Die Ozonepisode im Juli/August 2003 - LANUV: Home · PDF fileAABU BIEL BORG BOTT CHOR DMD2...

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vorläufiger Bericht vom 22.08.03 von: Prof. P. Bruckmann, Dr. J. Geiger, U. Hartmann und Dr. S. Wurzler

Landesumweltamt NRW 45133 Essen http://www.lua.nrw.de/luft/immissionen/aktluftqual/eu_o3_akt.htm

Die Ozonepisode im Juli und August 2003 Seite 2

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AABU BIEL BORG BOTT CHOR DMD2 DORM EGGE EIFE FINN HATT HUE2 KREFLAD2 LEV2 LISE LOER MGRH MSGE NETT NIED NIZI RAT2 RODE ROTH SCHWSICK SOES SOLI STYR WALS WESE WULA

Die Ozonepisode im Juli/August 2003

1. Einführung Mitte Juli 2003, vor allem aber in der ersten Augusthälfte 2003 kam es in Nordrhein-Westfalen ver-breitet zu Überschreitungen der Informationsschwelle von 180 µg/m³ der neuen EU-Richtlinie 2002/3/EG über den Ozongehalt der Luft, die derzeit über die 33. BImSchV in deutsches Recht umge-setzt wird. An 6 Tagen im August 2003 wurde sogar die Alarmschwelle von 240 µg/m³ überschritten. Es überrascht daher nicht, dass die hohen Ozonwerte auf erhebliches Interesse in der Öffentlichkeit stießen und zahlreiche Anfragen besorgter Bürgerinnen und Bürger auslösten. Im Folgenden wird eine erste Kurzanalyse der Ozonepisode im Juli/August 2003 vorgelegt, die wegen der Kürze des zur Be-richterstattung verfügbaren Zeitraums teilweise noch auf unvollständigen und nur vorläufig validierten Daten beruht. Die Kurzanalyse umfasst eine Darstellung der Belastungssituation sowie der Wetterlage in NRW und vergleicht diese mit Ozonepisoden vergangener Jahre bis 1990. An ausgewählten Tagen werden die Ozonkonzentrationen auch denen im übrigen Bundesgebiet gegenübergestellt. Schließlich wird auf das öffentliche Interesse an der Ozonepisode eingegangen und ein vorläufiges Fazit gezogen. 2. Die Immissionssituation Abb. 1 mit den Ozon-Konzentrationsverläufen an allen 33 Ozonmessstellen des nordrhein-westfäli-schen LUQS-Messnetzes gibt einen Überblick der Ozonepisode.

Abbildung 1: Verläufe der Ozonkonzentration (µg/m3, normiert auf 20°C) an allen 33 Ozonmessstationen in Nordrhein-Westfalen.

Erhöhte Ozonwerte oberhalb der Informationsschwelle von 180 µg/m³ wurden in NRW am 16., 19., 20. und 21. Juli 2003 und dann ununterbrochen vom 01. August 2003 bis zum 13. August 2003 gemessen. Dazwischen, so vor allem am 17. Juli und Ende Juli 2003, traten niedrige Ozontagesmaxima unter 120 µg/m³ auf. Abb. 1 macht deutlich, dass sich der Zeitraum in zwei "Vorepisoden" im Juli 2003 und eine zusammenhängende "Kernepisode" im August 2003 einteilen lässt, die jeweils von Tagen niedriger Ozonbelastung unterbrochen bzw. eingerahmt werden. Dieses Belastungsmuster entspricht der meteorologischen Situation (vgl. Abschnitt 3), nach der eine Hochdruckwetterlage im Juli 2003 mehrfach von schwachen Tiefausläufern unterbrochen wurde, jedoch von Anfang August bis zum 14. August 2003 ununterbrochen anhielt. In dieser Kernepisode ist aus Abb. 1 auch deutlich das "An-


reichern" des Ozons über mehrere Tage zu beobachten, die dann ab dem 07. August 2003 mehrfach zu Überschreitungen der Warnschwelle führte. Die von den Überschreitungen der Informations- und Alarmschwelle für Ozon der Richtlinie 2002/3/EG betroffenen Stationen sowie die an den einzelnen Tagen jeweils gemessenen Höchstwerte sind in Ta-belle 1 dargestellt. Danach wiesen an den Kerntagen der Episode alle oder nahezu alle Ozonstationen in NRW erhöhte Ozonwerte oberhalb von 180 µg/m³ auf. Bei den Spitzenwerten oberhalb der Alarm-schwelle von 240 µg/m³ lassen sich an einzelnen Tagen regionale Schwerpunkte erkennen, so am 07. August 2003 westlich des Rhein-Ruhrgebietes, am 09. August 2003 im östlichen Ruhrgebiet und Ostwestfalen sowie am 12. August 2003 in der Rheinschiene und am nördlichen und östlichen Rand des Ruhrgebietes. Die Ozonspitzenwerte wurden mit 315 µg/m³ bzw. 334 µg/m³ am 08. August 2003 in Marl-Sickingmühle bzw. am 12. August 2003 in Köln-Hürth erreicht.

Tabelle 1: Tage im Jahr 2003 mit Überschreitungen des Schwellenwertes zur Information der Öffentlichkeit (1h-Wert Ozon > 180 µg/m3). Rot gekennzeichnet sind die Stationen mit Überschreitungen des Alarmwertes (1h-Wert Ozon > 240 µg/m3). Es handelt sich noch um vorläufige Daten unter Vorbehalt!

Datum Anzahl der Stationen Stationen Höchstwert

[µg/m3] 20.05.03 1 BOTT 220 30.05.03 1 WALS 183 31.05.03 1 WULA 181 01.06.03 1 WESE 188 12.06.03 1 HUE2 210 17.06.03 3 DORM, RODE, SICK 196 27.06.03 2 HUE2, NIZI 203

16.07.03 20

BORG, BOTT, CHOR, DORM, FINN, HATT, HUE2, KREF, LOER, MGRH, NETT, NIZI, RAT2, RODE, SICK, SOLI, STYR, WALS, WESE, WULA

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19.07.03 1 NETT 183

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AABU, BORG, BOTT, CHOR, DORM, EIFE, HUE2, KREF, LEV2, LISE, LOER, MGRH, NETT, NIZI, RODE, SICK, SOLI, STYR, WALS, WESE

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21.07.03 5 CHOR, LEV2, RODE, SOLI, WESE 218 01.08.03 7 DORM, HATT, HUE2, MSGE, NETT, RODE, SOLI 214

02.08.03 13 AABU, DMD2, DORM, EGGE, FINN, HATT, HUE2, NIED, RODE, ROTH, SCHW, SOES, SOLI 235

03.08.03 10 EIFE, FINN, HATT, HUE2, RODE, ROTH, SCHW, SOES, SOLI, WULA 213

04.08.03 5 CHOR, LOER, RODE, SOLI, STYR 199 05.08.03 7 CHOR, DORM, HUE2, MGRH, SOES, SOLI, WULA 200

06.08.03 10 AABU, CHOR, DORM, EIFE, HATT, HUE2, LEV2, NIZI, RODE, SOLI 240

07.08.03 27

BORG, BOTT, CHOR, DMD2, DORM, FINN, HATT, KREF, LAD2, LEV2, LISE, LOER, MGRH, MSGE, NETT, NIED, NIZI, RAT2, ROTH, SCHW, SICK, SOES, SOLI, STYR, WALS, WESE, WULA

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08.08.03 32

AABU, BORG, BOTT, CHOR, DMD2, DORM, EGGE, EIFE, FINN, HATT, HUE2, KREF, LAD2, LEV2, LISE, LOER, MGRH, MSGE, NETT, NIED, NIZI, RAT2, RODE, ROTH, SCHW, SICK, SOES, SOLI, STYR, WALS, WESE, WULA

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AABU, BIEL, BORG, BOTT, DMD2, DORM, EGGE, EIFE, FINN, HATT, HUE2, KREF, LEV2, LISE, LOER, MSGE, NIED, NIZI, RAT2, RODE, ROTH, SCHW, SICK, SOES, SOLI, STYR, WALS, WESE, WULA

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10.08.03 14 AABU, DMD2, DORM, EIFE, FINN, HATT, LISE, MSGE, NIZI, ROTH, SCHW, SOES, SOLI, WULA 241

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AABU, BORG, BOTT, CHOR, DMD2, DORM, EIFE, HATT, HUE2, KREF, LEV2, LISE, LOER, NETT, NIED, NIZI, RAT2, RODE, SCHW, SICK, SOLI, STYR, WALS, WESE, WULA

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AABU, BIEL, BORG, BOTT, CHOR, DMD2, DORM, EGGE, EIFE, FINN, HATT, HUE2, KREF, LAD2, LEV2, LISE, LOER, MGRH, MSGE, NETT, NIED, NIZI, RAT2, RODE, ROTH, SCHW, SICK, SOES, SOLI, STYR, WALS, WESE, WULA

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13.08.03 3 AABU, EIFE, ROTH 202


Tabelle 2 enthält eine vorläufige Auswertung der wichtigsten von der Ozon-Richtlinie 2002/3/EG gefor-derten Kenngrößen.

Tabelle 2: Überschreitungen der Schwellenwerte (Information und Alarm) sowie der Zielwerte für den Ge-sundheitsschutz (8-Stundenwerte > 120 µg/m3 bei 25 zulässigen Überschreitungen pro Jahr) und für den Schutz der Vegetation (AOT40) der EU-Richtlinie 2002/3/EG. Vorläufige Daten 2003

Einstundenwerte 8-Stundenwerte AOT40 > 180 µg/m3 > 240 µg/m3 > 120 µg/m3 > 18.000 [µg/m3] h Name der Station Kürzel Stunden an Tagen Stunden an Tagen Stunden an Tagen Tage

gemittelt über 3 Jahre

Summe

Summe gemittelt

über 5 JahreDortmund-Eving DMD2 42 7 6 2 229 40 20,7 18082 10547 Lünen-Niederaden NIED 41 6 7 2 199 37 15093 Schwerte SCHW 47 8 5 2 162 28 13,7 12554 8564 Bottrop-Welheim BOTT 39 8 6 2 182 31 20,3 13335 10792 Essen-Schuir (LUA) LISE 33 7 7 1 210 33 21,3 11909 9506 Hattingen-Blankenstein HATT 55 11 11 3 256 43 24,7 17418 11777 Marl-Sickingmühle SICK 52 8 10 2 262 43 24,3 20082 13422 Duisburg-Walsum WALS 39 8 4 1 189 31 20,0 14650 11046 Krefeld-Linn KREF 42 7 7 2 208 30 19,3 15039 11065 Mülheim-Styrum STYR 33 8 6 2 178 30 19,7 13699 11079 Wesel-Feldmark WESE 44 9 4 1 248 39 25,7 17313 13821 Düsseldorf-Lörick LOER 30 8 0 0 147 22 16,3 11815 8474 Ratingen-Tiefenbroich RAT2 32 6 2 1 172 30 14085 Dormagen-Horrem DORM 59 13 6 1 271 43 25,3 18909 11851 Hürth HUE2 50 13 9 3 235 38 25,0 16628 13874 Köln-Chorweiler CHOR 37 10 1 1 243 40 26,7 18312 14676 Köln-Rodenkirchen RODE 49 13 3 2 204 36 24,0 15206 10635 Leverkusen-Manfort LEV2 25 8 0 0 189 32 18,7 14800 Eggegebirge (Veldrom) EGGE 29 4 4 2 360 42 24,0 18665 12888 Eifel (Simmerath) EIFE 63 9 5 1 451 42 25,7 18203 13816 Rothaargeb. (Hilchenb.) ROTH 67 8 0 0 556 51 34,7 21302 17433 Aachen-Burtscheid AABU 37 9 3 1 245 39 26,7 18464 15214 Bielefeld-Ost BIEL 18 2 2 1 169 26 15,3 13868 9586 Borken-Gemen BORG 39 7 9 3 238 38 23,0 17456 13585 Finnentrop FINN 43 8 9 1 242 42 25,0 16186 12841 Ladbergen LAD2 6 3 0 0 56 8 8,7 4705 8958 M.-gladb.-Rheydt MGRH 31 6 4 1 188 32 17,3 15572 Münster-Geist MSGE 36 6 1 1 222 32 19,7 16434 Nettetal-Kaldenkirchen NETT 43 8 7 2 188 30 20,0 15653 12892 Niederzier NIZI 39 10 2 1 238 37 22,3 17842 12696 Soest-Ost SOES 50 8 4 3 221 31 19,3 15885 13348 Solingen-Wald SOLI 88 15 20 5 406 49 33,3 21823 16007 Wuppertal-Langerfeld WULA 47 10 11 2 213 38 15873 NRW 184 24 38 6 797 76 Anzahl Stationen alle 33 29 von 33 31 von 33 6 von 30 9 von 33 keine

Für die Schwellenwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit stellen die Zahlen untere Schran-ken dar, da weitere Überschreitungen in der 2. Augusthälfte und in den Monaten September und Okto-ber 2003 noch hinzukommen können. Für den Zielwert zum Schutz der Vegetation (AOT40) sind die Daten der Tabelle 2 bereits vollständig, weil nur der Zeitraum von Mai bis Juli in die Auswertung ein-geht. Für alle Daten gilt jedoch der Vorbehalt der abschließenden Datenvalidierung. Der Zielwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit wird 2003 an mindestens 18 Stationen in NRW überschritten, der Zielwert zum Schutz der Vegetation (AOT40 von 18.000 µg/m³h) an 9 Stationen. Der AOT40-Wert wurde gemäß den Anforderungen der Richtlinie 2002/3/EG um die Verfügbarkeit der Daten korrigiert. Maßgebend für die Beurteilung nach der Ozonrichtlinie 2002/3/EG sind jedoch wegen der großen meteorologisch bedingten Schwankungen nicht die Daten eines Kalenderjahres, sondern die gemittelten Daten über 3 Jahre (Gesundheitsschutz) bzw. 5 Jahre (Schutz der Vegetation). Auch diese Kenngrößen sind in Tabelle 2 enthalten. Wegen der vergleichsweise niedrigen Ozonbelastungen der Vorjahre (vgl. Abschnitt 6) führt die mehrjährige Betrachtung zu wesentlich niedrigeren Über-schreitungen. Der Zielwert für den Gesundheitsschutz (vorläufig) wurde im Zeitraum 2001 bis 2003 noch an 6 Stationen überschritten, der Zielwert zum Schutz der Vegetation wurde im Zeitraum 1999 bis 2003 bereits an allen Stationen in NRW eingehalten (vgl. Tabelle 2). Allerdings kann ein warmer und sonniger Sommer im Jahr 2004 das Bild erneut verändern. Unter den 6 Stationen mit mehrjähri-


gen Überschreitungen zum Schutz der menschlichen Gesundheit befinden sich sowohl ländliche Stati-onen (Eifel, Rothaargebirge) als auch Stationen am Rande der Ballungsgebiete (Wesel, Solingen) und Stationen in besonders warmer Beckenlagen (Aachen-Burscheid, Kölner Bucht). 3. Meteorologische Analyse Ab dem 13. Juli 2003 stellte sich über Mitteleuropa eine stabile Wetterlage ein, bei der ein nahezu ortsfestes Hochdruckgebiet zwischen zwei ebenfalls nur langsam wandernden Tiefdruckgebieten ein-gekeilt war ("Omega"-Wetterlage, vgl. Abb. 2). Von Mitte Juli an blieb Deutschland überwiegend im Be-reich einer mit Schwerpunkt langsam nach Skandinavien ziehenden Hochzelle, die warme subtropi-sche Luft heranführte. Am 17.und 18. Juli sowie am 21. und 22. Juli zogen Kaltfronten durch Deutsch-land hindurch und unterbrachen kurzfristig die hochsommerliche Wetterlage, teilweise verbunden mit Gewittern und starkem Niederschlag. Danach setzte sich die Warmluftzufuhr nach Deutschland fort. Am 24. und 26. Juli überquerten mit der südwestlichen Höhenströmung weitere Störungen Deutsch-land, die lokal zu Gewittern und ausgeprägtem Niederschlag führten. Anschließend konnte sich sehr warme subtropische Luft von Bayern bis Brandenburg durchsetzen. In weiten Teilen Südwestdeutschlands wurden in der ersten und zweiten Augustwoche die bisher ab-solut höchsten Temperaturwerte erreicht oder überschritten. Dies traf auch für Nordrhein-Westfalen zu. Beispielsweise lagen die Höchsttemperaturen in NRW in den ersten beiden Augustwochen täglich über 30 °C, am 07., 08. und 12. August wurden im Kölner Raum sogar Spitzenwerte über 38 °C ge-messen (Höchstwert am 08. August 2003 in Langenfeld von 39,5 °C). Die Ausnahmestellung dieser Kernepisode wird sowohl im Vergleich mit dem langjährigen Mittel als auch mit dem "Spitzensommer" 1994 beispielsweise am Verlauf der Tageshöchsttemperaturen am Düsseldorfer Flughafen deutlich (Abb. 3). Eine derartig lange Episode mit Tageshöchsttemperaturen über 30 °C ist in den letzten Jahr-zehnten nicht beobachtet worden. Der Wind wehte meist schwach aus Ost und Nordost. Am 11. August floss etwas kühlere Festlandsluft aus dem Osten in Deutschland ein. Ab dem 12. August wanderte das Hoch weiter nach Osten und wurde schwächer. Am 13. und 14. August 2003 vollzog sich eine Wetterumstellung über Mitteleuropa. Die stabile Hochdruckwetterlage über Deutschland wurde beendet. Deutschland befand sich nun unter Tiefdruckeinfluss und durch die zunehmende westliche Strömung über Mitteleuropa wurden die extrem warmen Luftmassen ostwärts abgedrängt. Während des gesamten Zeitraumes herrschten zumeist sehr schwache Windverhältnisse.

Abbildung 2: Wetterkarte vom 8.8.2003, 850 hPa mit typischer „Omega“-Wetterlage.

Quelle: Europäischer Wetterbericht.


Die skizzierte meteorologische Situation korrespondiert sehr gut mit den Verläufen der Ozonkonzent-ration in Abb. 1. Durchzüge von Kaltfronten bzw. Störungen vor dem 01. August 2003 entsprechen je-weils Einbrüchen der Ozonmaxima. Die Kernepisode vom 01. August bis zum 12. August 2003 ist auch im Vergleich zu den Vorjahren (vgl. Abschnitt 6) als außergewöhnlich zu bezeichnen, sowohl was ihre Länge (nahezu 2 Wochen mit ungestörter Ozonbildung) als auch die erreichten Tagesmaxima der Temperatur betrifft (vgl. Abb. 3). Die Tage mit den höchsten Temperaturen (07., 08. und 12. August 2003) stellen auch gleichzeitig die Tage mit den höchsten Ozonmaxima dar. Hierin kommt die aus der Literatur mehrfach belegte starke Temperaturabhängigkeit der photochemischen Ozonbildung zum Ausdruck, die sowohl vom chemischen Bildungsmechanismus verursacht wird (bei hohen Tempera-turen liegen die Reaktionsgleichgewichte auf der für die Ozonbildung "günstigen" Seite), als auch durch die mit der Temperatur stark zunehmende Emission hochreaktiver Kohlenwasserstoffe aus der Vegetation und auch aus Verdunstungsvorgängen.

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Datum

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1994200310-Jahresmittel

Abbildung 3: Tageshöchsttemperaturen Düsseldorf Flughafen 4. Vergleich der Situation in NRW mit der Situation in Deutschland Vom Umweltbundesamt werden über einen zentralen Datenaustausch der Länder bundesweite Karten der Ozonbelastung erstellt, die eine bundesweite Synopse ermöglichen. Die beiden Tage dieser Epi-sode mit den höchsten Spitzenwerten in NRW sind beispielhaft in Abb. 4a) und b) dargestellt (vgl. Ab-schnitt 2). Erhöhte (> 180 µg/m³) und vor allem hohe (> 240 µg/m³) Ozonkonzentrationen waren am 08. und 12. August 2003 auf den südwestlichen Teil Deutschlands beschränkt, wobei vor allem am 08. August 2003 der westliche Teil Nordrhein-Westfalens sowie das Ruhrgebiet (mit einem Spitzen-wert von 315 µg/m³ in Marl-Sickingmühle) einen besonderen Schwerpunkt bildeten. Die Spitzenwerte in den anderen Bundesländern waren deutlich niedriger, z.B. Würzburg (217 µg/m³), Mannheim (260 µg/m³), Westeifel (262 µg/m³, vermutlich Transport aus NRW), Lingen (223 µg/m³), Zinnwald, Sachsen (183 µg/m³). Am 12. August 2003 sind weitere Schwerpunkte in Südwestniedersachsen (möglicherweise Transport aus NRW und Benelux), Rheinland-Pfalz, Saarland, Baden-Württemberg und Hessen bis nach Thüringen zu erkennen. Ozonmaxima über 300 µg/m³ wurden jedoch nur in Nordrhein-Westfalen gemessen. Die Episoden im Juli und August 2003 fallen räumlich überwiegend mit den Gebieten mit besonders hohen Temperaturmaxima zusammen; in der Osthälfte und im Nor-den Deutschlands waren die Temperaturen deutlich niedriger. Gegen Ende der Kernepisode am


13. August 2003 verlagerte sich der Schwerpunkt der Ozonbelastung in den Süden und Südosten Deutschlands mit hohen Ozonwerten über 240 µg/m³ im Großraum Frankfurt, während in Nordrhein-Westfalen der Luftmassenwechsel bereits für niedrigere Ozonkonzentrationen sorgte. Abbildung 4 a): Ozonmaxima (Stundenwerte) Abbildung 4 b): Ozonmaxima (Stundenwerte)

in Deutschland am 08.08.2003 in Deutschland am 12.08.2003 Vergleicht man die Kernepisode im August 2003 mit Schwerpunkten im Südwesten Deutschlands, vor allem aber in NRW, mit anderen Ozonepisoden der Jahre 1990 bis 2002, so ist das Belastungsgefälle in Deutschland von Südwest nach Nordost durchaus typisch für die meisten Ozonepisoden. Weniger typisch ist der ausgesprochene Belastungsschwerpunkt in NRW, da in vergangenen Jahren ähnlich hohe oder sogar etwas höhere Ozonmaxima in Baden-Württemberg und im Rhein-Maingebiet ge-messen wurden. Allerdings gehörte das Rhein-Ruhrgebiet auch in den Ozonepisoden der Sommer 1990 und 1994 zu den Belastungsschwerpunkten in Deutschland, während in den Sommern 1991 und 1992 auch andere Ballungsräume wie Berlin und Rhein-Main ähnlich hoch oder höher belastet waren. 5. Regionale Ozonbelastung in NRW Die räumliche Verteilung der im Verlauf der Kernepisode gemessenen Tagesmaxima der Ozonkon-zentrationen ist in Abb. 5a) - h) dargestellt. Schwerpunkte hoher Ozonwerte waren an der Mehrzahl der Tage das Ruhrgebiet und die Rheinschiene mit ihren Randzonen. Nur am 09. und 12. August griff die Ozonbelastung nach Ostwestfalen und in das Münsterland aus, vermutlich durch regionale Transporte aus dem Rhein-Ruhrgebiet. Die räumliche Struktur der Ozonmaxima spricht für weitgehend "hausgemachte" Ozonspitzenwerte, die allerdings auf einem weiträumigen "Ozonsockel" zwischen ca. 120 und 200 µg/m³ aufsetzten (vgl. Abb. 6). Die Hypothese einer überwiegend regional geprägten Episode wird durch eine Analyse des Bodenwindfeldes bestätigt. Beispielsweise herrschten am 08. August 2003, einem der beiden Höhe-punkte der Ozonepisode, umlaufende Winde mit niedrigen Windgeschwindigkeiten vor, die innerhalb der Tagesstunden dafür sorgten, dass die Luftmassen sich nicht weiter als 10 bis 20 km von ihrem Ursprungsort entfernen konnten.


Abbildung 5 : Tagesmaxima (1-Stundenmittel in µg/m3) der Ozonkonzentration in NRW in der Kernepisode vom 06. August bis zum 13. August in NRW als Kartendarstellung. Werte unterhalb der Informationsschwelle von 180 µg/m3 sind gelb dargestellt, Werte zwischen Informationsschwelle und Alarmschwelle orange und Werte oberhalb der Alarmschwelle von 240 µg/m3 sind in den Karten rot markiert:

a) 06. August 2003 b) 07. August 2003

c) 08. August 2003 d) 09. August 2003


e) 10. August 2003 f) 11. August 2003

g) 12. August 2003 h) 13. August 2003

Der weiträumige "Ozonsockel" auch in ländlichen Gebieten wird im Vergleich der Tagesgänge in den Abb. 6 a) mit 6 b) und 6 c) für die Kernepisode in den ersten beiden Augustwochen deutlich. Während die Tagesgänge in den Stadtstationen im Ruhrgebiet und im Kölner Raum sehr ausgeprägt sind und die Ozonwerte nachts durch den chemischen Abbau durch frisch emittierte Stickstoffoxide auf nahe Null zurückgingen, waren die Tagesgänge an den drei Waldstationen (Eggegebirge, Eifel, Rothaarge-birge) wesentlich schwächer ausgeprägt. Die Ozonwerte lagen auch nachts vielfach über 120 µg/m³. Spitzenwerte über 240 µg/m³ am 08. August 2003 (Eifel), 09. und 12. August 2003 (Eggegebirge) deuten auf regionale Transportvorgänge aus dem Rhein-Ruhrgebiet hin.


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Datum

BOTT DMD2 HATT LISE NIED SCHW SICK STYR WALS

Abbildung 6 a): Ozontagesgänge der Kernepisode an Stationen im Ruhrgebiet

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31.7 1.8 2.8 3.8 4.8 5.8 6.8 7.8 8.8 9.8 10.8 11.8 12.8 13.8 14.8

Datum

Hürth Köln-Chorweiler Dormagen Leverkusen Köln-Rodenkirchen

Abbildung 6 b): Ozontagesgänge der Kernepisode an Stationen im Kölner Raum

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Datum

Eggegebirge Eifel Rothaargebirge

Abbildung 6 c): Ozontagesgänge der Kernepisode an Waldstationen


Zu der überwiegend regional geprägten Ozonbelastung in der Kernepisode addierten sich im Kölner Süden, wie bereits mehrfach in den Vorjahren, lokale Zusatzbildungen von Ozon. Dieser sogenannte "Hürtheffekt", der besonders deutlich an der Messstation in Hürth beobachtet wurde, zeichnet sich durch untypische hohe Ozonspitzenwerte in den späten Vormittagsstunden aus (vgl. Abb. 7) und führte am 12. August 2003 zu dem höchsten Spitzenwert dieses Sommers in Deutschland von 334 µg/m³ (Stundenmittel). Der "Hürtheffekt" trat auch am 01. und 08. August 2003 auf, wenn auch in schwächerer Form. Abb. 7 macht deutlich, dass am 12. August 2003 auch andere Kölner Stationen (Köln-Chorweiler, Köln-Rodenkirchen) betroffen waren.

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Hürth Köln-Chorweiler Dormagen Leverkusen Köln-Rodenkirchen

11. August 2003 12. August 2003

Abbildung 7: Tagesgänge der Ozonkonzentration am 11. August und am 12. August der Stationen im Kölner

Raum: Vor allem in Hürth zeigen die Tagesgänge untypische hohe Ozonspitzenwerte in den späten Vormittagsstunden ("Hürtheffekt“).

Wie bereits 1978 durch parallel durchgeführte VOC (flüchtige Kohlenwasserstoffe)- und PAN (Peroxia-cetylnitrat)-Messungen sowie Anfang der 90ziger Jahre durch Modellrechnungen nachgewiesen wer-den konnte, wird der "Hürtheffekt" überwiegend durch die Emissionen hochreaktiver Olefine (Ethen und Propen) der Petrochemie im Kölner Süden verursacht. Innerhalb dieser "Olefinwolke" bildet sich unter Gegenwart von Stickstoffoxiden und Sonnenlicht sehr rasch Ozon, und schwach südöstliche Winde treiben diese "Ozonwolke" dann über die Messstation Hürth. Diese Situation stellt eine der we-nigen Beispiele dar, wo lokale Reduktionsmaßnahmen jedenfalls im Grundsatz eine nennenswerte Ozonminderung zur Folge haben könnten. Andererseits ist das rasche "Herunterfahren" eines großen petrochemischen Werkes möglicherweise technisch nicht durchführbar bzw. unverhältnismäßig. 6. Vergleich mit den Ozonbelastungen der Vorjahre (bis 1990) Seit 1990 liegt das Ozonmessnetz in NRW bei ca. 30 Stationen, so dass Belastungsvergleiche nicht durch eine unterschiedliche Anzahl von Messstationen verfälscht werden. Der Vergleich mit den Ozon-konzentrationen der Vorjahre wird deshalb auf diesen Zeitraum beschränkt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass seit Beginn systematischer Ozonmessungen im Raum Köln/Bonn im Jahr 1975 mehrfach Ozonspitzenwerte über 400 µg/m³ registriert worden sind. Tabelle 3 enthält Überschreitungshäufigkeiten verschiedener Ozonschwellenwerte der Jahre 1990 bis 2003 und charakterisiert grob die Qualität des Sommers durch die Anzahl von Sommertagen (Tempe-raturmaximum > 25 °C) und heißen Tagen (Temperaturmaximum > 30 °C). Zusätzlich zeigt Abb. 8 die


Anzahl der Tage in NRW mit Ozonwerten oberhalb der Informationsschwelle (180 µg/m³) und der Alarmschwelle (240 µg/m³) der Ozonrichtlinie 2002/3/EG. Abb. 8 verdeutlicht, wie stark die Anzahl hoher Ozonwerte von Jahr zu Jahr schwankt, so dass Trend-aussagen nur über längere Zeiträume möglich werden. Grund der Schwankungen ist die sehr unter-schiedlich ausgeprägte Häufigkeit sommerlicher Schönwetterperioden mit für die Ozonbildung günsti-gen meteorologischen Bedingungen in den verschiedenen Jahren. Jahre mit sehr niedrigen Ozonbe-lastungen (z.B. 1993, 1996) waren auch Jahre mit einer niedrigen Anzahl heißer Tage. Umgekehrt sind Jahre mit hoher Ozonbelastung (1990, 1994, 1995, 2003) auch durch eine überdurchschnittliche An-zahl von Sommer- und heißen Tagen charakterisiert.

0

5

10

15

20

25

30

35

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003*

Jahr

InformationswertAlarmwert

Abbildung 8: Anzahl der Tage mit hohen Ozonwerten in NRW seit 1990 Wegen der starken, meteorologisch bedingten Schwankungen ist es auf den ersten Blick nicht leicht, einen klaren Trend der Ozonspitzenwerte zu erkennen. Sowohl Tabelle 3 als auch Abb. 8 ist jedoch zu entnehmen, dass die Sommer 1990, 1994 und 1995 durch eine noch größere Häufigkeit von hohen und erhöhten Ozonwerten als der Sommer 2003 gekennzeichnet waren. Dabei ist zusätzlich zu be-rücksichtigen, dass die Kernepisode im August 2003 auch im Vergleich zu den Sommern seit 1990 sowohl im Hinblick auf ihre Länge (12 Tage) als auch im Hinblick auf die erreichten maximalen Ta-gestemperaturen herausragt (vgl. Abschnitt 3). Stellt man diese außergewöhnliche Art der Episode in Rechnung, kann von einem Rückgang der Ozonspitzenwerte seit 1990 gesprochen werden. Diesem leichten Rückgang steht eine wesentlich größere Reduktion der Emissionen der Vorläuferstoffe VOC (flüchtige organische Verbindungen) und NOX (Stickstoffoxide) um jeweils mehr als die Hälfte seit 1990 gegenüber. Dies verdeutlicht erneut, dass der Zusammenhang zwischen Ozonkonzentrationen und der Menge an Vorläuferstoffen keineswegs linear ist, so dass selbst geringe Ozonminderungen wesentlich größere Minderungen auf der Seite der Vorläuferstoffe erfordern. Es ist darauf hinzuweisen, dass der fallende Trend der Ozonspitzenwerte sich nicht bei den Über-schreitungszahlen des langfristigen Ziels für den Gesundheitsschutz von 120 µg/m³ (8-Stundenwerte) erkennen läßt (vgl. Tabelle 3). Hier nimmt der Sommer 2003 sogar einen Spitzenplatz ein, zumal im weiteren Verlauf des Jahres weitere Überschreitungen dazukommen dürften. Gegenläufig zu dem fal-lenden Trend der Ozonspitzenwerte wird ein Ansteigen der nordhemisphärischen Ozon-Hintergrund-konzentrationen beobachtet (vermutlich bedingt durch stark steigende Emissionen von Vorläuferstof-fen in Ostasien), das sich im Bereich der "mittleren" Ozonkonzentrationen um 120 µg/m³ bereits aus-wirkt.


Tabelle 3: Schwellenüberschreitungen der Ozonkonzentration in NRW (Stunden und Tage mit Überschreitung durch mindestens eine Messstation) (2003: vorläufige und noch unvollständige Daten)

Einstundenwerte 8-Stundenwerte 24h-

Werte

> 180 µg/m³ > 200 µg/m³ > 240 µg/m³ > 120 µg/m³ > 65

µg/m³ Jahr Stunden an Tagen Stunden an Tagen Stunden an Tagen Stunden an Tagen Tage

Anzahl Sommer-

tage *)

Anzahl heiße

Tage *) 1990 211 25 129 21 41 10 145 43 11

1991 71 17 19 8 1 1 161 37 14

1992 129 18 66 14 15 5 153 61 13

1993 80 12 38 8 3 1 554 47 140 33 4

1994 202 28 105 19 28 8 820 62 159 48 22

1995 219 31 106 23 20 6 942 64 153 61 26

1996 42 9 16 3 1 1 410 41 151 31 6

1997 41 12 13 6 0 0 421 40 159 50 12

1998 91 10 29 5 2 1 330 36 152 34 10

1999 31 11 9 3 0 0 506 52 176 60 19

2000 52 12 20 6 0 0 405 36 132 41 10

2001 101 19 54 11 18 4 459 47 139 54 16

2002 27 9 8 4 0 0 292 38 170 44 15

2003 **) 184 24 109 17 38 6 797 76 167 61 22 *) Die Angaben beziehen sich auf die Station, an der im jeweiligen Messjahr die meisten Sommer- bzw. heißen Tage auftraten **) Vorläufige noch unvollständige Daten 7. Interesse von Öffentlichkeit und Medien an den hohen Ozonwerten Die hohen Ozonkonzentrationen im Juli und August 2003 stießen bei Bürgerinnen und Bürgern sowie bei den Medien auf großes Interesse, was sowohl in der Häufigkeit der Anfrage der Medien an das LUA als vor allem in den Zugriffszahlen auf das Internetangebot des LUA zum Ausdruck kommt. Mitte Juli begannen vereinzelte Nachfragen der Medien zu Ozon. Mit dem Beginn der Hitzeperiode Anfang August und den steigenden Ozon-Werten stiegen auch die Anfragen schlagartig an auf ca. 40 bis 50 pro Tag, davon ca. 10 bis 15 durch die Medien (Presse, Rundfunk, TV). Höhepunkt war Montag, der 04. August 2003, an diesem Tag gingen allein 5 Anfragen nach Interviewterminen ein. Im Laufe der Woche sank die Anfragenrate ab, Anfang der 2. Augustwoche waren es noch ca. 15 bis 20 Anfra-gen pro Tag (ca. 3-6 durch die Medien). Ab Mitte der Woche, zum Ende der Hitzeperiode, versiegte die Nachfrage dann schlagartig bis auf wenige Ausnahmen. Waren die Nachfragen im Anfang eher allgemeiner Art, so erfolgten in der 2. Augustwoche sehr ge-zielte Nachfragen nach einzelnen Stationen (z.B. Rothaargebirge, Marl, Hürth, Solingen), insbesondere an den Tagen der Extremwerte. Viele Anrufer kannten das Internetangebot des LUA und waren über die Höhe der Werte bereits informiert. Typische Anfragen der Medien und von Bürgerinnen und Bür-gern sind in Tabelle 4 zusammengestellt. Tabelle 4: Typische Anfragen der Medien sowie von Bürgerinnen und Bürgern während der

Ozonepisoden im Juli und August 2003 a) Medien - Welche Maßnahmen werden bei hohen Ozonwerten getroffen? - Welche Maßnahmen werden bei Überschreiten der EU-Grenzwerte für Ozon ergriffen? - Was kann man tun, um die Ozonbildung zu vermeiden? - Kann mit Einschränkung des Kraftfahrzeugverkehrs die akute Ozonbelastung verringert wer-

den? Ist der Aufruf an die Autofahrer noch sinnvoll? - Wie wird Ozon gemessen?


- Warum liegen am Nordrand des Ruhrgebietes die Ozonspitzenwerte und in Dortmund-Eving die Ozonwerte in der Nacht so hoch?

- Warum bleibt in den Waldstationen das Ozon in der Nacht so hoch? - Warum ist der Wert in Solingen immer so hoch? - Warum ist heute der Spitzenwert gerade in Hürth (Marl,...) so hoch? - Warum wird in Hürth die Windrichtung nicht gemessen? - Was ist Ozon? - Wie entsteht Ozon? - Wie werden die Mittelwerte, insbesondere der 8-Stundenmittelwert gebildet? - Haben wir eine extreme Ozonbelastung? - Wie war die Ozonbelastung in der Vergangenheit? - Wie lautet die Pressemitteilung über erhöhte Werte? - Warum ist in diesem Sommer so wenig Ozon? Haben die Bürger kein Interesse mehr? (im Juli!) b) Bürgerinnen und Bürger (auch Schulen, Bundeswehr, Gesundheitsamt) - Wieso sind die Ozon-Werte plötzlich so hoch? - Wie kann ich mich und meine Kinder vor der Einwirkung von Ozon schützen? - Wie soll ich mich verhalten (in der Wohnung bleiben?, Fenster schließen? usw.) - Wann dürfen Jogger, Schulkinder Sport betreiben? - Darf meine Sportgruppe heute aktiv werden? - Wird die Ozonkonzentration noch steigen? - Ist die Ozonbelastung größer als in den vergangenen Jahren? - Hat der Flugverkehr vom Flugplatz Nörvenich (Marl-Lohmühle) einen Einfluß auf die Ozonbil-

dung in Hürth (Marl)? Generell die Frage nach Einfluss des Flugverkehrs. - Wo liegen die Ozonmessstationen? Die Übersicht in Tabelle 5 zeigt die Entwicklung der Zugriffe auf die Ozon-Seiten des LUA im Internet. Die Zahlen entstammen der Server-Statistik des LDS. Für den Monat August enthält die Statistik den Zeitraum bis 19. August 2003. Zum Vergleich sind die Gesamtzugriffe auf die Internetseiten des LUA mit aufgeführt. Zusätzlich zu den Seiten „Aktuelle Luftqualität“ und „aktuelle Ozon-Information“ werden auch mit großer Regelmäßigkeit die aktuellen Werte der einzelnen Messstationen abgerufen, die Zah-len liegen hier im Schnitt noch einmal bei ca. 1000 bis 2000 pro Station. Tabelle 5: Anzahl der Zugriffe auf das Internet-Angebot des LUA im Jahr 2003 und im August

2003

Zeitraum Aktuelle Luftqualität Ozon-Seite LUA gesamt

01.08.03 – 19.08.03 14653 36274 714584 01.07.03 – 31.07.03 6161 10372 891980 01.06.03 – 30.06.03 3379 11059 1163761 01.05.03 – 31.05.03 1214 5822 1001191 01.04.03 – 30.04.03 1105 5804 908998 01.03.03 – 31.03.03 1555 5248 720144 01.02.03 – 28.02.03 1410 4807 817638 01.01.03 – 31.01.03 1713 5528 840384

Die Zugriffe auf die Ozon-Seite des LUA haben sich trotz der Ferienzeit gegenüber den Vormonaten mehr als verdreifacht. Dies unterstreicht, wie wichtig ein gut gestaltetes Internetangebot für die Information der Öffentlichkeit ist.


8. Fazit � Die Episode hat klar gezeigt, dass trotz der im Vergleich mit 1990 um ca. die Hälfte gesunkenen

Emissionen der Vorläuferstoffe das Potential zur Ozonbildung zwar zurückgegangen ist, wegen des nicht-linearen Zusammenhangs zwischen Ozonbildung und Vorläuferstoffen aber nach wie vor ausreicht, Spitzenkonzentrationen oberhalb der Alarmschwelle zu bilden. Die dauerhafte Senkung der Emissionen der Vorläuferstoffe VOC und NOX muss deshalb sowohl in NRW als auch auf nationaler und europäischer Ebene konsequent fortgesetzt werden. Die vom Bund dazu vorgelegten Programme sollten darauf überprüft werden, ob die darin vorgesehenen Maß-nahmen ausreichen.

� Die außergewöhnliche Ozonepisode im August 2003 hat die Bedeutung sowohl eines reibungs-

los funktionierenden Luftmessnetzes als auch eines aktuellen und gut gestalteten Interangebots deutlich gemacht. Beides war während der Episoden gegeben, muss aber auch für die Zukunft auf diesem Niveau gehalten werden.

� Die Ozonrichtlinie 2002/3/EG sieht auch vor, die Öffentlichkeit bereits bei prognostizierten Über-

schreitungen der Informations- und Alarmschwelle zu unterrichten. Ein entsprechendes Progno-semodell hat die Universität Köln im Auftrag des LUA entwickelt und betreibt es zunächst bis 2004. Die Prognosen müssen dauerhaft gesichert werden. Bundesweit ist eine Abstimmung unter den Ländern erforderlich, wie mit prognostizierten Überschreitungen vorgegangen werden soll.

� Um den Anforderungen der neuen Ozonrichtlinie 2002/3/EG voll zu entsprechen, müssen die

Mustertexte bei Überschreiten der Informations- und Alarmschwelle überarbeitet werden. Dazu wurden bereits Vorschläge vorgelegt.

� Während die Mehrzahl der Ozonepisoden im vergangenen Jahrzehnt durch Ferntransport domi-

niert und damit durch regionale bzw. lokale Kurzfristmaßnahmen prinzipiell kaum beeinflussbar war, sind die Ozonspitzenwerte der Ozonepisode im August 2003, wie bereits die Ozonepisode im Juli 1994, überwiegend regional (durch die Emissionen des gesamten Rhein-Ruhrgebietes) verursacht worden. Die regionalen Spitzenbelastungen setzten auf einen breiten überregionalen "Sockel" des Ozons von 120 - 200 µg/m³ auf. Dies wirft die Frage nach der Effizienz von Kurz-fristmaßnahmen auf. Kurzfristmaßnahmen mit drastischen (d.h. mehr als 50 %) Senkungen der Emissionen der Vorläuferstoffe im sogenannten Ballungsraum Rhein-Ruhr wären in dieser Epi-sode, im Unterschied zu den meisten anderen Episoden, prinzipiell zur Kappung von Ozonspit-zenwerten geeignet gewesen. Allerdings stellt sich dabei die Frage der Verhältnismäßigkeit. Da "weiche" Maßnahmen wie Tempolimits für sich alleine keinen messbaren Effekt auf die Ozon-spitzenwerte haben, und da Fahrverbote mit Fahrzeugen ohne geregelten Katalysator wegen des hohen Katalysatoranteils der Pkw-Flotte ebenfalls obsolet geworden sind, kommen nur "harte" Maßnahmen wie weitgehende Verkehrsverbote unter Einschluss von Katalysatorfahr-zeugen und des Wirtschaftsverkehrs und Betriebsstilllegungen der Industrie als wirksam in Frage. Diese sind aus sozioökonomischen Gründen aber kaum durchsetzbar und praktikabel.

Zu diesem Ergebnis kommt auch eine Arbeitsgruppe der Europäischen Union, die diese Frage

in einem Leitfaden für die Mitgliedstaaten im Jahr 2002 untersucht hat (Guidance for implemen-ting Directive 2002/3/EC of the European Parliament and of the Council of 12.2.2002 relating to ozone in ambient air). Im Unterschied zu südeuropäischen Städten (z.B. Athen, Neapel) stellt die Arbeitsgruppe zusammenfassend fest, dass für Nordwest- und Mitteleuropa das zusätzliche Potential besonderer lokaler oder (sub)regionaler Kurzfristmaßnahmen zur Vermeidung der Überschreitung von Ozonschwellenwerten mehr und mehr zu vernachlässigen ist und mögli-cherweise sogar obsolet geworden ist.

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