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Umweltatlas Berlin

03.06 Bodennahes Ozon (Ausgabe 1996)

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Datengrundlage

Messeinheiten

Ozon wird meist in ppm ("parts per million" = 10-6) oder ppb = 1/1 000 ppm gemessen. Ppm bedeutet, daß sich unter einer Million Teilchen Luft nur wenige Teilchen Ozon befinden. In Bodennähe wird statt dieses Mischungsverhältnisses auch oftmals die Ozonkonzentration in µg Ozon /m³ Luft angegeben. In die Formel für die Umrechnung vom Mischungsverhältnis (X) in Konzentrationseinheiten (þ) von Ozon

þ[µg/m³] = 0.5773 x P/T x (X) [ppb]

gehen auch der Luftdruck (P) [hPa] und die Temperatur (T) [K] ein. Als Faustformel für mittlere Druck- (1013 hPa) und Temperaturbedingungen (20 °C = 293 K) in Bodennähe gilt:

[µg/m³] = 2 x [ppb].

Eine weitere Einheit, die insbesondere bei der Darstellung der Vertikalverteilung des Ozons benutzt wird, ist der sogenannte Ozonpartialdruck [Pa], ausgedrückt in nbar [nanobar] = 0,1 mPa. Damit ist der Anteil des Drucks gemeint, den das wenige Ozon alleine zum Luftdruck beiträgt, also das Produkt aus X [ppb = 10-9] und Luftdruck.

Vertikalverteilung

Schon vor Entdeckung des Abbaus der Ozonschicht in der Stratosphäre wurde die vertikale Verteilung von Ozon an vielen Orten auf der Welt mit Hilfe von Ballonaufstiegen gemessen. Diese auch heute noch routinemäßig angewandte Methode bedient sich einer meist naßchemisch arbeitenden Ozonsonde, die an einem mit Helium gefüllten Ballon bis in die Stratosphäre aufsteigt und auf ihrem Weg kontinuierlich die Ozonkonzentration aufzeichnet. In Deutschland werden solche täglichen Messungen in Hohenpeißenberg (Bayern) und in Berlin seit 1966 bzw. 1967 vorgenommen. Die Berliner Messung wurde 1973 eingestellt und kurz darauf im 50 km entfernten Lindenberg fortgesetzt.

Informationen aus Höhen über 35 km wurden in der Vergangenheit mit Hilfe von Raketensonden gewonnen. In letzter Zeit hat man sich stärker die immer präziser werdenden spektralen Meßmethoden von Satelliten zunutze gemacht. Der Vorteil der Satellitenmessungen besteht in der Verfügbarkeit von großräumigen Bildern der Ozonverteilung, mit deren Hilfe die geographische Erstreckung des Ozonabbaus in der Antarktis (Ozonloch) erstmals deutlich wurde.

Mit Hilfe des spektralen Fingerabdrucks des Ozons kann seine Konzentration auch bei der Untersuchung der Rückstreuung künstlich ausgestrahlten Laser-Lichts gewonnen werden. Diese sogenannten LIDAR-Geräte können sowohl zur Messung vertikaler als auch horizontaler Ozonprofile benutzt werden. Ein solches Gerät der Freien Universität Berlin ist seit Juni 1996 auf dem Dach der Charité in Berlin-Mitte installiert.

Dicke der Ozonschicht

Zur Beurteilung der möglichen Auswirkungen der Veränderung des Ozongehalts auf die am Erdboden ankommende Sonnenstrahlung ist meist schon die Kenntnis des Gesamtozongehalts in der Atmosphäre ausreichend. Er wird in DOBSON-Einheiten gemessen. Sie entsprechen der in 1 : 100 mm angegebenen Dicke der reinen Ozonschicht, wenn man sie unter am Erdboden anzutreffenden Druck- und Temperaturverhältnissen bestimmen würde.

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Abb. 2: Dicke der Gesamtozonschicht, gemessen am meteorologischen Observatorium Potsdam (Feister 1995)

Das am häufigsten angewandte, schon in den 20er Jahren entwickelte Verfahren nutzt die oben beschriebene UV-Filterwirkung des Ozons, um seine Schichtdicke zu bestimmen. Es wird inzwischen an etwa 85 Meßstationen auf der ganzen Welt benutzt. Die Ergebnisse der vom Deutschen Wetterdienst betriebenen Station am Meteorologischen Observatorium Potsdam zeigt, daß das in der Atmosphäre vorhandene, auf Bodenluftdruck zusammengepreßte Ozon nur eine zwischen 2,5 und 4 mm dicke Schicht ergibt (vgl. Abb. 2). Die flächendeckende Messung des Gesamtozons erfolgte in den letzten Jahren weitgehend von Satelliten, deren Meßwerte mit Hilfe der o.g. Bodenmessungen geeicht werden.

Bodennahes Ozon und andere Parameter

Schon 1840 wurden die ersten Messungen von bodennahem Ozon mit Hilfe des nach seinem Entdecker benannten Schönbein-Papiers durchgeführt. Das mit Kaliumjodid getränkte Papier färbt sich durch die von Ozon angeregte Bildung von Jod blau. Heute werden sehr viel genauere Meßgeräte benutzt. die sich die UV-Absorptionseigenschaft von Ozon zunutze machen und damit auf einer rein physikalischen Meßmethodik (UV-Photometrie) beruhen. Sie wurden aber bis vor einigen Jahren mit dem naßchemischen Kalium-Jodid-Verfahren (VDI-Richtlinie 2468, Blatt 1) geeicht, während seit Inkrafttreten der EG-Richtlinie zu Ozon 1992 europaweit das direkte UV-photometrische Verfahren als Eichverfahren vorgeschrieben ist. Dies ist wesentlich genauer, liefert aber im Vergleich zu dem vorher benutzten naßchemischen Verfahren systematisch zehn Prozent niedrigere Werte. Das führte dazu, daß die in Berlin vor der Umstellung am 1.1.1995 gemessenen Werte zehn Prozent höher ausfallen als heutige Meßwerte. Es betrifft auch die Vergleichbarkeit der Daten zwischen den Bundesländern, die zudem teilweise mit einer Bezugstemperatur von 0 °C statt der jetzt vorgeschriebenen 20 °C von ppb in µg/m³ umgerechnet wurden. Durch die Anwendung der EG-Richtlinie werden die möglichen systematischen Unterschiede von bis zu 16 % bei der Messung und Berechnung der Ozonkonzentration künftig vermieden.

Eine weitere Methode für die Messung von Ozon, die häufig zu Vergleichszwecken benutzt wird, basiert auf der Aussendung von Licht bei der Reaktion von Ozon mit Aethylen (Chemielumineszenz).

Verursacht durch das zunehmende öffentliche Interesse an den erhöhten Ozonkonzentrationen im Sommer wurde die Zahl der Ozonmeßstellen in den letzten Jahren erheblich vergrößert. In den USA wird schon seit den 70er Jahren insbesondere in Kalifornien aufgrund der dort gemessenen extrem hohen Konzentrationen von 400 bis über 800 µg/m³ (vgl. NRC 1991) ein dichtes Netz kontinuierlich arbeitender Meßstellen betrieben. In den letzten Jahren wurde auch in Deutschland mit 365 kontinuierlich messenden Stationen der Länder und des Umweltbundesamtes (UBA) eine quasi flächendeckende Registrierung erreicht (vgl. UBA 1996). In Berlin wird Ozon seit 1984 an einer Station in Wedding und seit 1987 an mehreren Stationen des Berliner Luftgütemeßnetzes (BLUME) kontinuierlich gemessen. Der seit 1994 erreichte Endausbau des Meßnetzes umfaßt insgesamt zehn Stationen für Ozon, an denen auch andere Schadstoffe, wie Schwefeldioxid und Stickoxide, registriert werden (vgl. SenStadtUm 1995a). Davon befinden sich fünf Meßstationen am Stadtrand und drei in innerstädtischen Wohngebieten. Je eine Meßstelle ist an der Stadtautobahn und in 324 m Höhe auf dem Funkturm in Frohnau eingerichtet. Die Meßstelle im Grunewald ermittelt abwechselnd jede halbe Stunde die Schadstoffkonzentrationen in etwa 4,5 m Höhe sowie in 24 m Höhe über dem Boden bzw. 10 m über den Baumkronen.

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