ZAMG - Sonnblick Observatorium

Sonnblickpanorama

VALIM | Michael Staudinger

Das Projektziel umfasst den Austausch von Information und Knowhow über Grenzen hinweg und widmet sich den Schwerpunkten: Schadstoffausbreitung im Ballungsraum Belluno, Ferntransport von Schadstoffen Belluno – Sonnblick und Luftaustausch zwischen Talatmosphäre und Sonnblick. Das Projektgebiet umfasst den Bereich Großraum Belluno bis zum Alpenhauptkamm der Hohen Tauern.

Projektpartner - im Rahmen dieses vom Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) kofinanzierten Projektes - sind die Region ARPA Veneto in Belluno, die Ämter der Bundesländer Kärnten und Salzburg sowie die ZAMG Regionalstelle für Salzburg und Oberösterreich.

Projektübersicht

Erfahrung und Wissen über Ausbreitungsmodelle werden zwischen den Projektpartnern, im Speziellen zwischen ARPA Veneto und ZAMG Salzburg, im Rahmen eines zweitägigen Meetings in Salzburg ausgetauscht. Kontakte und gegenseitiger Austausch finden weiterhin statt.Um den Luftaustausch zwischen Tal- und Gipfelbereiche am Alpenhauptkamm genauer studieren zu können, wurde das bestehende Messnetz am Rauriser Sonnblick durch zwei zusätzliche Stationen erweitert. Die neu gewonnenen Daten stehen online zur Verfügung und werden mit bereits zur Verfügung stehenden Messungen vernetzt um möglichst große Synergie zu erreichen.

Im Rahmen dieses Projektes (Projektzeitraum August 2005 bis Oktober 2007) wurden Immissionsmessungen im Herbst 2006 vom Land Salzburg durchgeführt. Basierend auf diesen Immissionsmessungen und den zu diesem Zeitpunkt bereits voll implementierten neuen VALIM-Stationen wird der Frage nach dem Ferntransport zwischen Belluno-Sonnblick bei gleichzeitiger Betrachtung der kleinräumigen Schadstoffaustauschbedingungen im Großraum Belluno und im Talschluss von Rauris nachgegangen.

Folgende drei Punkte sind hervor zu heben:

Es gibt drei Tage während der Immissionsmessperiode im Herbst 2006, in denen Trajektorien aus dem Großraum Belluno das Zielgebiet des Rauriser Sonnblicks erreichen und dabei, zumindest zeitweise, durch Föhnprozesse bis nach Kolm Saigurn heruntergemischt werden.

Basierend auf dem möglichen Ferntransport zwischen dem Einzugsgebiet Belluno und dem Sonnblick bei gleichzeitigem Südföhn im Raurisertal, wird untersucht, ob eine Ankopplung mit der Talatmosphäre im Piavetal bei Belluno zu diesem Zeitpunkt überhaupt möglich war. Es zeigt sich bei den drei untersuchten Fällen, dass die Talatmosphäre durch ausgeprägte Inversionen entkoppelt ist. Ein Ferntransport von Schadstoffen aus der Talatmosphäre im Raum Belluno mit der südwestlichen Höhenströmung in Richtung Sonnblick ist aus diesem Grund sehr unwahrscheinlich.

Ein ausgeprägter Mechanismus in bezug auf die Anzahl der Kondensationskerne am Sonnblickgipfel lässt sich erkennen. Beim Eintreffen von zwei Warmfronten wurde für kurze Zeit ein deutliches Maximum an Kondensationskernen registriert. Insgesamt handelt es sich um die höchsten Werte während der sechswöchigen Messphase. Die wahrscheinlichste Erklärung liegt darin, dass im Frontbereich der Warmfront bodennahe Quellen „angezapft“ wurden, die als Spitze den Immissionsmesspunkt Sonnblick durchlaufen. Wahrscheinlich passiert dieses „Aufnehmen“ Luft in den Frontbereich schon bis zu 12 bis 24 Stunden vor dem bodennaher Eintreffen am Sonnblick. Auf Grund der Zugrichtung der Warmfronten aus Nordwest und der ständigen Nordwestwinde kommen Einzugsgebiete in Deutschland aber auch in Frankreich in betracht.

Verbesserung Stationsnetz

Zwei Stationen wurden angeschafft und implementiert. Die neu gewonnenen Daten stehen online zur Verfügung und werden in einer Datenbank abgelegt. Des weiteren werden diese Messgrössen mit bereits zur Verfügung stehenden Messungen vernetzt um eine möglichst große Synergie zu erreichen.

Folgende Stationen wurden aufgestellt und implementiert:

Sonnblick Tauernstütze 1899 m

Fraganter Scharte 2754 m

Abbildung 1: Stationsnetz Sonnblick; rote Kreise markieren die neuen VALIM-Stationen, blaue Kreise zeigen den Standort bestehender ZAMG-Stationen


Abbildung 2: Aufstellung Fraganter Scharte (links) und Tauernstütze (rechts)

Alle Messdaten werden zum Server am Sonnblickobservatorium in 3100 m Seehöhe übertragen und dort in einer Datenbank gespeichert. Die gewonnenen VALIM-Daten werden in ein bestehendes Messnetz am Sonnblick eingebunden. Durch diese Zusammenschau entstehen ein kompletteres Bild der komplizierten meteorologischen Stabilitäts- und Strömungsmuster im Rauriser Talschluss und im hochalpinen Kammbereich.

Abbildung 3: Aufbereitung Online-Messdaten, Zusammenschau VALIM und ZAMG Daten

Kleinräumiger Austausch Raurisertal-Sonnblick

Um die Mechanismen des kleinräumigen Luftaustausches besser verstehen zu können, wurden vom Projektpartner Immissionsmessungen durchgeführt. Darauf aufbauend wurde eine eingehende Analyse der kleinräumigen Wind- und Luftschichtungssysteme aus dem zur Verfügung stehenden Meteorologie-Messnetz durchgeführt. Zudem bedarf es einer gleichzeitigen Zusammenschau der Immissionsmessungen in Kolm Saigurn (CO, O3, PM10, SO2, NO2, NO, NOx) sowie von Immissionsmessungen im Gipfelniveau (Aerosole in Form von Kondensationskernen).

Beispielhaft wird hier die erste Woche diskutiert:

Immissionsmessperiode Herbst 2006, Woche 1

Am 23.10. wehte starker Südföhn in der Höhe, der unbelastete Luft zum Sonnblickgipfel brachte, die Kondensationskerne sind sehr gering.

Am 24.10. ließ der Südföhn deutlich nach. Die Kondensationskerne sind deutlich angestiegen, durch leichten Südwind und aufbrechende Talinversionen wurden Kondensationskerne aus den Kärntner Tälern in den Gipfelbereich transportiert; ein „Anzapfen“ der Talluft fand statt.

Am 25.10. beginnt die Immissionsmessung im Talschluss von Kolm. Am 25. und 26.10. war es in den Gipfelbereichen föhnig. Es war insgesamt mild und die nächtliche Talinversion wurde tagsüber aufgebrochen, der Temperaturgradient Tauernstütze-Kolm zeigt entsprechend einen Tagesgang. Die SO2-Konzentration in Kolm ist gering und zeigt – abgesehen von geringem „Rauschen“ am Abend und am Morgen - keine Schwankungen. PM10 bleibt niedrig, da die Talluft durch das Talwindsystem ausgetauscht wird. Interessanter sind die Verläufe bei NO2 und O3: NO2 reichert sich in den Nächten an - wenngleich in Anbetracht der wenigen Emittenten im Talschluss auf niedrigem Niveau – und geht tagsüber auf fast 0 zurück. Gleichzeitig steigt tagsüber mit thermischer Durchmischung der Talluft die O3-Konzentration deutlich an. Hierbei wird deutlich der Effekt des „Heruntermischens“ von ozonbelasteter Höhenluft ins Tal sichtbar. Dieses Heruntermischen ist vor allem am 26.10. stark ausgeprägt. Der Temperaturgradient aller drei Luftschichten liegt bei minus 1°/100m, der mäßige Südwind greift als laminare Strömung mit 40-70 km/h in den Talboden durch. Die O3-Werte sind am 26.10. dadurch den ¾ Tag über auf relativ hohem und konstantem Niveau. Wie aus dem Kapitel über den Ferntransport ersichtlich, handelt es sich am 26.10. um einen jener Tage, an denen die Trajektorien aus dem Raum Belluno den Sonnblick erreichen und dabei bis nach Kolm heruntergemischt werden.

Am 27.10. beginnt eine Wetterumstellung. In der Höhen dreht der Wind. Die aufziehende Bewölkung dämpft die vertikale Durchmischung. Besonders PM10 steigt dadurch an.

Am 28. und 29. strömt mit starken Nordwestwinden kältere Luft heran. PM10 geht im Tal zurück, auch auf Grund des Niederschlages. Im Gipfelbereich sinkt die Anzahl der Kondensationskerne am 29. deutlich. Mit Einströmen der Kaltluft ins Raurisertal steigt auch das O3-Konzentration auf ein höheres Niveau an. Das Überströmen der Kaltluft aus dem Raurisertal nach Innerfragant wird besonders am 29.10. stark sichtbar anhand der Windgeschwindigkeit auf der Fraganter Scharte, die als tiefster Punkt im Kammbereich ideal zum Überströmen scheint und daher um einiges höhere Geschwindigkeiten erreicht als der Sonnblickgipfel.

VALIM Immissionsmessperiode Herbst 2006, Woche 1

Abbildung 4: Meteorologie Sonnblick (3106m); Wind + Temperatur; 23.-29.10.06

Abbildung 5: Meteorologie Fraganter Scharte (2754m); Wind + Temperatur; 23.-29.10.06

Abbildung 6: Temperaturschichtung in drei Schichten, Kondensationskerne am Sonnblick; 23.-29.10.06

Abbildung 7: Temperaturschichtung in drei Schichten, Ozon und Stickstoffdioxid in Kolm (1600m); 23.-29.10.06

Abbildung 8: Vertikale Temperaturschichtung in drei Schichten, Schwefeldioxid in Kolm (1600m); 23.-29.10.06

Abbildung 9: Temperaturschichtung in drei Schichten + Feinstaub in Kolm (1600m) ; 23.-29.10.06

Ferntransport Belluno - Sonnblick mittels NOAA Modell

Dies beinhaltet eine Analyse der Verhältnisse der unteren Troposphäre während der Messphase. Einerseits durch Analysefelder meteorologischer Modelle die den Zustand (Strömung, Schichtung, etc.) der Atmosphäre hinreichend genau beschreiben, andererseits auch durch die zur Verfügung stehenden Messreichen vom Sonnblick (Kolm Saigurn, Tauernstütze, Fraganter Scharte und Sonnblick-Observatorium).

Mit Hilfe des NOAA HYSPLIT MODEL wurden zahlreiche Trajektorien zwischen Belluno und Sonnblick berechnet und auch mögliche Verdünnungen simuliert.

An 6 von 34 Tagen im Untersuchungszeitraum erreichen insgesamt 16 von 272 Trajektorien den unmittelbaren Nahbereich am Sonnblick.

Abbildung 11 zeigt einen jener Tage während der Messphase, in denen Trajektorien mit Start in Belluno den Bereich des Sonnblicks erreichen.

Wie aus der Untersuchung des kleinräumigen Luftaustausches zwischen Talraum in Kolm Saigurn und Sonnblickgipfelbereich hervor geht, kommt es an drei der sechs Tage mit potenziellem Ferntransport auch zu einem föhnbedingten „Heruntermischen“ ins Raurisertal. An folgenden Tagen:

26.10.2006, 18.11.2006, 25.11.2006

während der Immissionsmessphase des Landes Salzburg in Kolm Saigurn, könnten dort Luftpartikel registriert werden, die aus dem Großraum Belluno stammen können.

Fiktive Verdünnung bei Ferntransport Belluno – Sonnblick

Basierend auf die meteorologische Situation am 25. und 26.10.2006 wird mittels NOAA Modell eine fiktive Verdünnung kalkuliert. Vom Startpunkt wird eine fiktive Emission freigesetzt.

Fiktive Verdünnungsfaktoren Belluno- zu Sonnblickimmissionsmaximum:

etwa 1500:1 (26.10.2006 13/14 UTC)

etwa 2000:1 (26.10.2006 16/17 UTC)

etwa 3000:1 (26.10.2006 19/20 UTC)

Diese Verdünnungsrate bezieht sich nicht auf eine einzelne Punktquelle und den Konzentrationen am Kaminausgang. Sie bezieht sich auf die höchste Immissionskonzentration im Großraum Belluno, die gemittelt über eine vertikale Schicht und einen gewissen Zeitraum entsteht, wenn fiktiv über eine vertikale Linienquelle von 10-200 m über Modellfläche emittiert wird.

Sonnblick- und Bellunomaximum liegen bei diesem Ausbreitungsszenario und einer zeitlich begrenzten Freisetzung 14 Stunden auseinander.

Abbildung 11: Konzentrationsverteilung zu verschiedenen Zeitpunkten nach einer fiktiven Freisetzung in Belluno am 25.10.2006

Ferntransport Belluno – Sonnblick mittels Lagrangem Ausbreitungsmodell

Das Lagrange Modell WinKFZ wurde verwendet um eine hochauflösende Topographiestruktur bei der Ausbreitung zu berücksichtigen.

Ziel der Berechnungen war es, eine fiktive im Raum Belluno freigesetzte Schadstoffmenge zum Sonnblick zu transportieren. Aufgrund der komplexen Topographie im Untersuchungsraum war es allerdings im Rahmen des Projektes nicht möglich, ein „reales“ Windfeld zu reproduzieren, mit dem Schadstoffe bis zum Sonnblick gelangten. Alternativ wurde mit einer quasi direkten Anströmung des Sonnblicks aus der Gegend um Belluno gerechnet. Unter Annahme einer hinreichend großen Mischungsschichthöhe gelang es, belastete Luft über die Dolomiten bis zum Alpenhauptkamm und darüber hinaus zu führen. Abbildung 12 zeigt ein Beispiel für eine solche Schadstoffverteilung.

Abbildung 12: Schadstoffverteilung nach 12-stündiger Ausbreitung, Mischungsschichthöhe von 2500 m.

Bei einer Mischungsschichthöhe von 2500 m über Belluno ragt zwar der Sonnblickgipfel weiterhin aus der Sperrschicht heraus, die Luft strömt jedoch über die niedrigeren Scharten, wie die Fraganter Scharte, sodass die belastete Luft auch im Lee der Hohen Tauern auf Salzburger Seite heruntergemischt wird. In Abbildung 12 (oben) zeichnet sich im Luv jeder Bergkette ein Maximum der Schadstoffbelastung ab; wenige Kilometer stromaufwärts des Sonnblicks ist die modellierte Schadstoffkonzentration beispielsweise noch rund 50% von jener im Bereich der Quelle.

Koppelung zwischen Piavetal und Raurisertal

Die Grenzschicht über Belluno wurde für drei Perioden analysiert; und zwar zu Terminen, an denen ein Ferntransport in der Höhe vom Großraum belluno zum Sonnblick und nachfolgendem Heruntermischen ins Raurisertal statt fand. In allen drei Perioden zeigt sich folgendes Bild:

In der Höhe herrschte jeweils eine Südwestwetterlage mit Südföhn. Im Einzugsgebiet der Trajektorien herrscht jeweils im Bereich der Grenzschicht eine mehr oder weniger starke Inversionsschichtung vor, meistens begleitet von tiefer Stratusbewölkung über dem Piavetal. Ein direktes Ankoppeln von Luftschadstoffen aus dem Belluno-Piave-Tal mit der Föhnströmung in der Höhe ist somit unwahrscheinlich. Schadstoffe aus dieser Region bleiben in der Talatmosphäre gefangen. Ein möglicher Ferntransport bei gleichzeitigem Heruntermischen von Höhenluft in Kolm Saigurn ist in allen untersuchten Fällen sehr unwahrscheinlich.

Ansprechpartner: B. Niedermoser, M. Butschek, M. Staudinger, G.Schauer, ZAMG Salzburg

Letzte Aktualisierung ( Donnerstag, 22. Dezember 2011 )

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