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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:hbz:385-6581
URL: http://ubt.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2011/658/


Ausgewählte meteorologische und lufthygienische Aspekte des Stadtklimas von Trier

The urban climate of Trier - selected meteorological and air quality aspects

Junk, Jürgen

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (7.498 KB)

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SWD-Schlagwörter: Stadtklima , Trier , Messtechnik , Luftqualit�t
Freie Schlagwörter (Deutsch): Luftqualitätsindex, Neuronale Netze
Freie Schlagwörter (Englisch): Air quality index, neural networks
Institut: Geographie und Geowissenschaften
Fakultät: Fachbereich 6
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Helbig, Alfred (Prof.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.12.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 05.08.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Die vorliegende Arbeit beschreibt ausgewählte Bereiche des Stadtklimas von Trier. Anhand von langjährigen meteorologischen Messreihen ist eine Bewertung der klimatologischen Gegebenheiten für das Stadtgebiet von Trier möglich. Trenduntersuchungen der Datenreihen des Niederschlags zeigen positive Niederschlagstrends für die meteorologischen Wintermonate. Die Intensität der urbanen Wärmeinsel der Stadt Trier wurde mittels mehrerer Temperaturmessfahrten untersucht und bewertet. Es treten in den Wintermonaten maximale Differenzen von bis zu 5,5 °C zwischen dem unbebauten Umland und den Innenstadtbereichen auf. Von der erhöhten thermischen Belastung während ausgewählter Wetterlagen sind vor allem die Anwohner der Innenstadtbereiche in den Sommermonaten betroffen. Zusätzlich fand eine Bewertung der thermischen Belastung mittels verschiedener thermischer Indizes statt. Die Auswertungen von Klimaprojektionen für den Untersuchungsraum zeigen eine starke Zunahme der thermischen Belastung ab Mitte des 21. Jahrhunderts. Die Auswirkungen des Sommers 2003 auf die Bevölkerung von Trier wurde anhand von Mortalitätsdaten von JUNK ET AL. (2007) analysiert. Die Kosten des Klimawandels (Temperaturzunahme bis 2100 um 4,5 °C) in den kommenden 50 Jahren beziffert eine Studie des Deutschen Institutes für Wirtschaftsforschung auf rund 80 Milliarden Euro für Rheinland-Pfalz. Auch wenn diese Abschätzungen mit starken Unsicherheiten behaftet sind, so wird dringender Handlungsbedarf deutlich. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der zunehmenden Urbanisierung muss sich auch im Bereich der Stadtplanung und der Verwaltung von urbanen Agglomerationsräumen das Prinzip der Nachhaltigkeit in allen Skalenbereichen durchsetzen. Übertragen auf den Bereich der Stadtklimatologie heißt das, dass dies auf die Ressourcen saubere Luft, angemessener Flächen- und Energieverbrauch verbunden mit Luft-schadstoffemissionen, Recht auf Mobilität usw. übertragen werden muss. Im Vordergrund steht dabei eine Entkopplung des Ressourcenverbrauchs von dem wirtschaftlichen Wachstum durch technische Innovation, effizientere Technologien und verändertes individuelles Verhalten.
Bezüglich der lufthygienischen Situation im Stadtbereich von Trier konnten Partikel und Stickoxide als wichtige Schadstoffe identifiziert werden. Da die Auswertungen der Luftschadstoffe auf die Datensätze des ZIMEN-Messnetzes beschränkt sind, können keine Aussagen über Inhaltsstoffe von Partikeln getroffen werden. Für die untersuchten Luftschadstoffe CO, SO2, NOx, O3 und PM10 treten in den letzten Jahren keine Grenzwertüberschreitungen auf, jedoch liegen die gemessenen Werte nur geringfügig unter diesen und überschreiten teilweise die unteren- und oberen Beurteilungsschwellen. Die Auswertungen des wirkungsbezogenen Luftqualitätsindex DAQx zeigen, dass in der Mehrheit der Fälle Feinstaub der bestimmende Luftschadstoff ist. Die Analyse der mittleren Mortali-tätszahlen zeigt, das bei DAQx-Werten > 4,0 (ausreichende Luftqualität) die Anzahl der täglichen Mortalitätsfälle über den Durchschnitt von 5,74 Fällen pro Tag steigt. Der Klimawandel wird auch direkte Auswirkungen auf die Luftschadstoffbelastung haben. Dies geschieht über die Veränderung der Windverhältnisse, Änderungen in der Höhe der Mischungsschicht sowie Änderungen in der Frequenz und Zugbahn von Tiefdruckgebieten. Veränderte Niederschlagsmuster beeinflussen die nassen und trockenen Depositionsraten, und die prognostizierte Temperaturerhöhung beeinflusst die chemischen Bildungs- und Abbauprozesse in der Atmosphäre, sowie die natürlichen Emissionsquellen.
Der Einfluss des zu erwartenden Temperaturanstieges auf die Ozonkonzentrationen in urbanen Gebieten lässt sich gut einschätzen, da während Episoden mit hohen Ozonkonzentrationen eine signifikante Korrelation zwischen der Lufttemperatur und der Ozonkonzentration besteht. Studien zeigen einen Anstieg der Ozonkonzentration zwischen 2 µg/m³ und 20 µg/m³ pro Grad Kelvin in Abhängigkeit des Emissionsszenarios, der verwendeten Modelle und der untersuchten Region aus. Die urbanen Ballungsräume werden von diesem Ozonanstieg stärker betroffen sein, da dort genügend Ozonvorläufersubstanzen vorhanden sind. Der Einfluss auf die Partikelkonzentrationen ist schwieriger zu beurteilen, da keine klaren Zusammenhänge zwischen der Lufttemperatur und den Partikelkonzentrationen bestehen. Insgesamt ist tendenziell mit einer Stagnation bis hin zu einer kurzzeitigen Verschlechterung der Luftqualität zu rechnen. Deswegen reicht die bereits erwähnte alleinige Berücksichtigung der thermischen Gegebenheiten in einem Warnsystem nicht aus. Es geht vielmehr um die integrative Bewertung der potentiellen Gefahrensituation für die Bevölkerung und die situationsbezogene Auslösung von Interventionsmaßnahmen und Aktionsplänen. Ein solches System wird derzeit für die Modellregion Esch-sur-Alzette in Luxemburg erstellt und wird 2011 in die Pilotphase eintreten.
Kurzfassung auf Englisch: This study describes selected parts of the urban climate of Trier, a mid-sized town in the western part of Germany. Based on many years of meteorological measurements an assessment of the climatological conditions for the urban area of Trier was possible. Trend analyses of annual precipitation totals showed no statistically significant results. Positive precipitation trends could be detected for the meteorological winter months. The intensity of the urban heat island of the city of Trier was assessed by several temperature-measuring trips with an environmental measuring vehicle. During the winter months, maximum differences up to 5.5 °C between the rural areas outside the city und the city centre were observed. The increased heat stress during the summer month affects especially the residents of the downtown area of Trier. In addition, the thermal situation was evaluated using different thermal indices.In general; the thermal stress in the city of Trier is moderate; with severe and extreme heat events being exceptions. The results of the climate projections show a strong in-crease of the thermal load from the middle of the 21st century onwards. The impact of the 2003 heat wave on the citizens of Trier was analyzed, based on ICD-10 coded mortality data sets, by JUNK ET AL. (2007). The “German Institute for Economic Research” estimated the total costs of climate change (air temperature increase of 4.5 °C by the end of this century) for Rhineland-Palatinate of 80 billion euros. Even if these estimates are subjected to considerable uncertainties, the urgent need for action is obvious. Against the background of climate change and increasing urbanization the principle of sustainability must became an essential part of urban planning processes and urban management systems in all spatial scales. Transferred and applied to the field of urban climatology, this means that the resources of clean air, adequate energy, and space consumption and the right of individual mobility must be handled in a sustainable way. The main emphasis must be a decoupling of the consumption of resource from the general economic growth through the use of technical innovations, new efficient technologies, and the changing of individual behaviour.
Looking at the air quality situation in the city area of Trier, particles and nitrogen oxides were identified as major pollutants. Hence, the analyses of the air quality in the city area was limited to the use of the ZIMEN data sets, no statements about the chemical characterisation of the dust particles were possible. For the air pollutants CO, SO2, NOx, O3, and PM10, no limit values were exceeded, between 2001 and 2007, however the measured values were only slightly below the valid EU-thresholds. The evaluations of the health impact related air quality index DAQx showed that in most of the cases the determining air pollutant is PM10. The analysis of the mortality cases showed that DAQx values greater than 4.0 (indicating only sufficient air quality) were correlated with daily mortality cases above the average of 5.74 cases per day. Climate change will also have a direct impact on future air pollution levels by changing wind vectors, frequency of high- and low-pressure systems, and the mixing layer height. Altered rainfall patterns affect the wet and dry deposition rates and the predicted increase in air temperature affects the chemical formation and decomposition processes in the atmosphere as well as the emission rates of natural emission sources.
The influence of the projected increase in air temperature on ozone concentrations can be estimated quite well. During episodes with high ozone levels, significant correlations between air temperature and ozone concentration were observed. Numerical model studies show an increase in ozone concentrations between 2 μg/m3 and 20 μg/m3 per degree Celsius, depending on the emission scenarios, the model used, and the geographical region. Urban agglomerations will be affected even more because of the large amount of available ozone precursor substances. The influence of climate change on particle concentrations is more difficult to assess because no clear correlation between air temperature and particle concentrations exists. Overall, stagnation or even a decline in the current air quality levels is expected for the future. Therefore the consideration of heat stress in warning systems is not enough. Another important point is the quantification of the risk of heat waves for humans. Heat waves in early summer lead to higher mortality rates than heat waves, which occur later in the year of the same intensity because people are already acclimatized.
Consequently, it is not enough to consider only the thermal conditions in a health warning system. An integrative assessment of the potential risk situation for the people and the situational activation of intervention measures and action plans are necessary. Such a system is being created for the model region of Esch-sur-Alzette in Luxembourg and will enter the pilot phase in 2011.

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