Beschreibung

Mit dem im vorliegenden Projekt weiterentwickelten Modellsystem COSMO-ART wurde ein Instrumentarium erstellt, mit dem es erstmals möglich ist, den Einfluss von Ruß und anderem anthropogenen Aerosol auf den Atmosphärenzustand in Baden-Württemberg zu quantifizieren. Eine Besonderheit der Aerosolbehandlung in COSMO-ART gegenüber anderen Modellen ist die explizite Behandlung der Rußalterung, die sowohl für die gesundheitliche Wirkung als auch für die klimarelevanten Eigenschaften von großer Bedeutung ist. Die explizite, voll gekoppelte Behandlung dieser Strahlungswechselwirkung des Aerosols ist eine besondere Eigenschaft des Modellsystems in der neu geschaffenen Version. Diese wurde durch eine auf Mie-Rechnungen basierende Parametrisierung der optischen Eigenschaften des Aerosols ermöglicht. Darüber hinaus wurden Emissionsdaten erstellt, die es unter Verwendung von COSMO-ART erlauben, die Auswirkungen von Emissionsminderungsmaßnahen zum einen auf die Konzentrationsverteilungen aber auch auf die Modifikationen des Atmosphärenzustandes zu berechnen. Es wurden Modellrechungen für ausgewählte Episoden durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse lassen keine Aussagen in Bezug auf durch Dieselruß bewirkte Klimaänderungen zu. Dies bleibt zukünftigen Arbeiten vorbehalten. Jedoch konnten im Rahmen des Projektes erstmals die Wechselwirkungen zwischen Rußpartikeln und Atmosphärenzustand auf der regionalen Skala in einer Komplexität quantifiziert werden, die bisher nicht erreicht wurde. Basierend auf dem hier erstellten Instrumentatrium COSMO-ART und den durch die Anwendung gewonnen Erkenntnissen wurden Grundlagen bereitgestellt, die zukünftig eine Abschätzung der durch Rußpartikel hervorgerufenen Klimaänderung auf der regionalen Skala ermöglichen werden.

Die Wechselwirkungsprozesse zwischen Aerosolpartikeln und den meteorologischen Feldern wie Strahlungs- und Temperaturfeld für das Gebiet von Baden-Württemberg konnten für den simulierten sommerlichen Witterungsabschnitt quantifiziert werden. Die kurzwellige Strahlungsbilanz wird typischerweise um etwa 10 W m^-2 verringert. Die bodennahe Lufttemperatur geht im Flächenmittel um etwa 0.1 K zurück. Obwohl im Projekt keine Wechselwirkung von Aerosol- und Wolkenmikrophysik betrachtet wird, sind auch beträchtliche Effekte auf die Wolkenbedeckung zu erkennen, die lokal zu großen Änderungen der bodennahen Temperatur von mehr als ±3 K führen. Die Wolkeneffekte sind wesentlich ausgeprägter als vor der Studie erwartet worden war, und stellen daher eine wichtige neue Erkenntnis dar.

Für Zukunftsszenarien für das Jahr 2010 ist für den Sommer mit einem Rückgang der Aerosolbeladung um ca. 1 bis 5 µg m^-3 zu rechnen, was im Flächenmittel etwa 10 bis 20% entspricht. Die mittleren Rußkonzentrationen von ca. 1 µg m^-3 im Referenzlauf werden in etwa halbiert werden. Die hier angegebenen Änderungen werden ausschließlich durch Emissionsänderungen innerhalb des kleinen, im Wesentlichen aus Baden-Württemberg bestehen Gebietes, bewirkt. In der Realität kann daher eher von einem noch größeren Minderungspotential der Aerosolbeladung ausgegangen werden.

Auf Basis des weiterentwickelten Modellsystems und der hier präsentierten Ergebnisse ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere die Kombination des nun im Modell realisierten direkten Aerosoleffekts mit indirekten Aerosoleffekten (Wechselwirkung Aerosol – Mikrophysik), um die das Modellsystem u. a. zurzeit erweitert wird, lassen weitergehende Erkenntnisse erwarten. So soll geklärt werden, inwieweit sich die beobachteten Wochengänge meteorologischer Variablen (Bäumer und Vogel, 2007) und optischer Dicken des Aerosols (Bäumer et al., 2008) durch die Wochengänge der Emissionen von Aerosolpartikeln und deren Vorläufersubstanzen erklären lassen.