Atmosphärische Ausbreitungsmodellierung

„Sobald ich die schwere Luft von Rom verlassen hatte und den Gestank der qualmenden Kamine, die bei Betrieb alle möglichen Dämpfe und Ruß ausstießen, verspürte ich einen angenehmen Wandel meines Befindens“. Diese Aussage von Plinius dem Älteren (zitiert in Stern et al., 1984) stammt aus dem Jahr 61 n.Chr. und zeigt, daß luftgetragene Schadstoffe schon vor nahezu zwei Jahrtausenden zu einer Belastung der Umwelt und des menschlichen Befindens führten. Mit zunehmendem Verbrauch fossiler Energieträger häuften sich ab Mitte unseres Jahrtausends die Beschwerden über eine zunehmende anthropogene Luftbelastung. Der Brite J. Evelyn äußerte sich z.B. 1664 über Kohlefeuerungen in Haushalten und Manufakturen: „Dieser schreckliche Rauch schwärzt unsere Kirchen, ruiniert unsere Kleider, verdirbt das Wasser und selbst mit dem Regen fallt dieser Schmutz herab, der schwarz und klebrig alles verschmutzt und verunreinigt“ (zitiert in Miersch, 1994). Dennoch wurden rauchende Schornsteine noch bis ins späte 19. Jahrhundert meist nur als Inbegriff des technischen Fortschritts und damit als positive Errungenschaft betrachtet.

Ziel der praxisorientierten atmosphärischen Ausbreitungsmodellierung bei umweltrelevanten Fragestellungen ist es, ausgehend von der Schadstoffreisetzung (Emission), der Vorbelastung und den meteorologischen Randbedingungen die Konzentration der interessierenden Luftbeimengung (Immission) im Umkreis der Emissionsquelle zu berechnen und die so ermittelten Immissionen mit den bestehenden Grenz-, Richt- oder Orientierungswerten zu vergleichen.

Der Transport und die Verdünnung von atmosphärisch freigesetzten Schadstoffen wird im Wesentlichen durch advektive und diffusive Prozesse bestimmt. Weiterhin können auch chemische oder biochemische Umwandlungen, radioaktiver Zerfall, trockene und nasse Deposition, Auswaschen und Sedimentation zu einer Veränderung der Konzentration längs des Ausbreitungsweges führen.

Atmosphärische Ausbreitungsvorgänge werden im Wesentlichen durch advektive und diffusive Prozesse bestimmt. Chemische Umwandlungen, Deposition, Sedimentation, radioaktiver Zerfall und ähnliches können die Immissionskonzentration längs des Ausbreitungspfades zusätzlich verändern, diese Mechanismen sind dem Transport jedoch nur überlagert.

Gauß-Fahnenmodelle werden schon seit Jahrzehnten benutzt, um im Rahmen der atmosphärischen Ausbreitungsmodellierung Immissionsprognosen durchzuführen. Dementsprechend groß ist die Erfahrung, die man mit ihrer Anwendung gewonnen hat. Mittlerweile ist der Einsatz von Gauß-Fahnenmodellen in der BRD jedoch umstritten, da dieser Modelltyp bei einer Reihe von Fragestellungen zu groben Fehlabschätzungen führt und für viele Bereiche geeignetere Verfahren zur Verfügung stehen. Dennoch wurden in den letzten Jahren im Rahmen der praxisorientierten Ausbreitungsmodellierungen noch immer überwiegend Gauß-Fahnenmodelle eingesetzt. Häufige Anwendungsbereiche sind:

Wenn ein Gauß-Fahnenmodell wegen orographischer oder lokalklimatischer Gegebenheiten oder aufgrund von Gebäudeeinflüssen nicht angewendet werden kann, muß die Ausbreitung und Verdünnung einer Schadgasfreisetzung unter Berücksichtigung eines berechneten Windfeldes ermittelt werden. Hierzu wird entweder die Advektions-Difflxsionsgleichung auf einem dreidimensionalen Rechengitter gelöst oder ein Strömungs- mit einem Lagrangemodell gekoppelt. Das Vorgehen ist in der Abb.6.1 schematisch dargestellt.

Nachfolgend soll die Funktionsweise eines prognostischen, mikroskaligen Strö-mungs- und Ausbreitungsmodells anhand des Programmsystems MISKAM (Mi-kroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell, Eichhorn 1989) aufgezeigt werden. Das Model MISKAM wurde dem vorliegenden Buch als Beispiel für ein prognostisches Modell beigelegt, da

Dem Buch liegteine Diskette bei, auf der die Demonstrationssoftware (komprimiert) enthalten ist. Die Programme miissen aufihrem Rechner miteinervorgegebenen Struktur installiert werden. Hierzu dient das Installationsprogramm Install. bat.