Berechnung anthropogener Emissionen in Deutschland für Ozonsimulationen : Modellentwicklung und Sensitivitätsstudien

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein hochauflösendes Emissionsmodell für Deutschland zu entwickeln. Durch Sensitivitätsrechnungen mit einem gekoppelten Emissions- und Chemie-Transportmodell soll herausgefunden werden, wie groß die Auswirkungen von Unsicherheiten im Emissionsmodell auf die Ergebnisse der atmosphärischen Modellierung sind. Um diese Ziele zu erreichen, wird zunächst ein räumlich, zeitlich und stofflich hochauflösendes Emissionsmodell für Deutschland entwickelt, um die erforderlichen Emissionsdatensätze in höchster Genauigkeit bereitstellen zu können. Verbesserungen gegenüber bestehenden Ansätzen betreffen vor allem das Verkehrsmodell sowie die Methoden zur räumlichen und zeitlichen Verteilung, die hier erstmals auf das Gebiet der gesamten Bundesrepublik angewendet werden. Die Ergebnisse der Emissionsberechnung für 1994 sowie eine Szenariorechnung für 2010 werden ausführlich diskutiert. Variationen des Emissionsmodells liefern die zu den Sensitivitätsrechnungen benötigten Eingangsdatensätze für ein Chemie-Transport-Modell, das aus Emissionen, Landnutzung, Orographie und meteorologischen Daten die Konzentrationen von bodennahem Ozon und anderen Spurengasen simuliert. Es werden Fälle zu verschiedenen Emissionsstärken der Ozonvorläufersubstanzen untersucht, aber auch Änderungen in der räumlichen Verteilung der Emissionen, in der zeitlichen Lage und im stündlichen Verlauf sowie in der Zusammensetzung der VOC-Komponenten. Darüber hinaus werden die unterschiedlichen Auswirkungen von Variationen der NMVOC-Emissionen aus biogenen bzw. anthropogenen Quellen analysiert. Die Ergebnisse der Sensitivitätsrechnungen zeigen für die betrachtete Episode, dass Unsicherheiten in den Emissionsdaten hohen Einfluss auf die Ergebnisse der Chemie-Transport-Modellierung haben können. Große Bedeutung kommt der richtigen Erfassung der NOx-Emissionen und der Einbeziehung wichtiger Einzelemittenten als Punktquellen zu.

Objective of this study is the development of a model for the calculation of anthropogenic emissions in Germany with high resolution. Sensitivity analyses with a coupled emission and chemistry transport model will be performed to examine the effects of uncertainties in the emission model on the results of atmospheric modelling. In order to achieve these goals, first a complex emission model for Germany is developed enabling the estimation of data sets of highest possible accuracy. In order to develop a state of the art model, it was necessary to transfer and modify existing methodologies for Germany, in particular for combustion plants and road traffic. Further improvements concern the methods for the calculation of spatial and temporal distributions which are applied here for the first time to the whole of Germany. The results of the emission calculation for 1994 as well as an emission scenario for 2010 are presented. Variations of the emission model supply input data for a chemistry transport model, which simulates near-surface ozone concentrations for given land use, orographical and meteorological data. In this way sensitivity analyses can be carried out with respect to changes of emission input data. A large variety of cases is examined for different emission strengths of ozone precursor substances as well as modifications of the spatial distribution of the emissions, the temporal allocation and the VOC composition. Furthermore the different effects of variations of the NMVOC emissions from biogenic and anthropogenic sources are analysed. The results of the sensitivity analysis show for the episode of investigation that uncertainties in emission data can have a strong influence on the results of the chemistry transport calculations. Of great importance is the correct estimation of NOx emissions and the inclusion of large emitters as point sources.