F A C H I N F O R M A T I O N Nr. 1/8 Feinstaub und Stickstoffdioxid im Stadtgebiet von Aschersleben Bericht über den Einsatz des Luftmessfahrzeugs
Fachbereich 3 : Immissionsschutz, Klimaschutz
Inhalt 1. Einleitung...3 2. Standort des Messfahrzeugs...3 3. Messprogramm...5 4. Darstellung und Bewertung der Messergebnisse...5 4.1 Partikel PM 1...5 4.2 Stickstoffdioxid (NO 2 )...8 5. Zusammenfassung...1
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Lageplan zum Standort des Messfahrzeugs in Aschersleben... 3 Abbildung 2: Blick auf den Standort des Messfahrzeugs in Richtung Westen... 4 Abbildung 3: Standort des Messfahrzeugs inmitten des regelmäßig stattfindenden Markttreibens... 4 Abbildung 4: Vergleich der Tagesmittelwerte vom Messfahrzeug (Johannistorturm) und Verkehrsmessstation (Hinter dem Zoll) in Aschersleben, 1. Messperiode... 6 Abbildung 5: Vergleich der Tagesmittelwerte vom Messfahrzeug (Johannistorturm) und Verkehrsmessstation (Hinter dem Zoll) in Aschersleben, 2. Messperiode... 6 Abbildung 6: Mittelwerte der Messperioden, Belastungsdifferenzen und daraus abgeleitete Jahresmittelwerte für Partikel PM 1 (Johannistorturm Hinter dem Zoll)... 7 Abbildung 7: Statistischer Zusammenhang zwischen dem Jahresmittelwert von PM 1 und der Anzahl Tage mit einem PM 1 -Tagesmittelwert > 5 µg/m 3... 8 Abbildung 8: Verlauf der NO 2 -Konzentrationen (,5-h-Mittelwerte) im Vergleich Johannistorturm und Hinter dem Zoll (1. Messperiode)... 8 Abbildung 9: Verlauf der NO 2 -Konzentrationen (,5-h-Mittelwerte) im Vergleich Johannistorturm und Hinter dem Zoll (2. Messperiode)... 9 Abbildung 1: Mittelwerte der Messperioden, Belastungsdifferenzen und daraus abgeleiteter Jahresmittelwert für Stickstoffdioxid... 1 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Messprogramm Immissionsmessfahrzeug (Johannistorturm)... 5 Tabelle 2: Messprogramm Verkehrsmessstation (Hinter dem Zoll)... 5 2
Auf dem Graben 1. Einleitung Auf Initiative der Stadt Aschersleben wurden durch das Landesamt für Umweltschutz Ende 7 und Mitte 8 orientierende Messungen von Feinstaub (PM 1 ) im Stadtzentrum von Aschersleben durchgeführt. Die Messungen erfolgten auf dem Platz vor dem Johannistorturm mittels Immissionsmessfahrzeug. Vorrangiges Ziel war die Erfassung der Immissionsbelastung, speziell der Feinstaubkonzentrationen, und der Vergleich mit den Werten der Verkehrsmessstation in der Straße Hinter dem Zoll. Gegenstand dieses Messberichtes ist die Dokumentation des Standortes und die Darstellung sowie die Auswertung der im Rahmen des Messprogramms erhobenen Daten. 2. Standort des Messfahrzeugs Der Standort für das Messfahrzeug wurde in Abstimmung mit der Stadt Aschersleben ausgewählt und befand sich auf einem zentralen Platz unmittelbar am Johannistorturm (Abbildung 1). Die Verkehrsmessstation in der Straße Hinter dem Zoll befindet sich in einer Entfernung von ca. 7 m nordwestlich von diesem Standort. Hinter dem Zoll Verkehrsmessstation Magdeburger Straße Geschwister-Scholl-Straße Standort Messfahrzeug Johannistorturm Abbildung 1: Lageplan zum Standort des Messfahrzeugs in Aschersleben 1 1 Basis: CIR-Orthofotos Sachsen-Anhalt (5) 3
Die Messungen wurden innerhalb von zwei zeitlich weit auseinander liegenden Messperioden durchgeführt. Die erste Messperiode erstreckte sich vom 24.1. bis zum 3.12.7 und die zweite Messung fand im Zeitraum 14.5. bis 16.6.8 statt. Diese aus methodischen Gründen notwendige Splittung stellt sicher, dass unterschiedliche meteorologische Bedingungen (quasi Sommer/Winter) berücksichtigt werden. Aus den nachfolgenden Abbildungen 2 und 3 ist der Standort des Fahrzeugs und dessen Umgebung ersichtlich. Abbildung 2: Blick auf den Standort des Messfahrzeugs in Richtung Westen Abbildung 3: Standort des Messfahrzeugs inmitten des regelmäßig stattfindenden Markttreibens Die Gauß-Krüger-Koordinaten für den Standort des Messfahrzeugs lauten wie folgt: 44 62 719 (Rechtswert) und 57 36 26 (Hochwert). Der Standort befindet sich auf einem Niveau von 115 m ü.nn. 4
3. Messprogramm Das Messprogramm beschränkte sich auf die Luftschadstoffe Feinstaub (PM 1 ), Ozon, Stickstoffoxide (NO, NO 2 ) und Schwefeldioxid, wobei die Erfassung der Feinstaubbelastung den eigentlichen Schwerpunkt der Messungen bildete. Darüber hinaus erfolgte die Erhebung verschiedener meteorologischer Kenngrößen. Einzelheiten zu den erhobenen Parametern finden sich in der nachfolgenden Tabelle 1. Darüber hinaus ist der Tabelle 2 das Messprogramm an der Verkehrsmessstation in der Straße Hinter dem Zoll zu entnehmen. Gegenstand dieses Messberichtes ist jedoch ausschließlich die Feinstaub- und Stickstoffdioxidbelastung. Tabelle 1: Messprogramm Immissionsmessfahrzeug (Johannistorturm) gemessene Schadstoffe Messgerätetyp Messprinzip DIN/EN-Norm Partikel PM 1 FH62-IR HVS DHA-8 Beta-Absorption Gravimetrie DIN EN 12341 Stickstoffmonoxid (NO), TE42C Chemilumineszenz DIN EN 14211 Stickstoffdioxid (NO 2 ) Schwefeldioxid (SO 2 ) AF 21M Fluoreszenz DIN EN 14212 Kohlenmonoxid (CO) TE 48 Infrarot-Absorption DIN EN 14626 meteorologische Parameter relative Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit Tabelle 2: Messprogramm Verkehrsmessstation (Hinter dem Zoll) gemessene Schadstoffe Messgerätetyp Messprinzip DIN/EN-Norm Partikel PM 1 HVS DHA-8 Gravimetrie DIN EN 12341 Stickstoffmonoxid (NO), APNA 36 Chemilumineszenz DIN EN 14211 Stickstoffdioxid (NO 2 ) BTEX CP71 Gaschromatographie DIN EN 14662-3 4. Darstellung und Bewertung der Messergebnisse 4.1 Partikel PM 1 Im Ergebnis der Auswertung der beiden Messperioden konnte im Vergleich mit der Verkehrsmessstation in der Straße Hinter dem Zoll dem ausgewiesenen Hotspot der Stadt Aschersleben für den Standort am Johannistorturm eine erheblich geringere Feinstaubbelastung ermittelt werden. Die nachfolgenden Abbildungen 4 und 5 visualisieren die Ergebnisse der Messungen auf der Basis von Tagesmittelwerten im Vergleich der beiden Messstandorte. Die Tagesmittelwerte wurden an beiden Standorten mit Hilfe des Probenahmeverfahrens (gravimetrische Bestimmung) ermittelt. 5
1 9 8 µg/m 3 Vergleich der Tagesmittelwerte Partikel PM 1 (Gravimetrie) in Aschersleben Mittelwerte [µg/m 3 ] Anzahl ÜS Johannistorplatz: 21,2 Hinter dem Zoll : 31,7 8 1. Messperiode 7 6 5 Konzentrationswert 3 1 24.1.7 25.1.7 26.1.7 27.1.7 28.1.7 29.1.7 3.1.7 31.1.7 1.11.7 2.11.7 3.11.7 4.11.7 5.11.7 6.11.7 7.11.7 Johannistorplatz 8.11.7 9.11.7 1.11.7 11.11.7 12.11.7 13.11.7 14.11.7 15.11.7 16.11.7 17.11.7 18.11.7 Hinter dem Zoll 19.11.7.11.7 21.11.7 22.11.7 23.11.7 24.11.7 25.11.7 26.11.7 27.11.7 28.11.7 29.11.7 3.11.7 1.12.7 2.12.7 Abbildung 4: Vergleich der Tagesmittelwerte vom Messfahrzeug (Johannistorturm) und Verkehrsmessstation (Hinter dem Zoll) in Aschersleben, 1. Messperiode 1 9 8 µg/m 3 Vergleich der Tagesmittelwerte Partikel PM 1 (Gravimetrie) Mittelwerte [µg/m 3 ] Anzahl ÜS Johannistorplatz: 21,7 Hinter dem Zoll : 3,1 1 2. Messperiode 7 6 5 Konzentrationswert 3 1 14.5.8 15.5.8 16.5.8 17.5.8 18.5.8 19.5.8.5.8 21.5.8 22.5.8 23.5.8 24.5.8 25.5.8 Johannistorplatz 26.5.8 27.5.8 28.5.8 29.5.8 3.5.8 31.5.8 1.6.8 2.6.8 3.6.8 4.6.8 5.6.8 6.6.8 Hinter dem Zoll 7.6.8 8.6.8 9.6.8 1.6.8 11.6.8 12.6.8 13.6.8 14.6.8 15.6.8 Abbildung 5: Vergleich der Tagesmittelwerte vom Messfahrzeug (Johannistorturm) und Verkehrsmessstation (Hinter dem Zoll) in Aschersleben, 2. Messperiode Es sind deutliche Belastungsunterschiede zwischen beiden Standorten erkennbar, was sich sowohl in den für die jeweilige Messperiode berechneten Mittelwerten als auch sehr deutlich in der Anzahl der Überschreitungstage widerspiegelt. Am auffälligsten sind die Unterschiede in der Herbst-/Wintermessperiode, größte Differenz: rd. 56 µg/m 3 (am 23.11.7). Gleichzeitig existieren dort jedoch auch Zeitabschnitte, wo im Grunde keine Belastungsunterschiede erkennbar sind. An diesen Tagen konnte es aufgrund günstiger Austauschbedingungen (meteorologisch bedingt) zu keiner Anreicherung der PM 1 -Konzentration im Bereich der Verkehrsmessstation kommen, so dass dort das gleiche Belastungsniveau wie am Johannistorturm vorlag. 6
In der 2. Messperiode lagen die Konzentrationen an der Verkehrsmessstation im Minimum um 1,6 µg/m 3 und maximal um 27 µg/m 3 höher als am Johannistor. Betrachtet man den Gesamtzeitraum beider Messungen, so ergibt sich eine durchschnittliche Differenz von rd. 1 µg/m 3 zwischen dem Standort am Johannistorturm und der Verkehrsmessstation (Abbildung 6). Diese Differenz entspricht im Wesentlichen der verkehrsbedingten Zusatzbelastung in der Straße Hinter dem Zoll. 35 3 µg/m 3 31,7 Mittelwerte der Messperioden 3,1 31, Partikel PM 1 Differenz: 1,5 µg/m 3 Differenz: 8,4 µg/m 3 Differenz: 9,6 µg/m 3 Differenz: 9,6 µg/m 3 28,3 25 21,2 21,7 21,4 18,7* 15 1 5 24.1. - 2.12.7 14.5. - 15.6.8 Gesamtzeitraum Jahresmittel 7 Johannistor Hinter dem Zoll * abgeleiteter Wert Abbildung 6: Mittelwerte der Messperioden, Belastungsdifferenzen und daraus abgeleitete Jahresmittelwerte für Partikel PM 1 (Johannistorturm Hinter dem Zoll) Legt man die festgestellte Belastungsdifferenz von rd. 1 µg/m 3 zu Grunde und überträgt diese auf den PM 1 -Jahresmittelwert 7 der Verkehrsmessstation (28 µg/m 3 ), so ergibt sich ein daraus abgeleiteter Jahresmittelwert von rd. 19 µg/m 3 für den Standort Johannistor. Aus dem statistisch gesicherten Zusammenhang 2 zwischen dem Jahresmittelwert von PM 1 und der Anzahl der Tage mit Tagesmittelwerten PM 1 > 5 µg/m 3 ein Jahresmittelwert von 3 µg/m 3 entspricht 35 Überschreitungen lässt sich hier die Schlussfolgerung ziehen, dass bei einem Jahresmittelwert von 19 µg/m 3 mit weniger als 1 Überschreitungen zu rechnen wäre und mithin keinerlei Grenzwertrelevanz für den untersuchten Standort besteht (vgl. Abbildung 7). 2 Beziehung zwischen Jahresmittelwert (PM1 ) und der Anzahl an Überschreitungen des Tagesmittelwertes für PM 1 an Verkehrsmessstationen in Sachsen-Anhalt (1 7) 7
1 Beziehung zwischen Jahresmittelwert (PM 1) und der Anzahl an Überschreitungen des Tagesmittelwertes für Verkehrsmessstationen in Sachsen-Anhalt Anzahl Überschreitungen 1 8 6 Jahresmittelwert von 3 µg/m³ = 35 Überschreitungen y = 4,4316x - 98,444 R 2 =,9192 max. 35 Überschreitungen zulässig Zeitraum: 1-7 15 25 3 35 45 5 Jahresmittelwert [µg/m 3 ] Abbildung 7: Statistischer Zusammenhang zwischen dem Jahresmittelwert von PM 1 und der Anzahl Tage mit einem PM 1 -Tagesmittelwert > 5 µg/m 3 4.2 Stickstoffdioxid (NO 2 ) Die nachfolgende Abbildung 8 zeigt den Verlauf der NO 2 -Konzentrationen am Johannistorturm im Vergleich zur Straße Hinter dem Zoll für die erste Messperiode vom 24.1. 3.12.7 (die halben Tage bei Auf-/Abbau des Messfahrzeugs wurden nicht ausgewertet). 1 1 µg/m 3 Mittelwerte [µg/m 3 ] Johannistorplatz: 19 Hinter dem Zoll: 27 Stickstoffdioxid 1. Messperiode 1 8 6 24.1. 27.1. 3.1. 2.11. 5.11. 8.11. 11.11. 14.11. 17.11..11. 23.11. 26.11. 29.11. 2.12. Aschersleben (Hinter dem Zoll) Messfahrzeug/Johannistorturm Abbildung 8: Verlauf der NO 2 -Konzentrationen (,5-h-Mittelwerte) im Vergleich Johannistorturm und Hinter dem Zoll (1. Messperiode) Analog zum Feinstaub sind auch beim Stickstoffdioxid deutliche Belastungsunterschiede zwischen den beiden Standorten erkennbar. Darüber hinaus zeigen sich im Vergleich auch deutliche Parallelen zum Verlauf PM 1 -Belastung. Als vergleichsweise gering belastet ist demzufolge bei beiden Komponenten in etwa der Zeitraum vom 6.11. 15.11.7 zu 8
bewerten, gleichzeitig sind die Belastungsunterschiede in dieser Zeit sehr gering bzw. nicht vorhanden. Die Ursachen dafür sind in den Witterungsbedingungen begründet, es war überwiegend kalt, regnerisch und zum Teil sehr windig. Etwa ab dem 8. November wurde es darüber hinaus sehr stürmisch, in den Mittelgebirgen und an der Nordseeküste traten sogar Orkanböen auf (Quelle: DWD Witterungsreport, 11/7). An den Folgetagen wurde dann auch an beiden Standorten die niedrigste Belastung für Stickstoffdioxid und Feinstaub gemessen. In der zweiten Messperiode traten die Belastungsunterschiede noch deutlicher zu Tage, denn es fand keine witterungsbedingte Nivellierung des unterschiedlichen Belastungniveaus statt (Abbildung 9). 1 1 µg/m 3 Mittelwerte [µg/m 3 ] Johannistorplatz: 13 Hinter dem Zoll: 29 Stickstoffdioxid 2. Messperiode 1 8 6 14.5. 17.5..5. 23.5. 26.5. 29.5. 1.6. 4.6. 7.6. 1.6. 13.6. 16.6. Aschersleben Messfahrzeug/Johannistorturm Abbildung 9: Verlauf der NO 2 -Konzentrationen (,5-h-Mittelwerte) im Vergleich Johannistorturm und Hinter dem Zoll (2. Messperiode) Es wird insbesondere beim Vergleich der für den Messzeitraum berechneten Mittelwerte deutlich, dass ohne Zweifel in der Straße Hinter dem Zoll ein höheres NO 2 -Belastungsniveau vorliegt. Der Unterschied in der Belastungshöhe lag zwischen 8 und 16 µg/m 3 und im Mittel bei 12 µg/m 3 (Abbildung 1). Legt man diesen Belastungsunterschied zu Grunde und überträgt ihn auf den gemessenen NO 2 -Jahresmittelwert (7) der Station in der Straße Hinter dem Zoll (34 µg/m 3 ), so ergibt sich ein daraus abgeleiteter Jahresmittelwert für 7 von rd. 22 µg/m 3 für den Standort Johannistor. Die Belastung läge damit nur bei 55% des ab 1 gültigen Jahresgrenzwertes ( µg/m 3 ) und wäre mithin nicht grenzwertrelevant. Für die Straße Hinter dem Zoll lässt sich hingegen eine Grenzwertrelevanz zumindest unter den aktuell dort gegebenen Bedingungen nicht sicher ausschließen. Zwar lag der 7 gemessene Jahresmittelwert deutlich unter dem zukünftigen Grenzwert, aber das vergangene Jahr war allgemein im Land Sachsen- Anhalt durch eine relativ niedrige Belastung u.a. bei Stickstoffdioxid gekennzeichnet. 9
5 45 µg/m 3 Mittelwerte der Messperioden Stickstoffdioxid Differenz: 8 µg/m 3 Differenz: 16 µg/m 3 Differenz: 12 µg/m 3 Differenz: 12 µg/m 3 35 Grenzwert (ab 1 gültig) 34 3 27 29 28 25 22* 15 19 13 16 1 5 24.1. - 2.12.7 14.5. - 15.6.8 Gesamtzeitraum Jahresmittel 7 * abgeleiteter Wert Messfahrzeug (Johannistorturm) Aschersleben (Hinter dem Zoll) Abbildung 1: Mittelwerte der Messperioden, Belastungsdifferenzen und daraus abgeleiteter Jahresmittelwert für Stickstoffdioxid Im Vergleich der Messperioden fällt ebenfalls auf, dass die NO 2 -Belastung in der Straße Hinter dem Zoll in der Sommer -Periode etwas höher liegt als im Winter während es am Johannistorturmgenau umgekehrt ist. Die Ursache dafür liegt in der unterschiedlichen Stationscharakteristik begründet, denn insbesondere Stadtgebietsstationen weisen in Bezug auf die NO 2 -Belastung einen ausgeprägten Jahresgang auf, der durch einen Belastungsrückgang im Sommerhalbjahr (bessere Austauschbedingungen) gekennzeichnet ist. An Verkehrsmessstationen ist demgegenüber kein Jahresgang erkennbar, die im Projekt festgestellten Belastungsunterschiede liegen daher im normalen Schwankungsbereich. 5. Zusammenfassung In Auswertung der durchgeführten Vergleichsmessungen wurde hinsichtlich der Feinstaubbelastung der hohe Anteil der verkehrsbedingten Zusatzbelastung in der Straße Hinter dem Zoll deutlich. Darüber hinaus bestätigt sich im Ergebnis auch die Messstrategie des LAU, die aufgrund vorangegangener Modellrechnungen und in Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen darin bestanden hatte, die Messstation Aschersleben an den Punkt der höchsten Belastung (Straße Hinter dem Zoll) umzusetzen. Für den Standort Hinter dem Zoll besteht nach wie vor die Gefahr der Grenzwertüberschreitung in Bezug auf die Einhaltung des Tageswertkriteriums (35 zulässige Überschreitungen des Tagesmittelwertes PM 1 von 5 µg/m 3 ). Die Einhaltung des Grenzwertes ist dort dauerhaft nur über die Reduktion der verkehrsbedingten Zusatzbelastung möglich, da diese zusätzliche Belastung in erster Linie für die Grenzwertüberschreitungen in der Vergangenheit verantwortlich war. Am Standort Johannistorturm besteht hinsichtlich der Feinstaubbelastung keine Grenzwertrelevanz. Die gleiche Aussage ist auch für die Stickstoffdioxidbelastung am Johannistorturm zutreffend. In der Straße Hinter dem Zoll lässt sich demgegenüber eine Grenzwertrelevanz zumindest unter den aktuell dort gegebenen Bedingungen nicht sicher ausschließen. 1