4_Meteorologische Einfluesse

4 Meteorologische Einflüsse auf die Ausarbeitung von Luftverunreinigungen
1.1. Was versteht man unter Meteorologischen Einflüssen
Sind alle Vorgänge und Kräfte, die dafür sorgen, dass sich die Luft bewegt, sich
verwirbelt und vermischt und so die beobachtete Feldverteilung der Luft bewegt.
 Windgeschwindigkeit
 Windrichtung
 Turbolenzen
 Inversionswetterlage
 Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre
1.2. In welcher Atmosphäre findet Wetter und somit die meteorlogische Dynamik statt?
Der Einfluss von meteorologischer Dynamik auf die Ausbreitung von Luftschadstoffen
findet zu 90% in der Troposphäre statt. Die Troposphäre reicht vom Erdboden bis in eine
Höhe von 15km. (Dort befinden sich der grossteil an Luftsauerstoff und Wasserdampf in
der Atmosphäre)
1.3. Wie kommt es zur Ausbreitung von Luftschadstoffen?
Die Verteilung der Einzelnen Schadstoffe in der Luft hängt vom Emissionsort, den
Stoffeigenschaften und dem Verhalten der Substanz in der Atmosphäre ab. Eine Vielzahl
von Luftverunreinigungen wird in der Atmosphäre durch physikalisch-chemische
Prozesse umgewandelt.
2. Welche Rolle spielen die meteorologischen Einflüsse?
2.1. Windgeschwindigkeit
Die Windgeschwindigkeit ist der Weg, den die Luft pro Zeiteinheit im Raum zurücklegt.
Die ist allgemein als Vektor mit sowohl horizontalen als auch vertikalen Komponenten
definiert. Für die Einflussnahme auf die Ausbreitung der Luftschadstoffe ist in erster
Linie die horizontale Komponente ausschlaggebend.
2 Faktoren:
- Je höher die Gebäude, desto geringer wird die Windgeschwindigkeit. Es können sich
aber Kanalisierungseffekte in Hausschluchten ausbilden.
- Der Tagesgang wirkt ebenso beeinflussend, da sich am Tag (wesentlich im Sommer)
Winde stärker ausbilden als in den Abend- und Nachtstunden.
2.2. Windrichtung
Die Variation der Windrichtung bedeutet, dass sie Situation eines z.B. Fabriksnachbarn
einer Veränderlichkeit bezüglich der Möglichkeit des Auftretens von Immissionen
unterworfen ist. Es ist davon auszugehen, dass die Anteile der Windrichtungen zwischen
2 bis 50% für 30 Grad Sektoren betragen. Somit kann ein Nachbar maximal 50% der
Jahresstunden direkt von der Abgasfahne aus dem Emittenten angeströmt werden.
2.3. Turbulenzen
Sind Strömungswirbelin der Atmosphäre, welche für die Verdünnung der
luftverunreinigenden Stoffe von Bedeutung sind.
Wichtig für die Entstehung von Turbulenzen:
- Temperatur
- Windgeschwindigkeit
- Tag oder Nacht
2.4. Inversionswetterlage und Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre
2.4.1 Inversionswetterlage
Ist eine Wetterlage, die durch eine Umkehr (Inversion) des vertikalen Temperaturgradienten in der Atmosphäre geprägt ist. Das bedeutet, dass sich in diesem Fall die
Kalte Luft in Bodennähe befindet und von einer Warme Luftschicht überdeckt ist.
Es kann SMOG entstehen!
2.4.2 Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre
Beschreibt deren thermodynamische Stabilität beziehungsweise Labilität bezüglich
des vertikalen Temperaturgradienten anhand verschiedener Gleichgewichtszustände.
Es wird zischen einer labilen, stabilen und einer neutralen Atmosphärenschichtung
unterschieden.
a) labile (überadiabatische) Schichtung der Luftmassen
Die Kurve der adiapatischen Temperaturveränderung (blau) zeigt, wie sich eine
Abluftwolke verhält, wenn die Abluft (Luftpaket) durch einen Kamin nach oben steigt.
Beim aufsteigen dehnt sich das Luftpaket aus und kühlt dabei ab, da sie aber immer
noch wärmer als die Umgebungstemperatur steigt sie weiter auf. Wird das Luftpaket
kälter und dichter sinkt es ab. Diese Schichtung ist labil, dadurch kommt es zu einer
guten Durchmischung und die Schadstoffkonzentration wird geringer.
b) stabile (unteradiabatische) Schichtungen der Luftmassen
Die Kurve der adiapatischen Temperaturveränderung (blau) zeigt, wie sich eine
Abluftwolke verhält, wenn die Abluft (Luftpaket) durch einen Kamin nach oben steigt.
Sie dehnt sich mit steigender Höhe aus und kühlt ab. In diesem Fall ist sie schwerer
als die Umgebungsluft und sinkt dadurch auf ihrer Ausgangsposition ab. Wird die
Abluft beim Abstieg wärmer leichter als die Umgebungsluft so steigt sie zurück zur
Ausgangsposition. Diese Schichtung ist stabile, es kommt zu keiner Verdünnung der
Abgase.
Beispiele für Schichtungen
2.5.1. Looping
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Leicht bis mittelstarke labile Schichtung
Schadstoffe breiten sich schleifenförmig aus (berühren den Boden)
Schadstoffbelastung in unmittelbarer Nähr, lässt jedoch schnell nach, Belastung
in mittelbarer Entfernung relativ gering;
2.5.2. Coning
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Neutrale bis leicht stabile Schichtung
Schadstoffe breiten sich konisch aus
Verdünnung der Abgase relativ gering
Rauchfahne berühr nicht unbedingt den Boden
In unmittelbarer Nähe ist die Schadstoffbelastung gering
2.5.3. Fanning
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Stabile Schichtung zu einer massiven Bodeninversion verstärkt (reicht bis über
die effektive Schornsteinhöhe)
keine weiter vertikale Ausbreitung
Relativ geringe Verdünnung der Abgase daher auch in weiten Entfernungen hohe
Konzentrationen.
2.5.4. Lofting
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Am Boden ebenfalls Inversion (nächtliche Strahlungsinversion →Obergrenze
exakt oder leicht unterhalb der effektiven Schornsteingrenze)
Für vertikale Ausbreitung erweist sich die Inversion als Sperrschicht
Schadstoff können daher maximal bis zur Obergrenze absinken
Höhere Abgaskonzentration an der Grenzschicht
Ausbreitung nach oben hin unbegrenzt
2.5.5. Fumigation
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Schädlichste Art
Es herrscht eine labile Schichtung am Boden, gefolgt von Höheninversion
oberhalb der effektiven Schornsteinhöhe
Unterhalb der der Inversion können sich die Abgase aufgrund der labilen Schicht
gut ausbreiten. (nach oben durch die Inversion blockiert)
Durchmischung in Bodennähe
Es können natürlich auch Kombination zwischen den gezeigten Beispielen entstehen!