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Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 1
Anforderungen an Copernicus-Dienste für die Luftreinhalteplanung aus Sicht einer
Großstadt
Martin Lutz Dr. Andreas Kerschbaumer
Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt
Anforderungen an die Luftreinhalteplanung
Fragestellungen & erforderliche Tools
Anwendungsmöglichkeiten für COPERNICUS/ MAC- II Produkte
Momentane Grenzen, Nutzerwünsche, Fazit
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 2
■ Wo und wie groß sind Luftqualitätsprobleme? Beurteilung der Belastung relativ zu
den Grenzwerten Größe des Überschreitungsgebiet, Trends
■ Herkunft der Belastung: räumlich, nach Quellsektoren, Höhe des Beitrags Quellanalysis
Skala: lokal, urban, regional, kontinental Quantitative Quellzuordnung
Quellsektoren: Verkehr, Industrie, Haushalte, …
■ Reichen bisherige Maßnahmen für Grenzwerteinhaltung? Wirkungsabschätzung bereits geplanter
Maßnahmen und Regelungen Inkl. Wirkungen nationaler und EU-weiter Maßnahmen
■ Wenn nein, welche zusätzliche Maßnahmen sind nötig? Werden Grenzwerte eingehalten? Wirkungsabschätzung zusätzlicher Maßnahmen
inkl. Grenzwerteinhaltung
Luftreinhaltepläne inhaltliche Vorgaben
Potentielle Anwendung für Copernicus Produkte, wie
großräumige Verteilung von Satellitenmessdaten
Simulationsmodelle
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 3
Jahresmittel NO2 2015 Grenzwert 40 µg/m³
Luftbelastung räumlich/zeitliche Struktur relevant für Modellierung Grenzwertüberschreitungen (nicht nur) in Deutschland ■ für Feinstaub (PM10)
Kenngröße: 36. höchster 24h-Mittelwert im Kalenderjahr = 90.4 Perzentil
■ und NO2 Kenngröße: Jahresmittelwert
■ meist städtische Bereiche betroffen ■ NO2: ausschließlich verkehrsnah
Belastung hoch z. T. Faktor 2 über Grenzwert Probleme in fast allen großen Städten
■ PM10: verkehrsnah & Hintergrund Rückgang der Belastung, Überschreitungen
nur noch vereinzelt Höchste Hintergrundbelastung in
Nordost-Deutschland wg. grenzüberschreitendem PM10-Transport
NO2: grobe zeitliche Auflösung, sehr hohe räumliche Differenzierung PM: höhere zeitliche Auflösung, hohe räumliche Differenzierung,
kleine Änderungen wichtig
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 4
Luftbelastung in Ballungsräumen räumliche Struktur
Beispiel Feinstaub (PM10)…
PM10 [µg/m³]
urban background
regionaler Hintergrund
hemispherischer/natürlicher Hintergrund
Stadtgebiet ländlicher Raum
101520
3025
3540
101520
3025
3540
Verkehr, lokale Quellen
Luftgüte-Messstellen
Beitrag urbaner Hintergrund
Beitrag hot spots
gesamter städtischer Beitrag relevant für lokale Maßnahmen-planung
Grenzwert
MAC-II Support durch großräumige Schadstoffsimulationen, u.a zur Ursachenanalyse
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 5
4x4 km2
Regionaler Hintergrund
mehrskalige Modellierung für LQ Beurteilung & Quellenzuordnung & Szenario-Analyse
~30x30 km2
Großräumiger Hintergrd
1x1 km2
Urbaner Hintergrund
Straßenschluchtskala
Luftreinhalteplanung in Städten Unterstützung durch MAC-II Modellanwendung
MAC-II Support durch großräumige Schadstoffsimulationen für Ursachenanalyse Langfristige Policy Scenarios Analyse von Schadstoffepisoden Routinemäßige Kurzfristvorhersagen
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 6
Ursachenanalyse durch Modellierung Untersuchung von PM10 Episoden
Beispiel: großräumige MAC-II Analysen
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 7
Ursachenanalyse durch Modellierung Import/Eigenanteile an der PM10 Belastung
Beispiel: Nullemissionen in Brandenburg
Ferntransport
lokal geprägt
Quelle: IVU, Reimer/Stern, 2012
Anteil der Quellen außerhalb Brandenburgs
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 8
Ursachenanalyse durch Modellierung Import/Eigenanteile an PM10 Belastung
Beispiel: MAC-II City Contribution Simulation für Berlin
Unterschätzung des Stadtanteils, weil urbane Skala (noch) nicht aufgelöst wird
Externer Beitrag
lokaler Beitrag durch Berlin
Messung 21/11, 24h Mittel: 30 µg/m³ Verkehr 20 µg/m³ urbaner HG 15 µg/m³ Stadtrand
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 9
2015
Trend scenario plus 60% weniger Emissionen aus Hausheizung & Nachrüstung mobiler Maschinen mit Rußfiltern
Überschreitung 24h-Grenzwert
>9 km Grenzwertüberschreitungen im Hauptstraßennetz mit mehr als 8500 betroffenen Anwohnern
Luftreinhalteplanung Berlin 2011-17 Simulation von Maßnahmenszenarien PM10
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 10
Modellsimulation Problem der Auflösung der urbanen Skala
Beispiel Großraum Berlin
16 x 14 km² 2 x 2 km²
8 x 7 km²
Quelle: PAREST Endbericht, Builtjes et. Al, 2010
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 11
Prognose der Wirkung verschiedener zusätzlicher Maßnahmenbündel zur Reduzierung der PM10-Belastung
in 2015 & 2020
-3%
-3%
-3%
-5%
-3%
-8%
-19%
-14%
-9%
-28%
-28%
-23%
0 5 10 15 20 25 30 35
2009
Trend 2015
traffic management & vehicle technology
traffic measures & ban of solid fuel for small combustion & off
road machinery with PF
Trend 2020
annual average PM10 [µg/m³]
Expected decrease of particle (PM 10) pollution* in Berlin
regional BG urban increment local increment
* averaged over 27 traffic hot spots, based on modelling
-3%
-3%
-3%
-5%
-3%
-8%
-19%
-14%
-9%
-28%
-28%
-23%
0 5 10 15 20 25 30 35
2009
Trend 2015
traffic management & vehicle technology
traffic measures & ban of solid fuel for small combustion & off
road machinery with PF
Trend 2020
annual average PM10 [µg/m³]
Expected decrease of particle (PM 10) pollution* in Berlin
regional BG urban increment local increment
* averaged over 27 traffic hot spots, based on modelling24h-limit value
PM10 [µg/m³]
urban background
regional background
hemispheric/natural background
Urban areas countryside
1015
20
3025
3540 Traffic, local sources
monitoring sites
urban increment
hot spotincrement
total urban contributionrelevant forAQ LV compliance
PM10 [µg/m³]
urban background
regional background
hemispheric/natural background
Urban areas countryside
1015
20
3025
3540 Traffic, local sources
monitoring sites
urban incrementurban increment
hot spotincrementhot spotincrement
total urban contributionrelevant forAQ LV compliance
total urban contributionrelevant forAQ LV compliance
Luftreinhalteplanung Berlin 2011-17 Simulation von Maßnahmenszenarien PM10
Mögliche Anwendung von
MAC-II Modellergebnissen
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 12
■ Nutzungsmöglichkeiten? Anwendung der MAC-II Modellergebnisse für Szenariensimulation zur Wirkung von Maßnahmen
Randwerte als Input für eigene Rechnungen in 1x1 km und Straßenschlucht Fokus Langfrist, EU-weit & regional Aktuelle EU-Minderungsszenarien routinemäßig & DE-weit/regional on
demand die Ursachenanalyse
Beispiel: PM10-Beitrag aus Quellen in PL oder der Region (in Episoden routinemäßig und langzeitlich on demand)
Relevanz i.R. eines Vertragsverletzungsverfahrens und VG Verfahrens Veröffentlichung routinemäßiger kurzfristiger Schadstoff-
prognosen für den Großraum Berlin/Brandenburg auf unserer Webseite Ozon Problem: Mangelnde räumliche Auflösung vor allem bei NO2 und PM
Fazit Nutzung Copernicus-Dienste und -Daten
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 13
■ Anforderungen, Forschungs- und Entwicklungsbedarf gibt es? Höhere Auflösung der urbanen Skala Verknüpfung mit Hotspot-Messdaten (für Analyse Ist-Zustand)
und höher aufgelösten Modellrechnungen (Nesting) oder statistischen Verfahren (für Prognose)
■ Hindernisse für operationelle Nutzung? Fehlender lokaler Beitrag und damit systematische
Unterschätzung ■ Anregungen?
Routinemäßiges Nesting für ausgewählte Ballungsräume Design von (nationalen/regionalen) Policy Scenarios on demand
Fazit Nutzung Copernicus-Dienste und -Daten
Martin Lutz | 1. COPERNICUS Nutzer-Fachworkshop November 2016 14 30. Mai 2012
Vielen Dank
für Ihre Aufmerksamkeit !
martin.lutz@senstadt.berlin.de
Der Berliner Luftreinhalteplan im Internet:
www.berlin.de/luftreinhalteplan
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