Stark reduzierte Transportemissionen führen zu einer Abnahme des Ozons in der planetaren Grenzschicht
18. Mai 2021
Stark reduzierte Transportemissionen führen zu einer Abnahme des Ozons in der planetaren Grenzschicht
Während der Covid-19 Pandemie, insbesondere im Frühjahr und zu Beginn des Sommers 2020, kam es zu einer starken Reduktion viele anthropogene Emissionen. Besonders betroffen waren Emissionen des Transportsektors (Straßenverkehr, Luftverkehr). Dies bot eine einmalige Gelegenheit den Einfluss dieser Emissionsreduktionen auf die atmosphärische Zusammensetzung zu untersuchen. Von Interesse ist dabei z.B. troposphärisches Ozon, welches durch Emissionen von Stickoxiden, nicht-Methan Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid (CO) gebildet wird. Troposphärisches Ozon ist ein Treibhausgas und hat zudem sowohl eine umwelt- als auch und gesundheitsschädigende Wirkung. Aus diesem Grund ist ein tiefgreifendes Verständnis der Prozesse, die troposphärisches Ozon kontrollieren, sehr wichtig. Die kürzlich veröffentlichte Studie von Mertens et al. (2021) vertieft, auf Basis von numerischen Simulationen, unser Verständnis von Schlüsselprozessen welche die anthropogenen Emissionen in der Atmosphäre betreffen.
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Abbildung 1: Mischungsverhältnisse von bodennahmen Ozon (in nmol/mol) für den Zeitraum 15. März bis 30. März 2020 für die BAU Simulation (links) sowie für den Unterschied (rechts, in nmol/mol) zwischen BAU und COVID19 (BAU minus COVID19). (Bilder: CC-BY 3.0, Mertens et al.)
Die idealisierte Studie zeigt eine Abnahme von Ozon in der unteren Troposphäre im Mai 2020 in Folge der Emissionsreduktionen. Diese Berechnungen basieren auf Simulationen welche mit dem gekoppelten globalem-regionalem Klima-Chemie-Modell MECO(n) durchgeführt wurden. Als Basis für die Simulationen dienten vereinfachte Annahmen zu den Emissionsreduktionen. In der Studie wurde gezeigt, dass die simulierten Ozonänderungen gut mit beobachteten Änderungen des bodennahen Ozons im Frühjahr 2020 übereinstimmen.
Verursacht wurden die Änderungen insbesondere durch die Reduktion von Stickoxiden und nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen. Hervorzuheben ist hierbei jedoch, dass die Reduktion von Ozon stark unproportional zur Reduktion der Vorläuferstoffen ist. So waren die Stickoxide beispielsweise um etwa 20 % reduziert, während Ozon nur um bis zu 8% reduziert war. Ursächlich hierfür ist ein Kompensationsmechanismus: Die Reduktion der anthropogenen Emissionen führt zwar zu weniger Ozon aus anthropogenen Emissionen, gleichzeitig nimmt die Effizienz mit dem Ozon aus den Vorläuferstoffen produziert wird zu, so dass mehr Ozon aus natürlichen Emissionen produziert wird. Zusätzlich führt die Reduktion der Emissionen zusätzlich zu einem Anstieg der Lebenszeit von Ozon in der Atmosphäre.
Die Studien von Mertens et al. (2021) zeigt, dass vereinfachte Annahmen wonach Reduktionen der anthropogenen Emissionen zu Reduktionen von troposphärischem Ozon in vergleichbarer Größe führen nicht haltbar sind. Zudem zeigt sich, dass große Anteile des bodennahen Ozons über Europa aus Quellen außerhalb Europas stammen. Aus diesem Grund führt eine Abnahme der Emissionen über Europa wahrscheinlich nicht zu den gewünschten Ozonreduktionen in Europa. Insbesondere hinsichtlich möglicher Minderungsoptionen zeigen die Ergebnisse, dass detaillierte Analysen notwendig sind um zu untersuchen, ob bestimmte Emissionsänderungen zu den gewünschten Ozonänderungen führen.
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Abbildung 2: Anteil an troposphärischem Ozon (in Prozent) in der BAU- (blau; Referenzperiode) und COVID19- (orange) Simulation und ihre Differenz (rot, in Prozentpunkten) für Mai 2020. „Avia“ ist Flugverkehr, „ship“ ist Schifffahrt. Andere natürliche Quellen beinhalten Emissionen von Blitzen, Böden, Verbrennung von Biomasse und Freisetzung von Methan. Kategorien, die mit zwei Sternchen markiert sind, beziehen sich auf die rechte, alle anderen auf die linke vertikale Achse. (CC-BY 3.0, Mertens et al.)
