Umweltmeteorologie Prof. Dr. Otto Klemm 16. Athen.

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1 Umweltmeteorologie Prof. Dr. Otto Klemm 16. Athen

2 Athen Literatur KLEMM, O., ZIOMAS, I., BALIS, D., SUPPAN, P., SLEMR, J., ROMERO, R. & VYRAS L. (1998) A summer air pollution study in Athens, Greece. Atmospheric Environment 32, 2071-2087 KLEMM, O. & ZIOMAS, I.C. (1998) Urban emissions measured with aircraft. Journal of the Air and Waste Management Association 48, 16-25 SVENSSON, G. & KLEMM, O. (1998) Aircraft measurements and model simulations of the air quality in Athens, Greece. Atmospheric Environment 32, 2269-2290. MEDCAPHOT – TRACE Mediterranean Campaign of Photochemical Tracers – Transport and Chemical Evolution Modellanwendungen und Feldexperimente im Jahr 1994 Beteiligung von 16 Gruppen aus "ganz Europa" 18 neue Bodenstationen 4 LIDAR's Flugzeugmessungen

3 smog = smoke + fog London - TypLos–Angeles - Typ primäre SchadstoffeSO 2, Partikel (vor allem große, primäre Partikel: smoke) NO x, VOC, Partikel meteorologische Bedingungenaustauscharme Wetterlage Strahlungsinversion kühl (-1 °C … 5 °C) feucht Hochdrucklage warm, (24 °C … 32 °C) hohe Einstrahlung Tageszeitmorgensnachmittags JahreszeitWinterHochsommer / Herbst sekundäre SchadstoffeNebel (fog) Azidität O 3 (Leitsubstanz) PAN HNO 3 u.v.a.m.

4 smog = smoke + fog AthenLos–Angeles Verhältnis geographische Lage Becken, nach SW zum Meer hin offen - Fläche / km 2 62512 000 0.05 Bevölkerung / 10 6 4.512 0.375 Bevölkerungsdichte / km -2 72001000 7.2 SO 2 - Konzentration 4 CO - Konzentration 2 NO x - Konzentration city: >1 basin: <1 Anzahl Tage O 3 > 100 ppb 0.5 in Athen tritt im Sommer zeitweise Smog auf (Los-Angeles-Typ)

5 OH HO 2 CO O3O3 H2O2H2O2 CH 4 CH 2 O 1 2 3 4 5 6 NO 2 NO HNO 3 NMKW RO 2 9 7 8 10 12 11

6 Land- und Seewind nach Ahrens, 1999, verändert L H Cool Water L warm land der entsprechende Landwind (nach Umkehrung der Temperaturverhältnisse nachts) kommt im Sommer Griechenlands fast nie vor, weil sich die Landmassen nicht ausreichend abkühlen

7 Berg- und Talwind aus: Ahrens, 1999 katabatische Winde Aufsteigende Luftmassen an heißen Hängen tagsüber und katabatische Winde nachts kommen im Athener Becken häufig vor

8 Das Athener Becken

9 Pendeli 1107 m Parnitha 1414 m Hymettos 1026 m Aigaleo 468 m Mesogia Thriassion Aeigina NO x Emissionen kg d -1 (2km x 2 km) -1 = 31.5 kt a -1

10 Das Athener Becken Akropolis Aigaleo Mts.

11 Äthesische Winde Quelle: http://www.weatheronline.co.uk/feature/aa210503.htm (ergänzt) Die Äthesischen Winde (etesian winds) sind typisch für die Monate Mai – September in weiten Teilen Griechenlands, in der Ägäis und dem östlichen Mittelmeer. Der Name stammt vom giechischen Wort 'etesios' (jährlich) ab. Es handelt sich um beständige, mitunter kräftige Winde aus N – NW, die kühle, relativ trockene kontinentale Luftmassen heranführen. Sie resultieren aus einem Hitzetief / Trog über Anatolien und einem Hoch über dem Balkan und SE Europa. sea breeze speziell nachmittags kann es zu Konkurrenz zwischen dem Äthesischen Wind und dem Seewind kommen

12 Modelgebiet, Bodenstationen, Flugrouten Lykabetos (Stadtzentrum) Insel Aegina Pendeli (NE der Stadt)

13 Messtechnik Flugzeug ParameterTechnikNachweisgrenze Position (3 D)Inertial Navigation (INS) Drucksonde- Wind (2 D)INS + 5-Loch-Sonde 0,7 m s -1 (u und v) TemperaturPt 100- Feuchtekapazitiv15% SO 2 Puls-Fluoreszenz0,4 ppb NOChemilumineszenz mit O 3 0,05 ppb NO 2 Chemilumineszent mit Luminol0,1 ppb NO y Mb Konverter, wie NO0,05 ppb O3O3 Chemilumineszenz mit C 2 H 4 2 ppb COReduktion von HgO, AAS4 ppb VOCGC-FID (Luftproben)0,01 ppb NO y = Summe der oxidierten Stickstoffverbindungen = NO + NO2 + HNO3 + PAN + NO3-, Partikel + org. Nitrate +

14 Ozon an drei Bodenstationen Pendeli (NE der Stadt) Lykabetos (Stadtzentrum) Insel Aegina

15 Windfeld nachts (Modell)

16 CO morgens (Messung)

17 CO morgens (Messung, Vertikalschnitt)

18 CO morgens (Modell, Vertikalschnitt)

19 NO y morgens (Messung, Vertikalschnitt)

20 SO 2 morgens (Messung)

21 SO 2 morgens (Messung, Vertikalschnitt)

22 O 3 morgens (Messung)

23 O 3 morgens (Messung, Vertikalschnit)

24 O 3 morgens, Modell, Vertikalschnitt

25 NO morgens (Messung, Vertikalschnitt)

26 Windfeld nachmittags (Modell)

27 Windfeld nachmittags (Messung)

28 CO nachmittags (Messung)

29 CO nachmittags (Messung, Vertikalschnitt)

30 CO nachmittags (Modell, Vertikalschnitt)

31 NO y nachmittags (Messung)

32 NO y nachmittags (Messung, Vertikalschnitt)

33 O 3 nachmittags (Messung)

34 O 3 nachmittags (Messung, Vertikalschnitt)

35 O 3 Modell nachmittags (13 Uhr), Vertikalschnitt

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37 O 3 Modell nachmittags (14 Uhr), Vertikalschnitt

38 das innerstädtische Ozonloch Station Patission Street Flugzeug

39 Profil Insel Aegina Profil Tatoi Profile Tatoi und Aegina

40 Vertikalprofile am 15.09.1994: Aegina versus Tatoi Aegina Tatoi Aegina Tatoi nachmittags !

41 Vertikalprofil Tatoi: Messung versus Modell durchgezogen: Messung gepunktet: Modell

42 Vertikalschnitt O 3 (Modell) 15.09., 13 Uhr

43 Vertikalwinde (Modell)

44 O 3 – Verteilung in 500 m Höhe (15.09., 13 Uhr)

45 Modell versus Flugeugmessung

46 Folgerungen (i) das Athener Becken ist ein effektiver photochemischer Reaktor Rezirkulation von Schadstoffen ist vergleichsweise wenig effektiv, da entweder synoptische Winde aus N das Becken ventilieren (Äthesische Winde) oder während Seewind-Situationen große Mengen an Schadstoffen in die freie Troposphäre transportiert werden. die Photosmog-Situation kann durch Reduzierung der VOC- Emissionen verbessert werden die Rolle der Aerosolpartikel wurde nicht ausreichend in die Unersuchungen mit eingebunden

47 Folgerungen (ii) in LA die synoptischen Winde weniger stark sind (typisch: H über südl. Kalifornien) in LA Tage mit Seewind häufiger sind im Becken von LA mehr BVOC emittiert werden Unterschiede zu Los Angeles bestehen darin, dass

48 weitere Ergebnisse Anreicherung primärer Schadstoffe in einer Straßenschlucht und in der Abluftfahne der Stadt

49 Die Abluftfahne der Stadt

50 Benzol versus CO

51 Anreicherung von Benzol in der Abluftfahne der Stadt Figure 2: Enrichments VOC / CO in city plumes (ordinate) versus those in the street canyon (abscissa). Filled squares are enrichment ratios which are statistically significant. The correlation line refers to the reduced data set (n=13). The slope (2.07) indicates the enrichment of VOCs in city plumes versus that in traffic emissions alone.

52 NO x - Zyklus 09.09. über Tatoi: O 3 / NO y = 3.4 15.09. über Tatoi: O 3 / NO y = 5.0

53 NO x - Zyklus 09.09. über Tatoi: O 3 / (NO y – NO x ) = 10.8 15.09. über Tatoi: O 3 / (NO y – NO x ) = 8.6

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