Anforderungen an Copernicus-Dienste für die Luftreinhalteplanung aus Sicht einer Großstadt

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Julius Armbruster
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Luftreinhalteplanung Fragestellungen & erforderliche Tools Anwendungsmöglichkeiten für COPERNICUS/ MAC-

1 Anforderungen an Copernicus-Dienste für die Luftreinhalteplanung aus Sicht einer Großstadt Martin Lutz Dr. Andreas Kerschbaumer Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Anforderungen an die Luftreinhalteplanung Fragestellungen & erforderliche Tools Anwendungsmöglichkeiten für COPERNICUS/ MAC- II Produkte Momentane Grenzen, Nutzerwünsche, Fazit Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

2 Luftreinhaltepläne inhaltliche Vorgaben Wo und wie groß sind Luftqualitätsprobleme? Beurteilung der Belastung relativ zu den Grenzwerten Größe des Überschreitungsgebiet, Trends Herkunft der Belastung: räumlich, nach Quellsektoren, Höhe des Beitrags Quellanalysis Skala: lokal, urban, regional, kontinental Quantitative Quellzuordnung Quellsektoren: Verkehr, Industrie, Haushalte, Reichen bisherige Maßnahmen für Grenzwerteinhaltung? Wirkungsabschätzung bereits geplanter Maßnahmen und Regelungen Inkl. Wirkungen nationaler und EU-weiter Maßnahmen Wenn nein, welche zusätzliche Maßnahmen sind nötig? Werden Grenzwerte eingehalten? Wirkungsabschätzung zusätzlicher Maßnahmen inkl. Grenzwerteinhaltung Potentielle Anwendung für Copernicus Produkte, wie großräumige Verteilung von Satellitenmessdaten Simulationsmodelle Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

Luftbelastung räumlich/zeitliche Struktur relevant für Modellierung Grenzwertüberschreitungen (nicht nur) in Deutschland für Feinstaub (PM10) und NO2 Kenngröße: 36.

Faktor 2 über Grenzwert Probleme in fast allen großen Städten PM10: verkehrsnah & Hintergrund Rückgang der Belastung, Überschreitungen nur noch vereinzelt Höchste Hintergrundbelastung in

3 Luftbelastung räumlich/zeitliche Struktur relevant für Modellierung Grenzwertüberschreitungen (nicht nur) in Deutschland für Feinstaub (PM10) und NO2 Kenngröße: 36. höchster 24h-Mittelwert im Kalenderjahr = 90.4 Perzentil Kenngröße: Jahresmittelwert meist städtische Bereiche betroffen NO2: ausschließlich verkehrsnah Belastung hoch z. T. Faktor 2 über Grenzwert Probleme in fast allen großen Städten PM10: verkehrsnah & Hintergrund Rückgang der Belastung, Überschreitungen nur noch vereinzelt Höchste Hintergrundbelastung in Nordost-Deutschland wg. grenzüberschreitendem PM10-Transport NO2: grobe zeitliche Auflösung, sehr hohe räumliche Differenzierung PM: höhere zeitliche Auflösung, hohe räumliche Differenzierung, kleine Änderungen wichtig Jahresmittel NO Grenzwert 40 µg/m³ Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

Luftbelastung in Ballungsräumen räumliche Struktur Beispiel Feinstaub (PM10) Stadtgebiet ländlicher Raum Grenzwert 40 35 30 25 20 15 10 PM10 [µg/m³] Verkehr, lokale Quellen urban background

4 Luftbelastung in Ballungsräumen räumliche Struktur Beispiel Feinstaub (PM10) Stadtgebiet ländlicher Raum Grenzwert PM10 [µg/m³] Verkehr, lokale Quellen urban background regionaler Hintergrund Beitrag hot spots Beitrag urbaner Hintergrund hemispherischer/natürlicher Hintergrund gesamter städtischer Beitrag relevant für lokale Maßnahmenplanung Luftgüte-Messstellen MAC-II Support durch großräumige Schadstoffsimulationen, u.a zur Ursachenanalyse Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

Luftreinhalteplanung in Städten Unterstützung durch MAC-II

Quellenzuordnung & Szenario-Analyse Regionaler Hintergrund

~30x30 km 2 4x4 km 2 MAC-II Support durch großräumige

Scenarios Analyse von Schadstoffepisoden Routinemäßige

5 Luftreinhalteplanung in Städten Unterstützung durch MAC-II Modellanwendung mehrskalige Modellierung für LQ Beurteilung & Quellenzuordnung & Szenario-Analyse Regionaler Hintergrund Straßenschluchtskala Großräumiger Hintergrd Urbaner Hintergrund ~30x30 km 2 4x4 km 2 MAC-II Support durch großräumige Schadstoffsimulationen für Ursachenanalyse Langfristige Policy Scenarios Analyse von Schadstoffepisoden Routinemäßige Kurzfristvorhersagen 1x1 km 2 Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

6 Ursachenanalyse durch Modellierung Untersuchung von PM10 Episoden Beispiel: großräumige MAC-II Analysen Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

geprägt Quelle: IVU, Reimer/Stern, 2012 Anteil der Quellen außerhalb

7 Ursachenanalyse durch Modellierung Import/Eigenanteile an der PM10 Belastung Beispiel: Nullemissionen in Brandenburg Ferntransport lokal geprägt Quelle: IVU, Reimer/Stern, 2012 Anteil der Quellen außerhalb Brandenburgs Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

15 µg/m³ Stadtrand Externer Beitrag Unterschätzung des Stadtanteils, weil urbane Skala (noch) nicht

8 Ursachenanalyse durch Modellierung Import/Eigenanteile an PM10 Belastung Beispiel: MAC-II City Contribution Simulation für Berlin Messung 21/11, 24h Mittel: 30 µg/m³ Verkehr 20 µg/m³ urbaner HG 15 µg/m³ Stadtrand Externer Beitrag Unterschätzung des Stadtanteils, weil urbane Skala (noch) nicht aufgelöst wird lokaler Beitrag durch Berlin Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

Luftreinhalteplanung Berlin 2011-17 Simulation von Maßnahmenszenarien PM10 2015 Überschreitung 24h-Grenzwert Trend scenario plus 60% weniger Emissionen aus Hausheizung & Nachrüstung

9 Luftreinhalteplanung Berlin Simulation von Maßnahmenszenarien PM Überschreitung 24h-Grenzwert Trend scenario plus 60% weniger Emissionen aus Hausheizung & Nachrüstung mobiler Maschinen mit Rußfiltern >9 km Grenzwertüberschreitungen im Hauptstraßennetz mit mehr als 8500 betroffenen Anwohnern Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

10 Modellsimulation Problem der Auflösung der urbanen Skala Beispiel Großraum Berlin 8 x 7 km² Quelle: PAREST Endbericht, Builtjes et. Al, x 14 km² 2 x 2 km² Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

11 Luftreinhalteplanung Berlin Simulation von Maßnahmenszenarien PM10 Prognose der Wirkung verschiedener zusätzlicher Maßnahmenbündel zur Reduzierung der PM10-Belastung in 2015 & 2020 Mögliche Anwendung von MAC-II Modellergebnissen Expected decrease of particle (PM 10) pollution* in Berlin Trend 2020 regional BG urban increment local increment -5% -14% -23% traffic measures & ban of solid fuel for small combustion & off road machinery with PF -3% -19% -28% traffic management & vehicle technology -3% -8% -28% monitoring sites Trend % -3% -9% Urban areas 40 Traffic, local sources PM10 [µg/m³] urban background regional background hemispheric/natural background countryside hot spot total urban increment contribution relevant for AQ LV urban compliance increment annual average PM10 [µg/m³] 24h-limit value * averaged over 27 traffic hot spots, based on modelling Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

12 Fazit Nutzung Copernicus-Dienste und -Daten Nutzungsmöglichkeiten? Anwendung der MAC-II Modellergebnisse für Szenariensimulation zur Wirkung von Maßnahmen Randwerte als Input für eigene Rechnungen in 1x1 km und Straßenschlucht Fokus Langfrist, EU-weit & regional Aktuelle EU-Minderungsszenarien routinemäßig & DE-weit/regional on demand die Ursachenanalyse Beispiel: PM10-Beitrag aus Quellen in PL oder der Region (in Episoden routinemäßig und langzeitlich on demand) Relevanz i.r. eines Vertragsverletzungsverfahrens und VG Verfahrens Veröffentlichung routinemäßiger kurzfristiger Schadstoffprognosen für den Großraum Berlin/Brandenburg auf unserer Webseite Ozon Problem: Mangelnde räumliche Auflösung vor allem bei NO2 und PM Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

13 Fazit Nutzung Copernicus-Dienste und -Daten Anforderungen, Forschungs- und Entwicklungsbedarf gibt es? Höhere Auflösung der urbanen Skala Verknüpfung mit Hotspot-Messdaten (für Analyse Ist-Zustand) und höher aufgelösten Modellrechnungen (Nesting) oder statistischen Verfahren (für Prognose) Hindernisse für operationelle Nutzung? Fehlender lokaler Beitrag und damit systematische Unterschätzung Anregungen? Routinemäßiges Nesting für ausgewählte Ballungsräume Design von (nationalen/regionalen) Policy Scenarios on demand Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! martin.lutz@senstadt.berlin.

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Der Berliner Luftreinhalteplan im Internet: Mai 2012 Martin Lutz 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November

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