10. Troposphärisches Ozon

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1 10. Troposphärisches Ozon
Umweltmeteorologie Prof. Dr. Otto Klemm 10. Troposphärisches Ozon Prof. Dr. Otto Klemm

2 Troposphäre ohne Stickoxide und NMKW
1. O3 + h  O(1D) + O2 O(1D) + H2O  2 •OH 2. CO + O2 + OH  CO2 + HO2 3. CH4 + OH  •CH3 + H2O •CH3 + O2  CH3O2 • CH3O2• + HO2  CH3OOH + O2 (MHP) CH3OOH + OH  H2O + CH3O2• 2/3  H2O + CH2OOH 1/3 CH2OOH  CH2O + OH

3 troposphärisches Ozon
Quellen: Transport aus der Stratosphäre Photolyse des NO2 8. NO2 + h  O(3P) + NO O(3P) + O2  O3 Senken: Deposition zu den Oberflächen Photolyse Reaktionen mit VOCs Reaktion mit NO (reversibel!) Reaktionen mit Aerosolpartikeln?

4 Troposphäre ohne Stickoxide und NMKW
4. CH2O + h  HCO + H   340 nm H + O2  HO2 HCO + O2  CO + HO2 CH2O + h  H2 + CO   360 nm CH2O + •OH  HCO + H2O 5. HO2• + HO2•  H2O2 + O2 H2O2 + OH  H2O + HO2• H2O2 + h  2 OH 6. HO2• + O3  •OH + 2 O2

5 Troposphäre mit Stickoxiden
Zusätzliche Reaktionen: 7. NO + O3  NO2 + O2 8. NO2 + h  O(3P) + NO O(3P) + O2  O3 9. NO + •HO2  NO2 + OH 10. NMKW + •OH  R• R• + O2  RO2• 11. CH3O2•+ NO  CH3O• + NO2 12. NO2 + •OH  HNO3

6 OH HO2 CO O3 H2O2 CH4 CH2O 1 2 3 4 5 6

7 OH HO2 CO O3 CH4 CH2O NO2 NO HNO3 NMKW RO2 H2O2 3 4 2 5 9 12 8 7 6 10
11

8 „EKMA“ - Plots städtischer Bereich ländlicher Bereich trop. Regenwald
Quelle: Chameides et al. (1992): Ozone Precursor Relationships in the Ambient tmosphere. JGR 97, trop. Regenwald remote marine

9 „NOx-limitiert“ „VOC-limitiert“ NOx- sensitiv VOC- Überlappungsbereich
Quelle: Klemm & Stockwell, 1999

10 Bewertung der relativen Rollen von NOx und NMKW bei der O3-Produktion
Sensitivity die O3-Bildung ist VOC-sensitiv, wenn und entsprechend NOx-sensitiv, wenn Vorsicht: kann negativ sein. Limitation Die O3-Bildung ist NOx-limitiert, wenn > 0 die O3-Bildung ist VOC-limitiert, wenn < 0

11 Quelle: Milford et al., 1994

12 Fahnen

13 Fahnen

14 Fahnen

15 = Quelle: Trainer et al.

16 Grenz- und Schwellenwerte für Ozon
EU hat folgende "Schwellenwerte" festgelegt und mittels der 2. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) in das deutsche Immissionsschutzrecht übernommen: Richtwert Menschliche Gesundheit 30-Min-Mittelwert 120 µg/m³ VDI-Richtlinie 2310 Bl. 15 Leitwert 1-Std-Mittelwert µg/m³ WHO Schwellenwert 180 µg/m³ 360 µg/m³ 240 µg/m³ BImSchG wie 22. BImSchV EG-Richtlinie 92/72/EWG 8-Std-Mittelwert 110 µg/m³ Vegetation 200 µg/m³ Tagesmittelwert 65 µg/m³ 22. BImSchV Verbindlichkeit Schutzobjekt Zeitbezug Immissionswert aus: Abschlussbericht Seminar Atmosphärische Chemie, SS 1998

17 Ozon – Episoden im regionalen Maßstab
Berechnete Ozonkonzentration in ppb in ca. 0 bis 40 m Höhe um 14 UTC oder 16 Uhr MESZ, 13. August 1997 (linkes Bild). Über Nordrhein-Westfalen liegt ein Band erhöhter Ozonkonzentrationen, das sich von der Schweiz bis zur Nordsee erstreckt. Bereits am nächsten Tag (rechtes Bild) wird dieser Bereich nach Osten verschoben sein. Quelle: EURAD-Projekthttp://

18 Quelle: http://www.uni-koeln.de/math-nat-fak/geomet/eurad/
EURAD Modellsystem EURAD zur Prognose von Luftschadstoff-konzentrationen in der Mesoskala Quelle:

19 O3 – Vorhersage (EURAD) Vergleich von Vorhersage und Messung, Tagesmittelwerte für Münster Quelle:

20 Ozon – Zeitreihe im Fichtelgebirge
Stundenmittelwerte (ppb)

21 Ozon - Trends Ozon – Mischungsverhältnisse im Fichtelgebirge.
Dargestellt sind Perzentilen der Stundenmittelwerte der Kalenderjahre

22 O3 - Trend in NRW data source:

23 O3 - Trend global Oltmansa et al. (2006) Long-term changes in tropospheric ozone, Atmospheric Environment 40, 3156–3173

24 global OH Jos Lelieveld: Self-cleaning capacity of the atmosphere and land-biosphere processes

25 global OH Rohrer, F. & Berresheim, H. (2006) Strong correlation between levels of tropospheric hydroxyl radicals and solar ultraviolet radiation. Nature 442, Correlation of measured OH concentrations with simultaneously observed ozone photolysis frequencies, J(O1D). The data represent 5-min averages measured at the Meteorological Observatory Hohen-peissenberg between April 1999 and December 2003 (N < 52,000).

26 global OH Forcing Mechanism Response CH4 ↑ CH4 + OH → products OH ↓
CO ↑ CO + OH → products NOx ↑ O3 formation, OH recycling OH ↑ NMHC ↑ NMHC + OH → products OH ? H2O ↑ H2O + O(1D) → 2OH CFCs ↑ stratospheric O3 ↓, tropospheric UV ↑ Jos Lelieveld: Self-cleaning capacity of the atmosphere and land-biosphere processes

27 global OH Jos Lelieveld: Self-cleaning capacity of the atmosphere and land-biosphere processes