Peter Suppan. Institut für Meteorologie und Klimaforschung. Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Garmisch-Partenkirchen

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1 Chemisches Wetter - Teil II: Fallstudien Peter Suppan Institut für Meteorologie und Klimaforschung Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) IFU) Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Garmisch-Partenkirchen peter.suppan@kit.edu

2 Chemisches Wetter Peking 50 µg/m³ 344 µg/m³ Source: Matthias Tesche, IfT

3 Chemisches Wetter Peking Photos by Stefan Norra

4 Auswirkungen EU-Durchschnitt 2000 vs 2020: Abnahme der Lebenserwartung durch PM 2.5 in Monaten - Abnahme der Lebenserwartung von 9 Monaten auf 6 Monate reduziert - Sterberaten von 4 Mio. pro Jahr auf 2.3 Mio. reduziert - Vorzeitige Totesfälle pro Jahr von auf reduziert - Jährliche (schwerwiegende) Krankenhauseinlieferungen von auf reduziert Source: CAFÉ (Clean Air for Europe), 2005 by support of Alexandra Schneider (HMGU)

5 Fallbeispiele & Anwendungen Bewertungsstudien t von chemischen h Mechanismen und numerischen Methoden ( Bayern) Messungen & Simulation von Episoden, Validierungen, Vergleiche, Strategien und Szenarien ( Mexico City, Santiago de Chile, Peking, München, Augsburg, Berlin) Langzeitsimulationen vor dem Hintergrund von Jahresmittelwerten ( Alpine Region) Operationelle Vorhersage für O 3 und PM 10 ( Süddeutschland, Bayern, Steiermark, Kärnten) Klima-Chemie Simulation für Jetztzeit- und zukünftiges Klima ( Süddeutschland, Mexiko)

6 Integrierter Ansatz Satellitendaten BLA [m] ALTITUDE ABOVE PUEB Monitoringdaten P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P Chem Chem Luftqualität Indikatoren Szenarien Emissionsdaten Mortalität. Subklinische Effekte Gesundheitsauswirkungen Stakeholder / Politiker

7 Ozonexposition Santiago de Chile Quelle: R. Schmitz (IMK-IFU, IFU UCH)

8 Landnutzungsänderung Latit tude (North) Temperaturdifferenz mit und ohne Zersiedelung TLA XAL 19.5 EAC MER 19.4 PED CES Longitude (East) Mexico City 2.0 C 1.8 C 1.6 C 1.4 C 1.2 C 1.0 C 0.8 C 0.6 C 0.4 C 0.2 C 0.0 C -0.2 C -0.4 C -0.6 C -0.8 C -1.0 C Mixing ra atio (ppm) Ozon: Cerro de la Estrella No Sprawl 2010 Sprawl Day

9 Vertikale Messungen m Period of the 29th Olympic Games 2008 in Beijing Peking.5 in µg/m³ PM Mean Value of 42 µg/m³ m August m 8m Ozone in ppb Quelle: X. Jinyuan (CAS), China 10 0 August 2008

10 Messungen / Simulationen Großraum Peking Peking Luftqualitätsmodellierung im Großraum Peking (in Kooperation mit CAS-IAP) Messung der Mischungsschichthöhe mit einem Ceilometer (IMK-IFU, Vaisala) in Peking

11 Skalenübergang Grenzwertüberschreitungen Mesoskalige Simulationen z.b. NO 2 mit MCCM Kufstein Vomp Innsbruck Source: EU-LIFE Project Klagenfurt Graz Bozen Mikroskalige Simulationen z.b. NO 2 mit GRAL

12 Skalenübergang - vertikal Rückstreuintensität Windrichtung SODAR Messungen in einem Alpental (Winter) Prof. Dr. S. Emeis IMK-IFU Garmisch

13 Quellenzuordnung 40 Biogenic sources Solvents Agricultural 35 other industrial sources others incl. domestic heating Point sources 30 Traffic NO 2 in ppb bv NO 2 -Quellenzuordnung im Großraum München

14 Klimaänderung 56.0 Berlin 54.0 Hamburg Berlin 24.0 Mexico City Latitude ( S) Munich Gar.-Part. Prague Beijing Longitude ( W) 44.0 Latitude ( S) Mexico City Acapulco 10.0 Bogota Barranquilla Latitude ( S) Beijing Tianjin Taiyuan Longitude ( W) Santiago de Chile Latitude ( S) Medellin Cali Bogota Longitude ( W) Mitu e ( S) Latitude Mendoza Santiago Longitude ( W) ECHAM5 - A1B scenario Future ( ) - Present ( ) Temperature Change in C Concepcion 4.0 to to to to to to to Longitude ( W) Globale Klimaänderungssignale im urbanen Umfeld Auflösung ist viel zu ungenau für regionale Analysen!

15 Regionale Klima-Chemiesimulationen Solarstrahlung UV Strahlung (Forkel & Knoche, 2006, JGR)

16 Regionale Klima-Chemiesimulationen 3.5 Freque ency Ozone ( g/m 3 ) Setup: km Gitter 2x10 Jahre Süddeutschland Grenzwertüberschreitungen Verteilung in der der täglichen O 3 Maxima Zukunft

17 Regionale Klima-Chemiesimulationen Hochauflösende Klima- Chemiesimulationen für Mexiko Temperaturdifferenzen Unterschiede in den Ozonkonzentrationen

18 Zusammenfassung Chemisches Wetter ist mehr als nur Vorhersage der Luftqualität beinhaltet auch Episoden und Klimazeiträume befasst sich mit Emissionsstrategien ( Umweltzonen) und Anpassungsszenarien ( Klimawandel) spiegelt sich wider in regionalen und urbanen Regionen ( Verkehr und Luftverschmutzung, biogene Emissionen) ist die Grundlage für die Bewertung von Gesundheitsauswirkungen ( epidemiologische Untersuchungen ngen / Fehlanzeige). eige)

19 Anmerkungen und Ausblick Modelle / Modellierungstools sind nur ein Teil einer integrativen Beschreibung der Luftqualität Messungen stellen das zweite Standbein zur Beschreibung des chemischen Wetters dar Simulationsergebnisse sind immer nur so gut, wie die Eingangsgrößen Diversität der Modelle spricht gegen typische Community Modelle Zukünftige Schwerpunkte: Stärkere Verbindung der Messungen mit den Simulationen Regionale gekoppelte Klima-Chemie-Simulationen Modellkopplungen zur Bio-, Hydro-, Pedosphäre und zur Epidemiologie

20 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Kooperationspartner: Yuesi Wang, Hong Liao, Xin Jinyuan Chinese Academy of Sciences (CAS), Peking Jose Agustín García, Gerardo Ruiz Universidad Nacional Autonoma de Mexico (UNAM) Rainer Schmitz, Ricardo Muñoz Universidad de Chile, Santiago de Chile (UdC) Michael Hagen Fondo Nacional de Salud (FONASA) Frank Baier Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) Ulrich Franck Helmholtz Fachausschuss Zentrum für Umweltforschung Umweltmeteorologie (UFZ) der DMG Annette Peters, Josef Cyrys Helmholtz Zentrum METTOOLS München VII, Sep. (HMGU) 2009 / Hamburg