Klimawandel: Ist der Verkehr an allem schuld? insbesondere der Partikel

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1 Klimawandel: Ist der Verkehr an allem schuld? insbesondere der Partikel Markus Rapp, Robert Sausen, Johannes Hendricks, Mattia Righi, Hans Schlager, Bernadett Weinzierl u.v.a. DLR-Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen

2 Gliederung Übersicht: Klimawirkung des Verkehrs; Modellierungsstrategie Das globale Aerosol - Klimamodell EMAC/MADE Ausgewählte Ergebnisse: Schiffsverkehr und Straßenverkehr - zukünftige Entwicklung der Emissionen Resultierender Klimaeffekt: Radiative Forcing Zusammenfassung 2

3 Übersicht: Klimawirkung des Verkehrs; Modellierungsstrategie

4 Atmospheric effects of emissions from the transport sector Emissions CO 2 H 2 O NO x VOC SO 2 Particles Changes in atmospheric composition CO 2 H 2 O CH 4 O 3 Particles Clouds Contrails Climate forcings Direct greenhouse gases Indirect greenhouse gases Direct aerosol effect Clouds

5 Was müssen wir untersuchen? Änderung der Verkehrsvolumens oder der spez. Emissionen natürliche und anthrop. Emissionen Verkehrs- Emissionen (kleine/lokale) Änd. der Emissionen atmosphärische Prozesse atmosphärische Prozesse atmosphärische Prozesse Luftqualität und Klima Änderung von Luftqualität u. Klima Änderung von Luftqualität u. Klima räumliche und zeitliche Auflösung der Wirkungen: global, kontinental, Land, Bezirk, Stadt, Straße etc. Trends, Jahresmittel, Jahresgang, Tagesgang 5

6 Modellierungsstrategie Referenz-Simulation Simulation ohne Verkehr natürliche und anthrop. Emissionen Verkehrs- Emissionen (kleine/lokale) Änd. der Emissionen atmosphärische Prozesse atmosphärische Prozesse atmosphärische Prozesse Luftqualität und Klima Änderung von Luftqualität u. Klima Änderung von Luftqualität u. Klima

7 Atmospheric effects of emissions from the transport sector Emissions CO 2 H 2 O NO x VOC SO 2 Particles Changes in atmospheric composition CO 2 H 2 O CH 4 O 3 Particles Clouds Contrails Climate forcings Direct greenhouse gases Indirect greenhouse gases Direct aerosol effect Clouds

8 Atmosphärisches Aerosol Aerosol: Gemisch aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen Source: Brasseur et al., Atmospheric Chemistry in a Changing World, Springer Verlag, Berlin,

9 Aerosoleffekte auf die Luftqualität Air pollution over Shanghai, China (source: asiasociety.org)

10 Aeosoleffekte auf Bewölkung und Strahlung Schematische Darstellung aus IPCC (2007)

11 Das globale Aerosol Klimamodell EMAC/MADE

12 Globales Klima-Chemie Modell (EMAC) Ozeantemperatur Beobachtung Modell Treibhausgase Beobachtung Modell Dynamik Beobachtung Modell Emissionen Industrie, Verkehr, Böden, Brände, Dynamik Wind, Temperatur, Niederschlag, Bewölkung, Chemie Spurengase, Partikel, Reaktionen, Transformationen, Senken Klima Luftqualität

13 Global aerosol climate model EMAC/MADE CCN IN Jöckel et al. (2005), Roeckner et al. (2006), Lauer et al. (2007), Righi et al. (2011),

14 Ausgewählte Ergebnisse: Schiffsverkehr und Verkehr

15 2. Schwerpunktklausur Verkehr 2013 Shipping

16 2. Schwerpunktklausur Verkehr 2013 Airborne measurements of transport-induced pollution: ACCESS measurement campaign

17 Crossing ship plume with DLR measurement aircraft FALCON

18 Following ship plume with DLR measurement aircraft FALCON

19 Latitude Total particle concentration measured by aircraft a CPSA 1 particle concentration (cm -3 ) cm Longitude

20 Falcon measurements in the shipping corridor through the Strait of Malacca and comparison with EMAC simulations

21 Flight altitude and simulated SO 2 mixing ratio Measured and simulated SO 2 mixing ratio

22 NO x -Emissionen vom Land- und Schiffsverkehr IPCC-Emissionsszenarien: Representative Concentration Pathways RCPx: Strahlungsantrieb x W/m 2 im Jahr

23 Shipping emissions of SO 2 Scenario RCP 8.5

24 Simulated impact of shipping emissions on surface-level sulphate aerosol concentration in 2000 Absolute change Relative change µg/m 3 %

25 2. Schwerpunktklausur Verkehr 2013 Land transport

26 Land transport emissions of black carbon Scenario RCP 8.5

27 Simulated impact on surface-level black carbon concentration: All sources and land transport only

28 Simulated impact of land-transport emissions on surface-level black carbon concentration in 2000 Absolute change Relative change µg/m 3 Transport contributes only small fraction to total black carbon pollution. %

29 Folie 29 Aerosolmasse in der Atmosphäre Jahr km 7 km 250 m 0 m Righi et al. (2013) 2. Schwerpunktklausur

30 Resultierender Klimaeffekt

31 What is "radiative forcing"? simplified, unit: W/m 2 equilibrium RF = 0 perturbed situation RF > 0 T atmosphere atmosphere soil / ocean soil / ocean

32 Strahlungsantrieb Klimasensitivitätsparameter Strahlungsantrieb Treibhausgase T = l RF Aerosole Temperatur- Änderung Abkühlung Erwärmung IPCC,

33 Aerosol-Klimaeffekte mit Wolken ohne Wolken mit Wolken ohne Wolken mit Wolken ohne Wolken Großteil der Klimaeffekte resultiert aus Effekten auf Wolken (all-sky >> clear-sky) Klimawirkung Land- und Schiffsverkehr reduziert in Klimawirkung Schifffahrt reduziert durch verringerten Schwefelgehalt der Treibstoffe. Klimawirkung Luftfahrt steigt in allen Szenarien.

34 Schlussfolgerungen Deutliche Effekte des Verkehrs auf das globale atmosphärische Aerosol: über Kontinenten: ~20% des Ruß und ~ 28% des Nitrats aus Landverkehr über Ozeanen: ~ 24% des Nitrats und ~14% des Sulfats aus Schiffsverkehr Verkehrsinduzierter Ruß hauptsächlich über Nordamerika, Europa, Ostasien. Sulfat aus Schiffsverkehr über nordhemisphärischen Ozeanen und Küstenregionen. Luftverkehr bewirkt signifikante Zunahme der Partikelfracht in Hauptfluggebieten. Die Klimawirkung verkehrsinduzierter Partikel beträgt etwa 25% der Wirkung aller anthropogenen Partikel und erfolgt hauptsächlich über die Modifikation von Wolken. Die Klimawirkung des Aerosols aus Land- und Seeverkehr nimmt bis 2030 voraussichtlich leicht ab. Die Klimawirkung des luftverkehrsgenerierten Aerosols kann bis 2030 deutlich zunehmen.