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Statistisch-klimatologische Analyse von Konzentrationsschwankungen in Aerosolkomponenten

Markus Sageder

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Reinhold Steinacker

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DOI

10.25365/thesis.12082

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30133.15197.392765-3

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Aufgrund von österreichweiten Überschreitungen der gemäß Immissionsschutzgesetz-Luft gültigen Grenzwerte für PM10, stellt sich die Frage nach den Hauptverursachern von Feinstaub. An der TU Wien wurde daher ein umfassender Datensatz über die PM10 Zusammensetzung aus Immissionsproben mehrerer Standorte in Österreich erstellt. Unter der Anwendung eines Aerosolquellenmodells (“Makrotracermodell”) wurden dabei Aerosolkomponenten wie z.B. Kohlenstoff (EC, OC, OM), Holzrauch (Levoglucosan), mineralische Stäube (Si, Ca), Streusalz (NaCl) sowie Sekundäraerosol (Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, HULIS) analysiert. Diese aus unterschiedlichen Quellen stammenden Bestandteile stehen unter ständigem Einfluss einer Vielzahl meteorologischer Vorgänge. Inwieweit die Konzentration einzelner Quellbeiträge dadurch variiert, wird anhand dieser interdisziplinären Arbeit unter Anwendung von Rückwärtstrajektorien und detaillierter Analyse meteorologischer Messdaten geklärt. Dabei hat sich herausgestellt, dass vor allem die “Geschichte” der Luftmassen am Immissionsort neben den vorherrschenden Ausbreitungsbedingungen die PM10 Konzentration bzw. die Zusammensetzung bestimmt. Immissionssituationen mit hoher Stadt-, jedoch geringer Hintergrundbelastung standen in Verbindung mit Hochdruckeinfluss, hoher Kalmenhäufigkeit, schwachem Bodenwindfeld (häufig West) und seichten Inversionen - also grundsätzlich schlechten Ausbreitungsbedingungen in der bodennahen Atmosphäre. Die Luftmassen waren dabei vorwiegend atlantischen Ursprungs. Kräftige Bodeninversionen entkoppelten häufig die bodennahe Atmosphäre und wurden bevorzugt im alpinen Raum verzeichnet. Besonders in Verkehrsnähe wurden hohe Konzentrationen mineralischer Substanzen (Silikat, Karbonat) und Rußpartikel mit teilweise > 50 % Anteil am Stadtaerosol gemessen. Es traten jedoch etwa ebenso häufig Situationen mit überwiegend großflächiger Aerosolbelastung auf. An allen untersuchten Standorten stand die Advektion kontinentaler Luftmassen in Verbindung mit großräumigen Belastungen durch anorganisches Sekundäraerosol und Holzrauch. In etwa zwei Drittel der Hintergrundbelastung konnte somit durch grenzüberschreitenden Aerosoltransport erklärt werden. Anhand von Rückwärtstrajektorien wurden Quellregionen für PM10 und Vorläufersubstanzen vorwiegend in Ost- und Südeuropa gefunden. Derartige Lagen gingen mit leicht stabiler bis neutraler Schichtung in Bodennähe, deutlich abgehobenen Inversionen und geringer Kalmenhäufigkeit einher. Großräumiger Aerosoltransport konnte vor allem in Ostösterreich bzw. im Alpenvorland, aber auch in alpinen Becken der Region Österreich-Süd nachgewiesen werden. Weiters zeigten Einzelfallstudien signifikante Immissionsunterschiede innerhalb Österreichs. Während der atlantische Einfluss in den nördlichen Landesteilen die PM10 Belastung generell dämpft, ist in alpinen Becken das Potenzial zur Anreicherung von Primäraerosol sehr hoch. Das Alpenvorland und insbesondere Ostösterreich werden überwiegend von ferntransportierten Substanzen aus gasförmigen Präkursoren beeinflusst.

Abstract

(Englisch)

Due to the excesses of the limit values for PM10, valid in accordance with the Austrian “Immissionsschutzgesetz-Luft”, the question about the main polluters of fine dust arises. Therefore a comprehensive dataset of the PM10 composition from immission-samples at several locations in Austria was provided at the TU Vienna. Using a model for source-apportionment (“macrotracer-model”) aerosol components like carbon (EC, OC, OM), wood smoke (Levoglucosan), mineral dust (Si, Ca), thawing salt (NaCl) as well as secondary aerosol (ammoniumsulphate, ammoniumnitrate, HULIS) were analyzed. These substances, originating from different sources, are influenced by a wide variety of meteorological phenomena. In this regard this interdisciplinary study is based on the use of backward trajectories and detailed analysis of meteorological data to clarify the variation of concentration in aerosol constituents. As a result the most important impact on the PM10 concentration and composition is the origin of the airmasses at the sampling site in addition to the predominant conditions of atmospheric dispersion. High immissions of urban aerosol in connection with low concentrations at rural areas came along with anticyclones, frequent calms, weak winds (mainly westerly) and shallow inversions - therefore bad conditions of the atmospheric dispersion in the near-surface atmosphere. In this case the air masses were mainly coming from the Atlantic Ocean. Heavy ground inversions frequently decoupled the near-surface atmosphere and were preferentially detected in alpine areas. In particular high concentrations of mineral substances (silicate, carbonate) and soot were measured near to busy streets with > 50 % percentage of the city aerosol. However just as frequently situations with spacious aerosol concentrations occurred. The advection of continental air masses was connected to a large-scale immission of inorganic secondary aerosol as well as woodsmoke at all reviewed sampling sites. Thus approximately two-thirds of the background concentration came from transnational long-range aerosol transport. On the basis of backward trajectories the source regions for PM10 and precursors were basically found in eastern and southern Europe. Such situations were accompanied by slight stable to neutral layering at ground level, by elevated inversions and rare calms. Spacious transport of aerosol was particularly proven in eastern Austria, the alpine foreland and in addition in the alpine basins of southern Austria. Furthermore individual case studies showed up significant differences in PM10 immission within Austria. While the influence of the Atlantic Ocean generally decreases the PM10 concentration in the northern regions, the potential for the increase of primary aerosol is very high in alpine basins. The alpine foreland and in particular eastern Austria are predominantly affected by the transport of substances coming from gaseous precursors.

Autor*innen

Markus Sageder

Haupttitel (Deutsch)

Statistisch-klimatologische Analyse von Konzentrationsschwankungen in Aerosolkomponenten

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

VI, 118 S. : Ill., graf. Darst., Kt.

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Reinhold Steinacker

Klassifikation

38 Geowissenschaften > 38.80 Meteorologie: Allgemeines

AC Nummer

AC08367565

Utheses ID

10892

Studienkennzahl

UA | 415 | | |

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