Universität zu Köln

Sentuc, Florence-Nathalie (2004). Der Einfluss lokaler Verkehrsemissionen auf die Immissionssituation im Großraum Köln - Episoden- und Szenariensimulationen mit einem genesteten Modellsystem -. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse von Episoden- und Szenariensimulationen zur Bildung sekundärer Schadstoffe während einer Sommersmogperiode im Jahr 1997 vorgestellt. Zur Untersuchung des komplexen Zusammenhangs zwischen der Emission, dem Transport und der Umwandlung sowie der daraus resultierenden Verteilung der Schadstoffe in der Atmosphäre wird das Modellsystem CARLOS verwendet, das im Rahmen dieser Arbeit auf der lokalen Skala weiter entwickelt wird. Besonderes Interesse gilt in diesem Bereich den Emissionen des Straßenverkehrs, da Kraftfahrzeuge sämtliche an der Photosmogbildung beteiligten Schadstoffe emittieren. Da verkehrsbedingte Emissionen einen räumlich und zeitlich stark variablen Charakter aufweisen, werden innerhalb der Modellkette die hochaufgelösten Daten eines dynamischen Verkehrsmodells für die Simulation luftchemischer Prozesse verwendet. Dieser erstmals für luftchemische Untersuchungen verwendete Ansatz bietet zudem die Möglichkeit, Veränderungen der Verkehrsstrukturen unmittelbar bezüglich ihrer Auswirkungen auf die Immissionssituation im Großraum Köln zu untersuchen. Dazu werden für das Stadtgebiet von Köln unterschiedliche Szenarien entwickelt, die verschiedene Planungsvorhaben oder Entwicklungsmöglichkeiten beschreiben. Sowohl die Basissimulationen als auch die Szenarienrechnungen offenbaren eine hohe Sensitivität der Modellergebnisse auf emissionsseitige Variationen. Lokale Änderungen der Verkehrsemissionen wirken sich deutlich auf die Bildung sekundärer Schadstoffe aus. Es zeigt sich dabei eine leichte VOC-Limitierung des chemischen Regimes im Großraum Köln, so dass eine Reduktion der verkehrsbedingten NOx-Emissionen eine erhöhte Ozonproduktion zur Folge hat. Maßnahmen zur Verbesserung des Verkehrsflusses durch den Ausbau des Kölner Autobahnrings bewirken ebenfalls keine Verbesserung der Immissionssituation, da der emissionsmindernde Effekt eines störungsfreien Flusses durch den induzierten Verkehr überkompensiert wird. Die Untersuchungen weisen ferner darauf hin, dass durch den stattfindenden Schadstofftransport lokale Szenarien zur Emissionsreduktion bei der Modellsimulation nicht losgelöst von der Umgebung betrachtet werden können. Die Vorgabe der Konzentrationen an den Modellrändern beeinflusst maßgeblich die im Innern stattfindenden Prozesse. Aufgrund der Anwendung eines Nestingverfahrens erweist sich das Modellsystem CARLOS daher gut geeignet zur Berücksichtigung dieser Aspekte luftchemischer Prozesse auf den verschiedenen Skalen, die bei der Bildung sekundärer Schadstoffe betrachtet werden müssen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language The impact of local traffic based emissions on air quality in the metropolitan area of Cologne - Episode and scenario simulations with a nested model system - English
Translated abstract:	Abstract Language In this thesis, the results of episode and scenario simulations are presented calculating the formation of secondary pollutants during a photochemical smog period in 1997. In order to investigate the complex relationship between emission, transport and conversion as well as the resulting distribution of pollutants in the atmosphere, the model system CARLOS is applied, which is enhanced in the course of this work on the local scale. Special emphasis is given to the emissions of street traffic, because vehicles emit all pollutants involved in photochemical smog production. Since traffic based emissions have a spatially and temporally highly variable character, highly resolved data of a dynamic traffic model are used within the model system to simulate chemical processes in the air. This approach is first applied to air pollution studies. It provides an opportunity of analyzing the impact of changes in emission structures on air quality in the metropolitan area of Cologne. For this purpose, different scenarios for the Cologne urban area are generated which describe various municipal plans or development potentialities. Basis simulations as well as scenario calculations reveal a high sensitivity of model results to emission variation. Local changes in traffic based emissions have an obvious impact on chemical production of secondary pollutants. The chemical regime in the Cologne area turns out to be slightly VOC-limited so that a reduction of traffic based NOx-emissions gives rise to increased ozone formation. Provisions for an advanced traffic flow by the extension of the motorway ring around Cologne do not produce improved air quality. The effect of emission reduction caused by an undisturbed traffic flow is more than compensated by the induced traffic. The results show that local scenarios cannot be treated without taking into account the surrounding area due to the transport of air pollutants. The specification of concentrations at the boundaries significantly affects the processes within the inner model domain. As a result of the implemented nesting technique, the model system CARLOS is appropriate for the observance of these aspects of air chemistry on all scales that have to be considered while simulating the formation of secondary pollutants in the atmosphere. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Sentuc, Florence-Nathalie fsentuc@meteo.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-13116
Date:	2004
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Institute for Geophysics and Meteorology
Subjects:	Earth sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Straßenverkehr, Emissionen, Luftqualität, Modellnesting, Szenariensimulationen German traffic, emissions, urban air quality, nested models, scenario simulations English
Date of oral exam:	13 July 2004
Referee:	Name Academic Title Kerschgens, Michael J. Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1311