Meteorologisches Gutachten für NO 2 IGL-Überschreitung und im Großraum Salzburg - Hallein

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1 Meteorologisches Gutachten für NO 2 IGL-Überschreitung 0.. und im Großraum Salzburg - Hallein Problemstellung Am 0. und wurde im Salzburger Becken eine NO 2 IG-L Grenzwertüberschreitung registriert. Am wurde um 9.30 Uhr an der Messstelle Hallein Hagerkreuzung eine NO 2 - Konzentration (HMW) von09 ppb gemessen. Am betrug die NO 2 - Konzentration (HMW) um 7.30 Uhr am Mirabellplatz 2 ppb und um 8 Uhr in Lehen 3 ppb. µg/m³ IG-L Grenzwert Stickstoffdioxid IG-L Grenzwertüberschreitung Hagerkreuzung Lehen Mirabellplatz Rudolfsplatz Abb. Verlauf der NO2 - Konzentrationen an ausgewählten Messstationen der Periode 3. bis Da zu vermuten war, dass dabei die Witterungsverhältnisse eine entscheidende Rolle spielten, soll eine meteorologische Analyse die Entstehungsursachen für diese IG-L Überschreitung klarlegen. ZAMG Seite von 2

2 Witterungslage im Salzburger Becken vom 3.. bis Großwetterlage Nach einer trockenen und kalten Hochdruckwetterperiode vom 3. bis bringt am ein kleinräumiges Höhentief von Westen her Wolken. In der Zeit vom 8.. bis zum gab es in Österreich stabiles Hochdruckwetter mit frostigen Temperaturen in den Niederungen und milden Temperaturen auf den Bergen. Abb. linke Seite, berechnete Luftdruckverteilung in Meereshöhe (Pmsl) für den 8. und rechte Seite, berechnete Verteilung der geopotentiellen Höhe der 500 hpa Fläche (ATP500) für den 8. und Die Isobarenkarten (Pmsl) vom 8.. und 9.. zeigen das Hochdruckgebiet, dessen Zentrum sich in den untersten Schichten mit seinem Zentrum etwa über Süddeutschland befindet. Das Hoch ist über Mitteleuropa ausgedehnt und verlagert sich in der Zeit vom 8. bis zum.. kaum. In der Höhe von etwa 5500 m (Isohypsenkarten ATP500) verlagert sich das Hoch von Norddeutschland (8..) her über Österreich (9..). Durch das Hoch in oberen Schichten der Troposphäre sinkt die Luft langsam ab und führt zu einer stabilen Luftschichtung über den ganzen Höhenbereich der Troposphäre. ZAMG Seite 2 von 2

3 Abb. linke Seite, berechnete Luftdruckverteilung in Meereshöhe (Pmsl) für den 0. und rechte Seite, berechnete Verteilung der geopotentiellen Höhe der 500 hpa Fläche (ATP500) für den 0. und Die Isobarenkarten (Pmsl) vom 0.. bis zum.. zeigen das ausgebreitete Hochdruckgebiet, mit seinem Zentrum weiter über Süddeutschland ohne weiterer Veränderung. In der Höhe verlagert sich das Hoch in Richtung Balkan und Griechenland. In den höheren Schichten der Troposphäre kommt am 0.. über Österreich eine südöstliche Luftströmung auf, die in der Nacht auf den. auf Süd und im Lauf des. auf Südwest und West dreht. Die Luftströmung aus südlichen Richtungen bewirkt eine Erwärmung auf den Bergen und damit eine weitere Stabilisierung in den untersten Schichten und damit ein Anhalten der Inversionswetterlage. Am 0.. wurden auf den Bergen die höchsten Temperaturen der Inversionswetterperiode vom 8. bis 2. gemessen. Am. erfolgte am Untersberg in etwa m bereits eine langsame Abkühlung und damit in einer Höhe oberhalb von etwa 000 m ein Übergang zu einer neutralen Schichtung. ZAMG Seite 3 von 2

4 Luftmassentransport Die berechneten, 24-stündigen, zweidimensionalen Rückwärtstrajektorien, denen die Modelldaten des ECMWF (Europäisches Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage, Reading, UK) zugrunde liegen, zeigen für die Termine Uhr UTC, Uhr UTC und Uhr UTC eine Drehung der Höhenströmung von Süd auf Südwest und zum Teil auf West. Auch die Windzunahme mit der Höhe wird an den einzelnen Terminen deutlich dargestellt. Die im Salzburger Becken ausgeprägte Inversion wird im grobmaschigen, globalen Wettervorhersagemodell des ECMWF (Gitterpunktsdistanz der für die Trajektorienberechnung verwendeten Daten ist 60 km) nicht aufgelöst, auch die wahre Orographie der Alpen wird im Modell nicht aufgelöst, sodass die Luftbewegung unterhalb der Absinkinversion durch die Trajektorien nicht dargestellt wird. Der Hinweis der geringen Luftbewegung in den untersten Luftschichten ist aber in den Trajektorien enthalten, wenngleich die Richtung durch die Modellorographie nicht richtig wiedergegeben werden kann. Abb. 24-stündige, zweidimensionale ECMWF - Trajektorien in verschiedenen Höhen vom..2002, 0 Uhr UTC ZAMG Seite 4 von 2

5 Abb. 24-stündige, zweidimensionale ECMWF - Trajektorien in verschiedenen Höhen vom..2002, 2 Uhr UTC Abb. 24-stündige, zweidimensionale ECMWF - Trajektorien in verschiedenen Höhen vom , 0 Uhr UTC ZAMG Seite 5 von 2

6 Lokale Witterungssituation In der Periode vom 8. bis zum herrschte Hochdruckwetter, wobei sich der Luftdruck in der Stadt Salzburg am.. bereits langsam abgeschwächt hat Luftdruck [hpa] 23 Uhrzeit Abb. gemessener Luftdruck an der Messstelle Salzburg - Freisaal In der Nacht vom 8. auf den 9.. war der Himmel am Anfang in der Stadt Salzburg nur gering bewölkt, ab 2.30 Uhr wurde am Flughafen der Stadt Salzburg Bodennebel, ab Uhr Nebel beobachtet. Am 9.. dauerte der Nebel bis.20 an und ging dann in Dunst über. Ab 8.5 Uhr gab es wieder Nebel, der bis um 9.20 Uhr des 0.. angedauert hat. Am 0. gab es tagsüber nach Nebelauflösung wolkiges bis heiteres, am Abend sogar klares Wetter. Erst um Uhr hat sich Bodennebel, um Nebel gebildet. Am.. löste sich der seichte Nebel am Flughafen der Stadt Salzburg um 9.30 Uhr auf und wich heiterem bis wolkenlosem Wetter. Die Nacht vom. auf den 2. blieb ohne Nebel, in der Nacht zogen aber Wolken in mittelhohen Schichten auf. 0,9 Sonnenscheindauer in Stunden 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Uhrzeit [MEZ] Abb. gemessene Sonnenscheindauer an der Messstelle Salzburg - Freisaal in Stundenintervallen ZAMG Seite 6 von 2

7 Die gemessene Sonnenscheindauer an der Messstelle Salzburg Freisaal zeigt das tagsüber meist sonnige Wetter in der Hochdruckwetterperiode bis zum.. Abgesehen von Nebelfeldern war es auch in den Nächten meist klar. In der Zeit vom 8. bis.. lag in der Stadt Salzburg eine Schneedecke von etwa 3 bis 5 cm Mächtigkeit. Durch die Wärmeabstrahlung von der Schneeoberfläche blieb der Kaltluftsee unter der markanten Absinkinversion der Hochdruckwetterlage bestehen. Auch tagsüber hat sich die nächtliche Bodeninversion trotz zum Teil sehr sonnigem Wetter nicht, oder nur kurz aufgelöst. Die Schneedecke reflektierte einen Großteil der kurzwelligen Sonnenstrahlung. Der Temperaturverlauf von Messstellen im Salzburger Becken zeigt die winterlich kalten Verhältnisse in den Niederungen und die milderen Temperaturen auf den Bergen. Durch diese inverse Temperaturschichtung war der vertikale Austausch eingeschränkt. Temperaturverlauf in unterschiedlichen Höhenlagen Grad Celsius I n v e r s i o n s w e t t e r l a g e ( bis ) Untersberg Gaisberg Spitze Gaisberg Zistel Rudolfsplatz Mirabellplatz Abb. Temperaturverlauf von Messstationen der Salzburger Landesregierung im Salzburger Becken vom 3.. bis zum An den Messstellen Salzburg - Rudolfsplatz und Mirabellplatz sowie auch Salzburg - Freisaal gab es vom 8. bis zum durchwegs Temperaturen unter 0 C. Radiosondenaufstiege von Wien und München am.. um 3 Uhr (2 UTC) zeigen eine Inversion bis in eine Höhe von etwa 700 m, die in München als Bodeninversion existiert, in Wien war die Bodenschicht zum Zeitpunkt des Radiosondenaufstieges bis zur Inversionsuntergrenze durchmischt, die Inversion selbst aber sehr deutlich ausgeprägt mit einer weiteren ausgeprägten Inversion in einer Höhe von etwa 000 m ZAMG Seite 7 von 2

8 Abb. Radiosondentemperaturprofile von Wien und München vom um 2 Uhr UTC (3 Uhr MEZ) durchgezogene Linien, Lufttemperatur; strichlierte Linien, Taupunktstemperatur die Angabe der Höhe in km befindet sich am rechten Rand als rote Punkte sind Temperaturdaten des SALIS - Messnetzes des Landes Salzburg um 3 Uhr MEZ eingetragen Die alle 24 Stunden durchgeführten Radiosondenaufstiege vom Flughafen Hörsching zeigen am 8.. eine ausgeprägte Bodeninversion, die etwa 200 m stark ist. Eine weiter stabile Schichte befindet sich in 900 bis 2000 m Höhe. Durch Hochnebel hat sich die Bodeninversion in der Nacht auf den 9. abgesehen von den untersten Metern nicht gebildet. Durch das Hochdruckwetter ist die Inversion darüber abgesunken und hat sich deutlich verstärkt. Diese Entwicklung hat sich auch am 0.. noch fortgesetzt, die Inversion reichte zur Zeit des Sondenaufstieges von etwa bis etwa 00 m. Am. beginnt die Inversion in einer Höhe von etwa 500 m, sie ist nicht mehr so stark ausgeprägt wie am Tag davor, reicht aber bis etwa 300 m hinauf. Im Höhenbereich von 000 bis 2000 m erkennt man bereits eine leichte Abkühlung. Am 2.. erstreckt sich eine Bodeninversion bis etwa 000 m Höhe, der Hochnebel ist auch im Flachland verschwunden, die unterste Schicht ist nach wie vor kälter als die Luft in 000 m Höhe. ZAMG Seite 8 von 2

9 Abb. Radiosonden - Temperaturprofile von Hörsching vom 8. bis um jeweils etwa 5 Uhr UTC (6 Uhr MEZ) Die Temperaturschichtung, die aus dem SALIS-Messnetz der Messstellen Salzburg - Freisaal (430 m Seehöhe) Rainberg (520 m) Kapuzinerberg (650 m) Judenbergalm ( m) Zistelalm (00 m) Gaisberg Spitze (270 m) Untersberg Bergstation ( m) hervorgeht, zeigt am 0.. eine stabile Schichtung mit stark eingeschränktem vertikalen Austausch bis in eine Höhe von etwa m Seehöhe. In den ganz untersten Schichten war ein vertikaler Austausch zum Teil möglich. In der Nacht auf den. und am.. war ein Austausch zwischen dem Tal und den darüber liegenden Schichten durch eine durchgehend stabile Bodeninversion stark eingeschränkt. ZAMG Seite 9 von 2

10 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Abb. 3-stündige, vertikale Lufttemperaturprofile aus Temperaturdaten des SALIS - Messnetzes in der Stadt Salzburg Die Temperaturprofile der Stadt Salzburg zeigen wie am Nachmittag des 0.. durch Sonneneinstrahlung und damit Erwärmung der bodennahen Luftschicht die Inversion vom Boden etwas abgehoben wurde. Am Abend und in der Nacht auf den. hat sich die Bodeninversion durch Abkühlung vor allem der bodennahen Schicht neu gebildet und wieder verstärkt. ZAMG Seite 0 von 2

11 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Abb. 3-stündige, vertikale Lufttemperaturprofile aus Temperaturdaten des SALIS - Messnetzes in der Stadt Salzburg Die Schichtung zwischen Zistelalm und Untersberg war in der Nacht noch stabil, die Stabilität der Luftschichtung schwächte sich aber am Morgen ab. Ab etwa mittags war die Luftschichtung dort neutral. Der Abbau der stabilen Schichtung wurde durch eine Abkühlung am Untersberg bewirkt. Diese Entwicklung ist auf den auffrischenden Westwind zurückzuführen, der oberhalb der Inversion, die bis etwa m reichte, eine andere Luftmasse brachte. ZAMG Seite von 2

12 Stabilitätsanalyse Zistelalm (00 m) bis Untersberg ( m) 0,6 0,4 Vertikaler Temperaturgradient [ C/00 m 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0,8-00:30 0:30 02:30 03:30 04:30 05:30 06:30 07:30 08:30 09:30 0:30 :30 2:30 3:30 4:30 Zeit am :30 6:30 7:30 8:30 9:30 20:30 2:30 22:30 23:30 Abb. Vertikaler Temperaturgradient zwischen Zistelalm und Untersberg. Neutrale Schichtung bei etwa -0,5 bis - C/00m In der Schicht zwischen Judenbergalm und Gaisberg Spitze war der Austausch durch die Temperaturschichtung kaum eingeschränkt. Zwischen Kapuzinerberg und Judenbergalm hat die Stabilität am Nachmittag des.. zwar abgenommen, die Schichtung war an diesem Tag aber durchgehend stabil, ein Austausch innerhalb der Schicht zwischen 650 und m Seehöhe war dadurch stark eingeschränkt. Kapuzinerberg (650 m) bis Judenbergalm ( m) 6 vertikaler Temperaturgradien :30 02:00 Uhrzeit 03:30 05:00 06:30 08:00 09:30 :00 2:30 4:00 5:30 7:00 8:30 20:00 2:30 23:00 00:30 02:00 03:30 05:00 06:30 08:00 09:30 :00 2: Abb. Vertikaler Temperaturgradient zwischen Kapuzinerberg und Judenbergalm. 4:00 5:30 7:00 8:30 20:00 2:30 23:00 ZAMG Seite 2 von 2

13 Salzburg Freisaal (430 m) bis Kapuzinerberg (650 m) 3,5 vertikaler Temperaturgradient [ C/00 m] 3 2,5 2,5 0,5 0-0,5-00:30 03:00 05:30 08:00 0:30 3:00 5:30 8:00 20:30 23:00 0:30 04:00 06:30 09:00 :30 4:00 6:30 9:00 2:30 00:00 Uhrzeit Abb. Vertikaler Temperaturgradient zwischen Salzburg Freisaal und Kapuzinerberg. Am 0.. war die Luftschichtung zwischen den Niederungen des Salzburger Beckens und dem Kapuzinerberg nicht durchgehend stabil, am.. gab es aber den ganzen Tag in der Luftschicht bis 650 m Seehöhe hinauf eine stabile Temperaturschichtung, die dort in der Nacht auf den 2.. sogar noch zugenommen hat. Lokale Windverhältnisse An den Salzburger Windmessstationen Flughafen, Freisaal, Rudolfsplatz, Mirabell, an der Halleiner Messstation Winterstall und an der Messstelle in Mattsee wehte am 0. und am.. nur ein leichter Zug (0,3 bis,5 m/s). Bei derartig schwachem Wind und Rauhreif (durch kalte Temperaturen und Nebel) sind die Windmessungen (sowohl die Geschwindigkeit als auch die Richtung) zum Teil beeinträchtigt und damit mit einer Unsicherheit behaftet. An der Station Salzburg Freisaal gab es vom 3. bis zum 2.. scheinbar fast nur Wind aus Nord und Nordwest. An der Station Winterstall am 0. und. fast nur Wind aus Südost und Süd. Für den 0.. zeigt die Windmessung am Flughafen Salzburg am Vormittag Wind aus südlicher Richtung, am frühen und mittleren Nachmittag Wind aus nordwestlicher Richtung. Dies würde einem natürlichen Tagesgang entsprechen, der sich im Regelfall bei sonnigem Wetter einstellt. Am.. war es am Vormittag windschwach, am Nachmittag kam Südwind auf, der in der Nacht zulegte. Dieser Talauswind aus südlicher bis südöstlicher Richtung wird als Ursache angesehen, die zu einer Abnahme der Schadgaskonzentration in der Nacht auf den 2.. geführt hat. ZAMG Seite 3 von 2

14 Tabelle mit den gemessenen Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten. Windrichtung in Grad, Windgeschwindigkeiten in /0 m/s. Salzburg - Freisaal Datum/Std Windrichtung mittlere Windgeschwindigkeit Windspitze ZAMG Seite 4 von 2

15 Mattsee Datum/Std Windrichtung mittlere Windgeschwindigkeit Windspitze Die Windmessungen zeigen, dass am.. im Mittel die geringsten Windgeschwindigkeiten der Inversionswetterlage vom 3. bis zum.. gemessen wurden. Der horizontale Luftmassenaustausch war aus diesem Grund am 0. und.. stärker eingeschränkt als in der Periode vom 5. und 6.. ZAMG Seite 5 von 2

16 Windmessung Salzburg - Flughafen (Metar) Windrichtung [Grad] Windgeschw. [/0 m/s] Std/Datum : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : ZAMG Seite 6 von 2

17 Abb. Vertikale Verteilung der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit im Verlauf des Abends des gemessen mit dem Windprofiler am Flughafen der Stadt Salzburg. Die vertikale Windverteilung über dem Flughafen in Salzburg zeigt den ausgeprägten Westwind oberhalb der Inversionsschicht, der auch durch die Trajektorien und durch die Windmessungen auf den Bergstationen Gaisberg und Untersberg gezeigt wird. Innerhalb der Bodeniversionsschicht baut sich am späteren Nachmittag und am Abend des.. eine Luftströmung aus südlicher Richtung auf. Die südliche Strömung erfasst etwa die untere Hälfte des Volumens der Inversionsschicht und legt in der Nacht noch zu. Der südliche Wind wird als Ursache für den Rückgang der Schadgaskonzentrationen im Salzburger Becken angesehen. Eine weniger stark belastete Luftmasse ist in das Salzburger Becken eingeflossen. ZAMG Seite 7 von 2

18 Abb: Windverteilung an mehreren Messstellen im Salzburger Becken und im Flachgau vom Am Nachmittag des 0.. gibt es aus den Windmessungen ein Signal für Taleinwind (Transport von Salzburg nach Hallein), am Abend stellen sich wieder eher windschwache Verhältnisse ein. ZAMG Seite 8 von 2

19 Abb: Windverteilung an mehreren Messstellen im Salzburger Becken und im Flachgau vom Bis nachmittags schwacher Wind, am Abend Windzunahme von Süden her. ZAMG Seite 9 von 2

20 Zusammenfassung Eine Hochdruckwetterlage mit häufigem Nebel in den Nächten und einer Schneebedeckung im ganzen Land war Ursache für eine starke Einschränkung der vertikalen und horizontalen Luftbewegung. Ein nur leichter, horizontaler Luftzug, wie er an den Messstationen gemessen wurde, hat die Emissionen unter der Inversion im Salzburger Becken in einem kleinräumigen Luftvolumen gehalten. Im Zeitraum der Inversionswetterlage vom 8. bis zum.. haben sich die emittierten Luftschadstoffe unter der Inversion angereichert. Dadurch, dass die Inversion im Lauf der Periode abgesunken ist, ist das Luftvolumen immer geringer geworden und die Grundbelastung gleichzeitig höher. Durch die Stabilität der Luftschichtung bis etwa m Seehöhe ist ein Ferntransport von Luftmassen für die Schadgasbelastung in den Niederungen des Salzburger Beckens wahrscheinlich nicht relevant. Durch die tiefen Temperaturen, die in den Niederungen des Salzburger Beckens bereits seit etwa einem Monat frostig waren und am 0. und am.. nur zwischen -3 und -3 betrugen, war der Heizungsbedarf trotz tagsüber sonnigem Wetter sehr hoch. Am Nachmittag des wehte ein leichter Zug von Salzburg in Richtung Hallein. Vorbelastete Luft kann durch diese Luftbewegung von der Stadt Salzburg oder einem anderen Emissionsgebiet nach Hallein gelangt sein. Am Abend bildete sich eine Bodeninversion, die durch eine Stabilisierung der Austauschverhältnisse im Vergleich zum Nachmittag auch für einen lokalen Konzentrationsanstieg verantwortlich ist. Durch Emissionen der Abendverkehrsspitze und durch vermehrte Heiztätigkeit am Abend sind Vorläufersubstanzen vorübergehend stark angestiegen. Nach Sonnenuntergang (in der Stadt Salzburg kurz vor 6 Uhr) war auch der chemische Abbau des lichtempfindlichen Stickstoffdioxyd nicht so effizient wie er tagsüber bei sonnigem Wetter gewesen ist, was eine Konzentrationsspitze von NO 2 erklären könnte. Am Abend des.. hat sich durch klares Wetter wieder eine markante Bodeninversion gebildet, die den vertikalen Austausch stark eingeschränkt hat. Ebenso wie am 0.. sind durch Emissionen der Abendverkehrsspitze und durch vermehrte Heiztätigkeit am Abend die Vorläufersubstanzen vorübergehend stark angestiegen. Nach Sonnenuntergang in der Stadt Salzburg kurz vor 6 Uhr war auch der chemische Abbau des lichtempfindlichen Stickstoffdioxyd nicht so effizient wie er tagsüber bei sonnigem Wetter gewesen ist, was eine Konzentrationsspitze von NO 2 erklären könnte. Durch einen Wind, der am Abend aus südlicher Richtung kam war die Stadt Salzburg mehr betroffen als der Bereich Hallein. Da der Wind aus südlicher Richtung auch in der Nacht angehalten hat sind die Konzentrationen durch Abtransport aus dem Stadtbereich und durch horizontale Durchmischung wieder gesunken. ZAMG Seite 20 von 2

21 Zur Beurteilung der Häufigkeit des Auftretens gleichartiger Witterungssituationen wie der, die die NO 2 IGL-Überschreitung ausgelöst hat, wurde eine Statistik aus den Messdaten der Station Salzburg Flughafen gerechnet. Als relevante Kriterien wurden ausgewählt: mindestens 4 aufeinander folgende Tage mit: Höchsttemperatur unter 0 (frostige Wetterperiode) keine geschlossene Bewölkung (Ausstrahlung zur Bodeninversionsbildung) keine Niederschläge (trockenes Hochdruckwetter ohne Luftmassenbewegung) Bei der Auswertung ist die Anzahl nicht zusammenhängender Perioden erfaßt worden. In den 54 Jahren, für die die Auswertung berechnet wurde sind die ausgewählten Witterungsperioden in Summe 4 mal vorgekommen. Wobei diese Witterungslagen in 29 der 54 Jahren aufgetreten sind. In den letzten 20 Jahren sind derartige Witterungsperioden, wie sie zur NO 2 IGL-Überschreitung geführt haben in 7 Jahren aufgetreten, was im Mittel ein Auftreten alle 2 bis 3 Jahre bedeuten würde. ZAMG Seite 2 von 2