COPERNICUS-Projekt Satellitenbasierte Dienste und mobile Anwendungen für Luftqualität

Transkript

1 Für Mensch & Umwelt Fachsession CAMS - Copernicus Forum 2017 COPERNICUS-Projekt Satellitenbasierte Dienste und mobile Anwendungen für Luftqualität Ute Dauert & Jewgenia Bär Fachgebiet II 4.2 Beurteilung der Luftqualität

2 Gliederung 1. MOTIVATION UND ZIELE DES PROJEKTS 2. ZWISCHENERGEBNISSE 2.1 App-Design 2.2 CAMS 2.3 Wissenschaftliche Hintergründe 2.4.Technische Backend 3. AUSBLICK 2

3 Motivation für das Projekt: Tagesaktuelle Information der Öffentlichkeit 3

4 1. Motivation für das Projekt: Ursachenanalyse Spektakuläres PM 10 -Ereignis am 24. März 2007 in Verbindung mit Ferntransporten zahlreiche Nachfragen aus der Öffentlichkeit machten Analyse erforderlich 4

5 1. Motivation für das Projekt: Nutzung von Satellitendaten und -produkten zu grobe Auflösung zu geringe Datenlage zu wenige Überflüge ohne Wolken aktuell nicht geeignet PM 10 - Jahresmittelwert [µg/m³] aus Statellitendaten, Quelle DLR Anforderungen an Sentinel 5 höhere Auflösung mehr Überflüge Wolkenproblem? Aber: aus Statellitendaten ist Unterscheidung möglich: Saharastaub Vulkanasche oder Abgasfahnen von Vulkanen (z.b. SO 2 ) Staub aus Waldbränden geeignet für Analyse von PM 10 -Episoden, natürliche Quellen als Überschreitungsgrund von Grenzwerten, etc. Wunsch: weitgehend operationell Produkte für UBA verfügbar machen 5

6 1. Motivation für das Projekt: Problemstellung: Schadstoffprognosen Aktuell ausschließlich Ozonprognosen 72 h Punktvorhersagen Interpolation für Deutschland 1-Stunden-Maximumprognose 8-Stunden-Maximumprognose Prognose Schwellenwertüberschreitung Methodik basierend auf einer statistischen Vorhersage in mehreren Stufen Probleme: Bereitstellung/Pflege nicht mehr gewährleistet keine stundengenaue Vorhersage zwischen Punktprognosen wird interpoliert 6

7 1. Ziel des Projektes Qualitative und quantitative Verbesserung des Informationsangebotes des UBA zur Luftqualität für Bürger, Behörden und die Politik Erweiterung des Web-Informationsangebotes um Schadstoffvorhersagen und Ergänzung durch mobile Anwendungen Vereinfachung und Vereinheitlichung der Analyse von Schadstoffereignissen für das UBA und die Landesbehörden, durch Verwendung von Satellitendaten und -produkten Information der Öffentlichkeit über die Ursachen vorübergehend hoher Luftschadstoffbelastungen durch semi-operationelle Verwendung von Satellitendaten und -produkten Laufzeit: 1.Mai 2016 bis 30.Apr

8 2.1 App-Design Die Anforderungsphase ist abgeschlossen Clickdummy und Use Cases Clickdummy Visualisierung des Design und der Abläufe in der App Use Cases Dokumentation der Anforderungen Grundlage für die Funktionalität 8

9 2.1 App-Design 9

10 2.1 App-Design 10

11 2.1 App-Design Menüpunkt Messdaten mitteilen Möglichkeit, die selbst erhobene Daten mit dem UBA zu teilen Daten werden gesammelt, erhalten Zeitstempel, geografische Zuordnung und Einheit Gesammelte Daten sollen auf UBA-Internetseiten für die Öffentlichkeit dargestellt werden Dabei wird aber hingewiesen, dass die selbst gemessenen Daten andere Qualität als die behördlichen Messungen haben und daher nicht direkt vergleichbar sind 11

12 2.2 CAMS Chemie Transportmodelle (= Copernicus Atmosphere Monitoring Service) CAMS Ensemble-Vorhersagen stündliche Prognosen verschiedener Schadstoffe (z.b. PM 10, NO 2, O 3 ) bis zu 96 Stunden 7 Chemie Transport Modelle = ENSEMBLE 0,1 (ca. 10x10 km) horizontale Auflösung unterschiedliche Formate Wie gut ist die CAMS-Vorhersage für Deutschland? Quelle: ate=last&calculationmodel=ensemble&species=o3&level=sfc&offset=000/ 12

13 2.2 CAMS Evaluierung der PM10-Prognose 24 Jan PM 10 -Tagesmittelwerte Messwerte in die Fläche interpoliert CAMS Vorhersage (Tagesmittelwerte aus stündlichen Werten gebildet) 13

14 Tag (13:00) Nacht (04:00) CAMS Evaluierung der Ozon-Prognose Ozonkonzentration (Fläche=Modell, Punkte=Messung) ländlich (<300 m) städtisch und vorstädtisch (<300 m) ländlich (>500 m) 14

15 2.2 CAMS Nachbearbeitung der Prognose PM10-Konzentration wird von Modell unterschätzt, besonders im Maxima ausgeprägt aber ein Muster ist trotzdem erkennbar Ozon-Nachtwerte tendenziell zu hoch und Tagesmaxima zu niedrig zeitlicher Verlauf aber unterhalb von 300 m meist gut prognostiziert mit hohen Korrelationen Korrektur ist notwendig Multiplicative Ratio (z.b. Borrego et al. (2011), McKeen et al. (2005) für O3, PM10 und PM2.5) C corrected mod el day 1 ( h, day ) ( h, day ) C mod N N day 1 C C obs raw mod el ( h, day ) raw el ( h, day ) 15

16 2.2 CAMS Nachbearbeitung der Prognose Korrektur auf PM10-Daten vom 24.Jan :00 angewendet Modell ohne Korrektur Korrektur-Faktor Modell mit Korrektur 16

17 2.2 CAMS Nachbearbeitung der Prognose Messwerte (in die Fläche interpoliert) CAMS Vorhersage (korrigiert) 17

18 2.2 CAMS Nachbearbeitung der PM 10 -Prognose Tagesmittelwerte an der Station DEBY009-Bamberg TMW_Messung TMW_Modell TMW_Modell_kor µg/m

19 2.2 CAMS Ausblick für das UBA-Projekt Evaluierung der CAMS Prognosen (Ensemble) auch für NO 2 Evaluierung einzelner CAMS Modelle z.b. für PM 10 Ergänzendes Forschungsprojekt (12 Monate) zur kurzfristigen Korrektur der CAMS-Prognosen für Ozon, PM 10 (NO 2?) Kooperation mit DWD zur Korrektur der CAMS Prognosen mit MOS 19

20 2.3 Wissenschaftlicher Hintergrund App-Nutzer findet unter dem Menüpunkt Weitere Infos Information über einzelne Schadstoffe, Luftqualitätsindex sowie Verhaltensempfehlungen Die Texte für einzelne Schadstoffe sind verkürzte Texte von UBA-Internetseite Verlinkungen zur UBA-Internetseite für ausführlichere Information Luftqualität - Bewertung der Luftqualität auf Basis der Beurteilung für die einzelnen Schadstoffe. Dabei haben wir uns an geltender Gesetzgebung orientiert und an den Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) Kategorie NO 2 (µg/m³) PM 10 (µg/m³) O 3 (µg/m³) Sehr gut Gut Moderat Schlecht Sehr schlecht > > >

21 2.3 Wissenschaftliche Hintergrund Diese Tabelle entstand im Zusammenarbeit mit unsere Gesundheitsabteilung Luftqualität Sehr gut Gut Moderat Schlecht Sehr schlecht Empfehlungen Genießen Sie Ihre Aktivitäten im Freien, gesundheitlich nachteilige Wirkungen sind nicht zu erwarten. Genießen Sie Ihre Aktivitäten im Freien, gesundheitlich nachteilige Wirkungen sind nicht zu erwarten. Kurze Aufenthalte bei diesen Konzentrationen sind unschädlich. Kommen jedoch mehrere Luftschadstoffe zusammen vor oder setzen Sie sich einem Stoff längere Zeit aus, sind gesundheitliche Effekte nicht ausgeschlossen. Zusätzliche Reize, z.b. ausgelöst durch Pollenflug, können die Wirkung der Luftschadstoffe verstärken, so dass Gesundheitseffekte bei empfindlichen Personen (z.b. mit Asthma) wahrscheinlicher werden können. Bei empfindlichen Personen können nachteilige gesundheitliche Wirkungen auftreten. In Kombination mit weiteren Luftschadstoffen ist dies auch bei weniger empfindlichen Personen möglich. Besonders empfindliche Personen sollten körperlich anstrengende Tätigkeiten im Freien vermeiden. Negative gesundheitliche Auswirkungen können auftreten. Wer empfindlich ist oder vorgeschädigte Atemwege hat, sollte körperliche Anstrengungen im Freien vermeiden. 21

22 2.4 Technisches Backend Aktuell wird im UBA ein Backend für die App entwickelt Ziel: Bereitstellung stündlicher CAMS-Daten für NO 2, O 3 und PM 10 Für das Backend werden benötigt: Karten (Unterteilung in Konzentrations- und Klassenkarten) Vorhersagewerte Aktuelle Luftmesswerte von den Messstationen Download der CAMS-Daten sowie Bereitstellung aktueller Karten und Vorhersagewerte mittels Extract-Transform-Load-Process (ETL-Prozess) Momentan in Entwicklung 22

23 3. Ausblick Entwicklung Clickdummy / Use Cases (Funktionalitäten, Layout) ist abgeschlossen Programmierung der App beginnt im April 2017 Das Backend für die App wird momentan (durch das UBA) entwickelt Die Evaluierung der CAMS-Prognosen wird weiterhin fortgeführt, insbesondere im Hinblick auf Schwellenwertüberschreitungen Eine operationelle Nachbereitung der CAMS-Prognosen für Deutschland soll entwickelt werden (UFOPLAN-Vorhaben) Einbindung der Ergebnisse in den operationellen Betrieb der UBA-Webseite 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ute Dauert Jewgenia Bär / Hier steht der Veranstaltungstitel in 12 Punkt 24