Geoportal  



 

Umweltatlas Berlin

03.06 Bodennahes Ozon (Ausgabe 1993)

Kartenansicht English Text available Inhalt    zurück kein weiter

Karten 03.06.4, 03.06.5 und 03.06.6: Fallstudie mit hohen Ozonkonzentrationen im August 1992 in Berlin

Um die Wechselwirkung der verschiedenen meteorologischen Parameter und anderer Einflußgrößen auf die Ozonkonzentration in Berlin am besten darstellen zu können, wird stellvertretend eine Episode mit hoher Ozonbelastung vom 5. bis 9. August 1992 beschrieben (vgl. Lutz 1994).

Die damals vorherrschende Großwetterlage war durch ein Hochdruckgebiet über Mitteleuropa bestimmt, das sich am 6.8. nach Süden verlagerte. Dadurch konnte kühlere Meeresluft von der Nordsee bis zu den Mittelgebirgen vordringen und auch im Berliner Raum die zuvor vorhandene sehr warme Luftmasse vorübergehend verdrängen. Am 8.8. jedoch verlagerte sich die Grenze zu dieser subtropischen Luftmasse wieder über Berlin hinweg nach Norden, so daß an diesem Tag die Temperaturen von zuvor 27 °C auf fast 35 °C kletterten.

Karte 03.06.4 - Einfluß des Ferntransports am 7.8.1992 (gering) und am 8.8.1992 (hoch)

Die unterschiedliche Herkunft der in Berlin am 7. und 8. August anzutreffenden Luft ist anhand des berechneten Weges (Trajektorie) eines Luftpakets zu erkennen, das am 7. bzw. 8. jeweils nachmittags in Berlin ankommt. Der zurückgelegte Weg wurde von einem am Meteorologischen Institut der Freien Universität Berlin entwickelten Modell aus der dreidimensionalen Verteilung der gemessenen Luftdruck-, Wind- und Temperaturwerte in Europa berechnet (vgl. Reimer et al. 1991).

Am 7.8. bewegte sich die Luft in nur 36 Stunden von der Mündung des Ärmelkanals über die norddeutsche Tiefebene hinweg nach Berlin und stellt sich damit als relativ maritim geprägt heraus. In der Luftmasseneinteilung der Berliner Wetterkarte ist sie als erwärmte subpolare Meeresluft klassifiziert. Die Luftmasse am nächsten Tag stammte hingegen aus Südfrankreich und bewegte sich relativ langsam von Südwesten nach Nordosten über Deutschland hinweg. Die unterlegte Verteilung der Stickoxidemission in Deutschland soll einen Eindruck von der Höhe der Vorbelastung geben, die die Luftmasse auf ihrem Weg nach Berlin an ozonbildenden Stoffen aufgenommen hat. Dies hängt einmal von der Berührung der Emissionsschwerpunkte durch die Trajektorie ab und zum anderen von der Geschwindigkeit, mit der die entsprechenden Gebiete überstrichen werden. Die Bahn der Luft vom 7.8. überquerte den nördlichen Teil des niederländisch-belgischen Industriegebietes recht schnell. Da auch im weiteren Verlauf der Trajektorie über Norddeutschland keine Emissionsschwerpunkte überquert wurden, ist die Vorbelastung der Luft am 7.8. mit Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen als relativ gering anzusehen. Die vergleichsweise lange Reisezeit und die Überquerung der Emissionsgebiete in Baden-Württemberg, Sachsen-Anhalt und Sachsen dürfte zu einer weitaus höheren Vorbelastung der Luftmasse am 8.8. geführt haben.

Karte 03.06.5 - Wechselbeziehungen verschiedener Parameter am 7.8.1992 und am 8.8.1992

Die Grafik zeigt den Verlauf verschiedener Meßwerte am 7. und 8. August. An den meteorologischen Größen, die allesamt an der Meßstelle in Schöneberg registriert wurden, ist der unterschiedliche Luftmassencharakter abzulesen. Die Temperatur stieg am Nachmittag des 7.8. trotz intensiver Sonnenstrahlung nur auf 27 °C, was zusammen mit der nördlichen Windrichtung auf den subpolaren Luftmassenursprung hinweist. Das Ozon bleibt an diesem Tag an beiden Stationen Mitte und Funkturm Frohnau noch unter 150 µg/m³. In Mitte ist die Ozonkonzentration in den Frühstunden und nach 18.00 Uhr im Vergleich zur Kurve in 324 m Höhe deutlich reduziert. Die Kurve im Diagramm darunter zeigt zu dieser Zeit besonders hohe NO2-Konzentrationen, die das Endprodukt des Ozonabbaus durch NO darstellen. Aufgrund des schlechteren Luftaustausches in den Früh- und Abendstunden wird das Ozon durch die in der Innenstadt emittierten Verkehrsabgase abgebaut. Die NO2-Spitze an der Station Mitte am Nachmittag des 7.8. ist auch auf die Zunahme der Verkehrsemissionen zurückzuführen. Der Anstieg der Ozonkonzentration wird davon aber kaum berührt, weil die intensive Sonneneinstrahlung die photochemische Bildung von Ozon und den Luftaustausch verstärkt und so immer wieder ozonreiche Luft zur Meßstelle transportiert wird. Deshalb sind am Nachmittag Unterschiede zwischen der Konzentration am Turm und der Station Mitte kaum mehr zu erkennen.

Am Funkturm war die NO2-Konzentration am 7.8. sehr niedrig, so daß dort insbesondere in der Nacht zum 8.8. das am Tage erreichte Ozonniveau erhalten blieb. In der zweiten Nachthälfte stieg es sogar weiter auf über 180 µg/m³ an, obwohl auch die NO2-Konzentration zur gleichen Zeit zunimmt. Zur selben Zeit geriet der Berliner Raum in den Einflußbereich der subtropischen Warmluftmasse von Süden her, die sich am 8.8. und an den Folgetagen in ganz Norddeutschland durchsetzte und die Temperaturen auf 35 °C und mehr steigen ließ. Auch die Ozonbelastung erreichte ein deutlich höheres Niveau als am Vortag, obwohl die Kurve der Globalstrahlung nicht mehr so hohe Werte erreichte. Dies ist auf die zunehmende Trübung der Luft zurückzuführen, die an der signifikant höheren Schwebstaubkonzentration am 8.8. abzulesen ist. Dies weist zusammen mit den höheren NO2-Werten am Turm auf eine gestiegene Vorbelastung der Luftmasse hin. Die Bewertung der in Karte 03.06.4 abgebildeten Trajektorie der Luft, die am 8.8. Berlin erreichte, kam zu einem ähnlichen Ergebnis. Wenn man die bundesweite Verteilung der zwei Tage zuvor am Nachmittag des 6.8. gemessenen Ozonwerte hinzuzieht (vgl. Abb. 7), stellt man fest, daß die Luft, die am 8.8. nachmittags Berlin erreichte, sich 48 Stunden vorher noch über Baden-Württemberg befand. Dort wurden zu dieser Zeit schon Ozonkonzentrationen weit über 200 µg/m³ registriert. Anderes gilt für die Luft, die am 7.8. nachmittags ankam: Sie stammte aus dem nordwestdeutschen Gebiet im Bereich der kühlen Meeresluft mit niedrigen Ozonkonzentrationen. Der signifikante Anstieg der Ozonwerte in Berlin vom 7. auf den 8.8. ist daher überwiegend eine Folge der veränderten Eigenschaften der herantransportierten Luftmasse, die am 8.8. ein höheres Niveau an Vorläuferstoffen und Ozon aufwies. Auch der nächtliche Anstieg der Ozonwerte am Turm am 8.8. gegen 3.00 Uhr hängt vermutlich damit zusammen, da zu dieser Zeit aufgrund der fehlenden Strahlung lokale Ozonentstehung auszuschließen ist. Der starke Einbruch des Ozons am Vormittag ist, wie in der Diskussion zur Karte 03.06.2 dargestellt, das Ergebnis des beginnenden Vertikaltransportes von verschmutzter und damit ozonarmer Luft vom Boden zur Turmmeßstelle.

Die sprunghafte Erhöhung der Staubkonzentration am späten Nachmittag des 8.8. geht auf ein Gewitter zurück, das sich über der Stadt entladen hat. Durch die starken Windböen vor dem einsetzenden Regen wurde der am Boden abgelagerte Staub aufgewirbelt. Der Zeitpunkt des einsetzenden Gewitters ist anhand des abrupten Rückgangs der Temperatur dokumentiert. Die Ozonkonzentration geht nur an der Station Mitte deutlich zurück, was aber wegen der gleichzeitig steigenden NO2-Konzentration auf Abbau durch NO schließen läßt. Am Turm ergibt sich trotz des Gewitters keine Veränderung. Da Ozon schlecht wasserlöslich ist, wird es durch den Regen nicht ausgewaschen. Und weil das Gewitter nur lokal und nicht im Zusammenhang mit einer deutlichen Wetteränderung entstand, blieb das hohe Ozonniveau in der Luftmasse auch in der Nacht und am nächsten Tag erhalten.

Karte 03.06.6 - Höchste Halbstunden-Mittelwerte am 7.8.1992 und 8.8.1992

Die Karte zeigt die maximalen Halbstundenwerte an den mit Ozongeräten ausgerüsteten Stationen des Berliner Luftgüte-Meßnetzes am 7. und 8.8. 1992.

Unabhängig vom Ort der Meßstelle wird nochmal der signifikante Anstieg der Ozonwerte vom 7. auf den 8.8. deutlich, der überwiegend auf die Änderung der überregionalen Belastung an Ozon bzw. der Vorläuferstoffe zurückzuführen ist. Daß lokale Effekte zur Ozonproduktion innerhalb des Stadtgebietes nur wenig beitragen, beweist schon die geringe Schwankungsbreite der Maximalwerte an den einzelnen Stationen, wenn man von der durch Zerstörungsprozesse dominierten Station an der Stadtautobahn absieht. Wenn die städtischen Emissionen einen signifikanten Beitrag zur Ozonproduktion innerhalb des Stadtgebietes geleistet hätten, müßten die Werte an den relativ zur Windrichtung hinter dem Stadtzentrum liegenden Stationen höher ausfallen. Der Karte 03.06.5 ist zu entnehmen, daß am 7.8. nachmittags der Wind aus Nordosten kam. Leider existierte damals die inzwischen in Betrieb genommene Meßstelle in Berlin-Buch am nordöstlichen Stadtrand noch nicht, so daß ein Luv-Lee-Vergleich nicht möglich ist. Die hilfsweise mögliche Gegenüberstellung der 170 µg/m³ über dem Grunewald mit den Werten am Funkturm (160 µg/m³) ergibt nur Unterschiede innerhalb der Meßgenauigkeit der Geräte.

Interessanter fällt die Betrachtung der Maximalwerte am 8.8. aus. Der Verlauf der Windrichtung aus Karte 03.06.5 weist auf eine signifikante Winddrehung von Ost (in der Zeit bis 14.00 Uhr) auf Süd von 15.00 bis 16.30 Uhr hin. In diesem Zeitraum wurde an der im Nordwesten und damit in Lee gelegenen Station Heiligensee der bisher höchste Halbstundenwert von 293 µg/m³ gemessen. Er betrug gut 30 µg/m³ mehr als das Maximum an der im Luv gelegenen Station in Marienfelde. Was in der Karte nicht zum Ausdruck kommt, nämlich die relativ geringe Windgeschwindigkeit von unter 1,5 m/s und die gleichzeitige Zunahme von Ozon und Stickoxiden nach der Winddrehung in Heiligensee, deutet auf die zusätzliche Bildung von Ozon am leeseitigen nördlichen Stadtrand aus den städtischen Emissionen der Ozonvorläuferstoffe hin. Dieser lokale Beitrag zur Ozonbelastung innerhalb des Stadtgebietes ist selbst bei diesen geringen Windgeschwindigkeiten mit etwas mehr als 10 % relativ gering. Bei den gemeinhin höheren Windgeschwindigkeiten dürfte der Zuwachs nur mehr im Umland meßbar sein. Anhand von Flugzeugmessungen in der windabgewandten Nachbarschaft von Ballungsgebieten ist allerdings auch schon ein wesentlich höherer ozonbildender Einfluß der Vorläuferemissionen nachgewiesen worden (vgl. Fricke 1991). Trotzdem kann man schlußfolgern, daß lokale Sommersmog-Regelungen mit kurzfristig verhängten emissionsmindernden Maßnahmen an der großräumig vorhandenen Ozonbelastung, wie sie beispielhaft in Abbildung 7 zum Ausdruck kommt, nichts ändern. Lokal beeinflußbar bleibt nur ein relativ geringer Anteil (hier ca. 10 %) der Ozonbelastung am windabgewandten Stadtrand. Die Ozonkonzentration in Innenstädten ist aufgrund der starken Abhängigkeit von den primär ozonzerstörenden Schadstoffen nur durch einen deutlichen großräumigen und (!) lokalen Rückgang der Stickoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen verminderbar.

Maßnahmen zum Schutz der stratosphärischen Ozonschicht und zur Verminderung der bodennahen Ozonbelastung

Als Maßnahme gegen hohe Ozonkonzentration in Bodennähe stellen kleinräumige und kurzfristig getroffene Schritte zur Verminderung der Emission der ozonbildenden Stoffe kaum ein wirksames Mittel dar. Wenn überhaupt ad-hoc-Beschränkungen eine signifikante Auswirkung auf das Ozonniveau haben, dann nur, wenn sie zeitgleich für ein großes Gebiet getroffen werden. Sinnvoller wären national und international abgestimmte Konzepte zur (mindestens) Halbierung der Emission der Vorläuferstoffe - und das möglichst bald und nicht erst in vier Jahren, wie es die EG-Richtlinie vorsieht.

Um die Abnahme der Ozonschicht in der Stratosphäre global zu verhindern oder zu beschränken, muß eine schnellstmögliche Reduktion der FCKW-Emissionen und die Verminderung von Flugverkehr in der Stratosphäre angestrebt werden. Ein erster Versuch im Rahmen der Montrealer Konferenz von 1987 erwies sich aufgrund der zu langen Ausstiegsfristen und der vielfältigen Ausnahmeregelungen als untauglich. Auf der Nachfolgekonferenz 1990 in London konnte für die meisten FCKW-Verbindungen immerhin ein Produktionsausstieg bis zur Jahrtausendwende vereinbart werden. Im europäischen Rahmen soll dies nun bis 1996 geschehen. In Deutschland ist die Herstellung und Verwendung der meisten FCKW ab 1995 verboten. Ausnahmen bestehen bis zum Jahr 2000 für teilhalogenierte Stoffe, die ein vermindertes Ozonzerstörungspotential besitzen. Entscheidend für eine weltweite Reduzierung der FCKW-Emissionen wird sein, den Entwicklungs- und Schwellenländern für die baldige Einstellung ihrer nicht unerheblichen Produktionskapazitäten für FCKW finanzielle Hilfe und Unterstützung bei der Herstellung von Ersatzstoffen zu gewähren.

Kartenansicht English Text available Inhalt    zurück kein weiter

umweltatlas_logo_klein