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Feinstaub aus Schiffsemissionen

Regionales Chemietransportmodell: Schadstoffe aus Schiffsemissionen

Die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre kann mit Chemietransportmodellen simuliert werden. Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) setzt für seine Untersuchungen für Europa das  „Community Multiscale Air Quality“ Modellsystem (CMAQ) ein. Als Eingangsdaten werden dabei mit dem regionalen Atmosphärenmodell COSMO-CLM berechnete meteorologische Felder verwendet, welches wiederum mit NCEP Re-Analysedaten (durch spektrales „Nudging“) angetrieben wurde. Die verwendeten anthropogenen Emissionen wurden mit dem „SMOKE for Europe“ Emissionsmodell (Bieser et al., 2011) berechnet.

Besonderes Augenmerk liegt auf der Ausbreitung von Schiffsemissionen im Nord- und Ostseeraum. Dabei basieren die verwendeten Schiffsemissionen auf individuellen Schiffsbewegungen sowie Informationen über Schiffsmotor und verwendeten Treibstoff. Für die Schadstoffkonzentrationen und ihre Ausbreitung spielt die Gas-Partikel-Umwandlung in der Atmosphäre eine große Rolle. Gasförmige Schwefeldioxid- (SO2) und Stickoxid-Emissionen (NOx) von Schiffen werden besonders im Sommer in Sulfat- (SO4) und Nitrat-Aerosole (NO3) (Partikel, sog. Feinstaub) umgewandelt und können dann über viele hundert Kilometer landeinwärts transportiert werden.

 

Die Simulation oben zeigt eine solche Episode im Spätsommer 2008. Schiffsemissionen westlich von Frankreich und im Ärmelkanal führen zu Aerosolbildung. Wechselwirkungen von Schwefel- und Stickoxiden mit landseitigen Ammoniak-Emissionen (NH3) begünstigen die Partikelbildung. Die Aerosolpartikel werden dann westwärts bis nach Zentraleuropa transportiert. Vor allem im Küstenbereich können Aerosole aus Schiffsemissionen einen erheblichen Anteil an der gesamten vom Menschen verursachten mittleren Feinstaubbelastung ausmachen (Matthias et al., 2010).

Die Animation unten zeigt - ebenfalls über die Einfärbung - die bodennahe Aerosol-Konzentrationen; zusätzlich verdeutlichen hier halbtransparente 3D-Isosurfaces die dreidimensionale Struktur der "Aerosolwolken".

 

Literatur:

Bieser, J., Aulinger, A., Matthias, V., Quante, M., and Builtjes, P.: SMOKE for Europe – adaptation, modification and evaluation of a comprehensive emission model for Europe, Geosci. Model Dev., 4, 47-68

Matthias, V.; Bewersdorff, I.; Aulinger, A. & Quante, M. (2010): "The contribution of ship emissions to air pollution in the North Sea regions". Environmental Pollution 158(6), 2241--225.

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