom SHMU an das Umweltbundesamt übermittelt 36

37 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen In Serbien finden sich die höchsten Emissionsdichten in der Region Beograd (Gitterzelle 86 49) mit t, in Bosnien in den Regionen Tuzla (Gitterzelle 85 47) mit t sowie in der Region Zenica (Gitterzelle 85 45) mit t, in Rumänien in Bucureşti (Gitterzelle 92 57) mit t. Die Emissionen in der westlichen Walachei (EMEP-Gitterzellen ) haben seit 2001 von t auf t stark abgenommen ( 60 %). Hohe PM10-Emissionen finden sich im nordwestlichen Mitteleuropa. Im Bereich des Saarlandes und des nördlichen Lothringen emittieren die zwei EMEPGitterzellen 63 40, t PM10, im Raum Duisburg die Zelle t, im Bereich Lille Roubaix die Gitterzellen 57 40, t. 5.3 Emissionen von Vorläufersubstanzen sekundärer Partikel Neben primären PM-Emissionen tragen auch noch Emissionen von NO x, SO 2, NH 3 und NMVOC durch die Bildung von sekundären anorganischen (Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat) bzw. von sekundären organischen Aerosolen in unterschiedlichem Ausmaß zur PM10-Belastung bei Schwefeldioxid Die SO 2 -Emissionen laut EMEP Expertenschätzung 2003 sind in Abb. 12 dargestellt. Die Emissionsschwerpunkte von SO 2 decken sich nur teilweise mit jenen von PM10 (siehe Abb. 11). Die PM10-Großemittenten in der westlichen Walachei, in der Region Beograd, in Bosnien und in Oberschlesien stellen ebenfalls Großemittenten von SO 2 dar, allerdings gibt es weitere SO 2 -Emissionsschwerpunkte, u. a. in Nordungarn, Bosnien, im nördlichen Böhmen und in Polen. Anders als bei PM10 sind die SO 2 -Emissionen der Großemittenten (v. a. Kraftwerke) im östlichen Mitteleuropa gegenüber 2001 nicht zurückgegangen, sondern in vielen Fällen stark angestiegen. 37

38 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen Abb. 12: SO 2-Emissionen 2003 (Raster 50 x 50 km 2 ), EMEP-Database. Die SO 2 -Emissionen Österreichs machen laut EMEP (2003) t aus, die größten Emissionen entfallen auf die Gitterzelle mit Wien (8.870 t). Der bedeutendste SO 2 -Einzelemittent in der Gitterzelle ist die Raffinerie Schwechat (3.600 t) (UMWELTBUNDESAMT 2004). Die Region Bratislava (Gitterzellen und ) weist gemäß EMEP 2003 SO 2 -Emissionen von t auf. Höhere SO 2 -Emissionen im Umkreis Österreichs finden sich in Nordungarn in der Gitterzelle mit t (Kraftwerk Oroszlány) und in der Zelle mit t (Kraftwerk Mátra bei Eger), in Zentralslowenien (Gitterzelle 78 45) mit t, wo sich die Kraftwerke Šoštanj und Trbovlje befinden, in Nordwestböhmen (Region Chomutov, Zelle 69 50) mit t, und in der Region Oberschlesien, wo die Gitterzellen 75 55, 56 SO 2 -Emissionen von t auf sich vereinen. Extrem hohe SO 2 -Emissionen (EMEP-Gitterzellen mit über t) findet man in Südrumänien, Nordserbien, in Bosnien und Zentralpolen, sie decken sich teilweise mit den Großemittenten von PM10, allerdings gibt es auch zahlreiche extreme SO 2 - Emittenten mit relativ geringen PM10-Emissionen. Die höchsten SO 2 -Emissionen Rumäniens treten mit t in der südwestlichen Walachei (Gitterzelle 91 54) auf, gefolgt von zwei weiteren Kraftwerken in der westlichen Walachei (Zellen und 90 54) mit über t. Noch höhere Emissionen findet man in der Region Beograd (Gitterzelle 86 49) mit t und in Bosnien in der Region Zenica (Gitterzelle 85 45) mit t; Emissionen über t entfallen zudem in Bosnien auf die Gebiete um Tuzla (Zelle 85 47) und Ljubija (Zelle 83 45). Emissionsschwerpunkte in Polen sind neben Oberschlesien die Region Łódź (Gitterzelle 73 58) mit t, das Kraftwerk in Konin (EMEP-Gitterzelle 70 58) mit t sowie die Region Warszawa. 15 Die SO 2-Emissionen der Gitterzelle entfallen fast ausschließlich auf den flächenmäßig sehr kleinen Gebietsanteil der Slowakei, in welchem ein Teil von Bratislava liegt; die Emissionen der Gebietsanteile von Österreich und Ungarn liegen unter 300 t. 38

39 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen Stickstoffoxide Abb. 13 zeigt die NO x -Emissionen laut EMEP-Expertenschätzung für 2003 auf dem 50 x 50 km-gitter. Bei den Stickstoffoxidemissionen weist anders als bei SO 2 und PM10 Westeuropa weitaus höhere Emissionen auf als Ost- und Ostmitteleuropa. Flächenhaft liegen die NO x -Emissionen im Bereich von England über die Benelux- Staaten und Deutschland bis Tschechien sowie in Italien durchwegs über t pro 50 x 50 km-gitterzelle, in Ostmitteleuropa sind sie ungefähr halb so hoch. Sehr hohe NO x -Emissionsdichten weisen einzelne, eng begrenzte Regionen v. a. in Polen auf, aber auch bedeutende Quellregionen von PM10 und SO 2 in Südosteuropa. Deutlich zurückgegangen sind die NO x -Emissionen gegenüber 2001 in Böhmen und Südmähren, im Großteil Sloweniens, in Zentralkroatien (südlich von Zagreb) und in Beograd, hingegen haben sie in Bucureşti zugenommen. Abb. 13: NO x-emissionen (Raster 50 x 50 km 2 ), EMEP- Database, In Österreich weist die Region Wien die höchsten NO x -Emissionsdichten auf. Die Gitterzelle umfasst NO x -Emissionen von t, die südwestlich angrenzende Gitterzelle (südliches Wiener Becken, Wienerwald) t. Die E- missionen der Gitterzelle mit Linz betragen t, der Gitterzelle südöstlich davon t. Auf die Region Graz (Gitterzelle 77 47) entfallen t, auf die Region Salzburg (Gitterzelle 73 45) t. Auf die Region Bratislava (slowakische Anteile der Gitterzellen und 77 51) entfallen laut EMEP-Expertenschätzung t (davon der größte Teil Verbrennung in der Industrie (Prozessfeuerung) ). Hohe NO x -Emissionen im Umkreis von einigen 100 km um Österreich stammen aus der Region München, aus Nordböhmen, aus Prag und Brno, aus Nordmähren und der Region Oberschlesien, aus der Region Budapest sowie Slowenien (Kraftwerke Šoštanj und Trbovlje). Die Hot spots sind Oberschlesien, wo die EMEP-Gitterzellen 75 56, 57 NO x -Emissionen von t auf sich vereinen, die Region Łódź (Gitterzelle 73 58) mit t, die Region Chomutov (Kraftwerke) mit t, in Rumänien Bucureşti ( t), in Italien Milano ( t). 39

40 Herkunftsanalyse PM10 PM10-Emissionen Ammoniak Die NH 3 -Emissionen auf dem 50 x 50 km-raster gemäß EMEP-Expertenschätzung für 2003 sind in Abb. 14 dargestellt. Abb. 14: NH 3-Emissionen (Raster 50 x 50 km 2 ), EMEP- Database, Die mit Abstand höchsten NH 3 -Emissionsdichten weisen das nordwestliche Mitteleuropa (um t pro 50 x 50 km-gitterzelle) sowie die Po-Ebene auf. In Osteuropa treten die höchsten NH 3 -Emissionsdichten in den Regionen Beograd, Bucureşti, Oberschlesien und Westslawonien auf. Die absolut dominierende NH 3 -Quelle ist überall die Landwirtschaft. Im Nahbereich Österreichs weist das Bayerische Alpenvorland die höchsten NH 3 -Emissionsdichten auf. 40

41 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik 6 HERKUNFTSANALYSE MITTELS RÜCKWÄRTSTRAJEKTORIEN METHODIK 6.1 Herkunft der PM10-Belastung Wie die bisherigen Untersuchungen im Rahmen von Statuserhebungen und in UMWELTBUNDESAMT (2005) gezeigt haben, sind in den einzelnen Regionen Österreichs unterschiedliche Quellen für die erhöhte PM10-Belastung verantwortlich: Hohe Emissionsdichten primärer Partikel spielen in allen Städten eine wesentliche Rolle, wobei Belastungsschwerpunkte v. a. verkehrsnah beobachtet werden. Als dominierende Quellen lassen sich Straßenverkehr (Dieselabgase und Nicht- Abgasemissionen wie Wiederaufwirbelung und Abrieb) sowie Hausbrand identifizieren, gebietsweise auch Emissionen aus Industrie und Gewerbe. Die primären PM10-Emissionen der Schwerindustrie haben speziell in Linz einen erheblichen Anteil an der PM10-Belastung, ebenso an mehreren Standorten in kleineren Städten (Leoben-Donawitz, Brixlegg). Stickoxidemissionen (NO x ) mit besonders hohen Emissionsdichten v. a. in größeren Städten und am hochrangigen Straßennetz tragen auf städtischer bis regionaler Skala wesentlich zur Bildung von Ammoniumnitrat (sekundäre Partikel) bei. Auch vergleichsweise bescheidene SO 2 -Emissionen können in alpinen Becken und Tälern zu nennenswerter Bildung von Ammoniumsulfat (sekundäre Partikel) beitragen. Im außeralpinen Raum spielt Ferntransport sowohl primärer wie sekundärer Partikel vor allem Ammoniumsulfat eine erhebliche Rolle. So können beispielsweise PM10- und SO 2 -Emissionen aus Ost- und Mitteleuropa (u. a. aus Rumänien, Serbien, Bosnien, Slowenien, Tschechien, Polen) als Quellen für Belastungen in Nordostösterreich identifiziert werden. In den alpinen Becken und Tälern, aber auch in den gegenüber Nord- bis Westwind abgeschirmten Becken und Tälern am Südostrand der Alpen, sind die ungünstigen Ausbreitungsbedingungen, die eine Anreicherung von lokal emittiertem Schwebestaub begünstigen, ein wesentlicher Faktor für erhöhte PM10-Belastung. Dies bedeutet andererseits, dass lokale bis regionale Emissionsminderungsmaßnahmen primärer Schwebestaubquellen hier besonders effektiv sind. Die Anteile von Ferntransport sowie regionaler und lokaler Schadstoffanreicherung sind schematisch für unterschiedliche Regionen in der folgenden Tabelle dargestellt. 41

42 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Tab. 10: Anteil von Ferntransport, regionaler und lokaler Schadstoffanreicherung an der PM10-Belastung in verschiedenen Regionen in Österreich. Wenig abgesicherte Ergebnisse sind kursiv. Region Standort Ferntransport Regionale Quellen Lokale Quellen Oberösterreichisches Alpenvorland ländlich 45 % 55 % Linz Hintergrund 25 % 30 % 45 % Flach- und Hügelland im Nordosten Österreichs ländlich 60 % 40 % Wien Hintergrund 40 % 40 % 20 % Wien verkehrsnah 30 % 30 % 40 % Salzburg verkehrsnah 20 % 80 % Flach- und Hügelland im Südosten Österreichs ländlich 70 % 30 % Graz verkehrsnah 30 % 70 % Klagenfurt Hintergrund n.n. 75 % 25 % Klagenfurt 16 verkehrsnah n.n. 50 % 50 % Lavanttal 17 städtisch n.n. ca. 80 % ca. 20 % Rheintal 18 städtisch verkehrsnah n.n. 70 % 30 % Breite inneralpine Täler mit hohen Emissionsdichten 19 kleinstädtisch n.n. um 75 % um 25 % Schmale inneralpine Täler mit hohen Emissionsdichten 20 kleinstädtisch n.n. um 50 % um 50 % Mittelgebirge ländlich um 90 % um 10 % Hochgebirge ländlich 100 % Wie aus Tab. 10 ersichtlich, ist in inneralpinen Tal- und Beckenlagen der lokale und regionale Anteil verglichen mit der Situation im außeralpinen Flach- und Hügelland in der Regel deutlich höher. Die vorliegende Studie ist der Untersuchung des Einflusses von Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation auf die erhöhte PM10-Belastung im außeralpinen Raum gewidmet; dieser umfasst Teile der Bundesländer Salzburg, Oberösterreich, Niederösterreich, Wien, Burgenland und Steiermark. Ausgewertet werden alle gravimetrischen PM10-Messreihen die längsten reichen bis Juni 1999 zurück der in Kapitel 2 genannten Messstellen, da nur gravimetrische Daten als hinreichend abgesichert angesehen werden, um quantitative Aussagen zu ermöglichen, insbesondere, wenn durch Differenzbildung von ländlichen und städtischen Messstellen der Beitrag städtischer Emissionen zur dort gemessenen PM10-Belastung festgestellt werden soll. Nur in Ausnahmefällen werden kontinuierliche PM10-Daten zur Ergänzung der gravimetrischen Messreihen herangezogen. 16 abgeleitet aus dem Vergleich der Messstellen Klagenfurt Völkermarkterstraße, Klagenfurt Koschatstraße und Gurtschitschach. 17 aufbauend auf UMWELTBUNDESAMT (2004d). 18 abgeleitet aus dem Vergleich von Feldkirch Bärenkreuzung mit anderen Messstellen im Rheintal 19 aufbauend auf UMWELTBUNDESAMT (2003a). 20 aufbauend auf UMWELTBUNDESAMT (2005d). 42

43 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Von Interesse für den Vollzug des IG-L sind grundsätzlich Tage mit über 50 µg/m³; um die Datenbasis etwas zu verbreitern, werden TMW über 45 µg/m³ in die Auswertung einbezogen. Als Instrumentarium für die Untersuchung von Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation werden Rückwärtstrajektorien herangezogen, welche von der ZAMG auf der Basis von Winddaten des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) berechnet wurden. 6.2 ECMWF-Trajektorien Eine Trajektorie ist der Weg, den die Luft (genau genommen: ein infinitesimal kleiner Luftpartikel) in einem gegebenen Zeitraum zurücklegt. Zeitliche und räumliche Änderungen der Windverhältnisse müssen bei der Ermittlung von Trajektorien berücksichtigt werden (KAISER & SCHEIFINGER. 2003). Die Trajektorien wurden mit dem Modell FLEXTRA berechnet (STOHL 1998, 1999). Dem Modell wurden die Windfelder des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF 1995) zugrunde gelegt. Die horizontale Auflösung der Windfelder beträgt 1 x 1 (dem entsprechen auf der geografischen Breite von Österreich rund 75 km in Ost-West-Richtung und rund 111 km in Nord-Süd-Richtung). Das ECMWF-Modell hat 60 Höhenschichten bis zum oberen Modellrand (0 hpa) bzw. zwölf Schichten bis 850 hpa (rund m). Die Windfelder liegen alle sechs Stunden vor, für die Zwischentermine wurden die Windfelder interpoliert. Die Trajektorien wurden alle drei Stunden in einer Höhe von 100 m über jener Höhe, die der jeweiligen Station (Zielpunkt) im Modell entspricht, berechnet und 96 h rückwärts verfolgt ( Rückwärtstrajektorien ). Man erhält so den Weg, den die Luft innerhalb eines Zeitraums von vier Tagen zurückgelegt hat, bevor sie an der Messstelle ankommt. Die Trajektorien sind dreidimensional, d. h. die Vertikalkomponente des Windes ist berücksichtigt. 6.3 Klassifizierung und Auszählung von Trajektorienbahnen Die u. a. von KAISER & SCHEIFINGER (2003) beschriebene Methode der Berechnung der Verweilzeit einer Luftmasse über einem bestimmten Gebiet verschneidet meteorologische Information mit der PM10-Konzentration am Zielpunkt; dieses Verfahren bezieht keine Information über Emissionen von PM10 oder Vorläufersubstanzen sekundärer Partikel ein. Ein davon unabhängiges Verfahren ist die Klassifizierung der Trajektorien für jeweils einen Tag unter dem Gesichtspunkt, welche Gebiete mit hohen Emissionen von PM10 oder Vorläufersubstanzen sekundärer Partikel überquert werden, wobei auch die Verlagerungsgeschwindigkeit (Windgeschwindigkeit) sowie die Verweildauer im Nahbereich des Zielpunktes berücksichtigt werden. Diese grundsätzlich qualitative Methode erlaubt durch Auszählung der Trajektorien, die bestimmte Gebiete mit hohen Emissionen überqueren, eine halbquantitative Zuordnung der gemessenen PM10-Belastung zu diesen Gebieten. Beispiele für Trajektorien mit unterschiedlicher Herkunftsregion hoch belasteter Luftmassen sind in Abb. 15 bis Abb. 21 dargestellt. 43

44 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Abb. 15: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Graz ( ) aus dem westlichen Mittelmeer über Norditalien und Slowenien. Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. Abb. 16: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Illmitz ( ) aus Südrumänien und Nordserbien. Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. 44

45 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Abb. 17: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Illmitz ( ) aus der Ostslowakei und Ungarn. Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. Abb. 18: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Illmitz ( ) aus Polen (über Oberschlesien und Nordmähren). Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. 45

46 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Abb. 19: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Enzenkirchen ( ) aus den Niederlanden, West-, Mittel- und Süddeutschland. Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. Abb. 20: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Wien ( ) mit Ferntransport aus Ostdeutschland und Südpolen sowie regionaler Schadstoffakkumulation. Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. 46

47 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Abb. 21: Rückwärtstrajektorien für den Zielpunkt Wien ( ) mit regionaler Schadstoffakkumulation. Die Einfärbung der Trajektorie gibt die Höhe über NN an. Analog zur Verweilzeitstatistik (siehe KAISER & SCHEIFINGER 2003) kann man auch damit nur schwer Quellgebiete, die von den Trajektorien hintereinander überquert werden, unterscheiden. Die Trajektorien werden nach den in Tab. 11 angegebenen 49 Herkunftsregionen klassifiziert. Dabei lassen sich grundsätzlich vier Situationen unterscheiden: 1. Ferntransport 2. Ferntransport in Kombination mit regionaler Schadstoffakkumulation (zufolge regionaler Emissionen) 3. Regionale Schadstoffakkumulation 4. Sahara-Staub Situationen mit Beiträgen regionaler Schadstoffakkumulation lassen sich an hohen Trajektorienverweilzeiten im Nahbereich des Zielpunktes identifizieren; als solche werden auch Situationen klassifiziert, bei denen Trajektorien (die für einen Zielpunkt 100 m über der Messstelle berechnet werden) offenkundig nicht für die bodennahe Luftschicht repräsentativ sind und damit auf eine extrem flache Bodeninversion hinweisen. Trajektorien starkes Absinken in der Nähe des Zielpunktes zeigen (d. h. für größere Entfernungen vom Zielpunkt auch nicht für die bodennahe Luftschicht repräsentativ sind) und damit auf Absinkinversionen mit sehr ungünstigen Ausbreitungsbedingungen in Bodennähe hinweisen. 47

48 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Tab. 11: Klassifizierte Herkunftsregionen. Reg : Regionale Schadstoffakkumulation; Regionen mit besonders hohen PM10- und SO 2-Emissionen sind fett hervorgehoben. Richtung Ferntransport v. S Herkunftsregion Westl. Mittelmeer, Norditalien, Slowenien (Abb. 15) (Süd/Mittel-Italien), Adria, Slowenien, Westkroatien Südrumänien, Nordserbien, Nordbosnien, Ostkroatien, Südungarn (Abb. 16) Ferntransport v. SO Südrumänien, Vojvodina, Südungarn Nordserbien, Bosnien, Kroatien, Südungarn Ungarn (Südslowakei, NÖ) (Abb. 17) Ferntransport v. O Westukraine, Süd/Ostpolen, Ostslowakei, Ungarn, Nordserbien, NÖ (Weißrussland) Westukraine, Ostpolen, Ungarn, Südslowakei, NÖ Rumänien, Ungarn Polen, Mähren über Westslowakei, Ungarn, NÖ Ferntransport v. NO M/SW/W-Polen, Mähren, NÖ Polen (Oberschlesien), Mähren (NÖ) (Abb. 18) Ferntransport v. N Westpolen, Ostdeutschland, Tschechien Ostdeutschland, Böhmen England, Niederlande, Mittel-Süddeutschland/Böhmen (Abb. 19) Ferntransport v. W England, Belgien, Nordfrankreich, West-Süddeutschland Nord-Ostfrankreich, Süddeutschland Süddeutschland (oder Westwind) Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. SW Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. S Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. SO Reg + Norditalien Reg + Friaul, Slowenien, Nordkroatien, Westungarn Reg + Bosnien, Kroatien, (West)Ungarn Reg + Rumänien, Serbien, Ungarn, Reg + Südrumänien Reg + Serbien, Ungarn Reg + Ungarn, NÖ Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. O Reg + Ungarn, Slowakei (Südmähren) Reg + Westslowakei, Westungarn, NÖ Reg + NÖ, Westungarn, Nordkroatien Reg + Tschechien, Westslowakei, Westungarn, NÖ 48

49 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Richtung Herkunftsregion Reg + Südpolen, Mähren, Westslowakei, Westungarn, NÖ Reg + Ostdeutschland, (Südpolen), Tschechien, Westslowakei, W-Ungarn, NÖ (Abb. 20) Reg + Südpolen, Westslowakei Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. N Reg + Westukraine, Mittel/Südpolen, Mähren, NÖ, OÖ Reg + Westpolen, (West)Mähren Reg + Westpolen, Böhmen Reg + Mittel-Südwestpolen, (Sachsen), Böhmen, Bayern Reg + Tschechien, NÖ Reg + Ostdeutschland, (West)Böhmen Reg + Süddeutschland, Böhmen, NÖ Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. NW Reg + Sachsen, Böhmen Reg + Mittel-Ostdeutschland, Böhmen/Mähren Reg + Mittel/Westpolen, Ost-Süddeutschland Reg + Nord-Mittel-Süddeutschland Regionale Schadstoffakkumulation + Ferntransport v. W Reg + Niederlande, Nordwest-Mittel-Süddeutschland Reg + Süddeutschland, OÖ Reg + Niederlande, Belgien, Ostfrankreich, Süddeutschland Reg + Ostfrankreich, Nordschweiz, Süddeutschland Regionale Schadstoffakkumulation Reg (Nordösterreich, Westungarn, Westslowakei, Südtschechien) (Abb. 21) Sahara Reg + Saharastaub Saharastaub Die detaillierte Aufschlüsselung unterschiedlicher Herkunftsregionen in Tab. 11 ist sinnvoll, um eine präzise Auftrennung unterschiedlicher meteorologischer Situationen zu gewährleisten. Da einzelne Klassen in Tab. 11 nur mit relativ wenigen Tagen besetzt sind und somit kaum repräsentative Aussagen ermöglichen, werden in den folgenden Auswertungen die in Tab. 11 genannten Klassen zu Gruppen aggregiert; dabei wird für die einzelnen Regionen Österreichs unterschiedlich vorgegangen, da je nach Lage die Häufigkeit, mit der Luftmassen aus unterschiedlichen Herkunftsregionen erhöhter PM10-Belastung kommen, stark variiert. So spielen z. B. Deutschland und Westeuropa als Herkunftsregion erhöhter PM10-Belastung in Enzenkirchen (Oberösterreich) eine nennenswerte Rolle, in Wien eine geringe, in Graz nur eine marginale. Umgekehrt trägt Ferntransport aus der Region Ungarn, Slowakei, Ostpolen, Westukraine und Nordrumänien wesentlich zur PM10-Belastung im Nordosten Österreichs bei, so dass eine genauere Aufgliederung dieser Herkunftsregion sinnvoll erscheint, während für die Herkunftsanalyse erhöhter PM10-Belastung z. B. in Enzenkirchen und in Graz diese Region als ein Gebiet zusammengefasst wird. Tab. 12 gibt die Zusammenstellung der in den folgenden Auswertungen verwendeten aggregierten Herkunftsregionen, wobei diese für die einzelnen untersuchten Standorte teilweise noch stärker zusammengefasst werden. 49

50 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Tab. 12: Aggregierte Herkunftsregionen von PM10-Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation; in Klammern weniger bedeutende Herkunftsregionen. Ferntransport aus Ferntransport Westliches Mittelmeer, Italien, Slowenien, Westkroatien Südrumänien, Nordserbien (Nordbosnien, Ostkroatien, Südungarn) Südrumänien (Vojwodina, Südungarn) Serbien, Bosnien (Kroatien, Südungarn) Ungarn, Slowakei (Südostpolen, Nordserbien, Rumänien, Nordkroatien) Ostpolen, Westukraine, Ostslowakei, Ungarn Südpolen (Oberschlesien), Nordmähren Polen, Tschechien, Ostdeutschland England, Niederlande, Belgien, Luxemburg, Nord- und Ostfrankreich, Nordwest-, West-, Mittel- und Süddeutschland, Nordschweiz Sahara Ferntransport und regionale Schadstoffakkumulation Norditalien Mittelitalien, Friaul, Slowenien (Westkroatien, Bosnien) Rumänien, Serbien (Ostkroatien, Südungarn) Ungarn, Slowakei (Nordkroatien) Südpolen (Oberschlesien), Nordmähren Polen, Tschechien, Ostdeutschland Niederlande, Belgien, Luxemburg, Nord- und Ostfrankreich, Nordwest-, West-, Mittel- und Süddeutschland, Nordschweiz Sahara Eine Übersicht der in Tab. 12 angeführten Herkunftsregionen wird in Abb. 22 gegeben (wobei zu berücksichtigen ist, dass in Tab. 12 die unterschiedlichen Herkunftsgebiete für alleinigen Ferntransport sowie für Ferntransport in Kombination mit regionaler Schadstoffakkumulation abhängig von der Häufigkeit teilweise unterschiedlich zusammengefasst werden): 1. Norditalien, 2. Friaul, Slowenien, Westkroatien, Bosnien, 3. Serbien, 4. Rumänien, 5. Ungarn, Slowakei, 6. Ostpolen, Westukraine, Ostslowakei, Ungarn, 7. Südpolen (Oberschlesien), Nordmähren, 8. Polen, Tschechien, Ostdeutschland, 9. England, Niederlande, Belgien, Luxemburg, Nord- und Ostfrankreich, Nordwest-, West-, Mittel- und Süddeutschland, Nordschweiz. 50

51 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Abb. 22: Übersicht der Herkunftsregionen von PM10-Ferntransport. Bei jenen Messstellen mit Messreihen über mehrere Jahre lasen sich die Beiträge der verschiedenen Herkunftsregionen zur PM10-Belastung bezogen auf Tage mit TMW über 45 µg/m³ noch etwas besser quantifizieren, indem die mittlere Konzentration jener Tage, an denen die Luftmassen aus einer bestimmten Herkunftsregion kommen, mit der Anzahl der Tage gewichtet wird. 6.4 Genauigkeit der Trajektorienanalysen Die Genauigkeit bzw. Ungenauigkeit aller Herkunftsuntersuchungen mittels Trajektorien hängen von verschiedenen Faktoren ab, welche sowohl die Input-Daten selbst als auch die Methode betreffen. Aufgrund der räumlichen Auflösung der ECMWF-Winddaten von ca. 50 km weisen die Trajektorien selbst Unsicherheiten auf, welche mit der Länge der Trajektorie zunehmen, d. h. mit der Zeit vor dem Eintreffen am Zielpunkt. Dieses Problem kann durch die Berechnung von Unsicherheitstrajektorien mit Zielpunkten in Entfernungen von einigen Kilometern eingegrenzt und minimiert werden. Ein zusätzliches Problem stellt die stark geglättete Orographie im Windfeldmodell dar; die Ostalpen weisen in diesem eine maximale Höhe von m auf. Nachdem für das vorliegende Projekt Rückwärtstrajektorien für insgesamt acht Zielpunkte im außeralpinen Raum Österreichs berechnet wurden, wobei Zielpunkte im Abstand von ca. 100 km relativ ähnliche Trajektorienbahnen zeigen, dürfte die Unsicherheit der ECMWF-Trajektorien nicht allzu groß sein. 51

52 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Eine größere Hürde stellt die u. U. unzureichende vertikale Auflösung des ECMWF- Windfeldes dar. Bei flachen Bodeninversionen sind die Trajektorien u. U. nicht für die bodennahe Luftschicht in der erhöhte PM10-Konzentrationen gemessen wurden repräsentativ. Dieses Problem tritt verstärkt an Zielpunkten am Alpenrand in Salzburg, vor allem aber in Graz auf, wobei die starke Vereinfachung der Topographie im Windfeldmodell vielfach dazu beiträgt, dass die Trajektorien die Alpen überqueren, während tatsächlich der Wind in Bodennähe die Alpen umströmt oder aber windschwache Verhältnisse in einer bodennahen Inversionsschicht herrschen. Derartige Fälle, in denen die errechneten Trajektorien für die bodennahe Luftschicht nicht repräsentativ sind, lassen sich nur durch die zusätzliche Beurteilung der lokalen meteorologischen Situation sowie der räumlichen PM10-Konzentrationsverteilung identifizieren. Ungenauigkeiten in den Trajektorien gehen natürlich in die statistischen Auswertungen mit ein, zudem spielt auch die Zahl der Trajektorien in den jeweiligen Rasterfeldern eine wichtige Rolle: Weil sowohl der absolute Fehler mit der Länge der Trajektorien zunimmt als auch die Zahl der Trajektorien, die eine Gitterzelle überstreichen, mit zunehmender Entfernung abnimmt, sollten die Ergebnisse der Statistiken vor allem an den Rändern des Untersuchungsgebiets nur mit großer Vorsicht interpretiert werden. 6.5 Lokale Beeinflussung von Hintergrundmessstellen Ländliche Hintergrundmessstellen sind nur dann zur Beurteilung von Ferntransport gut geeignet, wenn sie nicht durch lokale Emissionen beeinflusst sind. Stationäre anthropogene Emissionen aus Hausbrand, Straßenverkehr und Industrie können in Hinblick auf die Lage der Messstellen Enzenkirchen, Illmitz und Pillersdorf in der näheren Umgebung ausgeschlossen werden. Nicht unmittelbar bekannt sind allerdings folgende mögliche lokale Emissionen: Winderosion (Staubaufwirbelung durch starken Wind) Staubaufwirbelung durch landwirtschaftliche Tätigkeiten PM10-Emissionen aus landwirtschaftlichen Maschinen. Diese Fragestellungen wurden im Rahmen der Statuserhebung für das Nordburgenland (UMWELTBUNDESAMT 2004c) gründlich untersucht. Ein Einfluss lokaler Emissionen geogenen Materials aus Winderosion oder landwirtschaftlicher Tätigkeit ist in Illmitz speziell an Tagen mit über 50 µg/m³ nicht zu identifizieren, wie die Auswertungen der Windgeschwindigkeitsabhängigkeit zeigen. Bei keiner Windrichtung und an keiner Messstelle zeichnet sich ein wesentlicher Einfluss von Winderosion ab dabei würde bei hoher Windgeschwindigkeit die PM10-Konzentration stark ansteigen. Die PM10-Konzentration nimmt im Mittel nicht mit der Windgeschwindigkeit zu, sondern bis zu mittleren Windgeschwindigkeiten um 5 m/s mit der Geschwindigkeit ab und ist bei hohen Geschwindigkeiten von der Windgeschwindigkeit unabhängig. Bei bestimmten Windrichtungen (Ost bis Süd) nimmt die PM10-Konzentration mit der Windgeschwindigkeit zu; allerdings betragen die höchsten Geschwindigkeiten 4 bis 5 m/s, bei denen noch keine Aufwirbelung von Bodenmaterial zu erwarten ist 52

53 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse mittels Rückwärtstrajektorien Methodik Winderosion wäre auch im Zeitverlauf an starken Konzentrationsvariationen parallel zu Variationen der Windgeschwindigkeit zu erkennen, die allerdings nicht beobachtet werden. Auch landwirtschaftliche Tätigkeiten die ja im Umkreis der Messstelle nicht kontinuierlich über mehrere Stunden ablaufen würden starke Konzentrationsvariationen erwarten lassen, die nicht beobachtet werden. Ein weiterer Indikator für einen Beitrag von Winderosion wäre die Windgeschwindigkeitsabhängigkeit des (nicht analysierten) Restes, der sehr wahrscheinlich überwiegend aus unlöslichem mineralischem Material besteht, das von Bodenmaterial im Umkreis der Messstelle stammen könnte. Die Auswertung der Analyseergebnisse der Messkampagne 1999/2000 nach der Windgeschwindigkeit (UMWELTBUNDES- AMT 2004c) zeigt bei Windgeschwindigkeiten von 3 bis 4 m/s einen mittleren Rest- Anteil von 18 %, bei über 4 m/s 22 % (TMW der Windgeschwindigkeit über 5 m/s traten nicht auf), allerdings ist auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten unter 2 m/s der Rest-Anteil mit 19 % vergleichbar hoch, unterdurchschnittlich ist er mit 13 % bei 2 bis 3 m/s. Die Auswertung des Rest-Anteils gibt somit keinerlei Hinweis auf dessen Zunahme bei höheren Windgeschwindigkeiten. Generell zeigt das Belastungsbild gerade an hoch belasteten Tagen d. h. an Tagen mit Ferntransport und/oder ungünstigen Ausbreitungsbedingungen einen sehr gleichmäßigen Konzentrationsverlauf, der keine Einflüsse zeitlich begrenzter landwirtschaftlicher Tätigkeiten oder von Aufwirbelung durch starken, böigen Wind erkennen lässt. Winderosion und landwirtschaftliche Tätigkeiten als lokale Quelle geogenen Materials sind damit im Bereich der Hintergrundmessstellen weitgehend auszuschließen. 53

54 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen 7 HERKUNFTSANALYSE VON FERNTRANSPORT AN HINTERGRUNDMESSSTELLEN 7.1 Enzenkirchen Die Messstelle Enzenkirchen befindet sich in hügeligem Gelände im nordöstlichen Innviertel im Oberösterreichischen Alpenvorland. Die Umgebung wird landwirtschaftlich genutzt (Felder, Wiesen) und ist mit Wald bestanden. Im Umkreis von einigen Kilometern befinden sich Weiler und Streusiedlungen, im Umkreis von einigen 10 km Kleinstädte (bis Ew.); die nächste Großstadt, Linz, liegt 50 km östlich der Messstelle Abb. 23: Umgebung der Messstelle Enzenkirchen. In Enzenkirchen stehen 457 Tage mit PM10-Messwerten im Zeitraum zwischen und zur Verfügung; davon weisen 40 Tage PM10-TMW über 45 µg/m³ auf, für welche die Rückwärtstrajektorien ausgewertet wurden. 54

55 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Tab. 13 gibt die Anzahl der Tage an, an denen die PM10-Belastung in Enzenkirchen den verschiedenen Herkunftsregionen zugeordnet werden kann, wobei in Hinblick auf die geringe Anzahl der Tage die in Tab. 11 angeführten Herkunftsgebiete zu größeren Regionen zusammengefasst werden. Ungefähr an 30 % dieser 40 Tage wurde die erhöhte PM10-Belastung durch regionale Schadstoffakkumulation (durch Emissionen im Umkreis von ca. 100 km) verursacht, an ca. 45 % der Tage durch Ferntransport gemeinsam mit regionaler Schadstoffakkumulation. Unter den Herkunftsregionen von Ferntransport dominiert jener vom Norden (Polen, Tschechien, Ostdeutschland) mit 30 % der Tage, gefolgt vom Westen (West-, Mittel- und Süddeutschland, Nord- und Ostfrankreich, den Benelux-Staaten, England) mit 25 % der Tage. Von den höchst belasteten drei Tagen mit TMW über 80 µg/m³ fielen zwei auf Situationen mit regionaler Schadstoffakkumulation und einer auf Ferntransport von Westen. Herkunftsregion Tage PM10 (µg/m³) FT Ungarn, Slowakei, Nordostösterreich 3 70 FT Polen, Tschechien, Ostdeutschland 4 59 FT Mittel- und Westdeutschland, Westeuropa 3 60 Reg + FT Ungarn, Slowakei, Nordostösterreich 4 58 Reg + FT Polen, Tschechien, Ostdeutschland 8 64 Reg + FT Süd-, Mittel- und Westdeutschland, Benelux, England, Frankreich 6 52 Tab. 13: Herkunftsregionen der PM10-Belastung in Enzenkirchen (Tage über 45 µg/m³, ) mit Angabe der Anzahl der Tage und der mittleren PM10- Konzentration (µg/m³). Regional FT: Ferntransport, Reg: regionale Schadstoffakkumulation. Die mittlere PM10-Konzentration war an den drei Tagen mit Ferntransport von Osten am höchsten (70 µg/m³), die aber nicht notwendigerweise repräsentativ sind. Für alle anderen klassifizierten Herkunftsregionen lag die mittlere PM10-Konzentration um 60 µg/m³. Gewichtet man die Tage, an denen die Luftmassen bestimmten Herkunftsregionen zugeordnet werden können, mit der PM10-Konzentration und teilt für jene Fälle, in denen Ferntransport und regionale Schadstoffakkumulation zusammen spielen, diese beiden Beiträge mit jeweils 50 % auf (siehe auch Tab. 18), so lässt sich der relative Beitrag verschiedener Herkunftsregionen zur mittleren PM10-Belastung an Tagen mit über 45 µg/m³ abschätzen (siehe Tab. 14). Demzufolge ist etwa die Hälfte der PM10- Belastung regionalen Emissionen zuzuordnen, Ferntransport von Osten (Ungarn, Slowakei, Niederösterreich und Wien), von Norden (Polen, Tschechien, Ostdeutschland) sowie von Westen (West-, Süd- und Mitteldeutschland, Benelux-Länder, Nordfrankreich, England) tragen zu jeweils ca. einem Sechstel bei. In Hinblick auf den relativ schmalen Datensatz von 40 Tagen sind diese Aussagen allerdings u. U. wenig repräsentativ und können sich bei Vorliegen einer längeren Messreihe noch verändern. 55

56 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Tab. 14: Relative Beiträge der einzelnen Herkunftsregionen der PM10-Belastung in Enzenkirchen (Tage über 45 µg/m³, ). Ungarn, Slowakei, Nordostösterreich 13 % Polen, Tschechien, Ostdeutschland 19 % Mittel- und Westdeutschland, Westeuropa 15 % Regionale Schadstoffakkumulation 53 % Die regionalen Emissionen sowohl primärer Partikel wie auch sekundärer anorganischer Aerosole dürften dem Bayerischen und Österreichischen Alpenvorland in einem Bereich bis ca. 150 km westlich und östlich der Messstelle zuzuordnen sein. Die PM10-Emissionen dieses Gebietes machen gemäß EMEP-Emissionsinventur 21 (Kapitel 5.2) ca t aus, davon sind ca. 60 % Oberösterreich (primär dem Oberösterreichischen Zentralraum von Linz bis ins westliche Oberösterreichische Alpenvorland), ca. 35 % Bayern und ca. 5 % Niederösterreich zuzuordnen. (Zum Vergleich dieser Emissionsangaben mit jenen des Emissionskatasters Oberösterreich (WINIWARTER et al. 2005) siehe Kapitel 8.2.2) 7.2 Illmitz Die Messstelle Illmitz liegt in großflächig ebenem Gelände im Seewinkel. Die Umgebung wird landwirtschaftlich genutzt (Weingärten, Äcker) bzw. ist mit Schilf bewachsen. Im Umkreis von einigen 10 km befinden sich größere Dörfer (bis Ew.). Als nächste Großstadt liegt Bratislava 45 km im Nordosten. 21 abgeschätzt EMEP-Gitterzellen 71 45, 71 46, 72 45, 72 46, 72 47, 73 46, 73 47, 74 47,

57 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Abb. 24: Umgebung der Messstelle Illmitz Beiträge der verschiedenen Herkunftsregionen Die Messreihe der Station Illmitz deckt den gesamten Untersuchungszeitraum von Juni 1999 bis März 2005 ab; in diesem Zeitraum liegen PM10-Werte von Tagen vor, darunter 397 Tage mit PM10-TMW über 45 µg/m³. Für 278 dieser Tage wurden Rückwärtstrajektorien ausgewertet. Die Ergebnisse der Auswertung von Rückwärtstrajektorien an diesen Tagen ist in Tab. 15 dargestellt. 57

58 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Tab. 15: Herkunftsregionen der PM10-Belastung in Illmitz (Tage über 45 µg/m³, Juni 1999 März 2005) mit Angabe der Anzahl der Tage. Richtung Herkunftsregion Tage Südrumänien, Nordserbien, Nordbosnien, Ostkroatien, Südungarn 31 FT v. SO Südrumänien, Vojvodina, Südungarn 11 Nordserbien, Bosnien, Kroatien, Südungarn 10 Ungarn (Südslowakei) 8 FT v. O Westukraine, S/O-Polen, Ostslowakei, Ungarn, Nordserbien 4 (Weißrussland) Westukraine, Ostpolen, Ungarn, Südslowakei 17 Rumänien, Ungarn 8 Polen, Mähren über Westslowakei, Ungarn 1 FT v. N M/SW/W-Polen, Mähren 6 Polen (Oberschlesien), Mähren 19 Westpolen, Ostdeutschland, Tschechien 6 FT v. W Süddeutschland 3 Reg + FT. v. S Reg + Norditalien 1 Reg + Friaul, Slowenien, Nordkroatien, Westungarn 8 Reg + Bosnien, Kroatien, (West)Ungarn 6 Reg + FT v. SO Reg + Rumänien, Serbien, Ungarn, 3 Reg + Südrumänien 1 Reg + Serbien, Ungarn 7 Reg + Ungarn, NÖ 22 Reg + Ungarn, Slowakei (Südmähren) 3 Reg + FT v. O Reg + Westslowakei, Westungarn/NÖ 3 Reg + NÖ, Westungarn, Nordkroatien 7 Reg + (Mitteldeutschland) Tschechien, Westslowakei, Westungarn, NÖ 1 Reg + Südpolen, Mähren, Westslowakei, Westungarn 4 Reg + Westukraine, M/S-Polen, Mähren 5 Reg + FT v. N Reg + Westpolen, (West)Mähren 2 Reg + Tschechien, NÖ 2 Reg + Ostdeutschland, (West)Böhmen 3 Reg + Mittel-Ostdeutschland, Böhmen /Mähren 1 Reg + FT v. W Reg + Nord-Mittel-Süddeutschland 1 Reg + Süddeutschland, OÖ 2 Reg Reg (NÖ, Wien, Westungarn, Westslowakei) 67 Sahara Sahara-Staub 5 58

59 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen An 67 Tagen (24 %) wurde die erhöhte PM10-Belastung in Illmitz durch regionale Schadstoffakkumulation bestimmt, an 82 Tagen (29 %) durch Ferntransport in Kombination mit regionaler Schadstoffakkumulation und an 124 Tagen (45 %) durch Ferntransport. Unter den Herkunftsgebieten von Ferntransport spielen ungefähr gleich häufig die Region Südrumänien und Nordserbien (25 % der Tage) sowie Ungarn und die Slowakei die bedeutendste Rolle, gefolgt von Tschechien, Polen und Ostdeutschland (18 %). Unter den höchst belasteten Tagen mit TMW über 80 µg/m³ (siehe Tab. 16) waren die erhöhten Belastungen an elf Tagen auf regionale Schadstoffakkumulation zurückzuführen, an je vier Tagen auf Ferntransport aus Südrumänien und Nordserbien, auf Ferntransport aus Ungarn (und Rumänien) sowie auf regionale Schadstoffakkumulation mit Ferntransport aus Ungarn, an drei Tagen auf regionale Schadstoffakkumulation mit Ferntransport aus Slowenien, Nordkroatien und Westungarn, an je zwei Tagen auf Ferntransport aus Südrumänien und aus Ungarn, an je einem Tag auf Ferntransport aus Nordserbien, aus Ostpolen über die Ostslowakei und Ungarn, auf regionale Schadstoffakkumulation in Kombination mit Ferntransport aus Bosnien und Kroatien, mit Ferntransport aus Serbien, mit Ferntransport aus Ungarn und der Slowakei sowie mit Ferntransport aus Westungarn und Kroatien zurückzuführen. Tage Regionale Schadstoffakkumulation 11 Südrumänien, Nordserbien 4 Ungarn (und Rumänien) 4 Reg + Ungarn 4 Tab. 16: Herkunft der PM10- Belastung in Illmitz an Tagen mit PM10 über 80 µg/m³, Juni 1999 bis März Reg + Slowenien, Nordkroatien, Westungarn 3 Südrumänien 2 Ungarn 2 Nordserbien 1 Ostpolen (über Ostslowakei, Ungarn) 1 Reg + Bosnien, Kroatien 1 Reg + Serbien 1 Reg + Ungarn, Slowakei 1 Reg + Westungarn, Kroatien 1 Der umfangreiche Datensatz in Illmitz erlaubt es, für Situationen, aus denen die Trajektorien aus bestimmten Herkunftsregionen kommen, mittlere PM10-Konzentrationen zu berechnen. Dazu werden die in Tab. 15 angeführten Herkunftsregionen in größere Gruppen zusammengefasst, um die Besetzung der einzelnen Klassen zu vergrößern. Für diese Gruppen von Herkunftsregionen sind in Tab. 17 die mittlere PM10-Konzentration, die Anzahl der Tage sowie der Anteil dieser Tage an der Gesamtanzahl (278 Tage) zusammen gestellt. 59

60 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Tab. 17: Mittlere PM10- Konzentration in Illmitz bei Herkunft der Luftmassen aus einzelnen Regionen. Mittlere Konzentration (µg/m³) Tage Anteil Südrumänien, Nordserbien % Südrumänien % Nordserbien % Ungarn % Westukraine, Ungarn, Slowakei % Südpolen (Oberschlesien), Mähren % Polen, Ostdeutschland, Tschechien % Süddeutschland % Reg + Slowenien, Kroatien, Bosnien % Reg + Südrumänien, Serbien % Reg + Ungarn % Reg + Polen, Nordmähren % Reg + Tschechien, Ostdeutschland % Reg + Mittel-, Süddeutschland % Reg % Sahara % Überdurchschnittliche PM10-Konzentrationen sind mit Ferntransport aus Südrumänien (einschließlich Nordserbien) über Ungarn, mit Ferntransport aus Ungarn, sowie mit regionaler Schadstoffakkumulation in Kombination mit Ferntransport aus Slowenien, Kroatien und Bosnien, mit Ferntransport aus Südrumänien und Serbien, aus Ungarn, mit Ferntransport aus Polen und Nordmähren, mit Ferntransport aus Tschechien und Ostdeutschland sowie mit alleiniger regionaler Schadstoffakkumulation verbunden. 60

61 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Abb. 25: Schematische Darstellung der wichtigsten Herkunftsregionen erhöhter PM10- Belastung in Illmitz. Anhand der PM10-Emissionen (siehe Kapitel 5.2) wird in Tab. 18 der relative Beitrag von Ferntransport und regionalen Emissionen für jene Situationen abgeschätzt, in denen die PM10-Belastung durch eine Kombination aus Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation bedingt wird. Herkunftsregion von Ferntransport Beitrag regionaler Emissionen Norditalien 50 % Slowenien, Kroatien, Bosnien 50 % Südrumänien, Nordserbien 25 % Ungarn 50 % Polen, Nordmähren 50 % Tab. 18: Relative Beiträge regionaler Emissionen in Situationen, die eine Kombination aus Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation darstellen. Tschechien, Ostdeutschland 50 % Süd- und Mitteldeutschland 75 % Anhand dieser Relation wird für die in Tab. 17 ausgewiesenen Situationen mit regionaler Schadstoffakkumulation in Kombination mit Ferntransport der relative Beitrag von Ferntransport und regionalen Emissionen aufgetrennt und in Tab. 19 und Abb. 26 einerseits auf Herkunftsregionen von Ferntransport, andererseits regionalen Emissionen zugeordnet. Dafür wird für jede Klasse die Anzahl der Tage mit der mittleren PM10-Konzentration (siehe Tab. 17) gewichtet Die Ergebnisse unterscheiden sich nur wenig von einer ungewichteten Aufteilung der Anzahl der Tage mit Transport aus der jeweiligen Herkunftsregion 61

62 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Tab. 19: Relative Beiträge unterschiedlicher Herkunftsregionen von Ferntransport sowie von regionalen Emissionen zur PM10-Belastung in Illmitz (bezogen auf Tage mit über 45 µg/m³, Juni 1999 März 2005). Herkunftsregion Anteil Slowenien, Kroatien, Bosnien 3 % Südrumänien 11 % Nordserbien 3 % Südrumänien, Nordserbien 7 % Ungarn 14 % Westukraine, Ungarn, Slowakei, Ostpolen 6 % Südpolen, Nordmähren 8 % Westpolen, Ostdeutschland, Tschechien 4 % Mittel- und Süddeutschland 2 % Regionale Schadstoffakkumulation 39 % Sahara 2 % Regionale Emissionen sind damit für ca. 40 % der PM10-Belastung in Illmitz bezogen auf Tage mit über 45 µg/m³ im Zeitraum von Juni 1999 bis März 2005 verantwortlich, gefolgt von Ungarn (14 %) und Südrumänien (11 %). Fasst man die verschiedenen Herkunftsrichtungen zusammen, so stammen ca. 20 % der PM10-Belastung aus der Region Südrumänien-Nordserbien, ca. 20 % aus der Region Ungarn-Slowakei (inkl. Beiträgen aus der Westukraine, Nord- und Westrumänien und Südostpolen) und ca. 12 % aus Polen, Tschechien und Ostdeutschland. 62

63 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Regional; 40 % Mittel-Süd-Deutschland 2 % Westpolen, Ostdeutschland, Tschechien; 5 % Slowenien, Kroatien, Bosnien; 3 % Sahara; 2 % Südrumänien; 11 % Nordserbien; 3 % Südrumänien und Nordserbien; 7 % Ungarn; 13 % Westukraine, Ostpolen, Ungarn, Slowakei; 6 % Südpolen, Nordmähren; 8 % Abb. 26: Relative Beiträge unterschiedlicher Herkunftsregionen von Ferntransport sowie von regionalen Emissionen zur PM10-Belastung (TMW >45 µg/m³, Juni 1999 März 2005) in Illmitz (die Farben der Herkunftsregionen entsprechend Abb. 22). Die regionalen Emissionen von PM10 und NO x stammen vor allem aus der Region Wien, während bei SO 2 wesentlich höhere Emissionen in der Westslowakei und in Nordwestungarn zu finden sind Chemische Zusammensetzung Chemische Analysen von PM10-Proben aus Illmitz liegen über den Zeitraum von Oktober 1999 bis Oktober 2000 (jeder sechste Tag) sowie an ausgewählten (hoch belasteten) Tagen aus dem Jänner und Februar 2004 vor (UMWELTBUNDESAMT 2002, UMWELTBUNDESAMT 2004c). Die quantitativ wichtigsten PM10-Komponenten Sulfat, Nitrat, Ammonium, elementarer Kohlenstoff, organisches Material und anorganisches, mineralisches Material 23 werden in Hinblick auf die Herkunftsregion der Luftmassen, die am jeweiligen Tag Illmitz erreichten, ausgewertet. Um die Datenbasis etwas zu verbreitern, wurden alle Tage mit chemischen Analysen mit PM10-Konzentrationen über 40 µg/m³ ausgewertet; dies sind in Summe 22 Tage (siehe Tabelle 20). Dieser Datensatz deckt, wie Tab. 20 zeigt, die verschiedenen Herkunftsregionen von Ferntransport nicht ab; chemische Analysen liegen für vier Tage mit Ferntransport aus Rumänien und Serbien, einem Tag mit Ferntransport aus Ungarn und der Slowakei, fünf Tage mit regionaler Schadstoffakkumulation und Ferntransport aus Ungarn und der Slowakei, einen Tag mit regionaler Schadstoffakkumulation und Ferntransport aus Deutschland und Westeuropa sowie acht Tage mit regionaler Schadstoffakkumulation vor. Relativ uninteressant sind drei Tage mit Saharastaub-Ferntransport, diese haben erwartungsgemäß einen hohen Restanteil. 23 wird als Differenz zu den analysierten Komponenten einschließlich am Sulfat adsorbierten Wassers abgeschätzt 63

64 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Tab. 20: PM10-Zusammensetzung (µg/m³) in Illmitz bei unterschiedlichen Herkunftsregionen der Illmitz erreichenden Luftmassen (Okt Okt. 2000, Jän. Feb. 2004, TMW >40 µg/m³). Tage PM10 EC OM Nitrat Sulfat Ammonium Wasser Fe K, Ca, Mg SM Rest FT Rumänien, Serbien FT Ungarn Reg + FT Ungarn, Slowakei Reg + FT Deutschland, Westeuropa Regional Sahara OM: Organisches Material, EC: Elementarer Kohlenstoff, SM: Schwermetalle. Um die statistischen Aussagen etwas besser abzusichern und die Belegung der ausgewerteten Klassen zu erhöhen, werden in Tab. 21und Abb. 27 die Situationen mit Ferntransport aus Ungarn und der Slowakei einschließlich solche mit regionaler Schadstoffakkumulation zusammengefasst (die Anteile werden mit der Anzahl der Tage gewichtet) und der eine Tag mit regionaler Schadstoffakkumulation und Ferntransport aus Deutschland der regionalen Schadstoffakkumulation zugerechnet. Tab. 21: PM10-Zusammensetzung (µg/m³) in Illmitz für zusammengefasste Herkunftsregionen der Illmitz erreichenden Luftmassen (Okt Okt. 2000, Jän. Feb. 2004, TMW >40 µg/m³). Tage PM10 EC OM Nitrat Sulfat NH 4 Rest FT Rumänien, Serbien Reg + FT Ungarn, Slowakei Regional Abb. 27: PM10-Zusammensetzung in Illmitz für zusammengefasste Herkunftsregionen der Illmitz erreichenden Luftmassen (Okt Okt. 2000, Jän. Feb. 2004, TMW >40 µg/m³). µg/m³ Rest ohne Wasser Alkali- und Erdalkalimetalle Fe Wasser im Sulfat Ammonium Sulfat Nitrat OM EC 0 FT Rumänien, Serbien Reg + FT Ungarn, Slowakei Regional Der Anteil von EC (elementarem Kohlenstoff) und OM (organischem Material) ist kaum von der Herkunftsregion abhängig, für die ausgewiesenen Regionen variiert der EC-Anteil zwischen 6 und 8 %, der OM-Anteil zwischen 18 und 25 %. 64

65 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Bei Ferntransport aus Rumänien und Serbien ist der Nitrat-Anteil extrem gering, der Sulfat-Anteil außerordentlich hoch (26 %). Demgegenüber weisen Situationen mit regionaler Schadstoffakkumulation einen überdurchschnittlichen Nitrat-Anteil (21 %) auf, ebenso wenn auch weniger ausgeprägt Situationen mit regionaler Schadstoffakkumulation und Ferntransport aus Ungarn und der Slowakei. Der Ammonium-Anteil variiert kaum; da Ammonium i. d. R. als Gegenion zu Sulfat und Nitrat vorliegt, gleichen sich hier die unterschiedlichen Sulfat- und Nitrat-Anteile aus. Sehr unterschiedlich sind die Anteile des (mineralischen) Rests minimal bei Ferntransport aus Rumänien und Serbien und sehr hoch (29 %) bei regionaler Schadstoffakkumulation und Ferntransport aus Ungarn und der Slowakei. Dabei wirken sich Einzelfälle mit sehr hohen Rest-Anteilen (am und am ) aus, die sich einer schlüssigen Interpretation entziehen. Die drei Tage mit Saharastaub-Ferntransport zeichnen sich erwartungsgemäß durch einen überdurchschnittlichen Rest-Anteil (57 %) aus, einen relativ großen Anteil macht OM (17 %) aus, deutlich überdurchschnittlich sind auch lösliche Metalle (inkl. Schwermetalle) vertreten, während sekundäre anorganische Aerosole (Sulfat, Nitrat) praktisch nicht vertreten sind. 7.3 Pillersdorf Die Messstelle Pillersdorf liegt in leicht hügeligem Gelände im nördlichen Weinviertel. Die Umgebung wird landwirtschaftlich genutzt (Weingärten, Äcker). In der Umgebung von einigen Kilometern liegen größere Dörfer und Kleinstädte (bis Ew.); die nächste Großstadt ist Wien, ca. 55 km im Südosten. 65

66 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Abb. 28: Umgebung der Messstelle Pillersdorf. In Pillersdorf liegen im Zeitraum von bis PM10-Tagesmittelwerte vor, davon 77 über 45 µg/m³. Davon wurden 61 Tage mit Hilfe von Rückwärtstrajektorien ausgewertet. Die von den Rückwärtstrajektorien dieser Tage überquerten Herkunftsregionen erhöhter PM10-Belastung sind in Tab. 22 zusammengestellt. An einem Viertel der Tage wurde die erhöhte PM10-Belastung durch regionale Schadstoffakkumulation verursacht, an einem Drittel der Tage (35 %) durch regionale Schadstoffakkumulation im Zusammenwirken mit Ferntransport. Unter den Herkunftsregionen von PM10-Ferntransport dominieren mit 22 Tagen die Region Ungarn Slowakei (mit Beiträgen auch aus Nordkroatien, Westrumänien, Ostpolen und der Westukraine), gefolgt von zehn Tagen mit Ferntransport aus der Region Südrumänien - Nordserbien sowie elf Tagen aus Polen, Tschechien und Ostdeutschland. Von den vier höchst belasteten Tagen mit TMW über 80 µg/m³ wiesen zwei Tage regionale Schadstoffakkumulation auf, ein Tag Ferntransport aus der Ukraine über Ungarn und Nordserbien sowie ein Tag regionale Schadstoffakkumulation mit Ferntransport aus Südrumänien und Nordserbien. 66

67 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Richtung Herkunftsregion Tage FT v. SO Südrumänien, Nordserbien, Nordbosnien, Ostkroatien, Südungarn 4 Südrumänien, Vojvodina, S-Ungarn 1 Ungarn (Südslowakei, NÖ) 4 Westukraine, S/O-Polen, Ostslowakei, Ungarn, Nordserbien 3 FT v. O (Weißrussland) Westukraine, Ostpolen, Ungarn, Südslowakei 3 Tab. 22: Herkunftsregionen der PM10-Belastung in Pillersdorf (Tage über 45 µg/m³, ) mit Angabe der Anzahl der Tage. Rumänien, Ungarn 2 Polen, Mähren über Westslowakei, Ungarn 1 FT v. N M/SW/W-Polen, Mähren, NÖ 1 Polen (Oberschlesien), Mähren 1 Westpolen, Ostdeutschland, Tschechien 4 Reg + FT v. SO Reg + Rumänien, Serbien, Ungarn 5 Reg + Ungarn, NÖ 2 Reg + FT v. O Reg + Ungarn, Slowakei 1 Reg + Westslowakei, Westungarn 4 Reg + NÖ, Westungarn, Nordkroatien 2 Reg + Tschechien, Westslowakei, Westungarn 1 Reg + FT v. N Reg + S-W-Polen, Böhmen 2 Reg + M-SW-Polen, (Sachsen), Böhmen, Bayern 1 Reg + Mittel-Ostdeutschland, Böhmen /Mähren 1 Reg + FT Reg + Nord-Mittel-Süddeutschland 1 v. W Reg + Niederlande, Belgien, Ostfrankreich, Süddeutschland 1 Reg Reg (NÖ, Wien, Westslowakei, Südtschechien) 16 Aufbauend auf den in Tab. 18 abgeschätzten Beiträgen regionaler Emissionen für Situationen mit einer Kombination aus regionaler Schadstoffakkumulation und Ferntransport lassen sich die relativen Beiträge verschiedener Herkunftsregionen von Ferntransport sowie von regionalen Emissionen abschätzen. Da für Pillersdorf ein wesentlich schmälerer Datensatz zur Verfügung steht als für Illmitz, werden die Herkunftsregionen von Ferntransport in Abb. 29 zu größeren Gruppen zusammengefasst als für Illmitz (Abb. 26). Wie Abb. 29 zeigt, ist in Pillersdorf der Beitrag regionaler Emissionen mit ca. 42 % ähnlich hoch wie in Illmitz. Der Beitrag von Ferntransport aus Südrumänien und Nordserbien ist aufgrund der größeren Entfernung mit ca. 15 % niedriger (Illmitz ca. 20 %), der Beitrag aus Ungarn und der Slowakei (sowie aus Nordrumänien, der Westukraine und Ostpolen) mit fast 30 % höher als in Illmitz (20 %). Ähnlich hoch sind die Beiträge von Ferntransport aus Süd- und Westpolen, Tschechien und Deutschland, wobei darauf hingewiesen werden muss, dass in den ersten Monaten 2003 vergleichsweise häufiger Transport aus Südpolen und Mähren Ostösterreich erreichte, der von der im Mai 2003 begonnenen Messung in Pillersdorf nicht regist- 67

68 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen riert wurde. In Hinblick auf die sehr unterschiedlich langen Messzeiträume in Illmitz und Pillersdorf sind die Auswertungen beider Messstellen damit nur eingeschränkt vergleichbar. Abb. 29: Relative Beiträge unterschiedlicher Herkunftsregionen von Ferntransport sowie von regionalen Emissionen zur PM10-Belastung in Pillersdorf (die Farben der Herkunftsregionen entsprechend Abb. 22). 42 % 15 % 28 % Südrumänien, Nordserbien Ungarn, Slowakei Polen, Tschechien, Ostdeutschland Mittel-Süd-Deutschland Regional 1 % 13 % Die regionalen Emissionen im Umkreis von ca. 100 km um Pillersdorf entfallen zu ca. zwei Drittel auf Österreich, die bedeutendste Quellregion ist Wien, etwa ein Viertel entfällt auf Tschechien. 7.4 Resümee Die PM10-Messreihen der drei Hintergrundmessstellen Enzenkirchen Pillersdorf und Illmitz erlauben Aussagen über die Herkunftsregionen erhöhter PM10-Belastung, die allerdings durch die sehr unterschiedlich langen Messreihen in ihrer Vergleichbarkeit eingeschränkt werden; so begann die PM10-Messung in Illmitz im Juni 1999, in Pillersdorf im Mai 2003 und in Enzenkirchen im Jänner In Illmitz liegen daher etwa siebenmal so viele TMW über 45 µg/m³ welche für diese Auswertung herangezogen wurde vor als in Enzenkirchen. Abb. 30 zeigt die relativen Anteile von Ferntransport aus verschiedenen Gebieten und regionaler Schadstoffakkumulation am Auftreten von TMW über 45 µg/m³ in Enzenkirchen, Pillersdorf und Illmitz. Vorbehaltlich der sehr unterschiedlich langen Messzeiträume der drei Messstellen lässt sich feststellen, dass in Enzenkirchen regionale Schadstoffakkumulation einen deutlich höheren Beitrag zur erhöhten PM10- Belastung liefert als in Illmitz und Pillersdorf. 68

69 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Enzenkirchen Illmitz Pillersdorf Sahara Regional West-Mittel-Süd- Deutschland, W-Europa Polen, Tschechien, Ost-Deutschland Ungarn, Slowakei Süd-Rumänien, Nord-Serbien Slowenien, Kroatien,Bosnien Abb. 30: Relative Anteile von Ferntransport und regionaler Schadstoffakkumulation in Enzenkirchen, Pillersdorf und Illmitz. Bei den relativen Anteilen der verschiedenen Herkunftsregionen von Ferntransport zeigt sich wenig überraschend dass in Enzenkirchen Ferntransport von Westen (v. a. Deutschland) sowie von Norden (Polen, Tschechien, östliches Deutschland) gegenüber Ferntransport von Osten oder Südosten deutlich überwiegt, während Pillersdorf und Illmitz dominierend von Ferntransport aus Südosten und Osten beeinflusst werden, wohingegen hier Ferntransport von Westen kaum eine Rolle spielt. Der starke Einfluss in Nordostösterreich von Quellen in Südosteuropa gegenüber Quellen im Westen erklärt sich auch daraus, dass Wind aus Südost mit geringerer Windgeschwindigkeit und schlechteren Ausbreitungsbedingungen verbunden ist. Ein gleich starker Emittent in Südosteuropa trägt daher mehr zur PM10-Belastung bei wie ein vergleichbarer Emittent im Westen (KAISER & SCHEIFINGER 2003). 7.5 EMEP PM-Modellierung, Soure-Recepter-Relationships Die Modellierung der PM10- und PM2,5-Konzentration wurde in den letzten Jahren im Rahmen des Co-operative programme for monitoring and evaluation of the longrange transmission of pollutants in Europe (EMEP) weiterentwickelt (EMEP 2004, 2005), wobei primäre anthropogene PM-Emissionen (PM2,5 sowie PMcoarse als Differenz von PM10 und PM2,5), sekundäre anorganische Aerosole sowie PM aus natürlichen Quellen (Wüstensand, Meersalz, Winderosion) modelliert werden. Wie in EMEP (2005) gezeigt, wird die gemessene PM10- und PM2,5-Konzentration vom Modell teilweise stark unterschätzt, v. a. in Österreich, der Schweiz, Italien und Spanien. Für Illmitz liegt die modellierte PM10-Konzentration 2003 um 15 µg/m³ und damit bei ca. der Hälfte des gemessenen Jahresmittelwertes von 31 µg/m³; bei PM2,5 ist die Unterschätzung durch das Modell etwas geringer (JMW 25 µg/m³). 69

70 Herkunftsanalyse PM10 Herkunftsanalyse von Ferntransport an Hintergrundmessstellen Abb. 31: Modellierte PM2,5- Konzentration, JMW 2003 (Quelle: EMEP, 2005). Das Modell gibt die räumliche Verteilung der PM10-Konzentration in Österreich zumindest qualitativ plausibel wieder, mit hohen Jahresmittelwerten (über 15 µg/m³) im östlichen Niederösterreich, und im Burgenland und den niedrigsten Werten im alpinen Bereich. Im weiteren Umfeld Österreichs werden hohe PM10-Konzentrationen (Mittel bis über 20 µg/m³) im gesamten Pannonischen Raum, in der Walachei, in Südpolen sowie im nordwestlichen Mitteleuropa (Benelux, NW-Deutschland, Nordfrankreich, Teile Englands) modelliert. Die Modellergebnisse weisen für Nordost- und Nordwestösterreich Beiträge primärer PM2,5-Emissionen um 2 µg/m³, primärer PMcoarse-Emissionen um 1 µg/m³, sekundäre anorganische Aerosole von 5 bis 10 µg/m³ sowie natürlicher PM10-Emissionen um 2 µg/m³ aus. Die Unterschätzung der gemessenen Konzentrationen dürften primär mit unzureichenden Emissionsdaten zusammenhängen, v. a. dank Unterschätzungen bei den primären Emissionen. In EMEP (2005) wird für Ostösterreich ein Verhältnis zwischen primärem PM10 und sekundären anorganischen Aerosolen von 0,5 oder darunter angegeben; die chemischen Analysen von Illmitz (siehe u. a. Kapitel 4) deuten darauf hin, dass die sekundären anorganischen Partikel (inkl. adsorbiertes Wasser) ca. 50 % der PM10-Konzentration ausmachen. Inkonsistenzen der nationalen PM-Emissionsdaten werden in EMEP (2005) anhand der recht unterschiedlichen Trends zwischen 2002 und 2003 deutlich mit sprungartigen starken Zunahmen u. a. in Ungarn und Frankreich, starken Abnahmen z. B. in Tschechien und Slowenien. Die anhand dieser Modellergebnisse berechneten Source-Recepter-Relationships sind daher mit grundsätzlichen Unsicherheiten behaftet. Sie werden für PM2,5 als Response auf eine 15-prozentige Emissionsreduktion gerechnet. Für die österreichischen Emissionen wird in EMEP (2004) die größte Sensitivität bei sekundären anorganischen Aerosolen im gesamten außeralpinen Raum identifiziert, allerdings wirkt der errechnete Betrag von 0,2 µg/m³ (PM2,5) bei einer 15-prozentigen Emissionsreduktion unplausibel niedrig. Die größte Sensitivität bei primären PM2,5-Emissionen Österreichs ist im Oberösterreichischen Alpenvorland (0,2 µg/m³), gefolgt von der Region Wien zu finden. 70