Klima und Luftbelastung - NUN

Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Klima und Luftbelastung
K. Heinke Schlünzen
Meteorologisches Institut
ZMAW
Universität Hamburg
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Gliederung
• Veränderungen des Klimas im
Norddeutschen Raum
• Einflüsse auf die Luftbelastung
• Besonderheiten der Städte
• Zusammenfassung & Ausblick
Was ist Klima?
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Definition, wie sie vom Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC) verwendet wird:
• “Climate in a narrow sense is usually defined as the
“average weather”, or more rigorously, as the
statistical description in terms of the mean and
variability of relevant quantities over a period of time
ranging from months to thousands or millions of
years. The classical period is 30 years, as defined by
the World Meteorological Organization (WMO). These
quantities are most often surface variables such as
temperature, precipitation, and wind. Climate in a
wider sense is the state, including a statistical
description, of the climate system.
Vom globalen zum regionalen Effekt
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Dynamische Verfeinerung
global
Europa
ECHAM (~500km)
REMO (~50km)
Deutschland
REMO (~10km)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Temperaturen in Norddeutschland
(REMO-Ergebnisse von Goettel, Jacob & Lorenz, 2006)
A1b Monatsmitteltemperaturen (Region Hamburg)
0.25
Wahrscheinlichkeitsdichte
1950
2000
2050
2099
0.15
0.10
Temperaturanstieg
(Januar):
A1b: 4 ºC (1950-2099)
0.05
0.00
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10 Temperatur °C
0.25
Wahrscheinlichkeitsdichte
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Januar
0.20
Juli
0.20
1950
2000
2050
2099
0.15
0.10
Temperaturanstieg
(Juli):
A1b: 3.5 ºC (1950-2099)
0.05
0.00
10
12
14
16
18
20
°C
22
24
26
28
(REMO-Ergebnisse von
Buelow, Jacob & Goettel, 2006)
Zu erwartende Veränderungen im
Nordwestdeutschen Tiefland (A1B)
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Temperatur-bezogene Indikatoren
+
+
Mittel- Eis
Temperatur
+
+
Frost Sommer Heiß Tropen
Kenntage
Niederschlags-bezogene Indikatoren
- +
- Sommer
Winter
Elbeübrige
mündung Region
(aus Spekat et al.,2007)
Niederschlagsänderung Hamburg (Fuhlsb.)
(1971-2000 versus 1951-1980)
Niederschlags-Zunahme (mm)
Niederschlags-Zunahme (%)
40
Niederschlagsänderung
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
50
30
20
10
0
Jan
Feb
Mar
Apr
Mai
Jun
Jul
-10
-20
Monat
Aug Sept
Okt
Nov
Dez
Jahresniederschlag Hamburg (Fuhlsb.)
1100
Jahresniederschlag (mm)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
1000
900
800
700
600
500
400
y = 1.2x - 1612
300
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Jahr
Niederschlagsdaten von //ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/ghcn/v2/
2010
Jahresmitteltemperatur Hannover
11
y = 0.03x - 49.5
Jahresmitteltemperatur (°C)
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y = 0.0024x + 4.4
10
9
8
7
6
1850
mittlere Temperatur
mittl. Temp. ab 1951
Linear (mittlere Temperatur)
Linear (mittl. Temp. ab 1951)
1875
1900
1925
1950
1975
Jahr
Temperaturdaten von //ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/ghcn/v2/
2000
Jahresmitteltemperatur Hamburg (Fuhlsbüttel)
Jahresmitteltemperatur (°C)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
11
10
9
8
7
y = 0.029x - 48.8
6
1950
1960
1970
1980
1990
Jahr
Temperaturdaten von //ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/ghcn/v2/
2000
2010
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Veränderungen des Klimas im
Norddeutschen Raum
• Klimaänderungen sind bereits eingetreten:
• ~12 mm / 10 Jahre seit 1950
• ~0.03°C / 10 Jahre seit 1850
• ~0.3°C / 10 Jahre seit 1950
• Klimamodelle zeigen:
•
•
•
•
Ganzjährige Erwärmung, verstärkt ab 2010
Temperaturzunahme im Winter am höchsten
Erhöhte Winterniederschläge
Verminderte Sommerniederschläge
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• Veränderungen des Klimas im
Norddeutschen Raum
• Einflüsse auf die Luftbelastung
• Besonderheiten der Städte
• Zusammenfassung & Ausblick
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Für den
Stofftransport
bedeutsame
Prozesse
• Windrichtung
• Windstärke
• Inversionshöhe
Wolken
• Einstrahlung
• Niederschlagsintensität
• Quellposition
• Boden- /
Bewuchseigenschaften
MI-UniHH Schlünzen (2003)
Niederschlag
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
NOxJahresEmissionen
für 2000
IER Stuttgart (2002)
Stickstoffdioxidkonzentrationen
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
10m über Grund in µg m-3
• Windrichtung
• Windstärke
• Inversionshöhe
• Einstrahlung
• Niederschlagsintensität
• Quellposition
• Boden- /
Bewuchseigenschaften
MI-UniHH Trukenmüller et al. (2003)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
• Einfluss der Klimaänderungen auf die
Luftbelastung sind noch unklar!
• Was bereits einschätzbar ist: Einfluss von
Emissionsminderungsmassnahmen.
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Wasserstofftechnik im Kfz-Verkehr
Reduziert die CO2 / NOx
Emissionen erheblich
(wenn CO2 / NOx neutral
gewonnen)
Hilft globalem Klima
und reduziert lokale NOx
(sowie Partikel-)Belastung
Wasserstofftechnik im Kfz-Verkehr
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Ablagerung Stickstoffverbindungen:
Mit Kfz Emissionen (M-SYS 16 km)
Ablagerung Stickstoffverbindungen:
Ohne Kfz Emissionen (M-SYS 16 km)
Ablagerung von
Stickoxidverbindungen
geht zurück
Hilft Klima, Luftqualität und
natürlichen Ökosystemen
(Schlünzen, Trukenmüller, 2003)
Wasserstofftechnik im Kfz-Verkehr
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Ozonkonzentration:
Mit Kfz Emissionen (M-SYS 16 km)
Ozonkonzentration:
Ohne Kfz Emissionen (M-SYS 16 km)
(Schlünzen, Trukenmüller, 2003)
Wasserstofftechnik im Kfz-Verkehr
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Ozonkonzentration:
Mit Kfz Emissionen (M-SYS 16 km)
Ozonbelastung kann in heute
emissionsreichen Regionen
ansteigen!
Ozonkonzentration:
Ohne Kfz Emissionen (M-SYS 16 km)
Hilft der Landwirtschaft und
reduziert Ozonkonzentration in
heute quellarmen Regionen
Konzentrationen emittierter Stoffe
nehmen durch Emissionsreduktionen
ab, sekundäre Luftbelastungen
können zunehmen!
(Schlünzen, Trukenmüller, 2003)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Einflüsse auf die Luftbelastung
• Klimaeinflüsse auf die Luftbelastung
sind noch nicht quantifiziert, hier besteht
Forschungsbedarf.
• Luftbelastung ist vom Klima beeinflusst
• Besonders wichtig: Windrichtung,
Einstrahlung, Inversionshöhe,
Niederschlag
• Lange Trockenperioden erhöhen
Erosionsgefahr Staubbelastung der Luft
• Emissionsreduktionen führen bei
Sekundärstoffen nicht notwendig zur
Verbesserung der Luftqualität.
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
• Veränderungen des Klimas im
Norddeutschen Raum
• Einflüsse auf die Luftbelastung
• Besonderheiten der Städte
• Zusammenfassung & Ausblick
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
• Die Lokalisierung des Klimas muss noch
erfolgen!
• Was vorhanden ist: hochaufgelöste Modelle
für Regionen und Städte.
Vom globalen zum Stadt Klima
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Dynamische Verfeinerung
global
Europa
ECHAM (~500km)
REMO (~50km)
Deutschland
REMO (~10km)
Statistischdynamische
Verfeinerung
Region Hamburg
METRAS ~1km
Vom globalen zum lokalen Klima
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Dynamische Verfeinerung
global
Europa
0.5 m/s
Deutschland
Statistischdynamische
Verfeinerung
N
u
In der Stadt
MITRAS / Windkanal
~1m bis ~10m
Region Hamburg
Modellkette in
Clisap
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Unterschiede Stadt und Land
• Quellregion
• Bebauung
• Abschattung, Reflektion
• Wärmespeicherung, -abstrahlung
• Reduzierte Verdunstung
• Fehlender Wasserspeicher
• Wirbelgenerator und Winddämpfer
HETEROGEN
NO2 Konzentration (11. April 2003, 07:00-07:30)
Horizontalschnitt bei z=1,5 m
Vertikalschnitt (links markiert)
Im Einzelfall: Faktor 100 in der
NO2 Konzentration innerhalb
einer Straßenschlucht!
(Grawe, Schlünzen, Trukenmüller, 2004)
Temperaturabweichung von HH-Fuhlsbüttel
Temperaturabweichung (°C)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Jul
Monat
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Temperaturabweichung von HH-Fuhlsbüttel
Temperaturabweichung (°C)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Monat
T-Diff (HH-Kirchwerder-HHFlughafen)
T-Diff (HH-Reitbrook-HHFlughafen)
T-Diff (Jork-HHFlughafen)
Nov
Dez
Temperaturabweichung von HH-Fuhlsbüttel
Temperaturabweichung (°C)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
T-Diff (HH-Kirchwerder-HHFlughafen)
T-Diff (HH-Reitbrook-HHFlughafen)
T-Diff (HH-Wandsbek-HHFlughafen)
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Monat
T-Diff (HH-Neuwiedenthal-HHFlughafen)
T-Diff (Jork-HHFlughafen)
Temperaturabweichung von HH-Fuhlsbüttel
1.2
Temperaturabweichung (°C)
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
Jan
0°C - 3°C höhere Temperaturen,
große Böigkeit,
geringere Feuchte,…
Feb
Mrz
Apr
Mai
T-Diff (HH-Kirchwerder-HHFlughafen)
T-Diff (HH-Reitbrook-HHFlughafen)
T-Diff (HH-Wandsbek-HHFlughafen)
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Monat
T-Diff (HH-Neuwiedenthal-HHFlughafen)
T-Diff (HH-St Pauli-HHFlughafen)
T-Diff (Jork-HHFlughafen)
Vom lokalen zum globalen Effekt
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
Dynamische Verfeinerung
global
Europa
Hochskalierung
0.5 m/s
Deutschland
Statistischdynamische
Verfeinerung
N
u
In der Stadt
Region Hamburg
Modellkette in
Clisap
Zusammenfassung & Ausblick
Meteorol. Inst., MesoMicroMeteorol.Modellierung
• Klimaänderungen sind in Messungen
nachweisbar.
• Ergebnisse globaler und regionaler Modelle
lassen erhebliche klimatische Veränderungen
auch in unserer Region erwarten.
• Modellsysteme unter Einschluss der urbanen
Skala müssen entwickelt werden, um
• Folgen von Veränderungen des Klimas
• Folgen von lokalen Maßnahmen für das Klima
global, regional und für den urbanen Bereich
einschätzen zu können.
• Untersuchungen müssen Klima und
Luftqualität gleichermaßen betrachten!