Urbane Hintergrundbelastung von Feinstaub und Stickstoffdioxid; Metriken und Maßnahmen zur Minderung

Die Überprüfung, ob die in der Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EC festgelegten Grenzwerte für Luftschadstoffe überschritten werden, erfolgt derzeit durch Messungen an einzelnen Punkten. Diese Messpunkte müssen unter anderem an den Orten mit der höchsten Belastung liegen. Durch dieses Verfahren kann aber nicht sichergestellt werden, dass alle Bereiche mit hohen Luftschadstoffbelastungen erfasst werden. Außerdem lässt dieses Verfahren nur in begrenztem Umfang Aussagen über die kleinräumige Verteilung von Luftschadstoffen in städtischen Gebieten zu, so dass zum Beispiel nur sehr schwer zu bestimmen ist, wie viele Menschen von Grenzwertüberschreitungen betroffen sind. Diese Kenntnislücken könnten durch einen verstärkten Einsatz von Modellen vor allem zur Berechnung von Konzentrationen in Städten geschlossen werden. Bei der kommenden Novellierung der Luftqualitätsrichtlinie könnten daher Modellergebnisse eine größere Bedeutung bei der gesetzlichen Überwachung der Luftqualität zukommen und Anforderungen nicht nur an Punktmessungen, sondern zum Beispiel auch an Gebietsmittel gestellt werden.

Ziel des Projekts war daher die modellgestützte Bestimmung der Variabilität von Luftschadstoffen in Städten. Dazu wurden für drei Städte in Deutschland mit dem chemischen Transportmodell (CTM) REM-CALGRID (RCG) jeweils in drei räumlichen Auflösungen Stickstoffdioxid- (NO₂) und Feinstaub- (PM10) Konzentrationsfelder berechnet und Häufigkeitsverteilungen von Konzentrationsklassen erstellt. Da sich in Städten innerhalb einer CTM-Gitterzelle hohe Variationen in der Belastung finden, wurden exemplarisch die Belastungen innerhalb ausgewählter CTM-Gitterzellen von circa 500 mal 500 Quadratmeter mit einem Mikroskala-Modell berechnet. Für die CTM-Modellskalen und die Mikroskala wurden Flächenmittelwerte und Häufigkeitsverteilungen der Konzentrationswerte ermittelt und vergleichend ausgewertet.

Die Ergebnisse zeigen, dass es mit einer räumlichen Modellauflösung von sieben mal acht Quadratkilometer möglich ist, Signale von Städten in den Konzentrationsfeldern zu erzeugen. Mit diesem Verfahren wird die Luftqualität jedoch nur sehr grob abgebildet. Mit erhöhter räumlicher Auflösung wird die Immissionsstruktur deutlich differenzierter und die maximal auftretenden Konzentrationen steigen an. Um die in städtischen Gebieten beobachteten urbanen Hintergrundfelder zu erfassen, ist für CTM-Modellierung eine hohe räumliche Auflösung in der Größenordnung von 1.000 bis 500 Meter erforderlich. Hinsichtlich der Exposition kann dies zu einer deutlichen Erhöhung der von hohen Konzentrationen Betroffenen führen.

Zwischen CTM-Ergebnissen und Häufigkeitsverteilungen kleinräumiger Konzentrationen wurden indikative Zusammenhänge abgeleitet und so erste Bausteine für eine mögliche neue Strategie der Beurteilung der Luftqualität entwickelt.