Headline: Vorhersagen zur Luftqualität: Neue Studie unterstützt die Entwicklung besserer Modelle

Der Straßenverkehr ist eine Hauptquelle von Ozon-Vorläufern. (c) istock/napthtalina
Der Straßenverkehr ist eine Hauptquelle von Ozon-Vorläufern. (c) istock/napthtalina

Bodennahes Ozon ist ein Luftschadstoff, der für Menschen ebenso belastend wirkt wie für die Vegetation. Es entsteht aus Ozonvorläufern wie Stickoxiden (NOx) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Maßgebliche Quellen dieser Vorläufer sind Verkehr und Industrie, aber auch Pflanzen und Erdboden. Eine neuere Studie, erschienen in der Zeitschrift Atmospheric Chemistry and Physics, vergleicht die Mengen an bodennahem Ozon, die bei der Modellierung der Luftqualität durch verschiedene Repräsentationen der Atmosphärenchemie (chemische Mechanismen) berechnet werden. Die Modellierung erlaubt, basierend auf den gemessenen Einträgen, mathematische Vorhersagen zu den Konzentrationen von Luftschadstoffen. Die Studie zeigt, dass die Annahmen, die den chemischen Mechanismen zugrunde liegen, Einfluss darauf haben, welche Ozonmenge durch das Modell vorhergesagt wird, und zwar vor allem über einen Zeitraum von mehreren Tagen. Das kann zu überhöhten oder zu niedrigen Vorhersagen für die Ozonwerte führen.

Der Straßenverkehr ist eine Hauptquelle von Ozon-Vorläufern. (c) istock/napthtalina
Der Straßenverkehr ist eine Hauptquelle von Ozon-Vorläufern. (c) istock/napthtalina

Weil Luftqualitätsmodelle sehr viel Rechnerleistung erfordern, muss die komplexe Atmosphärenchemie so weit vereinfacht werden, dass ein Modell effizient laufen kann. Unterschiedliche Ansätze zur Vereinfachung der Atmosphärenchemie führten zur Entwicklung verschiedener chemischer Mechanismen. „Zwar haben bereits viele Untersuchungen mittels Vergleich der Modellergebnisse unterschiedliche chemische Mechanismen gegenübergestellt, unser Ansatz erlaubt uns jedoch, eingehender zu untersuchen, wie die bei der Entwicklung eines chemischen Mechanismus zugrunde gelegten Annahmen die Ozonproduktion beeinflussen“, erklärt Jane Coates, federführende Autorin der Studie. Die Untersuchung ist Teil ihres Dissertationsprojekts am IASS. „Unsere Ergebnisse können zur Entwicklung neuer chemischer Mechanismen verwendet werden, und damit wird sich die Repräsentation der Atmosphärenchemie innerhalb eines Modells ebenso verbessern wie das Vertrauen in Modellvorhersagen zu künftigen Luftqualitätsszenarien.“

Die Ergebnisse zeigen, dass am ersten Tag der Modellsimulationen der durch die vereinfachten chemischen Mechanismen berechnete Ozonwert generell ähnlich ausfällt wie die durch sehr detaillierte chemische Referenzmechanismen produzierten Werte. Ein chemischer Referenzmechanismus enthält weit ausführlichere Informationen als die vereinfachten chemischen Mechanismen; in dieser Studie umfasst der chemische Referenzmechanismus rund 15.000 chemische Reaktionen, die vereinfachten chemischen Mechanismen hingegen nur etwa 150. Dennoch ist es nach dem ersten Tag der Modellsimulationen der durch die vereinfachten chemischen Mechanismen berechnete Ozonwert, der am weitesten vom chemischen Referenzmechanismus abweicht.

Ozon entsteht durch chemische Reaktionen von Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen bei Sonnenschein, daher ist die Repräsentation dieser chemischen Reaktionen in einem Modell so wichtig. In der Realität wird die Ozonproduktion nicht nur durch die Atmosphärenchemie, sondern auch durch das Wetter beeinflusst. Ausführliche Prozessstudien wie die vorliegende sind hilfreich für Experten für Luftqualitätsmodellierung, weil sie Aussagen zu einer verbesserten Repräsentation der Atmosphärenchemie treffen. Dank besserer Vorhersagen können Forscher auch größeres Vertrauen in Simulationen setzen, die die Auswirkungen künftiger Szenarien, etwa die Minderung von Emissionen aus Kraftwerken, auf die Ozonwerte betrachten.

21.10.2015