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Matthes, Sigrun (2003): Globale Auswirkung des Straßenverkehrs auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Road traffic represents one of the main sources of emissions to the atmosphere. This work determines the impact of road traffic emissions on the chemical composition of the atmosphere by a numerical modelling study with ECHAM4/CBM-IV. For the first time, global impact of non-methane-hydrocarbon-emissions (NMHCs) from road traffic is presented. Annual, global emissions from road traffic following a consumption-based approach amount to (8.8 +/- 1.8) Tg [N] nitrogen oxides, (206 +/- 86) Tg [CO] carbonmonoxide, and (34.4 +/- 18.9) Tg NMHCs. Road traffic emissions cause an increase of ozone, which is an important trace gas for the oxidizing capacity and the radiative budget of the atmosphere. In industrialized regions of the northern hemisphere the increase exceeds more than 20%. In remote regions an increase of more than 10% is calculated. Tropical latitudes show a relative contribution of more than 6% due to road traffic up to 10km. NOx-emissions account for about 70% of this ozone increase. Further, road traffic increases and decreases the concentration of hydroxyl radicals (OH) depending on geographical region and season. This again affects the oxidizing capacity and the lifetime of methane. In summer, road traffic causes in northern extratropics a 3% increase of OH, and in winter a decrease of 10%. These changes in chemical composition cause an indirect radiative forcing to the atmosphere. Ozone increases due to road traffic emissions (NOx, CO, NMHCs) result in an annual and global mean radiative forcing of 0.058 W/m^2. The indirect forcing due to road traffic-induced changes in the lifetime of methane amounts to 0.006 W/m^2. This forcing is temporal and spatial inhomogeneous, and can even possess a positive sign (e.g. in spring). Results show that NMHC-emissions considerably contribute to the global impact of road traffic emissions.

Abstract

Der Straßenverkehr gehört zu den Hauptverursachern von Spurengasemissionen in die Atmosphäre. In der vorliegenden Arbeit wurde im Rahmen einer numerischen Studie mit ECHAM4/CBM-IV der Einfluss dieser Emissionen auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre auf globaler Skala bestimmt. Hierbei wurde erstmals in einem hochaufgelösten globalen Modell die Wirkung der Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff(NMHC)-Emissionen berücksichtigt. Die mit einem verbrauchsorientierten Ansatz berechneten Emissionen des Straßenverkehrs betragen im Jahr 1990 weltweit jährlich (8.8 +/- 1.8) Tg [N] Stickoxide, (206 +/- 86) Tg [CO] Kohlenmonoxide und die (34.4 +/- 18.9) Tg NMHC. Straßenverkehrsemissionen erhöhen auf globaler Skala die Konzentration des Spurengases Ozon, welches eine wichtige Rolle für Oxidationskapazität und Strahlungsbilanz der Atmosphäre spielt. In den Quellregionen der Nordhemisphäre wird die Konzentration von Ozon um mehr als 20% und auch in entlegenen Regionen um mehr als 10% erhöht; in den Tropen im Sommer bis in 10 Kilometer Höhe um mehr als 6%. NOx-Emissionen sind für etwa 70% der Ozonzunahme verantwortlich. Zusätzlich beeinflusst der Straßenverkehr die Konzentration des Hydroxylradikals (OH) und so wiederum die Oxidationskapazität der Atmosphäre mit relativen, positiven und negativen, Beiträgen von bis zu 10%. Im Sommer führt er in den nördlichen Extratropen zu einer OH-Zunahme um 3%, im Winter zu einer Abnahme um 10%. Diese Veränderung der Konzentration der chemischen Spezies (OH, O3) bewirkt einen indirekten Strahlungsantrieb auf die Atmosphäre. Die Ozonzunahme durch die Straßenverkehrsemissionen (NOx, CO, NMHCs) bewirkt im globalen Jahresmittel einen indirekten Strahlungsantrieb von 0.058 W/m^2. Die Veränderung im Hydroxylradikal ändert die Lebensdauer von Methan, wodurch sich ein indirekter Strahlungsantrieb von 0.006 W/m^2 (globales Jahresmittel) ergibt. Hierbei ist zu unterstreichen, dass dieser straßenverkehrsinduzierte Strahlungsantrieb zeitlich und räumlich inhomogen ist und sogar ein positives Vorzeichen besitzen kann (z.B. im Frühling). Die Studie zeigte, dass NMHC-Emissionen des Straßenverkehrs entscheidend zur Gesamtwirkung des Straßenverkehrs beitragen.