Rückgang der Feinstaubbelastung am Bollwerk in Bern während der Sperrung für den Privatverkehr

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1 Alfred Bürgi umwelt.forschung.beratung Rückgang der Feinstaubbelastung am Bollwerk in Bern während der Sperrung für den Privatverkehr Auftraggeber: beco Berner Wirtschaft Immissionsschutz Laupenstrasse Bern Auftragnehmer: Alfred Bürgi umwelt.forschung.beratung Langmauerweg Bern Bericht Nr. RP/26/beco/13.1 Autor: Alfred Bürgi Datum: Langmauerweg 12, CH-311 Bern Telefon Fax Homepage: Mobile

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3 1 Zusammenfassung Der Bericht untersucht den Einfluss der Sperrung des Verkehrs am Bollwerk Bern, bedingt durch einen Wasserleitungsbruch, auf die Feinstaubbelastung während der Wintersmogperiode von Ende Januar/ Anfang Februar 26. Die PM1-Belastungen und die meteorologischen Daten der Messstationen Bern-Bollwerk, Bern-Brunngasshalde, Ittigen und der beiden NABEL-Stationen Lausanne und Zürich werden verglichen. Im Vergleich mit der nur 7 m entfernten Station Brunngasshalde resultiert eine Reduktion der Belastung um 11%, welche auf die Sperrung des Verkehrs zurückgeführt werden kann. Im Vergleich mit den weiter entfernten Stationen ergeben sich zwar höhere Reduktionen (25% - 31%), diese sind aber nur zum Teil eine Folge der Sperrung des Verkehrs und zum übrigen bedingt durch einer Drehung der Windrichtung in Bern von Nord- auf Südostwind, welche zeitlich mit der Sperrung zusammenfiel. 2 Einleitung Ende Januar und Anfangs Februar 26 herrschte im Schweizer Mittelland, bedingt durch eine lang andauernde Inversionslage, Wintersmog mit extrem hoher Feinstaubbelastung. Während dieser Zeit musste in Bern wegen eines Wasserleitungsbruchs eine stark befahrene Durchgangsstrasse während drei Tagen für den Verkehr gesperrt werden. An derselben Strasse, knapp 2 m vom Wasserleitungsbruch entfernt, liegt auch die NABEL-Station Bern. In einem Kurzbericht für den Verkehrs-Club der Schweiz (VCS) wurde der Rückgang der Belastung aufgrund der Sperrung durch einen Vergleich mit der NABEL-Station Lausanne abgeschätzt (A. Bürgi, Bericht Nr. RP/26//VCS/98 vom ). Der so abgeschätzte Rückgang der PM1-Belastung während der Sperrung des Verkehrs betrug 35%. Neben diesem unerwartet deutlichen Rückgang fand der Bericht aber auch, dass sich die Reduktion im wesentlichen auf die ersten zwei Tage der Sperrung beschränkte. Am dritten Tag war die Belastung praktisch wieder gleich hoch wie bei den anderen Stationen. Ziel dieses Berichts ist es, die Untersuchung der Feinstaubbelastung während der Verkehrssperrung anhand von weiteren Daten zu vertiefen. In den Vergleich sollen auch die Daten der Stationen Bern-Brunngasshalde und Ittigen einbezogen werden, und es sollen auch die meteorologischen Daten und die Daten der Verkehrszähler ausgewertet werden. Ausserdem stehen nun von allen Stationen bereinigte Daten zur Verfügung, während der Bericht vom Februar erst unbereinigte Daten verwenden konnte. Damit sollen insbesondere folgende Fragen beantwortet werden Wie hat sich die PM1-Belastung während der Sperrung im Vergleich mit den anderen Stationen verändert? Wieviel davon ist die Folge der Reduktion des Verkehrs? Warum war der beobachtete Rückgang während der ersten beiden Tage der Sperrung grösser als am dritten Tag? Wie häufig ist ein solches Ereignis, an dem die PM1-Werte vielerorts Maximalwerte erreichen, aber in Bern tiefer liegen als an vergleichbaren Stationen? Hauptziel des Berichts ist es, an einem konkreten Beispiel zu zeigen, dass eine Verringerung des Verkehrs tatsächlich zu einer Reduktion der Feinstaubbelastung führt. Wieviel Prozent Immissionsreduzierung durch eine lokale Reduktion des Verkehrs zu erwarten sind, könnte man im Prinzip auch durch Modellrechnungen ermitteln, und die dazu nötigen Zahlen sind bekannt. Für den Vergleich standen Daten der folgenden Stationen zur Verfügung: Stundenmittelwerte der Daten für PM1, NO, NO2 für die NABEL-Stationen BernBollwerk, Lausanne und Zürich, ausserdem meteorologische Daten und Daten der Verkehrszähler für die Station Bern-Bollwerk, für die Zeit vom , zur 3

4 Verfügung gestellt vom Nationalen Beobachtungsnetz für Luftfremdstoffe NABEL. Ebenfalls vom NABEL stand ein Datensatz mit allen Tagesmittelwerten seit Beginn der PM1-Messung (1997) für die gleichen drei Stationen zur Verfügung. Stundenmittelwerte für PM1, NO, NO2 für die Station Bern-Brunngasshalde, zur Verfügung gestellt vom Amt für Umweltschutz und Lebensmittelkontrolle der Stadt Bern. Stundenmittelwerte für PM1 und meteorologische Daten der Station Ittigen, zur Verfügung gestellt vom Immissionsschutz des beco. 2.1 Charakterisierung der Messstationen Die Schadstoffbelastung an einer gegebenen Messstation wird durch viele Faktoren beeinflusst: Die Emission von Schadstoffen (sowohl grossräumig als auch lokal) Die meteorologischen Bedingungen (Durchlüftung, vertikale Durchmischung, Niederschläge) Die Bebauung und Topografie in der Umgebung der Station (beeinflusst die Durchlüftung) Chemische Umwandlung von Schadstoffen Diese Bedingungen sind an allen Messstationen verschieden. Für den Vergleich charakterisiert man die Stationen nach Standorttypen. Wichtige Kriterien sind dabei die Lage (Stadt/Agglomeration/Land) und die Nähe zu stark befahrenen Strassen. Für die hier betrachteten Stationen sind dies die Standorttypen in Tabelle 1. Station Standorttyp Lage Bern-Bollwerk Stadt, an Hauptstrasse, hohes Verkehrsaufkommen Strassenschlucht, beidseitig bebaut Lausanne (NABEL) Stadt, an Hauptstrasse, hohes Verkehrsaufkommen ca. 8 km SW von Bern Zürich (NABEL) Stadt, in Park ca. 1 km ENE von Bern Bern-Brunngasshalde Stadt, an Strasse, mittleres Verkehrsaufkommen ca. 7 m E von Bollwerk, oberhalb Aarehang, einseitig bebaut Ittigen Agglomeration, an Strasse, mittleres Verkehrsaufkommen ca. 4 km NE von Bollwerk Tabelle 1: Standorttypen 4

5 Jahresmittelwerte PM1 Station Schadstoff Bern Bollwerk, NABEL PM1 Lausanne, NABEL PM1 Bern, Brunngasshalde PM1 Zürich, NABEL PM1 Ittigen PM1 Einheit µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m3 21 Tabelle 2: Jahresmittelwerte der PM1-Messungen aus der Immissionsdatenbank Schweiz für die Jahre 1997 (Beginn der Messung im NABEL) bis 24. Die Datenbank enthält noch keine Werte für 25. Maximale Tagesmittelwerte PM1 Station Schadstoff Einheit Bern Bollwerk, NABEL PM1 µg/m3 Lausanne, NABEL PM1 µg/m3 Bern, Brunngasshalde PM1 µg/m3 Zürich, NABEL PM1 µg/m3 Ittigen PM1 µg/m Tabelle 3: Maximale Tagesmittel der PM1-Messungen aus der Immissionsdatenbank Schweiz für die Jahre 1997 (Beginn der Messung im NABEL) bis 24. Die Tabelle 2 zeigt die Jahresmittelwerte der PM1 Messung aus der Immissionsdatenbank Schweiz. Im Mittel über die Jahre 2 25 beträgt die PM1-Belastung 33 µg/m 3 in Bern-Bollwerk, gegenüber µg/m3 in Lausanne, Bern-Brunngasshalde und Zürich (für Ittigen steht nur ein einzelner Jahresmittelwert in der Datenbank). Die PM1-Belastung ist also am Bollwerk um ca. ein Viertel höher als an den anderen Stationen, und am Standort Bern-Bollwerk wurden fast immer auch die höchsten Tagesmittelwerte gemessen (Tabelle 3). Die höchsten bisher gemessenen Tagesmittelwerte betrugen 149 µg/m 3 (Bollwerk, 23) und 143 µg/m3 (Lausanne, 23). 3 Situation während der Sperrung. 3.1 Situationsplan Die Situation am Bollwerk während der Sperrung ist in Abbildung 1 gezeigt. Die NABEL-Station befindet sich an der Kreuzung Bollwerk-Speichergasse. Dort werden alle gasförmigen Schadstoffe gemessen. Der Meteomast befindet sich auf dem Dach des SBB-Gebäudes westlich der Strasse. Wichtig ist der Ort der PM1-Messung: dieser befindet sich ca. 6 m südlich der eigentlichen NABEL-Station, auf der anderen Strassenseite vor dem SBBGebäude. Der Wasserleitungsbruch ereignete sich noch weiter südlich nahe der Ecke Bollwerk/Neuengasse. Während ein Teil des Verkehrs auch während der Sperrung an der NABEL-Station vorbei in die Speichergasse fahren konnte (grüner Pfeil), war der Verkehr direkt vor der PM1-Messung (roter Pfeil) auf die Busse von Bern-Mobil beschränkt. 5

6 Verkehr offen NABEL-Station MeteoMast PM1 Verkehr Messung gesperrt Wasserleitungsbruch Abbildung 1: Situationsplan für Bern-Bollwerk (Kartenhintergrund Kopie aus dem Stadtplan Bern, (c) Media Swiss AG. 3.2 Resultate der Verkehrszähler Die Verkehrszähler befinden sich auf der Kreuzung vor der NABEL-Station (Bollwerk und Speichergasse) und messen den gesamten Verkehr auf dieser Kreuzung. Fahrzeugtyp DTV DTV : : Veränderung insgesamt Bollwerk gesperrt PW % LW % Total % Tabelle 4: Resultate der Verkehrszähler der NABEL-Station Bern-Bollwerk. DTV: Durchschnittlicher täglicher Verkehr (Anzahl Fahrzeuge pro Tag). 6

7 Tabelle 4 zeigt die Resultate der Verkehrszähler. Personenwagen haben während der Sperrung um 35% abgenommen, während die Zahl der Lastwagen fast gleich blieb. Insgesamt war der Verkehr um 33% reduziert. Von den Lastwagen (genauer: schwere Motorfahrzeuge) entfallen etwa die Hälfte auf Busse von Bern-Mobil. Pro Werktag sind dies im Durchschnitt 922 Busse der Linien 11, 2 und 21. Normalerweise sind die meisten dieser Busse Trolleybusse (Linien 11 und 2), während der Sperrung mussten sie aber durch Dieselbusse ersetzt werden. Nach Angaben von Bernmobil sind noch nicht alle Dieselbusse mit Partikelfiltern ausgerüstet. Auf der Linie 21 verkehren noch ausschliesslich Busse ohne Partikelfilter. Von den Gelenkbussen sind noch 14 (von 7) nicht mit Partikelfiltern ausgerüstet. Zumindest zum Teil könnten also während der Sperrung Trolleybusse durch Dieselbusse ohne Partikelfilter ersetzt worden sein, da diese vorwiegend als Reserve verwendet werden. 3.3 Verkehrssperrung Der Wasserleitungsbruch ereignete sich am frühen Morgen des In der Folge musste das Bollwerk von 6:1 bis 7:3 für allen Verkehr gesperrt werden. Ab 7:3 konnten Busse des öffentlichen Verkehrs wieder einspurig verkehren. In der Nacht vom auf den 1.2. konnte auch der Privatverkehr einspurig verkehren, anschliessend wieder nur Busse des öffentlichen Verkehrs. Ab dem : war die Strasse wieder für allen Verkehr offen. 3.4 Verlauf der Feinstaubbelastung Der Verlauf der PM1-Belastung für die Stationen Bollwerk, Ittigen und Brunngasshalde ist in Abbildung 2 gezeigt. Die Zeiten der Sperrung für den Privatverkehr sind grau markiert. Auffällig ist der starke Tagesgang der PM1-Belastung an allen drei Stationen. Vor und nach der Sperrung findet man die höchsten Spitzenbelastungen für die Station Bollwerk, und zum Teil in Ittigen, an der Brunngasshalde sind sie meist geringer. 7

8 PM1 Bern Bollwerk PM1 Ittigen PM1 Bern Brunngasshalde Sperrung Bollwerk PM1 Stundenmittelwerte [µ g/m3] Zeit (Datum) Abbildung 2: Verlauf der PM1-Belastung für die Stationen Bollwerk, Ittigen und Brunngasshalde. Mit Beginn der Sperrung am Morgen des stiegen die Werte in Ittigen und an der Brunngasshalde fast parallel an, während am Bollwerk allenfalls ein schwacher Anstieg stattfand. Die höchsten Belastungen während der nächsten 48 Stunden findet man fast immer in Ittigen. Die Werte am Bollwerk sind ab dem Mittag des fast gleich wie an der Brunngasshalde, die typische verkehrsbedingte Mehrbelastung am Bollwerk ist verschwunden. Am Morgen des 2.2. fing die Belastung in Bern aber wieder an zu steigen und erreichte während der letzten 24 h der Sperrung fast normal hohe Werte. Ein auffällig starker Rückgang der Belastung am Bollwerk lässt sich also nur während der ersten beiden Tage der Sperrung finden; ein analoges Resultat wurde bereits beim Vergleich mit den Stationen Lausanne und Zürich gefunden. Dieser Vergleich, analog zum ersten Bericht, aber nun mit bereinigen Daten, ist nochmals in Abbildung 3 gezeigt. 8

9 PM1 Bern PM1 Lausanne PM1 Zürich Sperrung Bollwerk PM1 Stundenmittelwerte [µ g/m3] Zeit (Datum) Abbildung 3: Verlauf der PM1-Belastung an den drei NABEL-Stationen Bern, Lausanne und Zürich. 9

10 4 Temperatur ( C) Gobalstrahlung (W/m2) Windgeschwindigkeit (m/s) 6 Sperrung Bollwerk Bern Bollwerk Bern Brunngasshalde Ittigen Windrichtung ( ) PM1 (µ g/m3 ) Zeit (Datum) Abbildung 4: PM1 und Meteodaten für Bern-Bollwerk (rot), Bern Brunngasshalde (grün) und Ittigen (blau). 1

11 3.5 Witterungsverlauf Die Meteodaten für die drei Stationen Bollwerk, Brunngasshalde und Ittigen sind in Abbildung 4 dargestellt. Das unterste Panel zeigt noch einmal die PM1-Belastung. Im zweituntersten Panel erkennt man deutlich, dass am Morgen des fast zeitgleich mit Beginn der Sperrung an allen drei Stationen der Wind von Richtung Nord nach Südost gedreht hat. nach zwei Tagen drehte er dann am 2.2. wieder auf Richtung Nord. Die Winddaten zeigen also einen deutlichen Unterschied in der Windrichtung zwischen den beiden ersten und dem dritten Tag der Sperrung. Während der ganzen Dauer der Sperrung ist die Windgeschwindigkeit an allen drei Stationen sehr gering (kleiner als 2 m/s). Während der ersten Hälfte der Sperrung ist sie an allen drei Stationen fast gleich, erst in der zweiten Hälfte ist sie in Ittigen deutlich kleiner als an den beiden Berner Stationen. Die unterschiedlichen Verläufe der PM1-Belastung in BernBollwerk und Ittigen lassen sich also für den und 1.2. eigentlich nicht direkt durch unterschiedliche Windverhältnisse erklären. Die Daten für die Globalstrahlung (Bollwerk) zeigen (qualitativ) keinen klaren Unterschied zwischen den Tagen vor und während der Sperrung. Erst ab dem 3.2. ändert sie sich markant, offenbar hat hier Bewölkung eingesetzt. Der Temperaturverlauf (oberstes Panel) ist ebenfalls für alle drei Stationen sehr ähnlich. Insgesamt zeigen die Meteodaten also ein Drehen der Windrichtung für alle drei Stationen, hingegen sieht man keine Anzeichen, dass sich dadurch die herrschende Inversionslage zeitgleich mit Beginn der Sperrung aufgelöst hätte. Bern-Bollwerk, Wind Stundenmittelwerte m/s Windrichtung und -geschwindigkeit : : : : : : : : Abbildung 5: Windrose für die Station Bern-Bollwerk. Separate Farben für die beiden Tage vor und die einzelnen drei Tage der Sperrung (jeweils 9: bis 9:). 11

12 Bern-Brunngasshalde, Wind Stundenmittelwerte m/s Windrichtung und -geschwindigkeit : : : : : : : : Abbildung 7: Windrose für die Station Bern-Brunngasshalde. Separate Farben für die beiden Tage vor und die einzelnen drei Tage der Sperrung (jeweils 9: bis 9:). Ittigen, Wind Stundenmittelwerte m/s Windrichtung und -geschwindigkeit : : : : : : : : Abbildung 8: Windrose für die Station Ittigen. Separate Farben für die beiden Tage vor und die einzelnen drei Tage der Sperrung (jeweils 9: bis 9:). 12

13 Die Abbildungen 6 bis 8 zeigen die Windrosen für die drei Stationen Bollwerk, Brunngasshalde und Ittigen. In gelb die beiden Tage vor der Sperrung (Nordwind), in pink und violett die beiden ersten Tage der Sperrung, und in rot der dritte Tag der Sperrung. Unterschiede sieht man allenfalls in der Windrichtung vor der Sperrung (Bern: N, Ittigen: NE), was durch die Topografie erklärbar ist und am dritten Tag, wo die Windgeschwindigkeit in Ittigen deutlich kleiner ist als in Bern. Sichtbar ist ebenfalls ein Unterschied in der Windrichtung zwischen Bollwerk und Brunngasshalde bei Nordwind, wo der Wind offenbar dem Bogen der Aare folgt (Bollwerk: N, Brunngasshalde: NW) bzw. das Bollwerk durch die Grosse Schanze gegen NW abgeschirmt ist. Zumindest während den ersten beiden Tage der Sperrung bestehen in Bezug auf die Winddaten keine grossen Unterschiede zwischen Bern und Ittigen. Da sowohl das Aaretal (Bern) wie auch das Worblental (Ittigen) gegen Südosten offen sind, sind die Durchlüftungsbedingungen während dieser zwei Tage an beiden Orten sehr ähnlich. Die Situation am Bollwerk und an der Brunngasshalde lässt sich nun folgendermassen charakterisieren: Bei Südostwind sind sowohl das Bollwerk wie auch die Brunngasshalde durch Gebäude abgeschirmt und somit schlecht durchlüftet. Am Bollwerk zeigt ausserdem die Windkomponente in Richtung der Strassenschlucht nach Norden, und der Verkehr an der Kreuzung Bollwerk/Speichergasse liegt windabwärts von der PM1-Messung, die verkehrsbedingten Emissionen an dieser Kreuzung erreichen die PM1-Messung nicht. Windaufwärts von der PM1-Messung befinden sich während der Sperrung praktisch keine lokalen Quellen. Bei Nordwind ändert sich die Situation: Da das Bollwerk gegen Norden offen ist, findet jetzt wieder Durchlüftung statt, dasselbe gilt auch für die Brunngasshalde. Der auch während der Sperrung verbleibende Verkehr liegt nun wieder windaufwärts von der PM1-Messung und die lokal erzeugten Schadstoffe können diese erreichen. Ausserdem liegen bei Nordwind auch mehrere stark befahrene Strassen direkt windaufwärts von Bollwerk und Brunngasshalde, so die Lorrainebrücke, die Tiefenaustrasse und der Felsenauviadukt der Autobahn A1. Bei Südostwind liegen windaufwärts von den beiden Messstationen die verkehrsberuhigte Altstadt und Wohnquartiere. 13

14 4 Vergleich der Luftbelastung 4.1 Vergleich der Mittelwerte Mittelwert µg/m3 PM1 Bollwerk Lausanne Zürich Brunngasshalde Ittigen Sperrung: Mittelwert : : µg/m Differenz ( Sperrung Mittelwert ) µg/m Faktor ( Sperrung / Mittelwert ) Tabelle 5: Vergleich der Mittelwerte für die Periode Jan.-Feb. 26 mit dem Wert während der Sperrung. Die Zahlen sind gerundet, deshalb ist die gerundete Differenz nicht immer gleich der Differenz der gerundeten Werte. Die Tabelle 5 zeigt den Vergleich der Mittelwerte der PM1-Belastung an den fünf Stationen. Berechnet sind einerseits die Mittelwerte für die ganze Periode Januar-Februar 26 und für die Sperrung (verschoben um 2-3 Stunden), vom : bis :. Die Zeiten (9: 9:) wurden so gewählt, dass die Mittelwerte immer über Vielfache von 24 h gebildet wurden und um einen (plausiblen) Zeitunterschied zwischen einem Rückgang der Emissionen und einer messbaren Veränderung der Immissionen zu berücksichtigen. In Bern hat sich die PM1-Belastung während der Sperrung etwa verdoppelt (am Bollwerk etwas weniger ausgeprägt als an der Brunngasshalde), während sie sich an den anderen drei Stationen fast verdreifacht hat. Im Vergleich zur ganzen Periode Januar-Februar kann man also nicht von einem absoluten Rückgang der Feinstaubbelastung sprechen, sondern nur von einem weniger starken Anstieg als an den Vergleichsstationen. Eine Reduktion der Belastung am Bollwerk während der Sperrung sieht man also nur im relativen Sinn, wenn man den relativ schwächeren Anstieg in Bern mit dem stärkeren Anstieg an einer anderen Station vergleicht. Für einen solchen Vergleich kann man entweder die Differenzen oder die Faktoren in der Tabelle 5 verwenden. Eine Reduktion (in diesem relativen Sinne) lässt sich dann definieren als R 1= Differenz Bollwerk Differenz Vergleichsstation Mittelwert Sperrung Bollwerk (1) wenn man den am Bollwerk geringeren Anstieg in Beziehung zum Mittelwert während der Sperrung setzt, oder als R2= Faktor Bollwerk 1 Faktor Vergleichsstation (2) wenn man den Faktor am Bollwerk mit dem Faktor an einer Vergleichsstation in Bezug setzt. Als Reduktion erhält man dann, je nachdem mit welcher Station man vergleicht und welche Formel man verwendet, die Werte in Tabelle 6. Die Definitionen in den Formeln (1) und (2) sind etwas willkürlich, so hätte man z.b. als Vergleichswert im Nenner von R1 ebenso gut auch den Mittelwert der Vergleichsstation während der Sperrung nehmen können. 14

15 Vergleichsstation Lausanne Zürich Brunngasshalde: Ittigen Reduktion aus Differenz (R1) -33% -29% -3% -25% Reduktion aus Faktor (R2) -33% -36% -11% -31% Tabelle 6: Reduktion der PM1- Belastung berechnet aus Mittelwerten Im Vergleich zur Station Lausanne erhält man also eine Reduktion um 33%, im Vergleich zu Ittigen von %, im Vergleich zur Brunngasshalde nur um 3 11 %. Diese Resultate lassen sich auf zwei Arten interpretieren: 1. Die Reduktion an beiden Berner Stationen ist das Resultat der meteorologischen Bedingungen. Die geänderten Windverhältnisse haben in Bern frische Luft gebracht, während an den anderen Stationen die Inversionslage unverändert blieb. 2. Die Reduktion ist das Ergebnis der Verkehrsreduktion in der Berner Innenstadt. Durch die Reduktion des Verkehrs in der Innenstadt ist die Luft nicht nur am Bollwerk, sondern auch an der nur 7 m entfernten Brunngasshalde besser geworden. Weil es fast windstill war, konnte eine lokale Reduktion der Emissionen sich sehr stark auswirken. Für beide Interpretationen lassen sich Argumente finden, die Wahrheit liegt wohl irgendwo dazwischen. 4.2 Berechnung der Reduktion mittels Regressionsmodell Die Berechnung der Reduktion mittels der beiden Formeln gibt verschiedene Resultate, ohne dass man die Richtigkeit für eine der beiden Formeln begründen könnte. Konkretere Aussagen lassen sich machen, wenn man der Auswertung ein Modell zugrunde legt. Wir wählen dazu das einfachst mögliche Modell, welches sich folgendermassen formulieren lässt: Die PM1-Belastung hat an allen Stationen die gleichen Ursachen. Die Emissionen und die Modulation durch Ausbreitung, Inversionslagen etc. sind überall gleichartig, aber je nach Station mehr oder weniger ausgeprägt. Insbesondere verschwinden die Immissionen auch überall gleichzeitig, wenn die Emissionen verschwinden. Dies ist ein Modell nullter Ordnung; es ist das einfachst mögliche Modell, mit dem sich die Belastung an verschiedenen Stationen miteinander vergleichen lässt. Wie jedes Modell ist es eine grobe Vereinfachung der Realität. Mathematisch bedeutet es, dass die Messwerte an verschiedenen Stationen zu einander proportional sind; so gilt nach dem Modell etwa für die Stundenmittelwerte M 1 t und M 2 t an zwei Stationen 1 und 2 zum Zeitpunkt t eine lineare Beziehung M 1 t =a 12 M 2 t (3) mit einer Konstanten a 12 für jedes Paar von Stationen. Wenn das Modell streng gelten würde, würden in einem Diagramm, in der die Mittelwerte der beiden Stationen auf den beiden Achsen aufgetragen werden, alle Punkte auf einer Geraden durch den Nullpunkt mit Steigung a 12 liegen. In der Praxis ist das Modell dann anwendbar, wenn die Punkte im Diagramm gut korreliert sind und die Verteilung im statistischen Mittel durch eine solche Gerade angenähert werden kann. Wenn hingegen an einer Station die Bedingungen ändern (z.b. weniger starke Emissionen an Station 1), dann äussert sich das in einem geänderten Koeffizienten a ' 12. Mit einem einfachen Regressionsmodell lassen sich dann Aussagen machen, um welchen Faktor sich die Belastung unter bestimmten Bedingungen geändert hat, und diese Änderung lässt sich in Prozent ausdrücken. Besonders wichtig ist, dass sich mit einer linearen Regression nicht nur eine statistische Aussage über die Grösse der Änderung 15

16 machen lässt, sondern auch eine Abschätzung für den Fehler der so berechneten Grösse. Damit lässt sich im Nachhinein die Güte des Modells überprüfen: Der Fehler des Resultats wird genau dann Null, wenn die Punkte tatsächlich auf einer Geraden durch den Ursprung liegen, und er wird sehr gross, wenn die Punkte nur schlecht durch eine solche Gerade angenähert werden können. Ein weiterer Test für die Güte des Modells ist die Korrelation der Datenpunkte, diese muss nahe bei Eins liegen. Praktisch funktioniert die Anwendung der Methode wie folgt: Wir vergleichen ein Paar von Stationen und bestimmen aus der Verteilung der Messwerte einen Regressionskoeffizienten a 12 unter normalen Bedingungen (hier: Verkehr am Bollwerk offen) und einen zweiten Regressionskoeffizienten b12 unter geänderten Bedingungen (hier: Verkehr am Bollwerk gesperrt). Die relative Änderung R lässt dich dann ausdrücken als R= b12 1 1% a12 (4) Der Fehler von R, R lässt sich aus den Residuen der Regression bestimmen (die Berechnung lässt sich einfach mit MS-Excel durchführen). Für die folgenden Resultate wird ein Konfidenzniveau von 95% (2 -Fehler) verwendet. Die Daten für die Regression Bollwerk gesperrt sind die Stundenmittelwerte von PM1 vom : : ( um 2 3 h verschoben). Als Daten für die Regression Bollwerk offen verwenden wir alle anderen Stundenmittelwerte aus der Periode Der Vergleich der Daten von Bollwerk und Brunngasshalde ist in Abbildung 9 gezeigt. Die Daten für beide Perioden ( gesperrt und offen ) sind sehr gut korreliert und liegen nahe an Geraden durch den Nullpunkt. Die Daten für die ersten beiden Tage und für den dritten Tag der Sperrung sind in verschiedenen Farben dargestellt. Für die Regressionsgerade wurden alle drei Tage in gleicher Weise verwendet. Während der meisten Zeit der Sperrung sind die PM1-Belastungen von Bollwerk und Brunngasshalde fast gleich (nahe der gestrichelten Diagonale), daneben findet man aber erhöhte Werte am Bollwerk, die auch in Abbildung 2 als Peaks sichtbar sind. Die Abbildung 1 zeigt den Vergleich von PM1 zwischen Bollwerk und Ittigen. Hier sind die Punkte schon etwas weniger gut korreliert, insbesondere ist die Näherung mit einer Regressionsgeraden durch den Nullpunkt für die grünen Punkte nicht mehr so gut, was sich auf die Unsicherheit der Resultate auswirken wird. 16

17 Stundenmittelwerte PM PM1 Bern Bollwerk[µ g/m3] PM1 Bern Brunngasshalde [µ g/m ] 3 3 Bollwerk offen Bollwerk gesperrt, erste 2 Tage 3. Tag Sperrung Regression (offen) Regression (gesperrt) Identität Abbildung 9: Vergleich der PM1 Belastung am Bollwerk und an der Brunngasshalde. Die Punkte für die ersten beiden Tage und den dritten Tag der Sperrung sind in separaten Farben gezeigt, sie wurden aber alle für die Regression (rote Kurve) berücksichtigt. Auf der gestrichelten Diagonale ist die Belastung an beiden Stationen gleich. 17

18 Stundenmittelwerte PM PM1 Bern Bollwerk [µ g/m 3] PM1 Ittigen [µ g/m ] 3 Bollwerk offen Bollwerk gesperrt, erste 2 Tage 3. Tag Sperrung Regression (offen) Regression gesperrt Abbildung 1: Vergleich der PM1 Belastung am Bollwerk und an der Brunngasshalde. Die Punkte für die ersten beiden Tage und den dritten Tag der Sperrung sind in separaten Farben gezeigt, sie wurden aber alle für die Regression (rote Kurve) berücksichtigt. 18

19 Station Vergleich mit Rückgang um Korrelation (geschlossen) Korrelation (offen Bollwerk Brunngasshalde 1.9% ± 2.2% Bollwerk Ittigen 26.1% ± 3.7% Bollwerk Lausanne 31.3% ± 4.7% Brunngasshalde Ittigen 16.5% ± 3.2% Tabelle 7: Berechneter Rückgang der PM1-Belastung aus dem Vergleich der Stationen Bollwerk mit Brunngasshalde, Ittigen und Lausanne und der Station Brunngasshalde im Vergleich mit Ittigen. Die zwei letzten Spalten zeigen die Korrelationskoeffizienten für die Daten der entsprechenden Perioden. Die Resultate für den Rückgang der PM1-Belastung am Bollwerk während der Sperrung sind in Tabelle 7 gezeigt, jeweils im Vergleich mit den Stationen Brunngasshalde, Ittigen und Lausanne. Ebenfalls gezeigt ist der Rückgang an der Brunngasshalde relativ zur Station Ittigen. Im Vergleich zur Brunngasshalde ist die Belastung am Bollwerk um 11% zurückgegangen, mit einer Unsicherheit von ± 2%. Relativ zu Ittigen und Lausanne ist der Rückgang deutlich stärker, im Vergleich mit Lausanne ist er ähnlich hoch wie im ersten Bericht (31% hier anstatt 35%), der Unterschied zwischen den beiden Resultaten ist die unterschiedliche Vergleichsperiode (bis bzw. nur bis 6.2.) und die Verwendung von bereinigten Daten anstelle von unbereinigten. Wieviel von diesem Rückgang ist nun auf die Sperrung des Verkehrs zurückzuführen? Sind es die 11% im Vergleich zur Brunngasshalde oder die 26% im Vergleich zu Ittigen? Sicher sind die 11% Rückgang im Vergleich zur Brunngasshalde eine direkte Folge der Verkehrssperrung am Bollwerk. Dies sieht man sehr deutlich in der Abbildung 2: Mit Beginn der Sperrung fangen sich die PM1-Werte von Bollwerk und Brunngasshalde an anzunähern. nach wenigen Stunden sind sie praktisch gleich. Während der Sperrung ist die Belastung zwar am Bollwerk immer noch etwas höher als an der Brunngasshalde, aber weniger ausgeprägt als unter normalen Umständen (Abbildung 9). Direkt nach dem Ende der Sperrung laufen die beiden Kurven dann wieder auseinander, und die Belastung am Bollwerk ist wieder typisch erhöht gegenüber der Brunngasshalde. Da Bollwerk und Brunngasshalde nur wenige hundert Meter voneinander entfernt sind, könnte es auch sein, dass dank der Reduktion des Verkehrs am Bolllwerk auch die Luft an der Brunngasshalde besser geworden ist. Dies wäre dann möglich, wenn durch die Verkehrsreduktion am Nadelöhr Bollwerk/Speichergasse der Verkehr in der ganzen Altstadt entsprechend abgenommen hätte (es gibt nur wenige Einfahrtspunkte für den Verkehr in die Altstadt, und die Speichergasse ist wahrscheinlich der wichtigste). Im extremsten Fall könnte dadurch der Verkehr in der Altstadt und an der Brunngasshalde um maximal die gleichen 33% reduziert worden sein wie an der Zufahrt Speichergasse (in Wirklichkeit sicher um sehr viel weniger). Wollte man nun aber die ganzen 26% Rückgang am Bollwerk im Vergleich zu Ittigen durch die Sperrung des Bollwerks erklären, dann wäre dies auch der Grund für die 16% Rückgang an der Brunngasshalde im Vergleich zu Ittigen. Diese 16% Rückgang an der Brunngasshalde wären dann voll verkehrsbedingt, was aber unmöglich der Fall sein kann: Der Verkehr ist im Durchschnitt für ca. 32% der PM1-Emissionen verantwortlich (NABEL, Luftbelastung 24, Schriftenreihe Umwelt 388, BAFU, 25). Wenn dies wie anzunehmen auch an der Brunngasshalde der Fall ist, kann aber eine lokale Reduktion des Verkehrs um (maximal!) einen Drittel auch unter extremsten Annahmen nie eine Reduktion der verkehrsbedingten Immissionen um die Hälfte (von 32% um 16% auf 16%) bewirken. Der überwie19

20 gende Teil der Reduktion an der Brunngasshalde relativ zu Ittigen muss also sicher den speziellen meteorologischen Verhältnissen zugeschrieben werden. Umgekehrt sind die 11% Reduktion am Bollwerk sicher realistisch. Der Anteil des Verkehrs und auch des lokalen Verkehrs am Bollwerk lässt sich wie folgt abschätzen aus den langjährigen Mittelwerten (Abschnitt 2.1) für Bollwerk und Brunngasshalde. Wir nehmen dazu an, dass für die Brunngasshalde die verkehrsbedingten Emissionen dem schweizerischen Mittelwert von 32% (wie oben zitiert) entsprechen und dass diese Emissionen grossräumig stattfinden. Brunngasshalde: Mittelwert 26 µg/m3, davon 32% oder 9 µg/m 3 (grossräumig) verkehrsbedingt. Bollwerk: Mittelwert 33 µg/m3, davon 9 µg/m3 grossräumig verkehrsbedingt (wie an der Brunngasshalde) und 7 µg/m3 (Differenz zur Brunngasshalde) bedingt durch lokalen Verkehr. Also sind am Bollwerk 48% der PM1 verkehrsbedingt (16 von 33 µg/m 3) und darunter 21% (7 von 33 µg/m3) lokal verkehrsbedingt. Eine Reduktion um 11% entspricht also etwa dem halben Anteil der lokalen, verkehrsbedingten Immission, was durchaus plausibel ist. Die Abschätzung von 48% verkehrsbedingten Emissionen am Bollwerk entspricht im übrigen auch sehr gut dem Wert von 46%, der im NFP41 (C. Hüglin und R. Gehrig, NFP41 Verkehr und Umwelt, Anteil des Strassenverkehrs an den PM1 und PM2.5-Immissionen, BBL/EDMZ, Bern, 2) für den Standort Bern-Bollwerk gefunden wurde. 4.3 Die Feinstaubperiode vom Januar/Februar 26 im Vergleich mit Vorjahren Tagesmittel PM1, in µg/m3 Brunngasshalde Datum Bollwerk Ittigen Lausanne Zürich Maximales Tagesmittel Maximales Tagesmittel 1997 Ende 25* *) Brunngasshalde, Ittigen: bis Ende 24 Tabelle 8: PM1-Tagesmittelwerte während der Wintersmogperiode Ende Januar/Anfang Februar 26 im Vergleich mit den Maximalwerten seit Beginn der PM1-Messung bis Ende 25 (bis Ende 24 für Brunngasshalde und Ittigen, im 25 dürfte das Maximum nicht höher gewesen sein). 2

21 Die Feinstaubperiode von Ende Januar/ Anfang Februar 26 war in jeder Beziehung ein Extremereignis. Durch eine ausgeprägte Inversionslage erreichte die Feinstaubbelastung im gesamten Schweizer Mittelland Maximalwerte, wie es sie in dieser Höhe seit Beginn der PM1-Messungen (1997) noch nie gegeben hatte. Tabelle 8 zeigt die PM1-Tagesmittelwerte für die Woche vom bis für die beiden Berner Stationen, Ittigen und die NABEL Stationen Lausanne und Zürich im Vergleich zu den bisher höchsten gemessenen Tagesmittelwerten. An allen fünf Stationen wurden in dieser Woche die höchsten Tagesmittelwerte seit Beginn der Messung registriert. Auch am Bollwerk wurde am ein Rekordwert erreicht. Dieser ist das Resultat einer extrem hohen Spitze in den frühen Nachtstunden noch vor Beginn der Sperrung (Abbildung 2), welche den Rückgang nach Beginn der Sperrung für den ersten Tagesmittelwert mehr als kompensiert. Genauso extrem ist aber, dass der Tagesmittelwert am Bollwerk am 1.2. um 6 µg/m3 tiefer lag als im Mittel von Lausanne und Zürich, auch eine solche Differenz war seit Beginn der Messung noch nie beobachtet worden. Mitten in die extreme Wintersmogperiode fiel dann die Sperrung des Bollwerks aufgrund des Wasserleitungsbruchs. Der Zufälle nicht genug, haben sich in Bern zeitgleich mit dem Beginn der Sperrung die Windverhältnisse geändert. Alle diese extremen Bedingungen und Zufälle erschweren die Auswertung. Eine viel eindeutigere Antwort, wie stark eine lokale Reduktion der Verkehrs sich auf die PM1-Belastung auswirkt, sollte aber schon bald möglich sein, und zwar am selben Ort: Während dem geplanten Umbau des Berner Bahnhofplatzes soll nämlich der Verkehr am Bollwerk während praktisch einem ganzen Jahr gesperrt werden. Mit einer Vergleichsperiode von einem Jahr anstatt nur drei Tagen würde dann das Resultat nicht mehr durch einzelne extreme Ereignisse und meteorologische Zufälligkeiten bestimmt, so dass viel deutlichere Aussagen gemacht werden könnten. 21

22 5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Ziel dieser Studie war, an einem Einzelereignis beispielhaft zu zeigen, wie sich eine Reduktion des Verkehrs auf die Feinstaubbelastung auswirkt. Der Rückgang der PM1-Belastung am Bollwerk während der Sperrung betrug 11% relativ zur Station Brunngasshalde und 26% bzw. 31% relativ zu den Stationen Ittigen und Lausanne. Der Rückgang von 11% relativ zur Station Brunngasshalde lässt sich nur durch die Reduktion des Verkehrs erklären. Er wurde dadurch begünstigt, dass während der ersten beiden Tage der Sperrung der Wind in der Strassenschlucht auch die Emissionen des verbleibenden Verkehrs in der Speichergasse von der PM1-Messstelle wegwehte und somit die Reduktion der lokalen Quellen maximal war. Der stärkere Rückgang relativ zu den Stationen Ittigen und Lausanne erklärt sich zu einem grossen Teil durch das Drehen des Windes auf Südost während der ersten beiden Tage der Sperrung. Die beiden Berner Stationen gerieten dadurch in den Einfluss von anderen Quellen: Bei Nordwind sind es die stark befahrenen Strassen und die Autobahn A1 im Norden, bei Südostwind sind es die verkehrsberuhigte Altstadt und Wohngebiete, und dies besonders ausgeprägt am Bollwerk während der Sperrung. Der stärkere Rückgang relativ zu Ittigen und Lausanne ist also nur zum Teil eine Folge der Verkehrssperrung. Der Rückgang der PM1-Belastung aufgrund der Reduktion des Verkehrs ist gegeben durch den Rückgang der Belastung relativ zur Station Brunngasshalde und beträgt 11%. Dies entspricht etwa einem Viertel der verkehrsbedingten Belastung am Bollwerk, und etwa der Hälfte der lokal durch den Verkehr erzeugten Belastung. Auch eine lokale Verkehrsreduktion kann also lokal zu einer deutlichen Verminderung der PM1-Belastung führen. Wie stark sie sich im Einzelfall auswirkt, hängt ab von den örtlichen Bedingungen und den momentanen Belüftungsbedingungen. Das hier ausgewertete Ereignis war in mehrfacher Beziehung ein Extremereignis. Noch nie waren die PM1-Immissionen so hoch wie während dieser winterlichen Inversionslage. Umgekehrt waren die Immissionen am Bollwerk aber auch noch nie um soviel tiefer als an vergleichbaren Stationen (städtische Stationen Lausanne und Zürich) wie am mittleren Tag der Sperrung. Fast gleichzeitig mit der Sperrung des Verkehrs hat auch der Wind gedreht. Durch dieses Zusammenfallen von extremen Ereignissen und Zufällen ist die Interpretation der Daten relativ schwierig. Wesentlich bessere Resultate könnte man aus der Auswertung der kommenden, fast einjährigen Sperrung des Bollwerks anlässlich des Umbaus der Berner Bahnhofplatzes erhalten. Diese Daten gelten dann nicht mehr nur für ein einzelnes Extremereignis und sind auch nicht mehr abhängig von den Kapriolen der Meteorologie während einer kurzen Periode. Es wird deshalb vorgeschlagen, diese Studie mit den Daten der einjährigen Sperrung zu wiederholen. Verdankungen Für Auskünfte und für die zur Verfügung gestellten Daten möchte ich mich bedanken bei den Herren R. Weber vom Bundesamt für Umwelt BAFU, H. Bürgy und B. Kohli vom Amt für Umweltschutz und Lebensmittelkontrolle der Stadt Bern und bei Herrn H.P.Burn vom beco. 22