Transport und Transformation von atmosphärischem Aerosol in Mitteleuropa mit Fokus auf anthropogene Quellen

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431895563

Da die erlaubten luftgetragenen Partikeln Massenkonzentrationen (PM) durch EU-Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit geregelt werden, ist es notwendig, die wichtigsten PM-Quellen genau zu identifizieren, um die lokale Luftqualität zu kontrollieren. Dafür wurden bisher In Europa unterschiedliche Ansätze zur Quellenzuordnung verwendet: Chemie-Transport-Modelle (CTMs) und Rezeptor-orientierte Modelle (RMs). Aufgrund der vielfältigen Ursprünge des atmosphärischen Aerosols ist die Quellenzuordnung und damit die Entwicklung effizienter Minderungsstrategien jedoch sehr schwierig. Nur die Anwendung moderner RMs für unterschiedliche komplementäre Datensätze und die Anpassung sowie Vernetzung der jeweiligen Ergebnisse gestattet in Kombination mit CTM-Simulationen eine präzise und detaillierte Identifizierung der entsprechenden PM-Quellen. Diese Vorgehensweise wurde bisher in Studien zur Quellenzuordnung für Mitteleuropa nicht angewendet.Das Hauptziel des Projekts ist es, die Transportwege und Umwandlungsprozesse des atmosphärischen Aerosols aus anthropogenen Quellen (insbesondere der Kohle- und Holzverbrennung) mit Hilfe synergistischer Messmethoden (offline und online) und modernster Modellierungswerkzeuge (RMs und CTMs) für Mitteleuropa zu analysieren und zu bewerten. Um dieses Projektziel zu erreichen, wird die Expertise der beiden Partner (TROPOS, DE und ICPF-CAS, CZ) gebündelt. Die Messungen werden während zweier intensiver Kampagnen (Sommer und Winter) an den beiden ACTRIS-Stationen Melpitz (MPZ, DE) sowie dem Nationalen Atmosphärenobservatorium Košetice (NOAK, CZ) durchgeführt und durch Messungen an einem dritten Standort (Frýdlant, FRÝ, CZ) an der tschechisch-deutschen Grenze ergänzt. Verschiedenen Rezeptormodelle werden zur Identifizierung von Primär- und Sekundärquellen anhand der Online-Messungen mit den Aerosol-Massenspektrometern und der offline durchgeführten umfassenden chemischen Charakterisierung des atmosphärischen Aerosols eingesetzt. Die Kombination von zeitlich hochaufgelösten Aerosolmessungen für gut identifizierbare chemische Spezies bietet eine einzigartige Möglichkeit zur detaillierten Identifizierung der zugehörigen Quellen. Die Trajektorien-Analyse ermöglicht es, für jeden Standort festzustellen, ob die identifizierten Quellen mit lokalen Emissionen und Prozessen oder mit dem Ferntransport in Verbindung gebracht werden können und dann ihre jeweilige geografische Herkunft zu identifizieren. Um einen größere Skala abzudecken, werden Simulationen mit dem Chemie-Transportmodell COSMO-MUSCAT durchgeführt und die Ergebnisse durch die Messungen an den drei Probenahmestellen validiert. Das Modellsystem COSMO-MUSCAT wurde am TROPOS entwickelt. Schließlich werden verschiedene Emissionsszenarien, um die Auswirkungen zukünftiger Minderungsmaßnahmen auf die Partikelmasse und die chemische Zusammensetzung des Aerosols abzuschätzen. Durch die enge Zusammenarbeit wird ein intensiver Wissenstransfer zwischen den Partnern ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Vladimír Zdímal, Ph.D.