Verbesserung der NO2-Immissionsmodellierung mit HBEFA4.1

Abstract

Es wurden detaillierte Emissions- und Ausbreitungsberechnungen für die Zeppelinstraße in Potsdam für die Bezugsjahre 2015, 2018 und 2019 durchgeführt, weil hier eine sehr gute Datenlage vorlag. Die modellierten NOx- und NO2-Jahresmittelwerte wurden mit den Messdaten an der Messstation Zeppelinstraße verglichen. Die Ergebnisse der Modellrechnungen zeigten auf, dass bei optimaler Datenlage und Anwendung des dreidimensionalen prognostischen Strömungs- und Ausbreitungsmodells MISKAM mit HBEFA4.1 die NOx-Zusatzbelastung für das Jahr 2015 um 16% unterschätzt und für die Jahre 2018 und 2019 um 16% bzw. 15% überschätzt werden. In der NOx-Gesamtbelastung ergab dies Abweichungen zwischen -12% (2015) und +11% (2018) bzw. 10% (2019). Eine Ursache für die Überschätzungen 2018 und 2019 könnte ggf. in der im HBEFA4.1 nicht vorhandenen Berücksichtigung der Wirkung der freiwilligen Softwareupdates und/oder höherer Wirkungen der verpflichtenden Softwareupdates zu finden sein. Verwendet man zur Berücksichtigung der NO-NO2-Konversion das vereinfachte Chemiemodell nach Düring et al. (2011) in seinen Standardeinstellungen und unter Nutzung der NO2-Direktemissionsanteile aus HBEFA4.1, dann wird 2015 der NO2-Messwert (leicht) überschätzt (4%). Statistische Konversionsmodelle nach Romberg et al. (1996) bzw. Bächlin et al. (2008) zeigen tendenziell eine NO2-Unterschätzung. In den Bezugsjahren 2018 und 2019 werden mit dem vereinfachten Chemiemodell deutliche Überschätzungen der NO2-Messwerte berechnet, weil die NOx-Zusatzbelastung (NOx-Emission) zu hoch ist (16% bzw. 15%) und die NO-NO2-Konversion im vereinfachten Chemiemodell zusätzlich zu einer weiteren Überschätzung in der Gesamtbelastung führt. Auch die statistischen Konversionsmodelle zeigen NO2-Überschätzungen der Gesamtbelastung, die aber geringer sind als mit dem Chemiemodell berechneten. Es zeigt sich, dass mit einer Halbierung der NO2-Direktemissionsanteile des HBEFA4.1, wie aus Analysen der Immissionsdaten ableitbar, die mit dem Chemiemodell berechneten NO2-Gesamtbelastungen deutlich näher am Messwert liegen. Quelle: Forschungsbericht

Detailed emissions and dispersion calculations were carried out for Zeppelinstraße in Potsdam for the reference years 2015, 2018 and 2019, because the data available here were very good. The modeled annual mean NOx and NO2 values were compared with the measurement data at the Zeppelinstraße measuring station. The results show that with optimal data and application of the three-dimensional prognostic flow and dispersion model MISKAM with HBEFA4.1, the additional NOx annual mean is underestimated by 16% for 2015 and for 2018 and 2019 16% or 15% are overestimated. In the total NOx concentration, this resulted in deviations between -12% (2015), + 11% (2018) and+ 10% (2019). One reason for the overestimations in 2018 and 2019 could possibly be found in the fact that HBEFA4.1 does not take into account the effects of the voluntary software updates and / or the higher effects of the mandatory software updates. If the simplified chemical model according to Düring et al (2011) is used in its standard settings and using the NO2 direct emission components from HBEFA4.1, then in 2015 the NO2 measured value is (slightly) overestimated (4%). Statistical conversion models according to Romberg et al. (1996) and Bächlin et al. (2008) show a tendency to underestimate NO2. In the reference years 2018 and 2019, the simplified chemical model was used to calculate significant overestimations of the NO2 measured values because the additional NOx concentration (NOx emissions) is too high (16% and 15%, respectively). The NO-NO2 conversion in the simplified chemistry model also leads to a further overestimation of the total pollution. The statistical conversion models also show NO2 overestimations of the total concentration, but these are lower than calculated with the chemistry model. It can be seen that with a halving of the NO2 direct emission shares of the HBEFA4.1, as can be deduced from analyzes of the concentration data, the total NO2 concentration calculated with the chemical model is significantly closer to the measured value. Quelle: Forschungsbericht

Ziel des Projektes war die Überprüfung und Verbesserung der NO2-Immissionsmodellierung auf Basis der Emissionen aus HBEFA 4.1 im Nahbereich von Straßen. Dafür sollte eine detail¬lierte Modellierung für eine Straße mit einer guten Datenlage insbesondere hinsichtlich der Verkehrsstärken und der Zusammensetzung der Fahrzeugkategorien angefertigt werden. Auf Basis dieser Daten sollten die Emissionen mit HEFA 4.1 berechnet und die Immissionen mit einem detaillierten Strömungsmodell abgeleitet werden. Bei der Immissionsmodellierung war insbesondere auch auf die Umwandlung von NO zu NO2 einzugehen und Empfehlungen für eine bessere Beschreibung dieser Prozesse in Ausbreitungsmodellen abzugeben.Die Modellierungen mit dem vereinfachten Chemiemodell im Projekt haben ergeben, dass für das Untersuchungsgebiet in Potsdam die in HBEFA 4.1 angegebenen NO2-Emissionsfaktoren dort zu halbieren sind. Vor der Anwendung dieses Verfahrens sollte eine Auswertung des gemessenen Verhältnisses der NOx- zu NO2-Zusatzbelastungen bei niedrigen O3-Konzentrationen erfolgen und die Anwendung des Verfahrens damit oder durch Nutzung vergleichbarer Verfahren geprüft und begründet werden. Weitere Empfehlungen betreffen die Emissionsminderung bei Diesel-PKW nach Software-Update und eine mögliche Einführung weiterer Verkehrssituationen in HBEFA 4.1. Die Ergebnisse sind insbesondere für Behörden und Gutachten relevant, die regelmäßig im Rahmen der Luftreinhalteplanung NO2-Immissionsmodellierungen durchführen.