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Veröffentlichung Aktionsprogramm und Maßnahmenplan Ozon (Sommersmog)(Umweltbundesamt, 2013)In hochsommerlichen Episoden treten in weiten Teilen Deutschlands stark erhöhte Konzentrationen von bodennahem Ozon auf. Die damit verbundenen Risiken für die menschliche Gesundheit und für Ökosysteme rückten in den 80er Jahren und insbesondere anfangs der 90er Jahre zunehmend ins Blickfeld der Luftreinhaltepolitik von Bund, Ländern und Kommunen. In öffentlichen Diskussionen wurden vielfach Forderungen nach Bekämpfungsmaßnahmen auf lokaler, regionaler und nationaler Ebene erhoben und auch verschiedene Einzelmaßnahmen wie Tempolimits, innerstädtische Fahrverbote oder Produktionsbeschränkungen vorgeschlagen. Über die Wirksamkeit der diskutierten Minderungsstrategien herrschte allerdings verbreitet Unklarheit. Untersuchungen über die Auswirkungen von möglichen Minderungsmaßnahmen, wie z.B. temporäre Verkehrsbeschränkungen oder spezifische stoff- oder sektorbezogene Maßnahmen auf der lokalen, regionalen oder großräumigen Ebene zur Absenkung der anthropogenen Emissionen der Ozon-Vorläufersubstanzen NOx und VOC1, waren bis dahin nicht durchgeführt worden.Veröffentlichung Sicherstellung der Ozonprognose(Umweltbundesamt, 2019)Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Tools zur Bereitstellung einer neuen Ozonvorhersage zur Information und ggf. Warnung der Öffentlichkeit. Dafür wurde zunächst die Vorhersagequalität des Modellensembles aus dem europäischen Copernicus Atmosphärendienst (CAMS) getestet. Im zweiten Schritt wurden einfache Korrekturverfahren anhand der CAMS-Daten erprobt und in einem Tool für den operationellen Betrieb implementiert. Die Ozonvorhersagen können somit täglich aufbereitet und der Öffentlichkeit über die Homepage des Umweltbundesamtes zur Verfügung gestellt werden.Veröffentlichung Geo-Engineering(2016) Benduhn, Francois; Niemeier, Ulrike; Institute for Advanced Sustainability Studies; Deutschland. Umweltbundesamt; Mäder, ClaudiaIn dieser Arbeit wird der Einfluss von sogenanntem stratosphärischen Geoengineering auf die Ozonschicht der Stratosphäre mit globalen Zirkulationsmodellen untersucht. Stratosphärisches Geoengineering soll einen globalen Abkühlungseffekt erzeugen, welcher der globalen Erwärmung entgegenwirken soll. Momentane Schätzungen gehen davon aus, dass dazu jährliche Injektionen in der Größenordnung von 1-10 Mt Schwefel notwendig sind. Diesen Schätzungen entsprechend werden Sensitivitätsstudien durchgeführt, die den Einfluss auf die Ozonschicht in Funktion der Injektionsrate und einiger Schlüsselparametern zu quantifizieren suchen. Die Ergebnisse zeigen einen sehr komplexen Zusammenhang zwischen den beteiligten Prozessen. Insbesondere dem Zusammenspiel zwischen den Strahlungseigenschaften des Sulfataerosols, der stratosphärischen Zirkulation, den Polarwirbeln, und der Ozon- und Aerosolchemie scheint eine Schlüsselrolle zuzukommen. Unsere Berechnungen ergeben, dass über den Subtropen durch chemische Effekte mit einer Zunahme der Ozonschicht um bis zu 5% zu rechnen ist, während über den Polargebieten und den gemäßigten Breiten vorwiegend eine Abnahme der Ozonkonzentration um bis zu 10% zu erwarten ist. Die Resultate sind jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet, die eine korrekte Quantifikation der Implikationen des Geoengineering auf die Ozonschicht mittels Modellexperimenten als wenig wahrscheinlich erscheinen lassen.Veröffentlichung Anwendung und Überprüfung neuer Methoden zur flächenhaften Bewertung der Auswirkung von bodennahem Ozon auf die Biodiversität terrestrischer Ökosysteme(2015) Bender, Jürgen; Bergmann, Elke; Weigel, Hans-Joachim; Johann Heinrich von Thünen-Institut; Deutschland. Umweltbundesamt; Schütze, GudrunUnter den Spurengasen in der Atmosphäre ist O3 ein hoch phytotoxischer Luftschadstoff, dessen Konzentration weiter ansteigt. Die potenziell schädigende Wirkung des bodennahen O3 bei höheren Pflanzen ist vielfach belegt. Während die Schadensbewertung bisher meist unter Aspekten der nutzbaren Leistungen der Pflanzen erfolgte, sind weitergehende Folgen für die Biodiversität insgesamt und für die von ihr abhängigen Ökosystemfunktionen und –dienstleistungen derzeit schwer abzuschätzen. Ziel des vorliegenden Berichts ist eine Bewertung des Risikos von O3-Belastungen für die Vegetation und die Biodiversität terrestrischer Ökosysteme in Deutschland mit Hilfe von Modellierungs- und Kartierungsansätzen und in Form einer Literaturstudie.Veröffentlichung Assessment of the impacts of ozone on biodiversity in terrestrial ecosystems(2015) Bergmann, Elke; Bender, Jürgen; Weigel, Hans-Joachim; Johann Heinrich von Thünen-Institut; Deutschland. Umweltbundesamt; Schütze, GudrunTropospheric ozone is considered as the most significant phytotoxic pollutant in the atmosphere. While it has been shown that ozone concentrations have significant adverse effects on crop yields, forest growth and species composition, the impacts of ozone on biodiversity are uncertain. The project aims to assess the impacts of O3 on vegetation and biodiversity in Germany. For this purpose, the present study provides (i) a synthesis of current knowledge on the effects of O3 on biodiversity and ecosystem services through a comprehensive literature study and (ii) an analysis of methods and uncertainties in concentration-based and flux-based approaches in O3 risk assessments (critical levels), including validation studies for different vegetation types. Modelling and mapping approaches are used to evaluate the O3 risk for vegetation in Germany at both local and regional scale.Veröffentlichung Effects of ground-level ozone on vegetation modified by nitrogen and components of climate change: a literature study(Umweltbundesamt, 2021) Bergmann, Elke; Bender, Jürgen; Institut für Biodiversität; Deutschland. Umweltbundesamt; Schütze, GudrunTroposphärisches Ozon (O3) gilt als der bedeutendste phytotoxische Luftschadstoff. Erhöhte O3-Konzentrationen können das Pflanzenwachstum, die Entwicklung und Produktivität sowie die Artenzusammensetzung und die biologische Vielfalt negativ beeinflussen. Im Rahmen des Übereinkommens über weiträumige, grenzüberschreitende Luftverunreinigungen wurden kritische Schwellenwerte (Critical Levels) für O3 zum Schutz der Vegetation für verschiedene Vegetationstypen abgeleitet und sie werden auf der Grundlage der vorliegenden wissenschaftlichen Erkenntnisse fortlaufend weiterentwickelt. Ziel ist es, das O3-Risiko für die Vegetation in der gegenwärtigen und zukünftigen Belastungssituation in Europa als Grundlage für Minderungsmaßnahmen in der europäischen Luftreinhaltepolitik abzuschätzen. Die Ableitung kritischer O3-Werte basiert auf langjährigen Untersuchungen zum Einfluss von O3 auf die Vegetation v.a. durch Experimente, bei denen Pflanzen unterschiedlichen O3-Konzentrationen ausgesetzt waren, meist unter ansonsten optimalen Wachstumsbedingungen. Es ist jedoch bekannt, dass die Auswirkungen von O3 unter Freilandbedingungen durch eine Reihe anderer Faktoren erheblich verändert werden können. Eine Bewertung der Auswirkungen von O3-Belastungen in einem zukünftigen Klima muss daher mögliche Wechselwirkungen insbesondere mit erhöhter Stickstoffdeposition und Faktoren des Klimawandels berücksichtigen. Die vorliegende Studie fasst das aktuelle Wissen darüber zusammen, wie Faktoren des Klimawandels wie Temperatur- und Trockenstress, N-Eintrag und erhöhte CO2-Konzentrationen O3-Effekte auf das Wachstum, den Ertrag und den Gaswechsel beeinflussen oder verändern. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Weitergehende Untersuchungen zu Auswirkungen des Klimawandels auf die Ozonkonzentration in Deutschland (KliwO)(Umweltbundesamt, 2023) Manders, Astrid; Mohammadi, Sadegh; Schaap, Martijn; Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek; Deutschland. UmweltbundesamtOzon ist ein Luftschadstoff mit negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und auf die Vegetation. Seit den 1990er Jahre sind die Ozonkonzentrationen in Europa aufgrund von Emissionsreduzierungen zurückgegangen. Der Klimawandel wird jedoch die Bedingungen, die die Ozonbildung begünstigen, verstärken, was zu mehr Überschreitungen der Ozonrichtwerte führen kann. Wir haben den Einsatz von Methoden des Maschinellen Lernens (ML) untersucht, um Beziehungen zwischen jährlichen oder saisonalen Klimakennzahlen und der jährlichen Anzahl von Überschreitungen eines Ozonschwellenwertes für Messstandorte in Deutschland im Zeitraum 1995-2018 herzustellen, wobei Messungen aus den Messnetzen der Bundesländer und des UBAs und COSMO-REA6 meteorologische Daten verwendet wurden. Die Vorhersagewerte (Prädiktand) waren die Anzahl der Tage pro Jahr, an denen der höchste tägliche 8-Stunden-Mittelwert (MDA8) von 120 mikrog/m3 überschritten wurden (Ozonüberschreitungen), und die Anzahl der Episoden (zwei oder mehr aufeinander folgende Tage mit einer Ozonüberschreitung). Als Variablen (Prädiktoren) wurden unterschiedliche Klimakennzahlen (z. B. Anzahl Sommertage/Trockentage/tropische Nächte, Indikatoren zu Windrichtung und relativer Feuchte) und Stationsmerkmale verwendet. Für das Maschinelle Lernen wurde H2O AutoML verwendet. Es wurden getrennte ML-Modelle für normale (weniger als 55 Überschreitungen pro Jahr) und extreme Werte (55 oder mehr Überschreitungen) entwickelt. Für die normalen Werte waren Temperaturindikatoren (Anzahl der tropischen Nächte/Sommertage) neben Informationen über den Breitengrad, die Stationshöhe und die Stationsklassifizierung die einflussreichsten Variablen. Bei den extremen Werten wurden die Auswirkungen von Strahlung, relativer Luftfeuchte und Wind dominanter. Für die normalen Werte war die Güte der ML-Modelle angemessen, für die extremen Werte waren die Ergebnisse jedoch weniger robust. Bei den ML-Modellen handelte es sich um sogenannte "relationship fitting"-Modelle, die auf neue Jahre und Stationen angewendet werden können, aber nicht für Emissionsszenarien. Sie sind weniger gut für die genaue Vorhersage extremer Bedingungen geeignet. Es ist zu empfehlen, die Klimadatensätze monatlich oder saisonal aggregiert statt jährlich aggregiert zu speichern. Es sollte zudem ein Indikator für die relative Luftfeuchtefestgelegt werden, weil diese Variable eine wichtige Rolle in Prozessen im Bereich der Luftqualität spielt. Quelle: Forschungsbericht