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Titelaufnahme

Titel
Characterization of NOx Sources based on Tracer Correlations in Innsbruck
VerfasserLamprecht, Christian
Begutachter / BegutachterinKarl, Thomas
GutachterKarl, Thomas
Erschienen2017
Umfang101
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Masterarb., 2017
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeJuli 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Turbulente Enhancement Ratios / Flussratio / Verkehr / Hausbrand / Innsbruck / Turbulenz / Messungen / Technik / Eddy-Kovarianz Methode / Urbaner / Raum
Schlagwörter (EN)Turbulent Enhancement Ratios / Flux Ratio / Traffic / Domestic Fuel / Innsbruck / Turbulence / Measurement / Technique / Eddy Covariance Method / Urban / Area
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-7113 Persistent Identifier (URN)
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Characterization of NOx Sources based on Tracer Correlations in Innsbruck [20.14 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In Europa zählt Verkehr zu den größten Emittenten von Stickoxiden, weshalb dieser zu einem erheblichen Anteil an der Luftverschmutzung beiträgt. Die Europäische Kommission (2017) geht davon aus, dass dreimal mehr Menschen in Europa an den indirekten Langzeitfolgen der Luftverschmutzung sterben, als durch Verkehrsunfälle. Luftqualitätsmanagement ist seit den 1970ern ein wichtiges politisches Instrument um die Luftqualität in Europa nachhaltig zu verbessern. Verschiedene Strategien, wie die Einführung des Gothenburg-Protokolls, wurden in den letzten Jahrzehnten verfolgt um Luftgütestandards zu verbessern und Emissionen im Straßenverkehr zu reduzieren. Trotz dieser Bemühungen sind die beobachteten Konzentrationsänderungen oft nicht in der Größenordnung zu messen, wie vorhergesagt.

Innsbruck, eine inneralpine Stadt und direkt an der der Brennerautobahn, einer der meistbefahrenen N-S Alpenquerungen, gelegen, überschreitet die behördlichen NO2-Limits seit dem Jahr 2004. Verschiedene Studien haben in der Vergangenheit die Problematik der lokalen Meteorologie auf Konzentrationsmessungen aufgezeigt. Gerade die spezielle Lage von Innsbruck in einem Tal, umgeben von Bergen mit über 2000m Kammhöhe stellt eine schwierige Situation für die Interpretation von NOx Konzentrationsverläufen dar, welche durch Talwind-, Hangwindysteme und Föhn beeinflusst werden. Diese Masterarbeit wendet eine modifizierte Messmethode (genannt Turbulent Enhancement Ratio Methode TER Methode) an, um die zuvor genannten Probleme „auszublenden“ oder deren Einfluss auf Messergebnisse zu reduzieren.

Die TER-Methode basiert auf dem Prinzip der Enhancement Ratios, welche oft bei Punktquellmessungen zur Quantifizierung von Spurengasen eingesetzt werden. Um diesen Ansatz nun für den urbanen Raum anwendbar zu machen, musste dieser adaptiert und modifiziert werden. Dabei war die wichtigste Änderung eine Umstellung der Messungen von zeitlich langsamen hin zu hochfrequenten Messungen, wodurch es möglich war turbulente Strukturen in der bodennahen Atmosphäre aufzulösen.

The TER-Methode wurde letztlich auf NOx und CO2 Daten angewendet und zeigte vergleichbare Ergebnisse wie die Eddy-Kovarianz Methode. Ein täglicher Verlauf von NOx über CO2 Enhancement Ratios ist zwei dominanten Quellen im Untersuchungsgebiet geschuldet. Verkehr und Hausbrand (zB Warmwassersysteme) zeigen eine Variabilität über den Tag und sind für mehr als 90% (zT bis 98%) der Emissionen im Beobachtungsraum verantwortlich. Ebenfalls wurde ein Wochentag/Wochenend-Effekt festgestellt, der durch die Verkehrszahlen leicht zu beschreiben ist und Verkehr als wichtige NOx Quelle im städtischen Raum unterstreicht. Es kann festgehalten werden, dass die TER-Methode eine gute Alternative zu anderen Methoden für die Erfassung von urbanen Emissionsquellen darstellt. Weiters bestätigen die Ergebnisse die Annahme, das Verkehr und Hausbrand die Hauptquellen von NOx in der Innenstadt von Innsbruck sind.

Zusammenfassung (Englisch)

In Europe, traffic is one of the largest emitters of Nitrogen Oxides (NOx), and therefore plays a significant role for air pollution. The European Commission (2017) assessed that air pollution is killing up to 3 times more people in Europe indirectly by long-term-consequences than by traffic accidents. Air quality management is thus an important legislative instrument used since the 1970s to improve air quality across the European continent. Different regulative strategies, like the Gothenburg protocol, have been implemented for the last decades in order to improve air quality standards and reduce emission levels from automobiles. Despite these efforts, the reduction of observed concentration changes is often not as large as projected.

Innsbruck, an inner-alpine city situated along the Brenner motorway, which is one of the busiest N-S corridors across the alps for the transport of goods, has been exceeding annual NO2 limits since 2004. Different studies in the past have noticed the problematic of local meteorology on concentrations why the special location in a valley, surrounded by mountains up to 2000m, also represents a challenging task for the interpretation of NOx concentration trends that is characterized by dominant wind systems such as valley-up and -down wind, slope winds and Foehn. Despite these challenges, classic concentration measurements have been conducted since decades and have been used to evaluate concentration trends over the years. In this thesis, a modified approach (the turbulent enhancement ratio method - TER method) was tested in order to improve the interpretation of local NOx concentrations in an urban area, surrounded by mountains with daily dominant wind systems. In addition, this thesis evaluates whether the approach should help to improve the quantification of NOx sources within a well-defined footprint in the inner-city of Innsbruck.

The turbulent enhancement ratio method is based on enhancement ratios, which are often used to quantify trace gas emission ratios for single plumes (e.g. isolated point sources). To make this approach applicable in a completely different situation it was adapted and modified. The most important modification was the change from low frequency measurements to high frequency measurements which allowed recording turbulent structures of the lower atmosphere.

The turbulent enhancement ratio method was applied to NOx and CO2 data and showed comparable results to other methods like the direct Eddy-Covariance method. A daily course of NOx over CO2 enhancement ratios is affected by two dominant combustion sources. Traffic load and domestic fuel use are varying over the day and can describe more than 90% of the variations. A pronounced weekend to weekday variation of NOx/CO2 enhancement ratios confirms traffic as an important NOx source. It can be concluded that the turbulent enhancement ratio method can be used to assess urban emission sources. Measurements confirm the importance of traffic and domestic fuel as dominant NOx sources in the inner-city of Innsbruck.